CN114842158A - 一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，该方法包括利用ArcGIS软件建立研究区简易数据库；整合钻孔数据集，根据地层刻画顺序进行Horizon编号；将钻孔数据按照Horizon编号依次导入GMS中，同时在ArcGIS中根据地质知识创建、修改shp文件，精确地控制地层起伏情况；将相应的shp文件转换为Raster文件，并以特定格式导入到GMS中，创建Raster Catalog；利用Raster Catalog模块，并选择合适的插值方法生成相应的Solid，若其起伏情况不符合实际情况，继续调整；通过soild不断累加，生成最终的三维地质结构模型。本发明基于ArcGIS空间信息整合技术对钻孔数据和地质剖面进行融合处理后的三维点数据进行分层编辑和储存，再利用GMS中RasterCatalog模块精准、灵活地建立三维地质结构模型。
Description
技术领域
本发明属于三维地质建模技术领域，具体涉及一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法。
背景技术
由于西南地区工程地质条件复杂、高地应力、岩溶发育等情况，在工程隧洞施工过程中，特别是穿越断层破碎带的隧洞施工极易发生涌突水事故。此类事故发生突然、具有一定的破坏性，因此在施工前期对于隧洞涌水量的预测和计算工作尤为重要。在利用数值模拟法计算隧洞涌水量时，由于研究区内岩溶发育、断层结构复杂，仅使用常规方法(创建Borehole cross sections生成三维地质结构模型)的精度不高，难以控制主要断层的产状。据此，针对以上问题，有必要提出一种高精度、灵活的三维地质建模方法。
发明内容
发明目的：本发明的主要目的在于提供一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，可以精准、灵活地建立三维地质结构模型。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、收集研究区相关地质资料，利用ArcGIS软件建立地质资料数据库，从而确定研究区范围；
步骤2、在建立的地质资料数据库基础上，结合工程地质报告，分析研究区地层分布情况与地质构造特点，将研究区划分为不同的地块并确定其刻画顺序，再将每一地块中所有地层按照从下到上的顺序进行Horizon叠加编号；
步骤3、将钻孔数据按照Horizon编号依次导入GMS中，同时在ArcGIS软件中根据地质知识创建、修改shp文件中点的附属性来对地层起伏形态进行刻画；
步骤4、将地层的shp文件转换成Raster文件，并以特定格式导入到GMS中，创建Raster Catalog；
步骤5、利用Raster Catalog生成相应的Solid，若其起伏情况不符合实际要求，继续按照步骤3中修改shp文件进行调整；若符合实际要求，重复步骤3、4、5进行下一地层的刻画，直到地层全部刻画完成；
步骤6、通过soild不断累加以生成最终的三维地质结构模型。
进一步的，所述的步骤1中，对地质平面图、剖面图、钻孔数据资料进行设置坐标系统和位置校准预处理之后，导入ArcGIS软件中，并根据图片显示的需要调整图层组合的上下叠放顺序，从而形成地质资料数据库。
进一步的，所述的步骤2中：将研究区进行分块建模，根据所含地层年代最老和相邻地块个数为1的特征确定第一个刻画的地块，然后与其相邻的地块刻画顺序为第二个，以此类推，从而确定所有地块的刻画顺序。
进一步的，所述的步骤3包括：
S31、按照Horizon值从1开始，仅插入相应的钻孔中Horizon值为1部分的岩性数据到GMS中，同一钻孔中其余岩性数据及其他钻孔不插入，而当Horizon值为i时，其中i>1，仅插入相应的钻孔中Horizon小于等于i部分的岩性数据到GMS中；
S32、将钻孔数据和地质剖面进行地层匹配，并按照不同的Horizon值将相应的地层上表面高程点数据进行融合提取，以shp文件格式储存，点的附属性包含：要素ID的“FID”、要素类型的“Shape”、数据来源标注“LABEL”、坐标值“X”、“Y”、“Z”以及高程值“ELE”；
S33、在缺乏钻孔数据的位置，通过手动添加结点的方式进行加密，通过修改结点的附属性从而精确地刻画地层形态，断层带部分也按照地层刻画方式进行处理。
进一步的，所述的步骤4包括：
S41、将地层的shp文件利用3D Analyst工具下的数据管理工具中的创建TIN工具，生成TIN三角化网格；
S42、利用转换工具下的TIN to Raster工具，转换成Raster文件；
S43、将Raster文件以“﹡.tiff”格式导入到GMS中，并右击创建Raster Catalog；
S44、双击Raster Catalog打开编辑栏并按照刻画顺序选择相应的Raster文件、地层岩性、Horizon值，勾选Fill。
进一步的，所述的步骤5包括：
S51、右击Raster Catalog并选择Horizons→Solid工具，在编辑栏中下拉选择创建的Raster Catalog；
S52、根据实际情况选择上表面高程、底部高程、插值方法，生成相应的Solid；
S53、若在三维地质结构建模完后仍需要在进行结构调整时，选择相应地层的shp文件进行修改。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明提出了一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，通过ArcGIS空间信息整合技术对钻孔数据和地质剖面进行融合处理后的三维点数据附属性进行修改，精准地控制不同地层的起伏情况。且每一地层都由独立的shp文件控制，若在三维地质结构建模完后仍需再进行结构调整时，可选择相应地层的shp文件进行修改。
附图说明
图1是本发明中三维地质建模流程图；
图2是本发明中案例工程概况图；
图3是本发明中shp文件点的附属性示意图；
图4是本发明中导入Raster文件示意图；
图5是本发明中编辑Raster Catalog示意图；
图6是本发明中利用Raster Catalog生成Solid过程图；
图7是本发明中三维地质结构分块建模示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明作更进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
如图1～7所示，本发明提供的一种三维地质建模方法，基于ArcGIS空间信息整合技术对钻孔数据和地质剖面进行融合处理后的三维点数据进行分层编辑和储存，再利用GMS中Raster Catalog模块精准、灵活地建立三维地质结构模型。
本发明提供一种岩溶区断层带三维地层精细建模方法，该方法技术路线图如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1、收集地质资料，利用ArcGIS软件建立简易数据库，确定研究区范围，见图2。
步骤2、在研究区已有地质平面图、地质剖面图、钻孔数据的基础上，首先根据研究区内石灰窑断裂近EW走向、倾向北和黄蜂厂-清水江断裂走向NNE、倾向NWW的特点，将地质结构刻画顺序为石灰窑断裂南侧地层→石灰窑断裂→石灰窑断裂北侧地层→黄蜂厂-清水江断裂→黄蜂厂-清水江断裂西侧地层，然后将研究区内地层按照刻画的顺序细分为28层并进行Horizon编号；
步骤3、由于受山区工程造价影响，钻孔数量较少，按照Borehole Date模块要求的数据格式完成132个钻孔数据的准备，其中实际钻孔77个，虚拟钻孔55个。将钻孔数据按照所属岩性的Horizon编号从1到28依次导入GMS中，同时在ArcGIS软件中根据地质知识创建、修改shp文件，精确刻画地层起伏情况。图3为Horizon＝7时的地层部分三维点数据的附属性示意图，数据来源主要包括钻孔数据、地质平面以及根据地质知识手动添加三种；
步骤4、将地层的shp文件利用3D Analyst工具下的数据管理工具中的创建TIN工具，生成TIN三角化网格，然后利用转换工具下的TIN to Raster工具，方法选择NATURAL_NEIGHBORS，采样距离选择OBSERVATIONS 50，并将生成的Raster文件以﹡.tiff格式导入到GMS中，见图4。选中Raster文件右击New Raster Catalog工具生成新的Raster Catalog(1)。双击Raster Catalog(1)打开编辑栏并按照刻画顺序(Horizon值从1到28)选择相应的Raster文件和地层岩性，勾选Fill，见图5；
步骤5、利用Raster Catalog(1)生成相应的Solid，若不满意，继续按照S3中修改shp文件进行调整；若满意，也需重复S3中所有步骤进行下一地层soild刻画；
步骤6、右击Raster Catalog(1)并选择Horizons→Solid工具，在编辑栏中RasterCatalog下拉选择创建的Raster Catalog(1)，见图6。在下一页中，Top elevation选择TINelevations，Bottom elevation选择Constant elevation值为1800m，插值方法为Inversedistance weighted，Nodal function选择Constant，生成的三维地质结构模型见图7。
Claims (6)
1.一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、收集研究区相关地质资料，利用ArcGIS软件建立地质资料数据库，从而确定研究区范围；
步骤2、在建立的地质资料数据库基础上，结合工程地质报告，分析研究区地层分布情况与地质构造特点，将研究区划分为不同的地块并确定其刻画顺序，再将每一地块中所有地层按照从下到上的顺序进行Horizon叠加编号；
步骤3、将钻孔数据按照Horizon编号依次导入GMS中，同时在ArcGIS软件中根据地质知识创建、修改shp文件中点的附属性以对地层起伏形态进行刻画；
步骤4、将地层的shp文件转换成Raster文件，并以特定格式导入到GMS中，创建RasterCatalog；
步骤5、利用Raster Catalog生成相应的Solid，若其起伏情况不符合实际要求，继续按照步骤3中修改shp文件进行调整；若符合实际要求，重复步骤3、4、5进行下一地层的刻画，直到地层全部刻画完成；
步骤6、通过soild不断累加以生成最终的三维地质结构模型。
2.根据权利要求1所述的一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，对地质平面图、剖面图、钻孔数据资料进行设置坐标系统和位置校准预处理之后，导入ArcGIS软件中，并根据图片显示的需要调整图层组合的上下叠放顺序，从而形成地质资料数据库。
3.根据权利要求1所述的一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于：所述的步骤2中，将研究区进行分块建模，根据所含地层年代最老和相邻地块个数为1的特征确定第一个刻画的地块，然后与其相邻的地块刻画顺序为第二个，以此类推，从而确定所有地块的刻画顺序。
4.根据权利要求1所述的一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于，所述的步骤3包括如下步骤：
S31、按照Horizon值从1开始，仅插入相应的钻孔中Horizon值为1部分的岩性数据到GMS中，同一钻孔中其余岩性数据及其他钻孔不插入，而当Horizon值为i时，仅插入相应的钻孔中Horizon小于等于i部分的岩性数据到GMS中，其中，i>1；
S32、将钻孔数据和地质剖面进行地层匹配，并按照不同的Horizon值将相应的地层上表面高程点数据进行融合提取，以shp文件格式储存，点的附属性包含：要素ID的“FID”、要素类型的“Shape”、数据来源标注“LABEL”、坐标值“X”、“Y”、“Z”以及高程值“ELE”；
S33、在缺乏钻孔数据的位置，通过手动添加结点的方式进行加密，通过修改结点的附属性从而精确地刻画地层形态，断层带部分也按照地层刻画方式进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于，所述的步骤4包括：
S41、将地层的shp文件利用3D Analyst工具下的数据管理工具中的创建TIN工具，生成TIN三角化网格；
S42、利用转换工具下的TIN to Raster工具，转换成Raster文件；
S43、将Raster文件以“﹡.tiff”格式导入到GMS中，并右击创建Raster Catalog；
S44、双击Raster Catalog打开编辑栏并按照刻画顺序选择相应的Raster文件、地层岩性、Horizon值，勾选Fill。
6.根据权利要求1所述的一种岩溶区断层带三维地层精细化建模方法，其特征在于：所述的步骤5包括：
S51、右击Raster Catalog并选择Horizons→Solid工具，在编辑栏中下拉选择创建的Raster Catalog；
S52、根据实际情况选择上表面高程、底部高程、插值方法以生成相应的Solid；
S53、若在三维地质结构建模完后仍需要在进行结构调整时，选择相应地层的shp文件进行修改。
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