CN106023313A - 一种三维地质数字勘察报告生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维地质数字勘察报告生成方法，属于三维地质建模领域。通过依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料以及室内、室外试验资料；地质原始资料包括，钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息等，钻探地质数据包括年代地质背景、层积地质背景、坡积地质背景、海相层积地质背景、河床冲积地质背景、断裂构造地质等；生成相应的地质竖直剖面、地质水平剖面，结合斜面断层剖面，生成完整信息的三维地质数字勘察报告，它可以实现水平、竖直和斜面地质系统的统一生成，三维报告信息全面，生成对应性好。

Description

一种三维地质数字勘察报告生成方法

技术领域

本发明涉及三维地质建模领域，更具体地说，涉及一种三维地质数字勘察报告生成方法。

背景技术

目前，国内外对于断层的三维表示与模拟技术尚处于研究和探索阶段，主流的断层构模可分为两类：基于地质成因的断层构模方法，又称整体法；基于分区插值的断层构模方法，又称局部法。

整体法需要对地质场地进行深入的勘察了解，需要掌握详尽的精确的地质资料，包括地形图、平面剖面地质图、钻孔信息等，并且需要用户拥有较高的地质背景专业知识，所以该方法是一种比较复杂专业的构模方法，主要适用于地质专业和科研工作者的专业分析。整体法的优势是可以用较少的数据建立较高精度的模型，建模的效率较高。不足之处是不适合复杂形状的和多次构造运动产生的断层的建模，需要依赖较多的数学地质专业知识。

局部法可以看作是一种地质分区(分块)方法，首先把地质体分割成不同的块体，三维地质体是不同的三维块体的组合。局部法构模适用于同沉积断层，即一些走滑断层和大型倾滑断层，同沉积断层两侧数据的关联性不大，同时也与分区分片插值的基本思想一致。局部法的优点在于适合于任何复杂的断层建模，不需要太多的用户干预和地质专业背景知识。但还没有体系化的使用局部法的三维地质剖面图技术，也没有体系化的三维地质剖面应用于能源矿产地质与工程地质制图。

中国专利申请，申请号201310238811.0，公开日2013年9月4日，公开了三维水平地质剖面图制作方法及其用途，本发明公开了三维水平地质剖面图制作方法及其用途。方法用1.依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料，包括而不局限于钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息，以及相关室内、室外试验资料等10步骤步完成。本发明用于：工程地质制图本发明能源矿产地质制图；工程地质和能源矿产地质中地质勘察中地质勘察成果的表达；包括而不局限于工程勘察、设计、分析、施工、监测、运营环节中相关勘察成果的表达；包括而不局限于能源矿产规划、勘探、设计、监测、开采、运营、修复环节中相关勘察成果的表达。但此方案仅仅对于水平方向的地质剖面进行了系统的制作，并没有对竖直和斜面断面参数进行结合，没有统一的构建地质参数。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的没有系统性的对水平、竖直和斜面断面统一生成的问题，本发明提供了一种三维地质数字勘察报告生成方法，它可以实现水平、竖直和斜面地质系统的统一生成，三维报告信息全面，生成对应性好。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种三维地质数字勘察报告生成方法，其步骤如下：

步骤1、依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料以及室内、室外试验资料；地质原始资料包括，钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息等，钻探地质数据包括年代地质背景、层积地质背景、坡积地质背景、海相层积地质背景、河床冲积地质背景、断裂构造地质等；

步骤2、根据获取的或交互输入的野外地质原始资料以及室内、室外试验资料，确定地质分层和钻孔地质柱状图；

步骤3、指定当前工程勘察场区，提取当前工程勘察场区的地质参数，自动生成或交互输入钻孔柱状图数据；其中，当前工程勘察场区为依据野外地质原始资料以及室内、室外试验资料所确定的工程勘察范围子集；

步骤4、针对步骤3所确定的当前工程勘察场区之三维地质空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，构建水平剖面、竖直剖面、斜面断层剖面的地质剖面；

步骤5、构建地质体，根据指定模型范围，离散化模型为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，形成指定剖面范围的水平剖面、竖直剖面图，利用断层控制数据，与水平剖面、竖直剖面图综合计算，针对各个水平面和竖直面的数据变化进行修正和验证，完整的含断层数据的三维地质体生成三维地质数据模型；

步骤6、应用地质三维建模系统实现当前工程勘察场区勘察成果管理与重生成、模型浏览；

步骤7、建立与通用图形软件的接口体系，与通用图形软件进行数据交换，根据地质剖面地质分布数据，得到地质剖面每个子地层的边界线，根据制定的横比，纵比，文字大小等参数，输出辅助信息，辅助信息包括而不局限于：地质剖面每个子地层，地质剖面关联钻孔的柱状图，地质剖面在工程场区内的预览图，图例，水平剖面顶点坐标信息，长度；

步骤8、生成当前工程勘察场区地质竖直剖面、地质水平剖面生成，将三维水平地质剖面、竖直地质剖面和斜面地质分布图转换成标准地质剖面数据格式，把地质信息与非地质信息完整的输出至指定图形文件；

步骤9、生成当前工程勘察场区的三维数字勘察报告，提取当前工程勘察场区设计参数，按照指定模板生成三维地质数字勘察报告文档。

更进一步的，步骤3中，地质背景参数中将钻孔数据按录入文本，其数据表格式为：钻孔编号，钻孔地层层底标高，钻孔水平位置坐标，钻孔地层名称，钻孔大地层名称，钻孔地层的地质年代及地层描述。

更进一步的，步骤4中，水平剖面和竖直剖面构建方式如下：指定水平剖面、竖直剖面范围，然后离散化水平剖面、竖直剖面为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，最终生成水平地质剖面图、竖直剖面图；

更进一步的，步骤4水平剖面和竖直剖面构建方式如下：针对步骤3所确定的三维地质剖面空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，指定水平剖面、竖直剖面范围，格栅化得到水平平面、竖直面，栅格化水平平面、竖直面的构建方式为：

①离散化，通过计算剖面所代表的多边形与标准网格的相交过程，并记录与多边形边相交的点和在多边形内部的网格节点；

②计算地质属性：计算所有在多边形内部的网格节点的地质属性；

③构建地质剖面：以网格节点为对角线交点的矩形且不超过多边形范围区域的地质属性和网格地质属性相同。

更进一步的，斜面断面剖面通过，地质数据包括的地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；形成斜面断面剖面图；

更进一步的，步骤4构建竖直地质剖面结合地质背景的基础并基于所有的钻孔，地质剖面分布直接关联其三维空间位置，不局限于分析该剖面所经过的两端钻孔来进行，用户可以重生成当前工程勘察场区的任意位置地质剖面。

更进一步的，步骤6勘察成果包括水平剖面、竖直剖面、斜面断面的地质剖面图和三维地质数据模型，以及当前工程勘察场区的子集场区的水平剖面、竖直剖面、斜面断面的地质剖面图和三维地质数据模型。

更进一步的，野外地质钻孔资料包括而不局限于钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)可以改进现有的二维岩土工程勘察报告中地质竖直剖面的精度，现有的二维岩土工程勘察报告，只给予该剖面所经过的两端钻孔来进行分析；且钻孔两端中间的地层分布与钻孔之间的距离无关，故实质上只能是两个钻孔间的趋势地层分布，交叉工程地质竖直剖面存在二义性。三维岩土工程勘察报告基于所有的钻孔，并结合地质背景的基础上，直接基于三维地质智能建模所生成的工程地质竖直平面，彻底的替代了传统的二维地质剖面生成技术，彻底的消除了交叉工程地质竖直剖面的二义性，且地质剖面分布直接关联其三维空间位置；

(2)由于水平和竖直层与层之间有一定的厚度空间，很难做到每一层交接处的数据准确获得，针对水平和竖直层次形成的三维数据中，斜面数据与水平和竖直层次形成的三维数据结合，原有的水平和竖直层次形成的三维数据，断面会出现上下陡变和交错的现象，断面数据不连续，造成了在交错地块发生的数据不精确的情况，结合了断面数据的形成和加入，使得在各层之间数据均匀过渡，形成了完整的三维地质勘查图；

(3)利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维水平和竖直地质体进行地层正演，将斜面数据与水平和竖直层面结合，形成完整的含断层的三维地质体；修正了原有的斜面不均匀的情况；

(4)斜面验证过程，利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成含断层的三维地质体，此地质体断层面对已生成的三维地质体进行验证，产生的斜面差值进行平均，可以再次修正斜面的数据，兼顾了水平竖直的数据精确，补充了斜面数据。

附图说明

图1：流程图；

图2：地质水平剖面图；

图3：地质竖直剖面图；

图4：地质斜面示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，以项目A地质勘察为例说明一种三维地质数字勘察报告生成方法，包括如下步骤：

步骤1、依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料以及室内、室外试验资料；野外地质钻孔资料包括而不局限于钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息。

步骤2、根据输入资料，确定分层和地质钻孔地质柱状图。，其中，当前工程勘察场区为依据野外地质原始资料以及室内、室外试验资料所确定的工程勘察范围子集，确定的范围包括而不局限于钻孔柱状图、钻孔场区范围。

步骤3、提取当前工程勘察场区的地质背景参数；钻孔数据输入系统中；钻孔数据的数据表格式为：钻孔编号，钻孔地层层底标高，钻孔水平位置坐标，钻孔地层名称，钻孔大地层名称，钻孔地层的地质年代及地层描述。钻孔数量和分布，根据地质断层面进行分析排布，断层附近，钻孔数量密度大于非断层地区钻孔数量，分布与断层区域距离成正相关趋势，保证了断层区域的数据更加详细，在后期进行斜面断层剖面构建的时候，信息更加完整，进行对应数据修正时候，基础值稳定详细。

步骤4、针对步骤3所确定的当前工程勘察场区之三维地质空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，构建水平剖面、竖直剖面、斜面断层剖面的地质剖面；构建各层剖面的方式，可以使用现有的多种方式构建，本实施例中水平剖面和竖直剖面构建方式如下：指定水平剖面、竖直剖面范围，然后离散化水平剖面、竖直剖面为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，最终生成水平地质剖面图、竖直剖面图；线边界拓扑集，为一系列线段组通过对应的线组进行内插来描述水平剖面、竖直剖面。这些线段集合即为线边界拓扑集。离散点集，为一系列线段组中沿每条线段方向迭代所形成的不同地层分界点，这些点的集合即为离散点集。

斜面断面剖面通过，地质数据包括的地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；形成斜面断面剖面图；构建的地质剖面结合地质背景的基础并基于所有的钻孔，地质剖面分布直接关联其三维空间位置，不局限于分析该剖面所经过的两端钻孔来进行，用户可以重生成当前项目的任意位置地质剖面。

步骤5、构建地质体，根据指定模型范围，离散化模型为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，如图2、3、4，形成水平剖面、竖直剖面图，利用断层控制数据，与水平剖面、竖直剖面图综合计算，针对各个水平面和竖直面的数据变化进行修正和验证，完整的含断层数据的三维地质体生成三维地质数据模型；水平与竖直剖面的方法、斜面剖面的方法，构建快速，两种构建方式结合，对于后期的各层的层面统一化数据提供了良好的平台。

步骤6、应用地质三维建模系统实现当前项目的勘察成果管理与重生成、模型浏览；其中，上所述的勘察成果管理与重生成，即地质三维建模系统将自动生成的当前项目地质剖面与地质体，用户可以针对具体模型进行修正或删减。同时，用户可以重生成当前项目的任意点地质剖面与地质体。

步骤7、建立与通用图形软件的接口体系，与通用图形软件进行数据交换，根据地质剖面地质分布数据，得到地质剖面每个子地层的边界线，根据制定的横比，纵比，文字大小等参数，输出辅助信息，辅助信息包括而不局限于：地质剖面每个子地层，地质剖面关联钻孔的柱状图，地质剖面在工程场区内的预览图，图例，水平剖面顶点坐标信息，长度；

步骤8、生成当前工程的地质竖直剖面、地质水平剖面生成，将三维水平地质剖面、竖直地质剖面和斜面地质分布图转换成标准地质剖面数据格式，把地质信息与非地质信息完整的输出至指定图形文件；

步骤9、生成当前工程的三维数字勘察报告，提取当前项目的设计参数，按照指定模板生成三维地质数字勘察报告文档。

实施例2

以项目B地质勘察为例说明一种三维地质数字勘察报告生成方法，包括如下步骤：

步骤1、依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料以及室内、室外试验资料；野外地质钻孔资料包括而不局限于钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息。

步骤2、根据输入资料，确定分层和地质钻孔地质柱状图；。

步骤3、提取当前工程勘察场区的地质背景参数；钻孔数据输入系统中；钻孔数据的数据表格式为：钻孔编号，钻孔地层层底标高，钻孔水平位置坐标，钻孔地层名称，钻孔大地层名称，钻孔地层的地质年代及地层描述。

步骤4、针对步骤3所确定的当前工程勘察场区之三维地质空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，构建水平剖面、竖直剖面、斜面断层剖面的地质剖面；步骤4水平剖面和竖直剖面构建方式如下：针对步骤3所确定的三维地质剖面空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，指定水平剖面、竖直剖面范围，格栅化得到水平平面、竖直面，栅格化水平平面、竖直面的构建方式为：

①离散化，通过计算剖面所代表的多边形与标准网格的相交过程，并记录与多边形边相交的点和在多边形内部的网格节点；

②计算地质属性：计算所有在多边形内部的网格节点的地质属性；

③构建地质剖面：以网格节点为对角线交点的矩形且不超过多边形范围区域的地质属性和网格地质属性相同。离散化的构建和显示，保证了计算的更加迅速，构建更快捷。

斜面断面剖面通过，地质数据包括的地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；形成斜面断面剖面图；构建竖直地质剖面结合地质背景的基础并基于所有的钻孔，地质剖面分布直接关联其三维空间位置，不局限于分析该剖面所经过的两端钻孔来进行，用户可以重生成当前项目的任意位置地质剖面。

步骤5、构建地质体，根据指定模型范围，离散化模型为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，如图2、3、4，形成水平剖面、竖直剖面图，利用断层控制数据，与水平剖面、竖直剖面图综合计算，针对各个水平面和竖直面的数据变化进行修正和验证，完整的含断层数据的三维地质体生成三维地质数据模型；

步骤6、应用地质三维建模系统实现当前项目的勘察成果管理与重生成、模型浏览；其中，上所述的勘察成果管理与重生成，即地质三维建模系统将自动生成的当前项目地质剖面与地质体，用户可以针对具体模型进行修正或删减。同时，用户可以重生成当前项目的任意点地质剖面与地质体。

步骤7、建立与通用图形软件的接口体系，与通用图形软件进行数据交换，根据地质剖面地质分布数据，得到地质剖面每个子地层的边界线，根据制定的横比，纵比，文字大小等参数，输出辅助信息，辅助信息包括而不局限于：地质剖面每个子地层，地质剖面关联钻孔的柱状图，地质剖面在工程场区内的预览图，图例，水平剖面顶点坐标信息，长度；

步骤8、生成当前工程的地质竖直剖面、地质水平剖面生成，将三维水平地质剖面、竖直地质剖面和斜面地质分布图转换成标准地质剖面数据格式，把地质信息与非地质信息完整的输出至指定图形文件；

步骤9、生成当前工程的三维数字勘察报告，提取当前项目的设计参数，按照指定模板生成三维地质数字勘察报告文档。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (8)

1.一种三维地质数字勘察报告生成方法，其步骤如下：

步骤1、依据能源矿产地质与工程地质相关技术规范要求，获取野外地质原始资料以及室内、室外试验资料；

步骤2、根据获取的或交互输入的野外地质原始资料以及室内、室外试验资料，确定地质分层和钻孔地质柱状图；

步骤3、指定当前工程勘察场区，提取当前工程勘察场区的地质参数，自动生成或交互输入钻孔柱状图数据；

其中，当前工程勘察场区为依据野外地质原始资料以及室内、室外试验资料所确定的工程勘察范围子集；

步骤4、针对步骤3所确定的当前工程勘察场区、钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，指定剖面的构建范围，构建水平剖面、竖直剖面和斜面断层剖面的地质剖面；

步骤5、构建地质体：根据指定剖面范围，离散化地质剖面为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，形成指定剖面范围的水平剖面、竖直剖面图，利用断层控制数据，与水平剖面、竖直剖面图综合计算，针对各个水平面和竖直面的数据变化进行修正和验证，完整的含断层数据的三维地质体生成三维地质数据模型；

步骤6、应用地质三维建模系统实现当前工程勘察场区的勘察成果管理与模型浏览；

步骤7、建立与通用图形软件的接口体系，与通用图形软件进行数据交换，根据地质剖面地质分布数据，得到地质剖面每个子地层的边界线，根据制定的横比，纵比，文字大小等参数，输出辅助信息，辅助信息包括而不局限于：地质剖面每个子地层，地质剖面关联钻孔的柱状图，地质剖面在工程场区内的预览图，图例，水平剖面顶点坐标信息，长度；

步骤8、生成当前工程勘察场区的地质竖直剖面、地质水平剖面生成，将三维水平地质剖面、竖直地质剖面和斜面地质分布图转换成标准地质剖面数据格式，把地质信息与非地质信息完整的输出至指定图形文件；

步骤9、生成当前工程勘察场区的三维数字勘察报告：从三维数字勘察报告文档模板样式中选定生成模板，按照该模板要求提取当前工程勘察场区的设计参数，生成三维地质数字勘察报告文档。

2.根据专利要求1所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：步骤3中，地质参数中将钻孔数据交互录入文本，其数据表格式为：钻孔编号，钻孔地层层底标高，钻孔水平位置坐标，钻孔地层名称，钻孔大地层名称，钻孔地层的地质年代及地层描述。

3.根据专利要求1所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：步骤4中，水平剖面和竖直剖面构建方式如下：指定水平剖面、竖直剖面范围，然后离散化水平剖面、竖直剖面为线边界拓扑集或离散点集，构建线边界拓扑集中每条线或离散点集中每个点的地层分布模型，再构建线边界拓扑集之间的地层几何拓扑关系或离散点集同一地层的几何边界拓扑关系，最终生成水平地质剖面图、竖直剖面图。

4.根据专利要求1所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：步骤4水平剖面和竖直剖面构建方式如下：针对步骤3所确定的三维地质剖面空间区域，根据提取的钻孔柱状图数据、地质数据和关联数据，指定水平剖面、竖直剖面范围，格栅化得到水平平面、竖直面，栅格化水平平面、竖直面的构建方式为：

①离散化，通过计算剖面所代表的多边形与标准网格的相交过程，并记录与多边形边相交的点和在多边形内部的网格节点；

②计算地质属性：计算所有在多边形内部的网格节点的地质属性；

③构建地质剖面：以网格节点为对角线交点的矩形且不超过多边形范围区域的地质属性和网格地质属性相同。

5.根据专利要求3或4所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：斜面断面剖面通过，地质数据包括的地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；形成斜面断面剖面图。

6.根据专利要求3或4所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：步骤4构建竖直地质剖面结合地质背景的基础并基于所有的钻孔，地质剖面分布直接关联其三维空间位置，不局限于分析该剖面所经过的两端钻孔来进行，用户可以重生成当前项目的任意位置地质剖面。

7.根据专利要求1所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：步骤6勘察成果包括水平剖面、竖直剖面、斜面断面的地质剖面图和三维地质数据模型，以及当前工程勘察场区的子集场区的水平剖面、竖直剖面、斜面断面的地质剖面图和三维地质数据模型。

8.根据专利要求1所述的一种三维地质数字勘察报告生成方法，其特征在于：野外地质钻孔资料包括钻探地质资料、钻探点三维位置信息、地质物探信息。