摘要：針對三維建模中的不精確、和數值分析接口不連續性問題，采用GOCAD軟件建立工程地質體的三維模型，使得建立的模型達到既“可視”又“可算”的目的。將其應用于巖灘水電工程的地質三維建模中，證明了該法具有準確、快捷和合理等優點。
　　關鍵詞：GOCAD；工程地質；三維建模
　　
　　1引言
　　傳統的地質信息的模擬與表達主要采用平面圖和剖面圖，其實是將三維空間中的地層、構造、地貌及其它地質現象投影到某一平面上進行表達。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。三維地質建模正是針對傳統的地質信息模擬與表達方法的缺陷，借助計算機和科學計算可視化技術，直接從三維空間的角度去理解和表達地質體與地質環境。
　　國外將可視化技術應用于三維地質數據的管理、分析和模擬起步較早，并達到一定的深度，目前已有許多成熟的軟件系統推出，如GOCAD、AVS、LYNX、CTECH、EARTHVISION等。這些軟件涉及地震勘探、地質結構建模、礦床模擬、開采評估、規劃設計、生產管理等領域，有的是通用型可視化系統，有的則是面向地質領域的專用系統。其中GOCAD是一個關于地球物理、地質、工程應用的三維地學模擬軟件，其核心模塊是基于離散光滑插值技術（DSI）進行擴展實現的，在地質體結構建模上有獨到之處，能夠準確表達工程地質特征。
　　本文以巖灘水電站為例，基于現有工程地質勘察的基本資料(等高線圖、鉆探及物探資料等)，利用GOCAD軟件，建立起相應的三維工程地質概念模型，更清晰認識地質體的空間形態和相互關系，而且為地質體的三維數值模擬提供了基礎，達到“可視”又“可算”的目的。
　　2三維結構面的建立
　　結構面是地質體三維建模的基礎，利用已有的離散數據資料構建地質體的地形面及各個構造面，是建立合理的三維地質體模型的前提。GOCAD中提供了支持CAD所產生的DXF格式文件的接口，可以將CAD中構造的等高線地形圖導入，經處理后自動生成三維地形面。GOCAD同時提供了支持鉆孔數據輸入的接口，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
　　在地質體的三維模型建立方面,用于控制其地表形態的信息很多，其中地形圖就是常用的信息。因此，在建立地質體地形三維面時可以直接利用已矢量化的地形等高線圖作為基礎，然后導入GOCAD中產生地質體三維地形面(圖1)。
　　
　　圖1巖灘水電站地質體三維地形面
　　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，地層面的控制點通常非常有限，如果直接利用現有的勘探點生成地層三維面，難以與實際情況相吻合。因此，在生成地質體的地層或其他結構面時，必須加上相應的工程地質分析進行人工干預數據，對要建的地層面追加一定數量的控制點，以使其盡量與實際的地質結構面相符合。
　　鉆孔數據是三維地質建模的基礎，在GOCAD中，鉆孔是以測井(Well)的形式表示的，Well作為GOCAD的基本對象之一，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據接口，但與國內流行的鉆孔數據有一定差別，建模中基本采用文本文件方式錄入鉆孔及相關數據。
　　數據讀入GOCAD后，可在Well的Marker項修改各層的信息并加入各層的產狀信息，在本項目中，總共布置了42個鉆孔，如圖2所示。根據這些鉆探及物探資料，并附以地面調查分析，建立了各個地層分界面的離散數據點分布圖。利用這些離散數據點，按照GOCAD支持的格式，在GOCAD中利用曲面生成命令生成相應的三維地層分界面。
　　
　　圖2三維地質鉆孔圖
　　3三維地質建模
　　地質體通常被多組構造面(地層分界面、斷層面、節理面等)劃分成不同的地質單元體。在大多數GOCAD軟件中，復雜體可以通過面切割簡單的體來產生。基于這種思路，在地質體的三維模型建立方面可以通過利用已生成的結構面來切割覆蓋整個研究區域的立方體來形成。
　　基于GOCAD建模的構造思路和方法，利用工程地質勘探所獲得地質信息(包括鉆孔、平硐、地形以及地表露頭等信息)和專業地質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域三維巖體結構模型的構造，如圖3和圖4所示，其中包含了主要地形面、斷層、破碎帶、地下廠房相關建筑物等綜合信息。經過與已有鉆孔、平硐以及二維剖面圖的對比檢驗，該模型精度較高，能夠滿足地質人員和設計人員的分析要求。
　　
　　圖3地形和主要地質構造                                                                 圖4地下廠房的空間位置
　　在重建的三維巖體結構模型基礎上，可作任意方向、任意地點和任意深度的三維剖切操作，進行相應的工程巖體結構可視化分析，主要包括巖體的剖切分析、地下建筑物的巖體結構分析、模擬數字鉆孔、巖體填挖計算分析以及結構面等值線圖自動繪制分析等，這對于地下廠房巖體結構預測、風化層發育規律預測等具有重要的意義。
　　4結論
　　研究與應用表明，基于GOCAD的三維地質建模思路突破了復雜地形面和地下結構三維建模表達的限制，并在質量上達到了實際要求，提供了表達更為精確的地質模型，并在應用中逐步得到了推廣。自由拓樸和映射的分網技術既能發揮出三維地質模型在建模方面的優勢，又能改變數值計算技術在前、后處理方面的劣勢，做到既“可視”又“可算”，為后續數值計算提供了高質量的三維模型，避免了重復勞動。針對水電工程中巖體結構的不確定性，盡可能精確的表達，建立更完善的三維可視化模型，為水電工程的設計、施工、勘探布置以及數值模擬分析等提供模型資料，為地質人員的分析判斷提供綜合信息，為設計人員提供可視化參考。
　　參考文獻
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