曲面插值的剖面三維塊狀地質(zhì)建模

本文以1:5萬溶溪幅地形地質(zhì)圖為底圖,繪制了一系列圖切剖面,并基于圖切剖面以surpac軟件為平臺(tái)構(gòu)建了研究區(qū)三維地質(zhì)模型,包括地形實(shí)體模型、斷層實(shí)體模型及地層實(shí)體模型。較好地完成了沉積地層的建模,提高了可視化程度,并為下一階段的成礦預(yù)測(cè)工作提供參考。

由于深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、地質(zhì)信息的不確定性,使得三維地質(zhì)模型一直存在可信度問題。通過多元數(shù)據(jù)的綜合分析、對(duì)比、相互約束,能夠較為準(zhǔn)確的控制深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與隱伏地質(zhì)體,進(jìn)而提升地質(zhì)模型可信度。該方法在銅陵礦集區(qū)建模工作中取得較好效果。

隨著淺地表礦床發(fā)現(xiàn)的難度增大,資源勘查深度增加,三維建模技術(shù)在深部找礦中作用更加突出。三維地質(zhì)模型的精確程度直接決定了對(duì)地質(zhì)背景及成礦條件的認(rèn)知程度,為此提出了一套基于航磁資料處理與三維可視化相結(jié)合的三維地質(zhì)建模技術(shù)。對(duì)研究區(qū)選取適當(dāng)剖面進(jìn)行二維反演,獲得各剖面地質(zhì)模型。通過剖面相連法構(gòu)建各地質(zhì)單元的三維地質(zhì)模型后,引入起伏地形三維塊體磁場(chǎng)正演技術(shù),對(duì)構(gòu)建的三維初始模型正演計(jì)算,從而獲取全區(qū)三維地質(zhì)模型及各地質(zhì)單元的航磁異常理論響應(yīng)。與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析后,合理添加地質(zhì)約束條件,重新修正模型,使得構(gòu)建的模型最大程度接近實(shí)際情況,這樣模型既能很好地反映地質(zhì)信息,又能滿足觀測(cè)場(chǎng)與理論場(chǎng)的擬合誤差最小,最大限度發(fā)揮地質(zhì)學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)區(qū)域地質(zhì)的理解。利用主塊體和次級(jí)塊體思想對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行剖分建模,在保證模型精度的同時(shí),減少總的模型塊體個(gè)數(shù),大幅提高模型正演運(yùn)算速度,有效解決三維反演建模方法在建模過程中對(duì)模型復(fù)雜度和規(guī)模的限制,可方便構(gòu)建形態(tài)復(fù)雜、不同規(guī)模的三維地質(zhì)模型。并將該方法應(yīng)用于湖北大冶鐵礦區(qū),構(gòu)建大冶鐵礦研究區(qū)三維地質(zhì)模型,驗(yàn)證了該方法的可行性及合理性。

將三維地質(zhì)建模技術(shù)用于地質(zhì)分析,提出一種基于tin的建模方法。采用帶斷層約束的三角剖分算法,實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)delaunay三角剖分,建立地質(zhì)層面模型,以地層和斷層為約束,根據(jù)層序地層學(xué)原理,按層序網(wǎng)格表征方式細(xì)分地層,建立層序模型,并在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,使用距離加權(quán)反比法估算網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的屬性,建立地質(zhì)體屬性模型。

根據(jù)本礦山現(xiàn)有的地質(zhì)勘探資料,通過三維礦業(yè)軟件3dmine建立相關(guān)圖形文件和地質(zhì)數(shù)據(jù)庫,從而創(chuàng)建礦山的地形dtm表面、礦體和塊體模型等實(shí)體模型。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析和塊體估值等實(shí)現(xiàn)真實(shí)直觀的三維可視效果、方便日后生產(chǎn)計(jì)劃的編制等,顯著提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)當(dāng)前石油開采中前期地質(zhì)分析的重要性,對(duì)地質(zhì)分析中的三維地質(zhì)建模技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析,包括在油藏描述、地質(zhì)建模、信息交流、儲(chǔ)量計(jì)算等方面的應(yīng)用,從而為三維地質(zhì)建模技術(shù)的深入推廣提供參考。

傳統(tǒng)地質(zhì)圖件是以二維形式表達(dá)的,人們只能通過想象力構(gòu)建深部地質(zhì)模型。受地質(zhì)知識(shí)水平差異、地質(zhì)復(fù)雜程度的影響,讀者難以在腦海中構(gòu)建準(zhǔn)確的地質(zhì)模型。每個(gè)人腦海中的模型差異較大,教師要準(zhǔn)確、完整地向?qū)W生表述自己腦海中的地質(zhì)模型較為困難。三維地質(zhì)模型具有強(qiáng)大的三維可視化功能,能夠確切表達(dá)地質(zhì)體的三維空間展布及各地質(zhì)體之間的接觸關(guān)系。三維地質(zhì)模型在地質(zhì)教學(xué)中的廣泛運(yùn)用不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度,還可以提高學(xué)生對(duì)課堂的興趣,提高教學(xué)質(zhì)量。將三維地質(zhì)建模技術(shù)引入?yún)^(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中,可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力,讓學(xué)生在校期間內(nèi)就掌握最先進(jìn)的三維建模技術(shù),為將來從事地質(zhì)工作打下良好基礎(chǔ)。

根據(jù)本礦山現(xiàn)有的地質(zhì)勘探資料,通過三維礦業(yè)軟件3dmine建立相關(guān)圖形文件和地質(zhì)數(shù)據(jù)庫,從而創(chuàng)建礦山的地形dtm表面、礦體和塊體模型等實(shí)體模型。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析和塊體估值等實(shí)現(xiàn)真實(shí)直觀的三維可視效果、方便日后生產(chǎn)計(jì)劃的編制等,顯著提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

不規(guī)則三角網(wǎng)(tin),廣義三棱柱(gtp)和四面體(ten)是廣泛應(yīng)用于鉆井三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)模型。本文重點(diǎn)研究tin-gtp-ten混合建模方法,通過引入vtk作為可視化工具,利用vtk類庫中的相關(guān)建模函數(shù)以及其自身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以點(diǎn)索引號(hào)集合來表達(dá)任意幾何體的特點(diǎn),對(duì)基于鉆井?dāng)?shù)據(jù)的傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模過程作了一些改進(jìn)。例如,通過在tin構(gòu)造方法上添加頂點(diǎn)排序步驟,使tin拓?fù)湫畔⒏迂S富。簡(jiǎn)化了gtp模型結(jié)構(gòu),使原來的6組拓?fù)潢P(guān)系只保留兩組,分別為修正的tin-gtp和gtp-頂點(diǎn),其中修正的tin-gtp拓?fù)潢P(guān)系能實(shí)現(xiàn)gtp快速剖分為四面體,用于模型顯示和空間操作分析。此外,利用vtk提供的蝶形細(xì)分方法來得到更加精細(xì)的模型體。實(shí)驗(yàn)表明,本文得到的tin-gtp-ten混合模型可以很好地完成整個(gè)模型系統(tǒng),也能實(shí)現(xiàn)線,面及體的快速查詢,模型數(shù)據(jù)的維護(hù)和更新也更為簡(jiǎn)便。

隨著淺地表礦床發(fā)現(xiàn)的難度增大，資源勘查深度增加，三維建模技術(shù)在深部找礦中作用更加突出。三維地質(zhì)模型的精確程度直接決定了對(duì)地質(zhì)背景及成礦條件的認(rèn)知程度，為此提出了一套基于航磁資料處理與三維可視化相結(jié)合的三維地質(zhì)建模技術(shù)。對(duì)研究區(qū)選取適當(dāng)剖面進(jìn)行二維反演，獲得各剖面地質(zhì)模型。通過剖面相連法構(gòu)建各地質(zhì)單元的三維地質(zhì)模型后．引入起伏地形三維塊體磁場(chǎng)正演技術(shù)。對(duì)構(gòu)建的三維初始模型正演計(jì)算，從而獲取全區(qū)三維地質(zhì)模型及各地質(zhì)單元的航磁異常理論響應(yīng)。與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析后，合理添加地質(zhì)約束條件，重新修正模型，使得構(gòu)建的模型最大程度接近實(shí)際情況．這樣模型既能很好地反映地質(zhì)信息，又能滿足觀測(cè)場(chǎng)與理論場(chǎng)的擬合誤差最小，最大限度發(fā)揮地質(zhì)學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)區(qū)域地質(zhì)的理解。利用主塊體和次級(jí)塊體思想對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行剖分建模．在保證模型精度的同時(shí)，減少總的模型塊體個(gè)數(shù)，大幅提高模型正演運(yùn)算速度，有效解決三維反演建模方法在建模過程中對(duì)模型復(fù)雜度和規(guī)模的限制，可方便構(gòu)建形態(tài)復(fù)雜、不同規(guī)模的三維地質(zhì)模型。并將該方法應(yīng)用于湖北大冶鐵礦區(qū)，構(gòu)建大冶鐵礦研究區(qū)三維地質(zhì)模型．驗(yàn)證了該方法的可行性及合理性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了快速發(fā)展。公路工程設(shè)計(jì)已從2d-gis發(fā)展到3d-gis,從分散的單一要素設(shè)計(jì)發(fā)展到基于數(shù)字地球的綜合要素的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。公路地質(zhì)體三維可視化既可以拓展現(xiàn)有的理論基礎(chǔ),在方法模型上有所突破又能在實(shí)際中解決地質(zhì)領(lǐng)域中的許多基礎(chǔ)問題。作者對(duì)地質(zhì)體三維可視化中的部分問題進(jìn)行了研究。

近年來gis技術(shù)作為關(guān)鍵的空間信息方法,被廣泛應(yīng)用于地理信息相關(guān)的多門類行業(yè)。其中,礦山三維地質(zhì)建模主要是在傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上,吸收了大量先進(jìn)的科學(xué)信息技術(shù),并有效利用地質(zhì)建模軟件構(gòu)建出基于gis的多元化、多方法的新型三維地質(zhì)建模方法,其能夠在一定程度上保持礦山數(shù)據(jù)在空間與時(shí)間上的統(tǒng)一,提高礦山管理的數(shù)字化程度,使其生產(chǎn)過程能夠更加的安全、可靠。本文主要圍繞應(yīng)用gis的礦山三維地質(zhì)建模方法進(jìn)行了探討分析,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員的后續(xù)工作提供一些借鑒意義。

隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展，三維仿真中地質(zhì)建模技術(shù)越來越受到重視，本文闡述了catia軟件在水利工程建立地質(zhì)模型的應(yīng)用過程，詳細(xì)介紹了此軟件在建立地質(zhì)模型時(shí)的操作步驟、流程、相關(guān)命令功能和技巧。主要通過visualbasic語言編程和catia軟件的逆向工程模塊，首先利用visualbasic語言編程提取地形圖信息，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入catia，使用dse、qsr、partdesign等工作臺(tái)建立工程區(qū)的三維地質(zhì)模型。發(fā)現(xiàn)catia軟件能夠快速、簡(jiǎn)捷地建立地質(zhì)模型，而且直觀、真實(shí)地反映出地形、地貌特征。因此將這種成熟的地質(zhì)建模技術(shù)引入水電行業(yè)是可行的，并將具有廣闊的前景。

采用"模式預(yù)測(cè)"的砂體內(nèi)部構(gòu)型研究方法,對(duì)薩北油田高含水后期密井網(wǎng)條件下辮狀河砂體構(gòu)型模式、夾層類型和夾層延伸規(guī)模進(jìn)行了精細(xì)描述。建立了適合薩北油田辮狀河砂體的"疊覆泛砂體"構(gòu)型沉積模式,根據(jù)構(gòu)型沉積模式把砂體內(nèi)部夾層分為3種類型,確定了垂直水流方向夾層空間延伸規(guī)模。采用基于目標(biāo)的算法建立了砂體內(nèi)部構(gòu)型模型及參數(shù)模型,總結(jié)出高含水后期辮狀河砂體內(nèi)部呈現(xiàn)低未水淹部位少、剩余油潛力較小的基本特點(diǎn)。研究結(jié)果表明,辮狀河砂體內(nèi)部夾層空間延伸長(zhǎng)度90～140m,總體呈水平分布,層內(nèi)低未水淹部位少于10%。利用層內(nèi)機(jī)械和化學(xué)堵水技術(shù)對(duì)19口油井進(jìn)行了細(xì)分堵水,取得較好挖潛效果,為油田開發(fā)后期層內(nèi)挖潛提供了地質(zhì)依據(jù)。

當(dāng)今礦業(yè)領(lǐng)域開始不斷向著數(shù)字化、可視化的方向發(fā)展,“數(shù)字礦山”已成為礦山采礦行業(yè)未來發(fā)展的主要趨勢(shì).該文在基于某地區(qū)金礦的勘查數(shù)據(jù),介紹了surpac三維數(shù)學(xué)建模軟件的主要功能,模塊和在地學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,并綜合論證該軟件未來的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和前景.

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和各種應(yīng)用軟件的開發(fā)，三維可視化技術(shù)也不斷地應(yīng)用到地學(xué)領(lǐng)域中?；趹?yīng)用軟件建立的礦體模型可以直觀形象的展現(xiàn)礦床內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)空間變化，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)管理和資源的合理利用，降低礦產(chǎn)勘查和開采的成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此文章就surpac軟件在三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用進(jìn)行略述。

含斷層地質(zhì)體的三維建模方法充分利用地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有線框模型進(jìn)行改進(jìn),能夠根據(jù)地質(zhì)剖面圖的特點(diǎn)半自動(dòng)化地發(fā)現(xiàn)地質(zhì)斷層線,從而構(gòu)建三維地質(zhì)斷層面和地層面,然后利用opengl加以渲染顯示。本文以貴州省黔西縣龍井煤礦為研究實(shí)例,在自主研發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件中驗(yàn)證了該方法的可行性。實(shí)踐表明,該方法能有效地利用現(xiàn)有的紙質(zhì)地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)含斷層地質(zhì)體的三維建模與可視化。

針對(duì)圍斜內(nèi)傾的\"漏斗\"狀火山口三維地質(zhì)建模問題,提出了基于地質(zhì)剖面進(jìn)行火山口三維地質(zhì)建模的方法。首先對(duì)火山口地表地質(zhì)界線和剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配提取三維地質(zhì)界線,然后根據(jù)三維地質(zhì)界線\"平緩\"或\"陡峭\"等特點(diǎn)提出不同的地質(zhì)界面建模方案。具體以福建鎮(zhèn)前幅石門火山口為例,用常規(guī)方法建立的角礫流紋巖界面存在\"尖點(diǎn)\"現(xiàn)象,且不經(jīng)過原始的地質(zhì)界線。采用biharmonic樣條模擬得到的地質(zhì)界面光滑且貼合效果較好,但發(fā)現(xiàn)其對(duì)平緩的角礫流紋巖界面建模有效,對(duì)于陡峭的火山角礫巖界面建模會(huì)出現(xiàn)形態(tài)突變的情況,為此提出將陡峭的三維地質(zhì)界線數(shù)據(jù)按照空間三角網(wǎng)的形式組織,采用基于空間三角網(wǎng)的改進(jìn)clough-tocher算法進(jìn)行空間建模。最后,地質(zhì)界面加上地形和底面約束封閉成火山口地質(zhì)體模型。

在密集井群條件下,利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)地層曲面和三維儲(chǔ)層屬性進(jìn)行插值重構(gòu)是正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造和油藏表征的重要手段,確定性插值是對(duì)油藏構(gòu)造和屬性建模的手段之一,選取合理的插值方法是保證重構(gòu)質(zhì)量的根本。為此,對(duì)三角剖分、距離反比和克里金等幾種常用插值重構(gòu)方法進(jìn)行了闡述和數(shù)值實(shí)驗(yàn),對(duì)某地區(qū)地溫場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,在100個(gè)井點(diǎn)中隨機(jī)抽取25個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行了比較,認(rèn)為在不太追求精度時(shí)可選用普通距離反比或三角剖分方法,而克里金和徑向基函數(shù)插值方法適用于精度要求較高的場(chǎng)合。

礦山三維地質(zhì)建模是實(shí)現(xiàn)\"數(shù)字礦山\"的關(guān)鍵技術(shù),是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦山的技術(shù)保障。對(duì)基于3dmine的礦山三維地質(zhì)建模研究進(jìn)行了綜述,主要對(duì)3dmine軟件的性能與發(fā)展、建模方法、三維可視化與\"數(shù)字礦山\"建設(shè)、礦山災(zāi)害預(yù)警與采動(dòng)影響等方面進(jìn)行了分析。在充分分析現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上提出了目前研究方面存在的不足與今后研究的重點(diǎn)。

在土木工程領(lǐng)域,civil3d是一款優(yōu)秀的勘察、設(shè)計(jì)軟件,其對(duì)autocad有著良好的繼承性,并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化了數(shù)據(jù)采集、整理及面向?qū)I(yè)土建對(duì)象(如基坑、道路、航道等)的處理功能,而三維地質(zhì)模型一直是該類土建對(duì)象與地基之間的紐帶,如何描述好地質(zhì)模型,對(duì)設(shè)計(jì)人員合理的解決工程問題是很有幫助的。因此三維地質(zhì)模型的創(chuàng)建,是以civil3d為主導(dǎo)的整個(gè)勘察、設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵。以連云港港30萬t級(jí)航道二期工程為依托,通過地質(zhì)數(shù)據(jù)采集、鉆孔生成、地質(zhì)曲面生成及結(jié)合地質(zhì)出圖算量等步驟,具體介紹了在civil3d中g(shù)eotechnicalmodule插件的運(yùn)用方法,為工程設(shè)計(jì)、勘察階段三維地質(zhì)建模提供參考~([1])。

針對(duì)水利水電工程多源地質(zhì)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),充分考慮了地質(zhì)精度要求、曲面連續(xù)性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量等多方面的均衡,提出并實(shí)現(xiàn)了基于nurbs(non-uniformrationalb-splines,非均勻有理樣條曲線)技術(shù)的復(fù)雜地質(zhì)曲面插值—逼近擬合構(gòu)造方法。該方法對(duì)于工程關(guān)鍵區(qū)域集中且均勻分布的原始數(shù)據(jù),采用nurbs蒙皮插值方法,使曲面嚴(yán)格通過這些數(shù)據(jù)點(diǎn);對(duì)于周邊區(qū)域分布離散的數(shù)據(jù),采用nurbs逼近擬合方法,使曲面在給定精度下充分逼近原始數(shù)據(jù);最后對(duì)整體曲面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理性、幾何性和精度進(jìn)行檢查分析和調(diào)整。實(shí)例表明,該方法所構(gòu)造的地質(zhì)曲面能滿足地質(zhì)工程師的實(shí)際需要,并能為進(jìn)一步的三維地質(zhì)建模提供基礎(chǔ)。