GOCAD在巖體三維可視化模擬中的應(yīng)用經(jīng)典資料

GOCAD在巖體三維可視化模擬中的應(yīng)用,魏群,2008.11,主要內(nèi)容,引言,1,GOCAD軟件及數(shù)學(xué)處理方法,2,三維模型的建立方法,3,地質(zhì)對(duì)象建模,4,結(jié)論,5,目前，對(duì)于地質(zhì)勘測(cè)所獲得的大量二維和靜態(tài)的地質(zhì)信息資料，地質(zhì)專業(yè)人員只是依照經(jīng)驗(yàn)推斷出地下巖層和構(gòu)造的走向、分布，進(jìn)而預(yù)測(cè)其變化規(guī)律。近年來，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展為地質(zhì)勘測(cè)資料在計(jì)算機(jī)上建立三維地質(zhì)模型創(chuàng)造了條件。目前，在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中，巖體的三維可視化模擬已成為人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。,引言,CAD圖形技術(shù),GOCAD軟件,精確繪圖技術(shù),三維實(shí)體模型的創(chuàng)建,圖形拓?fù)溥\(yùn)算,三維實(shí)體模型的編輯,核心的地質(zhì)建模功能,強(qiáng)大的可視化功能,結(jié)構(gòu)特征和地質(zhì)屬性的統(tǒng)一,地質(zhì)解釋功能,巖體三維可視化模擬,GOCAD軟件及數(shù)學(xué)處理方法,三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),建模方法,GOCAD軟件簡(jiǎn)介,GOCAD的數(shù)學(xué)處理方法,數(shù)據(jù)接口和二次開發(fā),（1）GOCAD軟件簡(jiǎn)介,GOCAD是法國(guó)Nancy理工大學(xué)開發(fā)的主要用于地質(zhì)領(lǐng)域的三維可視化建模軟件。,GOCAD軟件,可以建立表面模型,提供多種約束條件,可以建立實(shí)體模型,編輯任意形狀的圖形,變現(xiàn)空間屬性分布,靈活的信息存儲(chǔ)技術(shù),地質(zhì)工程,地球物理勘探,礦業(yè)開發(fā),水利工程,Simulatingauraniumopen-pitgalleriesinpinkorebodiesinyellow,Simulatingfluidinaporousreservoir,Simulatingstratumingeology,（a）Faultedporousreservoir；（b）porousitymappedonaverticalcross-session；（c）reproducingfaciesfromwellmeasurements；（d）simulatingmeanderingchannel,GOCAD軟件主界面,（2）GOCAD的數(shù)學(xué)處理方法,GOCAD軟件采用離散平滑內(nèi)插方法（DiscreteSmoothInterpolation簡(jiǎn)稱DSI）作為其核心的技術(shù).,DSI方法用一系列具有物體幾何和物理特性的相互連結(jié)的節(jié)點(diǎn)來模擬地質(zhì)體。并將典型信息轉(zhuǎn)化成線型約束，引入到模型生成的過程中。,DSI方法可自由選擇和自動(dòng)調(diào)整格網(wǎng)模型，實(shí)時(shí)交互操作，并能夠處理一些不確定的數(shù)據(jù)等。,（3）建模方法,GOCAD三維地質(zhì)體建模主要包括兩類：,構(gòu)造模型建模,主要采用線、面模型，重在模擬對(duì)象的形態(tài)及其相互之間的位置關(guān)系,建立地質(zhì)體構(gòu)造模型,能夠模擬地層面、斷層面的形態(tài)、位置和相互關(guān)系；結(jié)合地質(zhì)體各屬性模型的可視化圖形，還能用于輔助設(shè)計(jì)鉆井軌跡。此外，構(gòu)造模型還是地震勘探過程中地震反演的重要手段。,三維儲(chǔ)層?xùn)鸥窠Y(jié)構(gòu)建模,柵格模型是在構(gòu)造模型建立對(duì)象的基礎(chǔ)上用三維網(wǎng)格（grid）來模擬地質(zhì)體和地質(zhì)屬性參數(shù)的分布，柵格模型是構(gòu)造模型的綜合和進(jìn)一步應(yīng)用,根據(jù)建立的構(gòu)造模型，建立立體模型；同時(shí)，地質(zhì)體含有多種反映巖層巖性和資源分布等特性的參數(shù)（如巖層的孔隙度、滲透率等），可對(duì)這些物性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和綜合分析，得到地質(zhì)體的物性參數(shù)模型,（4）三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三維建模軟件采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型，對(duì)于模型的精度、存儲(chǔ)量和實(shí)時(shí)分析等有重要影響。GOCAD軟件采用邊界表示結(jié)構(gòu)。,邊界表示結(jié)構(gòu),點(diǎn)：有其空間坐標(biāo)來確定,線：由連結(jié)兩點(diǎn)的一系列節(jié)組成,面：由連結(jié)3點(diǎn)的三角形組成,體：由1組面組成,（5）數(shù)據(jù)接口和二次開發(fā),ASCII文件,DXF文件,Shape,BMP文件,IRAP/RMS,ZMap,SEGF,AutoCAD軟件,Gocad軟件,C語言二次開發(fā),地形等高線,柱狀圖,剖面圖,.dxf格式,AutoCAD的三維面模型,點(diǎn)模型,線模型,體模型,剖面模型,可導(dǎo)入到,可導(dǎo)入到,三維模型的建立方法,三維巖體可視化建模的思想，是通過利用各種地質(zhì)勘測(cè)資料，借助GOCAD內(nèi)部的離散平滑內(nèi)插運(yùn)算方法，將離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)曲面，進(jìn)而建立巖體的三維模型，處理巖層界面與結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，逼真地反映地質(zhì)體的全貌。,三維巖體可視化建模的具體過程：,由地形等高線和地質(zhì)點(diǎn)數(shù)據(jù)建立地面模型,根據(jù)鉆孔的分層信息，結(jié)合地質(zhì)剖面圖，分析確定各巖層的走向、缺失和尖滅位置等信息，抽象出巖體構(gòu)成，并在鉆孔不足地區(qū)和研究區(qū)邊界上虛擬鉆孔，提取各子體巖層的分層信息及地層的邊界點(diǎn)，形成原始插值數(shù)據(jù)。再通過添加不同的約束條件，進(jìn)行插值擬合，得到巖層面模型，進(jìn)而對(duì)各原始曲面進(jìn)行局部編輯處理,通過GOCAD軟件內(nèi)置的三維儲(chǔ)層網(wǎng)格建模流程,由巖層面建立三維巖體模型,在已上巖層面和巖體模型基礎(chǔ)上，生成任意方向的剖面圖，或由巖層實(shí)體模型形成屬性模型等。,巖體三維建模及分析流程圖,地形等高線,鉆孔、平硐等,電磁波CT結(jié)果,數(shù)字成像結(jié)果,勘測(cè)資料,地質(zhì)解釋,地質(zhì)剖面,虛擬鉆孔,巖層界面模型,巖層實(shí)體模型,屬性模型,可視化分析（旋轉(zhuǎn)等）,形成剖面圖,通過Gocad的workflow建立,地質(zhì)對(duì)象建模,壩陵河地區(qū)勘測(cè)資料,GOCAD軟件,工程地質(zhì)三維建模,三維地質(zhì)體的操作,三維地質(zhì)體的切割,本課題組提出的三維數(shù)字地質(zhì)模型,本課題組提出的五維空間概念,為壩陵河大橋重點(diǎn)工程提供全方位的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)及虛擬現(xiàn)實(shí)模型，解決了一系列關(guān)鍵問題,鉆孔建模,巖層界面模型,巖體實(shí)體模型,屬性模型,壩陵河重點(diǎn)工程具體建模過程,（1）鉆孔建模,鉆孔資料是地質(zhì)建模中不可或缺的重要信息。但由于鉆孔資料量有限，且鉆孔揭示的地層分層參數(shù)很局限只在某鉆孔揭露點(diǎn)的可見范圍內(nèi)有效，因此在建模過程中，根據(jù)地質(zhì)剖面圖上地層的走向趨勢(shì)和經(jīng)驗(yàn)推測(cè)，要在鉆孔分布稀少的地區(qū)和研究區(qū)域的邊界虛擬出鉆孔。這些鉆孔信息通過導(dǎo)入GOCAD，即可建立鉆孔模型。,根據(jù)壩陵河大橋西錨踮和西索塔的地質(zhì)概況以及地質(zhì)剖面和地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息，壩陵河大橋西岸選擇距離“東西錨踮軸線”兩邊各120米的區(qū)域進(jìn)行研究。,根據(jù)提供的鉆孔坐標(biāo)信息，在壩陵河西岸地形圖中插入鉆孔實(shí)體。,實(shí)際鉆孔的直徑相對(duì)于整個(gè)地形圖來說很小，不利于直觀的觀察，于是對(duì)每個(gè)鉆孔做了處理，以鉆孔的坐標(biāo)原點(diǎn)和高程為基礎(chǔ)，在每個(gè)鉆孔的外圍包了一個(gè)內(nèi)徑2.0米外徑2.5米的殼。同一個(gè)鉆孔根據(jù)地層的不同對(duì)殼劃分網(wǎng)格，這樣可以更直觀的把鉆孔信息在地形圖上表示出來.,通過無重復(fù)點(diǎn)的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)集按某種規(guī)則進(jìn)行三角剖分，使這些散亂點(diǎn)形成連續(xù)但不重疊的不規(guī)則三角面片網(wǎng)，并以此來描述3D物體的表面。,微風(fēng)化白云巖,微風(fēng)化泥晶灰?guī)r層,微風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層,（2）巖層界面模型,地表模型,在GOCAD中實(shí)現(xiàn)代表不同地層的不規(guī)則三角面片網(wǎng),壩陵河地區(qū)地質(zhì)模型,微風(fēng)化白云巖,微風(fēng)化泥晶灰?guī)r,微風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r,弱風(fēng)化白云巖,弱風(fēng)化泥晶灰?guī)r,弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r,弱風(fēng)化砂質(zhì)灰?guī)r,強(qiáng)風(fēng)化泥晶灰?guī)r,強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r,強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)灰?guī)r,殘坡積層,地表面,西錨踮,西索塔,（2）巖層界面模型,地層界面模型,壩陵河西岸所研究區(qū)域地層界面模型,壩陵河西岸所研究區(qū)域地層界面模型,壩陵河西岸所研究區(qū)域地層模型縱剖面圖,GOCAD中三維地質(zhì)模型橫剖面圖,（3）巖層實(shí)體模型,根據(jù)已建的各個(gè)巖層的曲面模型，進(jìn)而通過GOCAD的workflow建立各巖層的塊體模型，地質(zhì)實(shí)體用實(shí)體模型（Sgrid）來表現(xiàn)，表達(dá)地質(zhì)信息在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。,（4）屬性模型,地質(zhì)對(duì)象的各種屬性不但可以附加在模型上，而且，GOCAD里對(duì)象的屬性還可以遺傳，比如將孔隙率屬性附加在點(diǎn)對(duì)象上，由點(diǎn)生成的線或面的控制點(diǎn)上也具有同樣的屬性，這樣就可利用離散平滑內(nèi)插技術(shù)對(duì)屬性進(jìn)行內(nèi)插，由局部點(diǎn)的特征屬性插值得到整個(gè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)該屬性的分布情況。,基于GOCAD軟件所建立的實(shí)體模型，模擬了復(fù)雜巖體的產(chǎn)狀和形狀及其接觸關(guān)系，圖形實(shí)體的主要特征屬性能夠相互接觸，利用其所具有的圖形特性和直接利用圖形的運(yùn)算能力，屬性的分布和相關(guān)關(guān)系可從圖形中導(dǎo)出和計(jì)算，然后應(yīng)用于多種數(shù)值方法之中，較之現(xiàn)有的純數(shù)學(xué)計(jì)算方法更加直觀、簡(jiǎn)便和可靠。,壩陵河地區(qū)研究區(qū)域地表等高線（Z坐標(biāo)顯示）,結(jié)論,課題組通過融合CAD圖形技術(shù)，借助GOCAD軟件強(qiáng)大的地質(zhì)建模功能，嘗試建立了貴州安順壩陵河大橋西岸局部地質(zhì)體的三維模型。,該模型融合了眾多鉆孔、地質(zhì)剖面等各種地質(zhì)信息，不但清楚直觀地展現(xiàn)了地層的空間走向和分布，模擬了復(fù)雜巖體的產(chǎn)狀、形狀，同時(shí)將GOCAD模型轉(zhuǎn)化到CAD模型之中，使CAD將屬性信息附著于圖形，