地质体构模技术——连续型地质体构模技术

  基本概念
  连续型地质体的构模可以采用柱体构模技术，柱体构模就是根据一定的划分标准（如岩性、地层等），将模型体分成不同的层，然后又将各层细分成微柱体，通过微柱体来组织存储数据。

  数据流程
  三维构模实际上就是进行数据处理、数据组织与数据显示。因此数据流程显得非常重要。以下为柱体构模的数据流程。
  数据概化+属性数据输入→插值计算→地层叠合→构造地层→形成柱体→可视化。
  在柱体构模开始时，必须进行数据概化，抽象出一系列地层子体，并赋予这些子体一定的工程特性。一般情况下，在进行构模时所用的数据为钻孔数据或通过其他勘探手段获得的剖面数据。依靠这些数据进行插值计算就可以获取各个地层面上的数据，但这些数据可能是不真实的，这是因为插值计算时没有考虑到其他地层面的相互影响。因此，在插值后还要进行地层面叠合处理，从而适当修改插值结果。在得到修改后的地层面数据后就可以形成柱体，并进行可视化显示了。

  数据概化
  地质历史活动使地质体的内部结构变得异常复杂，要想完整、准确、真实地再现地质体的内部信息是不可能的。同时，对于工程问题，也不需要做到面面俱到。因此，在三维建模前，先进行地质数据概化是必不可少的。所谓地质数据概化，就是根据工程需要建立评判标准，对地质数据进行预处理，忽略对模型影响小的信息，提取特征信息。

  基本假设
  根据连续型地质体的数据特征，可以形成两个基本假设：
  (1)概化后的各层在建模范围内是连续分布的，并且覆盖了整个模型区域，在某层缺失的区域，层厚为零；(2)概化后的各层之间只存在相邻接触与相离关系，不存在相互包含关系。
  当实际情况出现包含关系时，应将包含层划分成更多的层，从而消除包含关系的存在。

  概化方法
  三维构模是为工程应用服务的，因此，概化应该满足工程要求。本章采用的概化方法主要有尺度判别法、关键层法两种。
  (1)尺度判别法所谓尺度判别法就是根据模型体的规模。给出一定的尺度标准Dm（如模型体高度的1/10），当某层的最大层厚D小于Dm时，不考虑该层，并将该层合并到它的上层或下层；当某是的最大层后D 大于Dm时，考虑该层。
  (2)关键层法在地质体中，有些层（如软弱夹层）对于模型体的规模来说可能是很小的，可以忽略的层，但对工程来说具有显著的影响，必须考虑该层的存在。关键层法就是抽象出一系列对工程有显著影响的层，尽量合并对工程影响很小的层，从而减少数据存储量，加快计算处理速度。

  几种特殊情况的处理
  (1)包含关系的处理所谓包含关系就是某层完全包含在另一层之内，从而导致包含层出现内部边界，不符合柱体构模的数据特征。
  (2)相同物理性质透镜体的连接当用尺度判别或关键层判别，透镜体不能被忽略时，应将透镜体作为层来构模。当相同性质的多个透镜体同时出现时，究竟哪些透镜体可以连接成同一层，必须有一定的连接标准。
  (3)不同物理性质的透镜体交错分布的处理举例：透镜体A与C具有相同物理性质，B具有另一种物理性质，而A、B、C均不可忽略，此时，不应将A与B连接起来，而是应该设为独立的层，层与层之间按形心的标高排列上下层关系。

  地层界面叠合处理
  由于地层尖灭、缺失现象的存在，仅通过样本点插值获得的插值曲面不能反映地层界面的真实情况。根据连续型（非褶皱）地质体的数据特征，层与层之间的位置关系是不变的，也就是说在相同的位置（对应水平面上的一点），上层界面不会低于下层界面。由插值获得的层界面可能破坏这个规律，这是由于插值时没有考虑层与层之间的约束关系，因此，要得到合理的地层界面还需要进行地层界面叠合处理。
  对于连续型（非褶皱）地质体，各地层均由上、下两地层界面封闭而成，上、下层在水平面上的投影完全重合。子地质体的边界只能是垂直于水平面的，或其厚度为零。因此，上层界面上的任意点均可在下层界面上找到相应的点，上层界面上的任意多边形（如三角形）也可在下层界面上找到相应的多边形。
  根据这个特征，可以形成地层界面叠合的基本算法，即：
  (1)首先将模型区域划分成网格，网格的规模根据建模的精度确定，记录网格的结点坐标（水平面坐标）。
  (2)根据数据概化结果，将模型分成若干层，利用各层的样本点数据插值求取网格结点处的地层埋深值。
  (3)地层上界面的形成：利用上层界面不低于下层界面这个条件，按从上到下的顺序，将各层上的每个结点的上界埋深值与其以下各层在该结点处的上界埋深值进行比较。如果高于以下各层的值，则该值是合理的；如果低于某层的值，则该值是不合理的，取以下各层中埋深最高的值为该层在这点处的值。
  (4)地层上界面的形成：按从上到下的顺序，取每层以下各层中，在各网格结点处的最高埋深值为该层的地层下界。

  构模步骤
  由以上特点，可以形成柱体构模技术的基本方法。所谓柱体构模就是要将地质体划分成若干个柱体（如三棱柱），每个柱体由位于上下层界面上的多边形面与几个垂直于水平面的侧面组成。在本文中，柱体采用的是三棱柱。柱体构模技术有如下几个基本条件：
  (1)总地质体内各个子地质体在整个研究区域内连续分布。子地质体的内部棱柱的棱边的长度可以为零，也就是说地质体在某些地方的厚度为零。
  (2)各个子地质体之间只存在相离与相交关系，不存在包含关系。如果实际情况中存在包含关系，必须进行处理，将包含体划分成两个或多个子体，从而避免包含关系的存在。
  (3)对于上层界面上的任意多边形，都可以在下层面上找到与之对应的多边形。

  柱体构模的基本步骤如下：
  (1)剖分整个建模区域，形成网格数据与结点数据。
  (2)根据勘探资料形成一系列地质剖面。勘探资料可以是钻孔数据、地震数据等。
  (3)进行地质数据概化，抽象出总地质体的构成，并形成各子地质体的基本位置关系。’
  (4)从勘探资料中提取各子地质体的顶面或底面埋深数据，形成插值数据文件。
  (5)利用插值数据文件在整个建模区域内进行插值计算，得到所有结点处各子地质体顶面或底面的埋深数据。此时的埋深数据是不真实的，这是因为插值时没有考虑其他子地质体的影响。
  (6)进行地层界面叠合，处理结点的埋深数据，形成各子地质体的顶面。处理方法如下：将各子地质体的顶面按第(3)步所得到的位置关系由浅到深进行排序。然后从埋深最浅的子地质体开始，判断每个结点上该子地质体顶面的埋深是否比其下层子地质体顶面的埋深浅。如果浅，则该数据是可靠的，能作为该点处的埋深，如果深，则该数据是不可靠的，可以将该地质体以下各地质体的最浅的埋深作为该点处的埋深。
  (7)形成各子地质体的底面。处理方法如下：按由浅到深的顺序，将上层子地质体的底面埋深设为其下面各子地质体的最浅的顶面埋深值。
  (8)按第二章中柱体构模的数据结构组织数据，并存储到数据库中。这样就完成了地质体的柱体构模。