摘要：針對(duì)三維建模中的不精確、和數(shù)值分析接口不連續(xù)性問題，采用GOCAD軟件建立工程地質(zhì)體的三維模型，使得建立的模型達(dá)到既“可視”又“可算”的目的。將其應(yīng)用于巖灘水電工程的地質(zhì)三維建模中，證明了該法具有準(zhǔn)確、快捷和合理等優(yōu)點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：GOCAD；工程地質(zhì)；三維建模
　　
　　1引言
　　傳統(tǒng)的地質(zhì)信息的模擬與表達(dá)主要采用平面圖和剖面圖，其實(shí)是將三維空間中的地層、構(gòu)造、地貌及其它地質(zhì)現(xiàn)象投影到某一平面上進(jìn)行表達(dá)。該方法存在的主要問題是空間信息的損失與失真、制圖過程繁雜及信息更新困難。三維地質(zhì)建模正是針對(duì)傳統(tǒng)的地質(zhì)信息模擬與表達(dá)方法的缺陷，借助計(jì)算機(jī)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)，直接從三維空間的角度去理解和表達(dá)地質(zhì)體與地質(zhì)環(huán)境。
　　國外將可視化技術(shù)應(yīng)用于三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理、分析和模擬起步較早，并達(dá)到一定的深度，目前已有許多成熟的軟件系統(tǒng)推出，如GOCAD、AVS、LYNX、CTECH、EARTHVISION等。這些軟件涉及地震勘探、地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模、礦床模擬、開采評(píng)估、規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等領(lǐng)域，有的是通用型可視化系統(tǒng)，有的則是面向地質(zhì)領(lǐng)域的專用系統(tǒng)。其中GOCAD是一個(gè)關(guān)于地球物理、地質(zhì)、工程應(yīng)用的三維地學(xué)模擬軟件，其核心模塊是基于離散光滑插值技術(shù)（DSI）進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的，在地質(zhì)體結(jié)構(gòu)建模上有獨(dú)到之處，能夠準(zhǔn)確表達(dá)工程地質(zhì)特征。
　　本文以巖灘水電站為例，基于現(xiàn)有工程地質(zhì)勘察的基本資料(等高線圖、鉆探及物探資料等)，利用GOCAD軟件，建立起相應(yīng)的三維工程地質(zhì)概念模型，更清晰認(rèn)識(shí)地質(zhì)體的空間形態(tài)和相互關(guān)系，而且為地質(zhì)體的三維數(shù)值模擬提供了基礎(chǔ)，達(dá)到“可視”又“可算”的目的。
　　2三維結(jié)構(gòu)面的建立
　　結(jié)構(gòu)面是地質(zhì)體三維建模的基礎(chǔ)，利用已有的離散數(shù)據(jù)資料構(gòu)建地質(zhì)體的地形面及各個(gè)構(gòu)造面，是建立合理的三維地質(zhì)體模型的前提。GOCAD中提供了支持CAD所產(chǎn)生的DXF格式文件的接口，可以將CAD中構(gòu)造的等高線地形圖導(dǎo)入，經(jīng)處理后自動(dòng)生成三維地形面。GOCAD同時(shí)提供了支持鉆孔數(shù)據(jù)輸入的接口，按照GOCAD所支持的鉆孔輸入格式所制成的EXCEL文件可直接導(dǎo)入GOCAD，生成鉆孔布置圖，并可由鉆孔信息生成三維地層面。
　　2.1地形三維面的建立
　　在地質(zhì)體的三維模型建立方面,用于控制其地表形態(tài)的信息很多，其中地形圖就是常用的信息。因此，在建立地質(zhì)體地形三維面時(shí)可以直接利用已矢量化的地形等高線圖作為基礎(chǔ)，然后導(dǎo)入GOCAD中產(chǎn)生地質(zhì)體三維地形面(圖1)。
　　
　　圖1巖灘水電站地質(zhì)體三維地形面
　　2.2三維地層面的建立
　　由于野外勘探(鉆探、踏勘、物探等)工作量的限制，地層面的控制點(diǎn)通常非常有限，如果直接利用現(xiàn)有的勘探點(diǎn)生成地層三維面，難以與實(shí)際情況相吻合。因此，在生成地質(zhì)體的地層或其他結(jié)構(gòu)面時(shí)，必須加上相應(yīng)的工程地質(zhì)分析進(jìn)行人工干預(yù)數(shù)據(jù)，對(duì)要建的地層面追加一定數(shù)量的控制點(diǎn)，以使其盡量與實(shí)際的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面相符合。
　　鉆孔數(shù)據(jù)是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，在GOCAD中，鉆孔是以測(cè)井(Well)的形式表示的，Well作為GOCAD的基本對(duì)象之一，包含有位置信息(WellPath)和屬性信息(Welllogs)，GOCAD中提供了多種國際通用的鉆孔錄入數(shù)據(jù)接口，但與國內(nèi)流行的鉆孔數(shù)據(jù)有一定差別，建模中基本采用文本文件方式錄入鉆孔及相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　數(shù)據(jù)讀入GOCAD后，可在Well的Marker項(xiàng)修改各層的信息并加入各層的產(chǎn)狀信息，在本項(xiàng)目中，總共布置了42個(gè)鉆孔，如圖2所示。根據(jù)這些鉆探及物探資料，并附以地面調(diào)查分析，建立了各個(gè)地層分界面的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)分布圖。利用這些離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，按照GOCAD支持的格式，在GOCAD中利用曲面生成命令生成相應(yīng)的三維地層分界面。
　　
　　圖2三維地質(zhì)鉆孔圖
　　3三維地質(zhì)建模
　　地質(zhì)體通常被多組構(gòu)造面(地層分界面、斷層面、節(jié)理面等)劃分成不同的地質(zhì)單元體。在大多數(shù)GOCAD軟件中，復(fù)雜體可以通過面切割簡單的體來產(chǎn)生。基于這種思路，在地質(zhì)體的三維模型建立方面可以通過利用已生成的結(jié)構(gòu)面來切割覆蓋整個(gè)研究區(qū)域的立方體來形成。
　　基于GOCAD建模的構(gòu)造思路和方法，利用工程地質(zhì)勘探所獲得地質(zhì)信息(包括鉆孔、平硐、地形以及地表露頭等信息)和專業(yè)地質(zhì)人員交互解譯出的二維剖面圖(包括橫、縱剖面圖和不同高程的平切面圖)，完成了巖灘水電站工程壩址區(qū)域三維巖體結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)造，如圖3和圖4所示，其中包含了主要地形面、斷層、破碎帶、地下廠房相關(guān)建筑物等綜合信息。經(jīng)過與已有鉆孔、平硐以及二維剖面圖的對(duì)比檢驗(yàn)，該模型精度較高，能夠滿足地質(zhì)人員和設(shè)計(jì)人員的分析要求。
　　
　　圖3地形和主要地質(zhì)構(gòu)造                                                                 圖4地下廠房的空間位置
　　在重建的三維巖體結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，可作任意方向、任意地點(diǎn)和任意深度的三維剖切操作，進(jìn)行相應(yīng)的工程巖體結(jié)構(gòu)可視化分析，主要包括巖體的剖切分析、地下建筑物的巖體結(jié)構(gòu)分析、模擬數(shù)字鉆孔、巖體填挖計(jì)算分析以及結(jié)構(gòu)面等值線圖自動(dòng)繪制分析等，這對(duì)于地下廠房巖體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、風(fēng)化層發(fā)育規(guī)律預(yù)測(cè)等具有重要的意義。
　　4結(jié)論
　　研究與應(yīng)用表明，基于GOCAD的三維地質(zhì)建模思路突破了復(fù)雜地形面和地下結(jié)構(gòu)三維建模表達(dá)的限制，并在質(zhì)量上達(dá)到了實(shí)際要求，提供了表達(dá)更為精確的地質(zhì)模型，并在應(yīng)用中逐步得到了推廣。自由拓樸和映射的分網(wǎng)技術(shù)既能發(fā)揮出三維地質(zhì)模型在建模方面的優(yōu)勢(shì)，又能改變數(shù)值計(jì)算技術(shù)在前、后處理方面的劣勢(shì)，做到既“可視”又“可算”，為后續(xù)數(shù)值計(jì)算提供了高質(zhì)量的三維模型，避免了重復(fù)勞動(dòng)。針對(duì)水電工程中巖體結(jié)構(gòu)的不確定性，盡可能精確的表達(dá)，建立更完善的三維可視化模型，為水電工程的設(shè)計(jì)、施工、勘探布置以及數(shù)值模擬分析等提供模型資料，為地質(zhì)人員的分析判斷提供綜合信息，為設(shè)計(jì)人員提供可視化參考。
　　參考文獻(xiàn)
　　1.王明華，白云.層狀巖體三維可視化構(gòu)模與數(shù)值模擬的集成研究[J].巖土力學(xué)，2005，26(7):1123-1126
　　2.吳鍵，曹代勇，鄧愛居等.三維地質(zhì)建模技術(shù)在油田基礎(chǔ)地質(zhì)研究中的應(yīng)用.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2005，27(3):52-55
　　3.鄭貴洲，申永利.地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究.地球科學(xué)進(jìn)展，2004，19(2):218-223
　　4.李亦綱，曲國勝，陳建強(qiáng).城市鉆孔數(shù)據(jù)地下三維地質(zhì)建模軟件的實(shí)現(xiàn).地質(zhì)通報(bào)，2005，24(5):470-475