CN105957146B - 线状工程三维地质建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线状工程三维地质建模方法，由于工程地质条件的复杂性、认知程度的局限性，导致三维地质建模的方法和技术尚不成熟。既有的三维地质建模商业软件大多是针对油藏、矿山等行业，针对线状工程特点的寥寥无几，且人机交互的工作量较大，无法满足大规模的工程应用需要。针对线状工程勘察设计的特点，本发明主要包括纵断面段落、横纵断面段落及特殊地质结构(断层等)的三维地质建模方法。先成感兴区域实体，再建立地质界面模型，通过布尔运算分割成地质体，避免了用面封闭成体可能遇到的各种拓扑难题，且模型为实体，有利于后期仿真、设计、工程量计算；针对性强，人机交互量工作量小，模型可操控性强，满足大规模应用需求。

Description

线状工程三维地质建模方法

技术领域

本发明涉及地质建模技术领域，特别是涉及一种线状工程三维地质建模方法。

背景技术

三维地质建模是运用计算机技术，在三维环境下，将地质信息与可视化工具结合，用于地质研究的技术。三维地质建模可采用基于钻孔离散地层点的建模方法、基于地质剖面的建模方法、基于层面点云的建模方法等构建三维地质模型。但在工程应用方面，受到一定程度的制约，主要表现为：

一方面，工程地质条件的复杂性，认知程度的局限性。地质体在建造演化过程中形成极其复杂的几何形态和拓扑关系，而因为工程特性的差异又被人为的划分为各种地层，使其更具复杂性、不连续性及不确定性；现有的勘察技术手段只能获取有限的地质信息，难以准确地、全面地揭示工程范围内的地质条件，需要地质工程师根据自身的经验来推断与解译；

另一方面，可视化工具的局限性。工程地质条件的复杂性、认知程度的局限性导致三维地质建模的方法和技术尚不成熟，空间拓扑关系的处理方法、多源地质信息的融合技术、特殊地质现象的表现形式等问题亟待解决。既有的三维地质建模商业软件大多是针对油藏、矿山等行业，针对线状工程特点的寥寥无几，且人工交互的工作量较大，无法满足大规模的工程应用需要。

发明内容

本发明的发明目的是：针对线状工程的特点，发明了满足工程设计精度的三维地质建模方法。线状工程勘察设计的特点：采用以钻探、原位测试(静力触探、动力触探、标准贯入试验等)为主，调绘、物探、简易勘探等手段为辅的综合勘探方法，主要沿线路方向进行纵断面勘察，辅以一定量的横断面勘察，查明线状工程场地的工程地质条件，设计专业以纵断面、横断面等为基础进行施工图设计。鉴于此，结合线状工程勘察设计的特点，在三维地质建模时将工程分为纵断面段落和横纵断面段落。纵断面段落只含纵断面勘察，主要采用结合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，横纵断面段落同时含纵断面和横断面勘察，主要采用交叉剖面展平投影法建模；同时，针对特殊地质结构-断层，建立基于点-产状、平剖面、点云的断层模型。建模过程中结合调绘、物探等信息，在人机交互的基础上，实现模型的快速重构。。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种线状工程三维地质建模方法，包括如下步骤：

步骤101、步骤101、基础数据准备，同时，准备地形曲面及平面线位中线；所述基础数据准备具体为：通过电子纵断面、电子横断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面得到各地层界面线；其中，所述各地层界面线由数据点和数据线拓扑属性信息组成；所述数据点的三维坐标为(x，y，z)；

步骤102、感兴区域建模；具体为：搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标x或y最小和最大的点point_min、point_max，以及z最小的值z_min；以点point_min，point_max依次为起点、终点，平面线位中线为基准向左右分别扩展30～80m，进而形成xy平面上的感兴区域，以z_min所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体；

步骤103、地质界面建模：具体为：以地层界面线为单位，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面；

步骤104、特殊地质结构建模；包括下列三种类型：A，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面；B，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面；C，以物探成果获取的点云直接成面；

步骤105、布尔运算成体；具体为：将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面体；以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体；

步骤106、地质体赋属性；具体为：

1)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离disdance_min，及对应最小距离的点B；

2)若有且只有一个地质界面满足最小距离disdance_min≤厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点的高程Ha的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体；

若同时存在2个及2个以上地质界面满足最小距离disdance_min≤厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点的高程Ha的条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5～20m，重复1)过程，即获得满足条件的地质界面；

3)循环所有地质体，重复1)、2)过程，将所有地质体赋予属性；

步骤107、获得线状工程三维地质模型。

进一步：所述特殊地质结构为断层。

进一步：所述步骤103中的推演具体包括：纵断面段落的推演和横纵断面段落的推演。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)本发明针对线状工程勘察设计特点，将其分为纵断面段落、横纵断面段落及特殊地质结构，采用不同的推演方法建立地质界面，进而构建三维地质模型，针对性强，弥补了行业空白。

(2)本发明人机交互量工作量小，模型可操控性强，且能实现模型的快速重构，有利于工程应用，满足线状工程勘察设计大规模应用需求。

(3)本发明先成感兴区域实体，再建立地质界面模型，通过布尔运算分割成地质体，避免了用面封闭成体可能遇到的各种拓扑难题，且模型为实体，有利于后期仿真、设计、工程量计算。

附图说明

图1是本发明优选实施例的流程图；

图2是本发明优选实施例的横纵断面布置示意图。

其中：1、线位中线；2、钻孔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图2，一种线状工程三维地质建模方法，包括如下步骤：

S1：基础数据准备；

各地层界面线可以通过电子纵(横)断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面等方法得到。各地层界面线由数据点组成，包含数据点三维坐标(x，y，z)、数据线拓扑属性信息(地层属性信息：层号、地质年代、地质成因、地层名称、风化程度等)。

此外，需要地形曲面及平面线位中线。

S2：感兴区域建模

即建模区域，搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标x或y最小和最大的点point_min、point_max，以及z最小的值z_min；以点point_min，point_max为起点、终点，平面线位中线为基准向左右扩展30～80m形成xy平面上的感兴区域，以z_min所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体。

S3：地质界面建模

以地层界面线为基准，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面。获取推演点线的方法如下。

1)对于纵断面段落：

纵断面一般沿线位中线1方向布置，结合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，具体方法如下。

等厚推演：以数据点元素为基准，平面线位中线在该数据点元素处的法线为方向，向左右两侧每隔一定距离(disdance_TY)生成一个点，并使得该点与地形曲面的距离(沿z方向)和基准点保持一致。

水平推演：以数据点元素为基准，平面线位中线在该数据点元素处的法线为方向，向左右两侧每隔一定距离(disdance_TY)生成一个点。

距离(disdance_TY)和推演点的组数(NTeam_TY)可根据需要调整。

2)对于横纵断面段落：

横纵断面布置示意图如附图2。钻孔2位于纵断面Z-Z’上；纵断面一般沿线位中线1方向布置，横断面Z-Z’一般沿线位中线1垂线方向布置，纵、横断面交割成的区域主要有ABED、BCFE两种类型，采用交叉剖面展平投影法建模，具体方法如下。

对于ABED类型：ABE段的地层界面线已知，DE段未知；将折面ABE展平，将ABE展平面上的地层界面线按比例投影到DE展平面上,通过一定的转换方法得到的折面DE上的地层界面线及数据点(即推演点)，并继承原地层界面线属性。

对于BCFE类型：EBCF段的地层界面线已知，EF段未知；将折面EBCF展平，将EBCF展平面上的地层界面线按比例投影到EF面上,通过一定的转换方法得到的EF面上的地层界面线及数据点(即推演点)，并继承原地层界面线属性。

S4：特殊地质结构(断层等)建模

可采用三种方式建模，一，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面；二，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面；二，以物探等成果获取的点云直接成面。

S5：布尔运算成体

将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度(thickness_DC)，形成厚曲面体。以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体。

S6：地质体赋属性

(1)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离(disdance_min)，及对应最小距离的点B；

(2)若有且只有一个地质界面满足disdance_min≤thickness_DC、且点B的高程(Hb)小于A点(Ha)的高程的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体；

若同时存在2个及2个以上以上地质界面满足上述条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5～20m，重复(1)过程，即可获得满足条件的地质界面；

(3)循环所有地质体，重复(1)、(2)过程，可将所有地质体赋予属性。

S7：获得线状工程三维地质模型。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。比如仅对标识的形状、色彩进行改变。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种线状工程三维地质建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、基础数据准备，同时，准备地形曲面及平面线位中线；所述基础数据准备具体为：通过电子纵断面、电子横断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面得到各地层界面线；其中，所述各地层界面线由数据点和数据线拓扑属性信息组成；所述数据点的三维坐标为(x，y，z)；

步骤102、感兴区域建模；具体为：搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标x或y最小和最大的点point_min、point_max，以及z最小的值z_min；以点point_min，point_max依次为起点、终点，平面线位中线为基准向左右分别扩展30～80m，进而形成xy平面上的感兴区域，以z_min所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体；

步骤103、地质界面建模：具体为：以地层界面线为基准，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面；

步骤104、特殊地质结构建模；包括下列三种类型：A，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面；B，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面；C，以物探成果获取的点云直接成面；

步骤105、布尔运算成体；具体为：将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面体；以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体；

步骤106、地质体赋属性；具体为：

1)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离disdance_min，及对应最小距离的点B；

2)若有且只有一个地质界面满足最小距离disdance_min≤厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点的高程Ha的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体；

若同时存在2个及2个以上地质界面满足最小距离disdance_min≤厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点的高程Ha的条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5～20m，重复1)过程，即获得满足条件的地质界面；

3)循环所有地质体，重复1)、2)过程，将所有地质体赋予属性；

步骤107、获得线状工程三维地质模型。

2.根据权利要求1所述线状工程三维地质建模方法，其特征在于：所述特殊地质结构为断层。

3.根据权利要求1所述线状工程三维地质建模方法，其特征在于：所述步骤103中的推演具体包括：纵断面段落的推演和横纵断面段落的推演。