三维地质建模技术:演进历程与高效建模方法探索数据模型

地质勘查和测绘获得的地质信息通常是一些离散的数据,这些数据需要经过前处理,地质人员才能加以分析与利用。图形是最直观的数据解释方式,早期的地质资料也多以此种方式呈现。

随着新信息技术的高速发展,地质信息数据量大幅增加,浅显的数据解译已经难以满足需求。因此,将早期二维的地质信息拓展到三维空间,并对地质信息进行深度挖掘,已经成为当前的研究热点。三维地质可视化以及三维信息综合分析是解决上述问题的有效途径,其实现的关键便是三维地质建模技术。

三维地质建模技术自20世纪70年代初期概念提出以来,该技术经历了从理论探索到广泛应用的发展历程,并在工业数字化浪潮的推动下,逐步成为现代地质研究的核心工具之一,其发展历程具体如下:

1.早期探索(1970-1990年代)

三维地质建模的雏形可追溯至20世纪70年代,早期主要依赖物探数据的三维可视化展示。随着计算机图形学的进步,加拿大科学家Simon W. Houlding于1993年正式提出三维地质建模的概念,并推动其在地质勘探中的初步。这一阶段的技术以不规则三角网(TIN)和规则格网(Grid)为主,主要用于地表形态建模,但因数据量有限,建模精度较低。

2.技术突破期(2000-2010年代)

随着BIM技术的兴起,三维地质建模逐渐与工程需求结合。国内学者如熊祖强(2007)提出基于地质规律的三维建模理论,强调模型需符合地层连续性和断层切割等地质特征。同时,克里金插值算法(Kriging)和离散光滑插值(DSI)被引入地质建模,显著提升了复杂地质体的模拟能力。

3.智能化与高精度阶段(2020年代至今)

近年来,人工智能、云计算和大数据技术的融合推动三维地质建模向智能化和高精度方向发展。例如,朗境创新公司开发的基于G-BIM(地质-建筑信息模型)的边坡设计软件,实现了地质模型与工程设计的动态交互。此外,深度学习算法被用于优化插值过程,显著提升了模型预测的准确性。

目前,国内外三维地质结构建模的具体实现方法较多,如基于多层数字高程(DEM)概念的三维地层骨架构模方法、基于三梭柱或四面体的体元构模方法、基于空间插值技术的三维地层模拟技术、基于钻孔数据的地层-实体模型算法、基于地质剖面数据的三维矢量数据生成算法、基于支持向量机的三维地质模型自动构建技术等。较为常见的三维地质建模方法主要有以下三种:

1.基于钻孔数据的建模方法

钻孔是最常见的地质勘察技术手段,从钻孔数据出发建立地质模型也是最常见和最基本的三维地质建模方法之一。对经过标准化的Excel格式的钻孔数据进行入库,形成标准化的钻孔数据。然后通过钻孔坐标及分层数据,建立地层面及地质体的三维地质模型。

该方法自动化程度高,可用于大规模钻孔的快速建模。但这种建模方式交互程度低,一般只适用于地质条件简单且具备一定工作程度的区域,无法处理断层或倒转褶皱等复杂地质现象。

2.基于剖面数据的建模方法

该方法是通过剖面空间要素之间的拓扑关系来生成三维地质模型,在用户交互和干预下,可建立大多数复杂地质模型。主要包括剖面数据准备、地质界面建模、建模区边界面建模、地质界面修正及光滑、封闭成体五个步骤。

交叉剖面建模前期数据准备要求较高,对建模人员地质知识要求较高。该方法建模精度取决于剖面精度、剖面数据量和建模人员知识水平,且建模速率相对较低,尤其是后期模型更新难度大,模型更新基本等于模型重建。

3.多源数据融合建模方法

利用多种地质数据,包括钻孔数据、剖面数据、平面地质图、物化探异常等值线等数据,基于人机交互式模式,建立三维地质模型。不同地质体采用不同建模方法,最后进行多模型融合,实现多源交互复杂地质体建模。首先从地质图、剖面图中提取断裂数据,生成的断层面控制着地层界线的伸展位置及范围,然后将复杂褶皱、透镜体、岩体等轮廓线插值进行填充,从而形成合理的复杂地质体模型。

三维地质建模技术广泛应用于区域地质调查、油气勘探、固体矿产勘查、地热资源勘探、城市地质调查、数字矿山建设、工程地质勘察、水资源评价等方面,为深部矿产资源预测评价、城市地下资源的综合利用、矿山开发利用、城市规划建设等方面提供可靠的科学依据。

1.矿产资源评估

通过对矿区进行三维地质建模,可以更好地评估矿产资源的储量和品质,为矿床经济价值分析提供更为准确的依据。三维地质建模在矿床空间表达、成矿条件综合分析、定量预测、指导勘查找矿等方面具有明显优势,可建立起矿藏的三维空间形态,提高地质解释的精准度,辅助矿产资源勘探。

2.地质勘查

通过建立三维地质模型,可以更加直观地了解地质体的形态和特征,为地质勘查提供更为可靠的决策支持。随着矿产勘查工作的有序推进,当前国内的主要找矿方向由地表矿和浅部矿转为隐伏矿和深部矿,三维成矿预测逐渐成为矿产资源预测研究的热点。

3.城市地下空间开发

地下空间的开发利用与其所处的地质构造、地层岩性、水文地质条件、不良地质体等地质环境条件密切相关。可视化评价在地下空间开发中起到至关重要的作用,城市地下空间三维地质模型可以直观、立体地描述地下空间资源在不同深度的空间差异,其更多的细节展示效果,可为城市地下空间开发提供重要支撑,从而科学合理地进行城市规划和管理。

4.数字矿山建设

三维数字矿山克服了以往二维作图的局限性,能更直观地显示矿体的空间形态,不仅大大避免了资源的浪费,而且还提高了矿山开发利用的效率。目前国内三维地质建模软件的厂商也大多集中在数字矿山领域。

5.地下水污染修复

在地下水污染修复领域,利用三维地质模型可以对场地地层与地下水污染状况进行精细刻画,能够充分反映场地污染物空间分布的差异性和地质结构的差异性,为研究区地下水污染修复方案的制定提供技术支撑。

PLAXIS 2D是一款对岩土工程和岩石力学中的变形和稳定性进行二维分析的有限元软件。它提供方便的建模方式、先进的本构模型和计算方法,以模拟土和岩石的非线性、时间相关性和各向异性,计算土的静水压力及超静水压力,分析土与结构的相互作用。

PLAXIS 在全球范围内被土木和岩土工程行业的顶级工程公司和机构所采用。应用领域涵盖开挖、路堤、地基,再到隧道掘进、采矿、石油天然气和储层岩石力学。

PLAXIS 3D 是一款用于分析岩土工程变形和稳定性的三维有限元软件。它提供方便的建模方式、先进的本构模型和计算方法,以模拟土和岩石的非线性、时间相关性和各向异性,计算土的静水压力及超静水压力,分析土与结构的相互作用。

PLAXIS 3D还是一个用户友好的三维岩土工程软件,提供了灵活协同的几何建模、对施工过程进行真实模拟、强大可靠稳定的分析内核、全面细致的后处理,使其成为工程师岩土工程日常分析与设计的完整解决方案。

gINT 提供远超基本日志的强大功能。通过自定义报告,您能够使用图片、照片、图表和地图等任何方式,对地下数据进行报告和管理。该软件除了可以帮助您管理钻孔、测井日志、CPT 和地理物理日志,还可以创建围栅图、图片、表格和其他任何您能够想象到的报告。

PLAXIS Designer 是一款三维岩土工程概念模型软件,专为岩土工程师而开发,它将弥合原始数据与概念模型之间的差距。PLAXIS Designer可实现地质建模、工程建造、几何拓扑、钻孔和地下水等设计,从而减少复杂场地的设计和分析的时间。

5.艾三维岩土建模插件

艾三维岩土建模插件是一款基于勘查项目原始数据,实现三维地质(地层、钻孔)模型创建和地层属性赋予的地质信息快速建模插件。插件除了便于后期工程信息查看与管理,还能实现模型与属性数据的联动变化。

OpenRoads Designer 是一款功能完善、全面详细的设计应用程序,适用于勘测、排水、地下设施和公路设计,涵盖以往通过 InRoads、GEOPAK、MX 和 PowerCivil 提供的所有功能。

OpenRoads Designer 用途广泛,可用于大型项目或小型项目等各种类型的土木工程项目的各个阶段,适用于任何专业程度的用户。它可以轻松处理各种复杂任务,包括立交桥设计、环形交通枢纽设计、土地开发、污水和雨水管网设计,以及生成施工风险报告。

城市轨道交通14号线工程串联福田中心区、清水河、布吉、横岗、龙岗大运新城、坪山中心区、坑梓、沙田等区域,覆盖深圳东部地区南北向交通需求走廊,是联系深圳中心区与东部组团的轨道交通快线,是支撑深圳东部发展轴的轨道交通骨干线,是支持深圳东进战略实施的重要交通保障。本线设计时速120km/h,将快速拉近深圳中心区与东部各组团间的时空距离,满足区域内以及组团间的快速通勤需求。

1.项目BIM咨询服务内容

在项目实施期间,我司主要负责项目区间BIM建模、地质BIM建模、工程量统计、4D施工模拟等内容,并提供驻场服务,协助项目疑难解决,推动项目进展。

1)采用Bentey软件搭建四联站到坳背站区间盾构隧道模型;

2)区间BIM建模:建立合计2.6公里的地铁区间LOD300精度的模型(起始点DK20+572到DK23+199);

3)隧道BIM建模:从隧道起点开始,1.5米为一环,进行隧道建模;

4)地质BIM建模:建立地铁区间附近的地质模型,含每个地质层的项目信息(区间合计2.6公里周边);

THE END
0.基于钻孔数据的三维地质模型可视化钻孔插值生成模型基于钻孔数据的三维地质模型可视化 前言 智慧矿山是一个汇聚了多学科、多主题、多维空间信息的复杂系统,是在矿山地表和地下开采矿产资源的工程活动中所涉及的各种静、动态信息的全部数字化管理,智能分析,可视化展示,从而达到降本增效,实现企业利益的最大化。 地质数据是三维地质建模的基础和前提,也是实际项目中矿山资源评估和采矿设计的jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8z235773=>71cxuklqg1fkucrqu13859<6487
1.基于kriging插值的钻孔数据三维地质可视化建模方法研究.docx基于kriging插值的钻孔数据三维地质可视化建模方法研究摘"要:常规三维地质建模方法处理复杂地质结构和空间属性插值时,受限于地层连续性的处理和插值精度的不足,导致模型精度不够高。为此,提出基于Kriging插值[2]的钻孔数据三维地质可视化建模方法研究。通过标准化处理钻孔数据并实现地层统一编码,为建模提供数据基础;利用KrigingjvzquC41yy}/tnstgpjpe7hqo1vbrnw168;589<890nuou
2.Rerun地质勘探案例:钻孔数据与三维地层模型可视化地质勘探工作长期面临数据可视化难题:传统CAD图纸无法直观呈现地下三维结构,钻孔数据与地层模型脱节,多源数据融合分析效率低下。Rerun SDK(Software Development Kit,软件开发工具包)通过实时多模态数据流可视化技术,为地质勘探提供了全新解决方案。本文将详细介绍如何使用Rerun构建钻孔数据与三维地层模型的可视化系统,帮助勘探工jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8lkvdrpih529790c{ykenk0fnyckny03>64:7<36
3.多边多面形成体矿区地质体三维建模与可视化在ArcGIS中轻松搞定!当我们想要对矿勘地质数据在三维空间中进行展示与空间分析的时候,应该怎么做呢?本文即从表格形式的原始矿勘地质钻孔数据出发,在ArcScene中构建地质体以及地质体剖面,最终结合本单位研发的GIS平台进行展示和管理。 建立地下三维地质体模型,能够形象反应地下主要地质结构全貌,借助测绘领域近期迅猛发展的3DGIS技术便可顺利解决jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8|gkzooa;>726>298ftvkimg8igvcomu86347?62<=
4.一种基于钻孔数据的地质三维模型构建方法.pdf本发明提供了一种基于钻孔数据的地质三维模型构建方法,包括以下步骤,采集地质体的钻孔信息,建立钻孔点平面区域,并进行平面三角网格的划分;划分为多个三角形,任意三角形的两个顶点位置的钻孔中心线构成一个二维剖面,每个三角形有三个二维剖面,同一三角形的三个二维剖面构成一个三棱柱;对三棱柱采用以等高线为横断面的曲面jvzquC41o0hpqt63:0ipo8mvon532;8127911>7453:23=82328267xjvo
5.基于钻孔数据的三维地质建模及可视化系统3DGMS的设计与实现体系结构和功能模块等几方面设计和开发了基于钻孔数据的三维地质建模及可视化系统3DGMS,实现了地层、矿体、断层、地表和巷道等三维模型的创建与可视化显示,以及灵活的三维视图控制和针对地质模型基本的空间查询、量算、空间剖切、动态模拟等空间分析功能,为我国矿山三维地质建模及可视化软件的设计提供了参考,有益于促进我国jvzquC41zwkccx3jrw4ff~3ep1oohx4327;21A=2:84ivv
6.基于钻井数据的地学三维建模与可视化分析研究.pdf2 、基于钻孔数据,按照地质年代分层,对每层数据利用距离倒数进行插值,通过插值后获 得的格网数据,对地层进行三维面模型表达。 3、通过对地层、地面遥感图像、数字地面高程(DEM )以及矿体等地学信息的综合显示, 实现对地学多维信息的可视化分析。 本文基于地学三维建模方法与可视化分析技术研究,进一步基于 windows 操作系统jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;5441683@4752824;7362655:50ujzn
7.打钻数据如何与地质可视化|帆软数字化转型知识库打钻数据如何与地质可视化:使用专业的地质可视化软件、整合地质模型与钻孔数据、通过三维建模展示地质结构。首先,通过专业的地质可视化软件,可以有效地将打钻数据转换成易于理解的图形化信息。这些软件包括FineReport、FineBI和FineVis,可以整合不同来源的数据,生成详尽的地质模型。通过这些工具,地质学家和工程师能够直观地查jvzquC41yy}/hjstwct/exr1dnuh1jwvkerf1;554:>0
8.基于钻孔资料的三维地层可视化基于有限钻孔的三维地层结构模拟研究[D].哈尔滨工业大学,2019. [2] 于向博.基于地质钻孔数据的地层三维可视化研究[D].山东科技大学,2010.1-85. [3] 张明明,李晓晖,袁峰,等.地层三维建模及面模型插值方法对比研究[J].安徽地质.2015,(3).182-186. [4] 吕国军,李红梅,康江,等.河北省地质钻孔资料分析[J]jvzquC41f0}bpofpifguc7hqo0io1yjtkqjjejq1zdzlil722:692:7
9.gdgeo.cn/newscenter/content?id=a5cced80feec462c9a12目前,国内外三维地质结构建模的具体实现方法较多,如基于多层数字高程(DEM)概念的三维地层骨架构模方法、基于三梭柱或四面体的体元构模方法、基于空间插值技术的三维地层模拟技术、基于钻孔数据的地层-实体模型算法、基于地质剖面数据的三维矢量数据生成算法、基于支持向量机的三维地质模型自动构建技术等。较为常见的三维地质jvzq<84ifikp0ls1pg}taljpvgx0exsvgpz@kmBc7eiffA5/hgkd/=;4e/?b3;2e4hl5dk;896:
10.基于钻孔数据的三维地质建模与可视化研究三维地质模型能够完整准确地表达复杂地质现象的边界条件及地质体内含的各种地质构造,直观地再现地质单元的空间展布及其相互关系,最大限度地提高地质分析的直观性和准确性,因此三维地质建模已引起地质、采矿、岩土工程等诸多领域的日益重视.笔者在综合考察多种建模方法的基础上,结合工程实践,提出了一种实用的工程地质三维建模实施jvzquC41f0}bpofpifguc7hqo0io1yjtkqjjejq1EjvOc`:nenHmevqx\Irk[`}FUGqzOMN|OFSzO[NP[4nsgMNyOFmxOsF2PTuJc;q8[Z[6PwJ'5F
11.基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究钻孔矿山数据分析中,根据三维地质建模的操作和实施效果,建立可视化操作流程.分析核心矿山开采的要素,结合矿山信息化研究的具体热点进行分析,建立完备的可视化操作思路.重视地质数据库内容的建立与分析,明确实体模型、品位地块的建设操作.注重建立完备的操作过程,分析地质数jvzquC41f0}bpofpifguc7hqo0io1yjtkqjjejq1|inho‚7242823=5
12.基于岩性分层模型的钻孔数据三维可视化方法研究将图层加载到三维场景,设置孔口位置点及岩性分层点的几何模型、空间参数和渲染符号等,实现钻孔数据三维可视化,从不同视角浏览钻孔数据,查看各个专题数据的属性信息,动态、直观地展示研究区域地表和地下空间特征及状态.某矿山的应用实例表明,该方法路线清晰、操作方便、易于理解,能快速、有效地实现钻孔数据的三维可视化,为jvzquC41f0}bpofpifguc7hqo0io1yjtkqjjejq1iv€zzm424818958
13.中国矿井物探网物探技术而矿井透明地质条件则是煤炭精准开采智慧化的重要基础。基于多源数据的高精度三维地质模型可以让地质体如玻璃一样透明,能够重现地下三维地质体的几何展布、构造展布及其之间的联系,对采煤工作面周围三维空间内的地质要素如煤层各类地质要素、地质构造形态、顶底板岩性分布、含水层的空间位置及其连通性与煤层的通道等做到jvzq<84yyy4ll€y0ep5kusxKphu/c|uAKfC2;: