三维地质建模方式及运用分析【论文】.pdfVIP

三维地质建模方式及运用分析

0前言

近年来，计算机软硬件技术的发展为地质三维设计的发

展创造了条件，在地质领域中，岩体的三维可视化模拟已成

为人们广泛关注的热点。目前，中国国内工程勘察设计行业

的三维地质建模技术已经由探索阶段逐渐走向生产应用阶

段。国际上广泛应用的GoCAD软件在地质建模方面有着独到

之处，它不但具有核心的地质几何形态建模功能，可以实现

结构特征与地质属性的统一表达，还具备强大的可视化功能

和属性分析功能。本文将结合乌托水电站的三维设计详细阐

述GoCAD软件在水电工程地质中的应用。

1GoCAD平台及其建模思想

1．1GoCAD简介

GoCAD(GeologicalObjectComputerAidedDesign)是由法国

ENSGNancy地质学院(Mallet，1989)研制的地质造型软件，是

专门针对地质专业的三维模型建造、属性分析软件。软件主

要包含PointSet、Curve、Surface、solid、Voxet、Sgrid、Well、

Group、Channel、2D－Grid、X－Section、Frame、Model3d

等对象类型。GoCAD软件最大特点是延续了与人工地质制图

传统习惯相同的思想，即利用少数已知控制点推测空间分布

形态，反映地质体的空间不确定性和模拟这种不确定性的技

术思路。因此，GoCAD模型可以100%保证勘探控制点处的

精度，而勘探点以外部分则合理利用地质传统习惯的推测方

法进行模拟。

1．2GoCAD数学处理方法

GoCAD软件是采用离散平滑内插算法

(Dis-creteSmoothInterpolation，简称DSI)作为核心技术。DSI

方法用一系列具有物体几何和物理特性的相互连结的节点

来模拟地质体。用DSI方法模拟几何和物理特性时，已知节

点和地质学中的典型信息将被转化为线形约束，引入到模型

生成的过程中。该方法基于图形拓扑，它适用于构建复杂模

型和处理模型表面不连续的情况。DSI算法具有一定优点，

如可自由选择和自动调整格网模型，实时交互操作，能够处

理一些不确定的数据等。这些优点决定了DSI在地质建模和

可视化中的重要位置。

1．3GoCAD建模思路

三维地质建模的思想是利用各种地质勘测资料，借助

GoCAD内部的DSI算法，将离散数据转化为连续曲面，进而

建立岩体的三维模型，处理岩层界面与结构面的组合关系，

逼真地反映地质体的全貌。具体思路如图1所示，建立一个

曲(平)面，对该曲(平)面进行相应的约束后，将这个面拟合到

由钻孔、平硐确定的该层的离散点位置，得到一个曲面，该

曲面在宏观形态上与出露线、产状数据一致，在局部与钻孔

确定的层面位置一致，如果其展布情况与地质规律不矛盾，

则可认为该曲面可以模拟该地层面［1－2］。

2GoCAD三维地质建模方法

2．1地形面

(1)将选定的研究区域的地形等高线直接导入GoCAD软

件，在PointsSet模块中将所有等高线离散成点;(2)建立一个

与研究区域范围相符的平面，对平面进行分裂(Split)，即增加

网格密度;(3)约束(Constraints)待变形面的边界，确保其边界

(Border)只能沿Z方向进行变形，并约束待变形面，使离散点

集成为待变形面的软约束控制点(ControlPoints);(4)对设置好

各种约束的待变形面进行多次的插值积分(Interpolation)，根

据实际情况判断变形后的曲面是否满足要求，若达到要求，

停止积分操作，若需要局部修改，使用Region命令进行局部

范围的划定，然后执行相应的分裂与积分操作即可。

2．2钻孔与平硐

在GoCAD中，钻孔是以钻井(Well)的形式表示的，Well

作为GoCAD的基本对象之一，包含有位置信息(WellPath)和

属性信息(WellLogs)。GoCAD中提供了多种数据录入接口，建

模中基本采用文本文件方式录入钻孔及相关数据。数据读入

GoCAD后，可在Well的Marker项修改各层的信息并加入各

层的产状信息。在GoCAD平台中没有专门用于建立平硐模型

的模块，平硐可以视作水平方向的钻孔，其位置信息(WellPath)

表示的是平硐轴线的几何信息，其它信