CN117911639B - 基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法，该方法包括：部署高密度电法测点，用以采集填埋物及基底数据，获取视电阻率数据；部署参数井，用以实测填埋层地质参数，获取分层数据；实施全区航拍航测，用以拍摄填埋场现状影像，获取DEM数据和现状底图。对获取的视电阻率数据进行界面约束正演拟合，获取各地质体的电阻率物性，建立地质‑地球模型；采用二元分析方法获取填埋层和填埋基底的空间数据；应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界；应用以上数据建立三维地质模型。该方法获取基底边界、构造特征和填埋物空间分布，反映渗滤液分布特征，为填埋场环境调查与治理提供详细的地质基础数据。

Description

基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法

技术领域

本发明涉及垃圾填埋场环境调查与治理技术领域，具体为一种基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法。

背景技术

非正规垃圾填埋场因设计不规范、防渗措施不严格、维护管理不到位，易造成垃圾中的有害物质随渗滤液迁移，污染地表水、土壤和地下水，对环境造成危害，有害物质进入人类食物链进而诱发疾病。因此，非正规垃圾填埋场的环境调查和治理极为重要，近年来全国各地已陆续开展此类工作。

地质勘探成果的可靠性直接影响环境调查成果的精度。在填埋场勘探中，部分填埋物分散填埋和多层分布、渗滤液和地下水的干扰，均可能造成反演断面的电阻率形态畸变，单一方法难以精确圈定填埋边界、分析渗滤液分布特征，复杂的地质条件与方法多解性为数据处理解译带来了巨大的挑战。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法。基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法包括：步骤1，部署高密度电法测点，用以采集填埋物及基底的数据，获取视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面；部署参数井，用以实测填埋层地质参数，获取参数井分层数据；实施全区航拍航测，用以拍摄填埋场现状影像，获取DEM数据和现状底图。

步骤2，对步骤1中视电阻率数据进行界面约束正演拟合，获取各地质体的电阻率物性，建立地质-地球模型；

步骤3，采用二元分析方法获取填埋层和填埋基底的空间数据；

步骤4，应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界；

步骤5，应用以上数据建立三维地质模型。

进一步的，在步骤1中，所述高密度电网测点部署754个，网度10×10米，所述参数井部署12口。

进一步的，在步骤2中，所述对视电阻率数据进行界面约束正演拟合，具体包括：

选择过井参数的高密度电法测点；

从视电阻率数据中抽取过井视电阻率深测曲线；

结合钻井资料进行定性分析，获取不同填埋物组合、破碎带和地下水对测深曲线电阻率变化的影响，建立地质-地球模型。

进一步的，通过梯度计算获取界面分离填埋层和填埋基底；

通过小波分析获取填埋基底破碎带空间信息；

通过残差法获取各类填埋物的空间信息。

进一步的，所述通过梯度计算获取界面分离填埋层和填埋基底，具体为：采用梯度法对填埋层、渗滤液以及填埋基底的综合电性异常的反映的二维电阻率断面沿深度方向求取梯度，并在显示上弱化梯度值和非连续梯度值，通过基于参数井先验信息约束的界面收敛处理，获取填埋界面信息，分离填埋层和填埋基底；

进一步的，所述通过小波分析获取填埋基底破碎带空间信息，具体为：采用小波多尺度分解，压制背景电阻率、突出不同规模的局部异常，经多参数试验对比，对二维反演断面法的填埋基底部分提取小波三阶细节，获取填埋基底破碎带空间信息；

进一步的，所述通过残差法获取各类填埋物的空间信息，具体为：采用高斯滤波方法对电阻率反演剖面进行多次平滑处理，获得填埋层“电阻率背景断面”，继而求取原始电阻率断面与“电阻率背景断面”差值，分离出填埋层“电阻率残差断面”，进行多次求取，结合钻井资料分析填埋层电阻率变化特征，选定电阻率变化与参数井钻遇各层具有较高匹配度的“电阻率残差断面”，获取各类填埋物的空间信息。

进一步的，在步骤4中，所述应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界，具体包括：基于模糊理论，给定义域U及其模糊子集A，按U中的元素u是否属于模糊集A的程度，定义一个隶属函数，公式为：

；

隶属函数的值范围为/>，当/>趋近于 1时/>趋近于模糊子集/>；

将单元的电阻率/>视为受渗滤液影响的模糊子集/>中的一个元素，建立/>的隶属函数/>，公式为：

；

使用柯西隶属度函数公式为：

；

其中，为戒上型隶属度函数的介质电阻率，单元/>属于被渗滤液影响的区域，和/>是戒上型隶属度函数的参数，为隶属度函数的转折点；

将高密度电法反演电阻率转换为基于上式的隶属度函数，分析渗滤液对电阻率的影响程度及相应范围；根据隶属度函数值进行垃圾填埋场渗滤液影响区域的划分，水位计测定钻遇渗滤液的钻孔稳定水位，开展土工试验测定含水率，以参数井的饱水带信息以及土工试验数据验证计算结果，获取渗滤液的模糊边界。

在进一步的实施例中，在步骤5中，所述建立三维地质模型，具体包括：

整理导入DEM高程数据、高密度电法解译数据、钻孔编译数据，以参数井分层数据为约束，通过插值和拟合算法由上至下生成地质层曲面；

以地表地形、高程-25m米、研究区红线外扩规则矩形作为模型边界，进行三维剖分，同时进行系统构造建模；

通过拟合调整，选用多重网格逼近法进行插值计算，逐层构建地质实体，建立填埋场-25米以浅三维地质模型、三维地质模型切片。

有益效果：本发明中基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法，钻井与高密度电阻率法联合勘探，钻井分层和井旁电阻率反演可以为反演解译提供可靠的约束信息和物性桥梁，采用二元分析方法获取调查要素的空间数据，应用模糊数学方法判断渗滤液分布，建立填埋场三维地质模型，能够更加真实的反映各层填埋物和填埋基底的三维空间结构特征，详细刻画断裂破碎带的空间展布，可以指导同类填埋场调查的地质勘探工作。

附图说明

图1是研究区航拍影像图；

图2是研究区海拔-25m 以浅三维可视化地质模型；

图3是研究区海拔-25m 以浅三维可视化地质模型切片。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法包括：步骤1，部署高密度电法测点，用以采集填埋物及基底的数据，获取视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面；部署参数井，用以实测填埋层地质参数，获取参数井分层数据；实施全区航拍航测，用以拍摄填埋场现状影像，获取DEM数据和现状底图。

步骤2，对步骤1中视电阻率数据进行界面约束正演拟合，获取各地质体的电阻率物性，建立地质-地球模型；

步骤3，采用二元分析方法获取填埋层和填埋基底的空间数据；

步骤4，应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界；

步骤5，应用以上数据建立三维地质模型。

如图1所示，在本发明的具体实施例中，对位于旧采石坑上的历史遗留垃圾填埋场三维地质建模，包括以下步骤：

部署高密度电网测点754个，网度10×10米，用以采集填埋物及基底的数据，获取视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面；部署参数井12口，用以实测填埋层地质参数，获取参数井分层数据；实施全区航拍航测，用以拍摄填埋场现状影像，获取DEM数据和现状底图。

选择过井参数的高密度电法测点；从视电阻率数据中抽取12条过井视电阻率深测曲线，将12 条电测深曲线进行归纳做定性分析，获取不同的填埋物组合、破碎带和地下水对测深曲线的电阻率变化有复杂的影响。通过对井旁实测视电阻率数据进行界面约束正演拟合，定量获取各地质体的电阻率物性，建立地质-地球模型。

采用梯度法对填埋层、渗滤液以及填埋基底的综合电性异常的反映的二维电阻率断面沿深度方向求取梯度，并在显示上弱化梯度值和非连续梯度值，通过基于参数井先验信息约束的界面收敛处理，获取填埋界面信息，分离填埋层和填埋基底。

采用小波多尺度分解，压制背景电阻率、突出不同规模的局部异常，经多参数试验对比，对二维反演断面法的填埋基底部分提取小波三阶细节，获取填埋基底破碎带空间信息。

采用高斯滤波方法对电阻率反演剖面进行多次平滑处理，获得填埋层“电阻率背景断面”，继而求取原始电阻率断面与“电阻率背景断面”差值，分离出填埋层“电阻率残差断面”，进行多次求取，结合钻井资料分析填埋层电阻率变化特征，选定电阻率变化与参数井钻遇各层具有较高匹配度的“电阻率残差断面”，获取各类填埋物的空间信息。

基于 Zadeh 的模糊理论，通过单元电阻率的隶属度函数，分析渗滤液影响的模糊边界，具体包括：给定义域U及其模糊子集A，按U中的元素u是否属于模糊集A的程度，定义一个隶属函数，公式为：

；

隶属函数的值范围为/>，当/>趋近于 1时/>趋近于模糊子集/>；

将单元的电阻率/>视为受渗滤液影响的模糊子集/>中的一个元素，建立/>的隶属函数/>，公式为：

；

使用柯西隶属度函数公式为：

；

其中，为戒上型隶属度函数的介质电阻率，单元/>属于被渗滤液影响的区域，和/>是戒上型隶属度函数的参数，为隶属度函数的转折点；

将高密度电法反演电阻率转换为基于上式的隶属度函数，分析渗滤液对电阻率的影响程度及相应范围；根据隶属度函数值进行垃圾填埋场渗滤液影响区域的划分，水位计测定钻遇渗滤液的钻孔稳定水位，开展土工试验测定含水率，以参数井的饱水带信息以及土工试验数据验证计算结果，获取渗滤液的模糊边界。

参照图2、图3，将以上获取的DEM高程数据、高密度电法解译数据、钻孔编译数据整理并导入软件，以参数井分层数据为约束，通过插值和拟合算法由上至下生成地质层曲面。以地表地形、高程-25m米、研究区红线外扩规则矩形作为模型边界，进行三维剖分，同时采用Structural Modeling模块进行系统构造建模。最后通过拟合调整，选用多重网格逼近法进行插值计算，剖分网格 1961385个，逐层构建地质实体，建立填埋场-25米以浅三维地质模型、三维地质模型切片。

综上所述，结合井电联合勘探获取的视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面、参数井分层数据，以及无人机航测获取的DEM数据和现状底图，建立填埋场三维地质模型，为填埋场环境调查与治理提供详细的地质基础数据。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (8)

1.基于井电联合勘探填埋场环境调查的三维地质建模方法，其特征在于，包括：

步骤1，部署高密度电法测点，用以采集填埋物及基底的数据，获取视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面；

部署参数井，用以实测填埋层地质参数，获取参数井分层数据；

实施全区航拍航测，用以拍摄填埋场现状影像，获取DEM数据和现状底图；

步骤2，对步骤1中视电阻率数据进行界面约束正演拟合，获取各地质体的电阻率物性，建立地质-地球模型；

步骤3，采用二元分析方法获取填埋层和填埋基底的空间数据；

步骤4，应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界；

步骤5，应用所述视电阻率数据、过井视电阻率深测曲线、二维电阻率断面、参数井分层数据、DEM数据和现状底图、地质-地球模型、填埋层和填埋基底的空间数据及模糊边界建立三维地质模型；在步骤4中，所述应用模糊数学计算反演电阻率的隶属度函数获取渗滤液的模糊边界，具体包括：

基于模糊理论，给定义域U及其模糊子集A，按U中的元素u是否属于模糊集A的程度，定义一个隶属函数，公式为：

μ_A:U→[0,1] μ→μ_A(u)；

隶属函数μ_A(u)的值范围为[0,1]，当μ_A(u)趋近于1时u趋近于模糊子集A；

将单元ei的电阻率ρ_i＝ρ(ei)视为受渗滤液影响的模糊子集A中的一个元素，建立ρ_i的隶属函数μ_F(ρ_i)，公式为：

F＝{(ρ_i,μ_F(ρ_i))|ρ_i∈U}；

使用柯西隶属度函数公式为：

其中，ρ_i为戒上型隶属度函数的介质电阻率，单元ei属于被渗滤液影响的区域，ρ₁和ρ₀是戒上型隶属度函数的参数，为隶属度函数的转折点；

将高密度电法反演电阻率转换为基于上式的隶属度函数，分析渗滤液对电阻率的影响程度及相应范围；根据隶属度函数μ值进行垃圾填埋场渗滤液影响区域的划分，水位计测定钻遇渗滤液的钻孔稳定水位，开展土工试验测定含水率，以参数井的饱水带信息以及土工试验数据验证计算结果，获取渗滤液的模糊边界。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述高密度电法测点部署754个，网度10×10米，所述参数井部署12口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述对视电阻率数据进行界面约束正演拟合，具体包括：

选择过井参数的高密度电法测点；

从视电阻率数据中抽取过井视电阻率深测曲线；

结合钻井资料进行定性分析，获取不同填埋物组合、破碎带和地下水对测深曲线电阻率变化的影响，建立地质-地球模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述采用二元分析方法获取填埋层和填埋基底的空间数据，具体包括:

通过梯度计算获取界面分离填埋层和填埋基底；

通过小波分析获取填埋基底破碎带空间信息；

通过残差法获取各类填埋物的空间信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过梯度计算获取界面分离填埋层和填埋基底，具体为：采用梯度法对填埋层、渗滤液以及填埋基底的综合电性异常的反映的二维电阻率断面沿深度方向求取梯度，并在显示上弱化梯度值和非连续梯度值，通过基于参数井先验信息约束的界面收敛处理，获取填埋界面信息，分离填埋层和填埋基底。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过小波分析获取填埋基底破碎带空间信息，具体为：采用小波多尺度分解，压制背景电阻率、突出不同规模的局部异常，经多参数试验对比，对二维反演断面法的填埋基底部分提取小波三阶细节，获取填埋基底破碎带空间信息。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过残差法获取各类填埋物的空间信息，具体为：采用高斯滤波方法对电阻率反演剖面进行多次平滑处理，获得填埋层“电阻率背景断面”，继而求取原始电阻率断面与“电阻率背景断面”差值，分离出填埋层“电阻率残差断面”，进行多次求取，结合钻井资料分析填埋层电阻率变化特征，选定电阻率变化与参数井钻遇各层具有预期匹配度的“电阻率残差断面”，获取各类填埋物的空间信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所述建立三维地质模型，具体包括：

整理导入DEM高程数据、高密度电法解译数据、钻孔编译数据，以参数井分层数据为约束，通过插值和拟合算法由上至下生成地质层曲面；

以地表地形、高程-25m米、研究区红线外扩规则矩形作为模型边界，进行三维剖分，同时进行系统构造建模；

通过拟合调整，选用多重网格逼近法进行插值计算，逐层构建地质实体，建立填埋场-25米以浅三维地质模型、三维地质模型切片。