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三维地质建模方法在区域地质调查中的应用

李永会

河北省地质矿产勘查开发局第九地质大队,河北邢台,054000

摘要: 随着数字化的不断发展,三维建模技术在工业领域上已经得到了广泛的应用,为了进一步探索在区域地质调查工作中三维建模技术的具体应用方法,本研究主要阐述了面向区域地质调查工作,进行三维地质建模工作的实际方案,选择重庆市作为主要研究区域使用区域调查中的剖面数据、钻孔数据、地形数据以及遥感影像数据等不同的资料,在三维地质建模系统平台中采用三维地质建模进行数据的收集处理与数据库的建库,并进一步建立地表三维模型和地下三维模型,针对建模过程中出现的许多问题提出相应解决方案。
关键词: 三维地质建模;遥感影像;区域地质调查
DOI:10.12721/ccn.2022.157097
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前言:传统地质信息是在二维形式的地质平面和坡面图表达的基础上进行的分析,但是这种方法无法直观的对地质关系和地地质信息进行展示,因此会造成许多特殊信息的缺失,随着地学信息化的不断发展,数学地质正在朝着数数字地质的方向前进,人们已经开始关注具有丰富地质地貌信息的三维地质模型技术,目前常用的三维地质建模方法有数据建模、钻孔建模以及三维地震资料建模等,这些方法具有单一的数据建模方法,也有多元数据融合建模方法,这些方法可以共同使用,可以基于地质物探、化探以及遥感等技术,进一步构建准确性较高的三维地质模型。本文主要以重庆作为例子,利用三维地质建模方式进行数据处理,空间建模等工作,通过前期的空间建库等方法,进一步建立地表三维模型和地下三维模型,从而探索面向区域地质调查的具体三维地质建模工作方法。

1研究区地质概况

研究区域处于重庆市该地区是我国第3批新型城镇化综合试点地区,具有盆地浅秋的地貌且地势平坦,平均海拔为450米左右,相对高度在80米左右,整个区域的地貌主要以丘陵为主,局部具有河谷和台地,因此可开发利用空间十分广阔,该地区具有两条江贯穿其中,因此水资源比较丰富,矿产资源主要是天然气和岩盐。

研究区域的地层区划属于我国四川盆地,大地构造属于上扬子路块之川中前陆盆地区域内部构造比较简单。

2三维地质建模

2.1三维地质项目总体思路

三维地质建模首先要对该地区的资料进行收集并整理,将有用的信息录入数据库中,其次要建立模型,主要有地表三维模型以及地下三维模型并进行相应的建模工作,最终获取实际的三维地质模型、数据库以及成果图片。

2.2多元数据收集和预处理

进行三维建模工作时,首先要使用实地调查测量等方式进行多部门跨领域的资料收集,工作收集到的资料需要包含地形测量,地质测绘、工程勘察、地质灾害以及雾化遥感资料等其他辅助资料,收集到的资料由于具有来源繁多且差异性较大,格式不统一的特点,且收集资料时间不同,因此会出现坐标系统比例尺以及投影参数具有差异的问题,需要通过人工整理的方式将所有收集到的资料分为平面地质图段,孔子以及坡面图整理以后的地形数据,地质测绘数据需要进行预处理钻,钻孔图中的数据需要导入Excel表格中保存,以便后续相应工作的展开,主要对地形数据和遥感影像数据,波面数据以及钻孔数据进行相应的处理。

整理得到的相应地形数据是二维的,因此还需要通过一定的处理对具有等密度性质的等高线赋高程属性值,从而实现三维化处理,根据地形结构的特征以及实际的区域大小绘制原始地形等高线图,通过高层属性赋值进一步转化成相应的建模软件,促使DXF格式的转化,导入相应的软件中后形成研究区的等高线图。对于获取的摇遥感影像,需要在ENVI 5.3与 ArcGIS 10.0等软件中进行图像域预处理工作,主要是进行辐射、定标、大气校正、几何校正以及地理空间坐标校准等工作,其中大气校正是使用ENVI软件中自带的Flaash模型进一步去除水蒸气气溶胶散射以及邻近效应的干扰,地理空间坐标的校准是使用ArcGIS软件采用空间校正方法,让遥感影像与DEM之间的位置进行配准是两者的空间坐标系达到统一。使用ENVI 5.3软件对所有处理后的遥感影像图片进行裁剪,从而得到主要研究区域内部的遥感影像数据。

钻孔数据揭露的是地下深部地层与地质构造等情况整理出来的钻孔数据,可以用于后期进行空间数据库的建库工作,因此需要单独提取每个钻孔的岩性分段数据,并进一步汇总到一起。剖面数据则是从地质图上提取到的数据,采用人工操作的方式,地质专业人员根据实际基岩的厚度分层处理后得到。

2.3空间数据库建库

对地勘资料进行整理分类处理以后,将呈现的地勘资料图形进行入库筛选,整理出的第一层原信钻孔数据等信息需要录入Excel表格中,钻孔信息主要表现的是钻孔时间钻孔编号、深度、坐标以及高程等主要信息钻孔分层表中,主要需要知道的是离层代号、深度、强风化深度、中风化深度以及钻孔的实际所属区域,最后需要将所有整理好的数据录入到GeoBIM数据库中。

2.4三维模型建立

2.4.1地表三维模型建立

地标三维模型建立是将事先预处理过的地形数据,以DXF的格式导入到GeoBIM软件中,经过计曲线高程差和设置相应的首曲线高程差的方式会距曲线高程差和调整高线的光滑程度,叠加遥感影像的基础上,生成相应的地表三维模型

2.4.2地下三维模型建立

地下三维模型的建立与地表三维模型建立技术具有较大的差异,地下三维模型建立是需要对研究区域内的地层进行整理与划分,另用曲面剪切和规则造面等不同的方法进行地下建模,主要利用基岩的图切坡面和地质约束,主界线等实际的地质数据,进一步实现三位地层模型的构建,首先要从地质图中提取出地形的等高线,通过预处理后导入相应的软件,根据地形的实际特点,结合图切坡面和约束界限完成模型建立。

3三维地质建模过程中的技术难点与解决方法

拟合各基岩面过程中初始建模时图切坡面网格间距会较大,因此将会偏离约束界线所控制的范围,出现拟合效果不理想的问题,因此可以使用简单辅助坡面的方式,进一步加密局部的区域,使穿出上表面的及岩面具有较好的拟合功能,另一种方法就是在偏离约束界限控制较远地区内增加多条图切坡面,提高局部网格的精度,进一步减少基岩穿插的现象发生。

结论:本文阐述了三维地质建模主要的思路与方式,通过探索具体例子中的三维建模技术应用方法,并提出了使用过程中的问题与解决措施,希望可以进一步推动三维建模在实际的区域地质调查工作中的推广与应用。

参考文献:

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