CN107146282A - 基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法 - Google Patents

基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法，包括以下步骤：1）收集岩溶系统相关实测数据，获得岩性分界面，以及岩性分界面两侧的边界截面；2）获取岩性分界面两边可溶性岩石的比溶蚀度，得到两者的比溶蚀度之比；3）将第一截面向岩性分界面同轴平移，获得靠近岩性分界面的第一截面的同轴平移截面；4）根据比溶蚀度之比对同轴平移截面进行放大及位置矫正，获得同轴平移截面的缩放截面；5）将缩放截面向岩性分界面同轴平移至岩性分界面另一侧，获得靠近岩性分界面的缩放截面的同轴平移截面；6）建模得到岩溶三维模型。本发明以岩性分界面两侧可溶性岩石的比溶蚀度为依据，修正平滑过渡的误差，提高岩溶三维模型的精度与合理性。

Description

基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法
技术领域
本发明涉及三维地质建模技术，尤其涉及一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法。
背景技术
岩溶及岩溶塌陷：岩溶又称喀斯特（karst）, 是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。喀斯特地貌分布在世界各地的可溶性岩石(碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石和卤盐类岩石)地区，从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地貌发育。岩溶塌陷是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。由于岩溶塌陷经常发生道路、城镇等人口稠密区，已成为一种广受关注的灾害。
三维地质建模：三维地质模型是研究区或工程区的数字化模拟，其数据来源于地质勘察获取的原始数据与分析得到的推断数据，其技术支撑是科学可视化技术。通过三维建模技术把勘察获取的数据与分析获得的数据在虚拟空间中重新搭建成三维空间模型，包括地表、地层、构造、地下水、溶洞等地质要素，在一定程度上，是研究区或工程区的整体数字化重建与全景甚至全属性模拟。三维地质模型可在地质勘察与分析中全程、全面使用，也可用于工程设计与施工中。随着信息技术的发展，尤其是三维可视化技术的逐渐成熟，三维模型以其直观性、整体性、预见性、可控性、经济性等的显著特点与优点，在岩溶及岩溶塌陷研究中日渐发挥越来越大的作用。由于地下岩溶空间展布可获取的实测数据有限，传统的在岩性分界面平滑过渡的三维处理方式，有较大的误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法，包括以下步骤：
1）收集岩溶系统相关实测数据，获得岩性分界面，以及岩性分界面两侧通过物探或其他手段获得的溶洞的边界截面；
2）获取岩性分界面两边可溶性岩石的比溶蚀度，得到两者的比溶蚀度之比；设比溶蚀度较低的岩石的溶洞边界截面为第一截面，比溶蚀度较高的岩石的溶洞边界截面为第二截面；
3）将第一截面向岩性分界面同轴平移，获得靠近岩性分界面的第一截面的同轴平移截面；
4）根据第一截面与第二截面的比溶蚀度之比对同轴平移截面进行放缩及位置矫正，获得同轴平移截面的缩放截面；
5）将缩放截面向岩性分界面同轴平移至岩性分界面另一侧，获得靠近岩性分界面的缩放截面的同轴平移截面；
6）依据第一截面、第二截面、第一截面的同轴平移截面、缩放截面的同轴平移截面建模得到岩溶三维模型。
按上述方案，所述缩放截面的同轴平移截面和第一截面的同轴平移截面的形心重合，其坐标修正公式如下：
X1=KX+（1-K）X0；
Y1=KY+（1-K）Y0；
Z1=KZ+（1-K）Z0；
其中X、Y、Z是第一截面的同轴平移截面上各点的坐标，X0、Y0、Z0是第一截面的同轴平移截面的形心坐标，X1、Y1、Z1是缩放截面的同轴平移截面上各点的坐标。
本发明产生的有益效果是：本发明以岩性分界面两侧可溶性岩石的比溶蚀度为依据，通过岩性分界面两侧岩石的比溶蚀度之比来确定地下岩性分界面两侧溶洞的洞径大小，修正平滑过渡的误差，提高岩溶三维模型的精度与合理性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的A溶洞相关数据示意图；
图2是本发明实施例的基于比溶蚀度的定量优化示意图；
图3是本发明实施例不做比溶蚀度修正直接平滑过渡的溶洞示意图；
图4是本发明实施例依据比溶蚀度对岩溶三维形态进行修正的溶洞示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法，包括以下步骤：
1、收集A溶洞相关实测数据，见图1。其中截面1、5是通过物探或其他手段获取的溶洞边界截面，截面3是岩性分界面，左边是细中晶白云岩，右边是泥晶灰岩。图3是依据这些数据建立的三维截面（由于在截面1和5之间没有可用的其它实测数据，两者之间一般平滑过渡）；
2、获取分界面两边可溶性岩石的比溶蚀度，其中细中晶白云岩的比溶蚀度Kv=0.55，泥晶灰岩的比溶蚀度Kv=1.05，得到两者的比溶蚀度之比为0.55：1.05；
3、由于细中晶白云岩和泥晶灰岩的比溶蚀度之比约为1:2（0.55:1.05），在两者的分界面附近应该会有较大的溶蚀差异，从而使岩溶的三维形态发生较大的改变，本发明采用的定量优化方法如图2所示（在图1中分界面两侧增加辅助截面2和4），截面2为截面1的同轴平移截面，截面4a是截面2缩放及位置矫正后的截面，截面4是截面4a的同轴平移截面。
由于在截面1和2之间都是细中晶白云岩，所以截面2是截面1的同轴平移截面，两者形状保持一致。截面4的计算方法如下：
X1=KX+（1-K）X0；
Y1=KY+（1-K）Y0；
Z1=KZ+（1-K）Z0；
其中X、Y、Z是截面2上各点的坐标，X0、Y0、Z0是截面2的形心（图形中心）坐标，由于分界面3两边的比溶蚀度不同，两边的洞径应该不同，缩放系数用K来表示，K=细中晶白云岩Kv ：泥晶灰岩Kv = 0.55 : 1.05≈0.5，截面4a是截面2的缩放截面，即截面4a的洞径是截面2洞径的大约2倍，X1、Y1、Z1是截面4a上各点的坐标，由于在三维环境中，坐标变化后需要进行坐标变换，其调整系数为（1-K），调整后可以使截面4a和截面2的形心重合。截面4是截面4a的同轴平移截面。
4、依据截面1、2、4、5建模得到的三维截面如图4所示。对比图3和图4，可以看出平滑过渡的传统处理结果与基于比溶蚀度的修正结果具有明显的差异，后者更合理，也更符合岩溶发育的一般规律。
5、完成岩溶系统中A部分的修正处理，其它分界面两侧的修正处理的方法类似，不再赘述。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于比溶蚀度的岩溶三维模型优化方法，包括以下步骤：
1）收集岩溶系统相关实测数据，获得岩性分界面，以及岩性分界面两侧通过物探或其他手段获得的溶洞边界截面；
2）获取岩性分界面两边可溶性岩石的比溶蚀度，得到两者的比溶蚀度之比；设比溶蚀度较低的岩石的边界截面为第一截面，比溶蚀度较高的岩石的边界截面为第二截面；
3）将第一截面向岩性分界面同轴平移，获得靠近岩性分界面的第一截面的同轴平移截面；
4）根据第一截面与第二截面的比溶蚀度之比对同轴平移截面进行放缩及位置矫正，获得同轴平移截面的缩放截面；
5）将缩放截面向岩性分界面同轴平移至岩性分界面另一侧，获得靠近岩性分界面的缩放截面的同轴平移截面；
6）依据第一截面、第二截面、第一截面的同轴平移截面、缩放截面的同轴平移截面建模得到岩溶三维模型。
2.根据权利要求1所述的岩溶三维模型优化方法，其特征在于，所述缩放截面的同轴平移截面和第一截面的同轴平移截面的形心重合，其坐标修正公式如下：
X1=KX+（1-K）X0；
Y1=KY+（1-K）Y0；
Z1=KZ+（1-K）Z0；
其中X、Y、Z是第一截面的同轴平移截面上各点的坐标，X0、Y0、Z0是第一截面的同轴平移截面的形心坐标，X1、Y1、Z1是缩放截面的同轴平移截面上各点的坐标，K为缩放系数，是第一截面与第二截面所在岩石的比溶蚀度之比。
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