試論如何建立工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫

1、試論如何建立工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫摘要：當前我國的工程建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的時期，而各類 建筑物的規(guī)劃設(shè)計是以工程地質(zhì)勘察資料為基礎(chǔ)的。為了建 立結(jié)構(gòu)規(guī)范統(tǒng)一的工程地質(zhì)勘察信息數(shù)據(jù)庫，本文提出了“用戶”與“系統(tǒng)”兩級數(shù)據(jù)庫相互映射的技術(shù)，把用戶對 數(shù)據(jù)的操作和計算機處理數(shù)據(jù)的過程分離開來。在系統(tǒng)數(shù)據(jù) 庫中采用“塊一層”結(jié)構(gòu)的地層數(shù)據(jù)模型，對鉆探區(qū)域進行 了 “地層層序”優(yōu)化。關(guān)鍵詞：工程地質(zhì) 鉆孔數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫 地層0引言地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)地域性強、種類繁雜、輸入輸出量人、加 工處理十分復雜，其中土層的鉆孔數(shù)據(jù)是最重要的資料，這 種資料更原始、量更大、更具特點，處理起來也史復雜。怎 樣對這些資料進行有效、規(guī)

2、范的管理，到目前為止，還沒有 一種公認的針對地質(zhì)鉆孔信息的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)應用于實踐。本 文引入了內(nèi)外兩級數(shù)據(jù)庫優(yōu)化映射的思想和一種新穎的地 質(zhì)“塊一層”結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了地質(zhì)信息管理系統(tǒng), 對地質(zhì)勘察信息特別是鉆孔資料信息進行科學有效的管理， 并對一個工程實例進行了地層情況的插值模擬。這樣不但能 夠積累工程經(jīng)驗，對后續(xù)工程的設(shè)計施工提供指導，而且可 以為城市規(guī)劃等宏觀決策提供借鑒。1內(nèi)外兩級地層數(shù)據(jù)庫工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)是人們對地球表層巖土分布情況的 記錄，包含了地層的眾多信息。受兩方面因素的影響：一是 地殼運動和周圍環(huán)境的原始構(gòu)造運動，二是人類工程活動引 起的施工擾動，這就造成了地層結(jié)構(gòu)復雜多

3、變，地層翻轉(zhuǎn)、 缺失吋有發(fā)生。要把這些浩如煙海、多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)建庫， 用數(shù)字化的方法直觀地展現(xiàn)出來，采用單一而簡單的地層數(shù) 據(jù)模型顯然不能滿足需要。尤其在大型工程中，大范圍地揭 露土體，土層較多、土體類型變化復雜時更是如此。用戶編 輯信息時使用的數(shù)據(jù)庫繁雜，計算機內(nèi)部處理系統(tǒng)使用的數(shù) 據(jù)庫要求結(jié)構(gòu)規(guī)范化，這兩者之間就形成了矛盾。本文提出 的用戶數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的兩級映射技術(shù)可以很好地解 決這個矛盾。1.1用戶數(shù)據(jù)庫 這個數(shù)據(jù)庫是一級數(shù)據(jù)庫，面向用戶，適應 用戶的使用習慣和需要，包容性比較強，它的結(jié)構(gòu)可以比較 松散，和鉆孔勘察的記錄數(shù)據(jù)差不多，有點號、平面位置、 標高、各個土層類型和厚度等信息

4、。用戶可以在這個數(shù)據(jù)庫 里以區(qū)域為單位導入導出數(shù)據(jù)、修改編輯數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、 生成和瀏覽各種報表圖表。采用對象嵌入技術(shù)還可以實現(xiàn)圖 形（主要是地圖）和數(shù)據(jù)的超鏈接。1.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫這個數(shù)據(jù)庫是二級數(shù)據(jù)庫，應用于系統(tǒng)內(nèi)部 的數(shù)據(jù)處理，由一級數(shù)據(jù)庫優(yōu)化映射得到，各個鉆孔的信息 具有規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，即下面要介紹的地質(zhì)“塊一層” 結(jié)構(gòu)。這就克服了用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)松散、數(shù)據(jù)冗余的缺點， 同時適應內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的要求。1.3區(qū)域地層層序優(yōu)化技術(shù)用戶通過一級數(shù)據(jù)庫輸入某一 區(qū)域的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)。但是實際應用中地質(zhì)情況是復雜多變 的，各個鉆孔所揭露地層的層數(shù)、層序都不會完全一致，需 要再經(jīng)過一個“優(yōu)化”的過程，

5、得到針對這-區(qū)域的“優(yōu)化 地層層序”?！皟?yōu)化地層層序”包含了該區(qū)域所有鉆孔揭露出 的各種類型的土層，并以一種“優(yōu)化”的順序排列起來，目 的是著眼于區(qū)域中大多數(shù)鉆孔的地質(zhì)情況來組織系統(tǒng)數(shù)據(jù) 庫。例如某種類型的土層在大多數(shù)鉆孔中都處于靠近地面的 上層，那么它在“優(yōu)化地層層序”中的位置也相對靠上；某 種類型的土層只在極少數(shù)鉆孔中才出現(xiàn)，就可以規(guī)定一個闕 值，小于這個值時這種土層在“優(yōu)化地層層序”中就被忽略 t,或者與臨近土層合并。當然，這些“優(yōu)化”的方法也可 以由用戶選擇使用。如果把優(yōu)化規(guī)則定義為：給鉆孔的不同 位置賦予不同的數(shù)值，從上到下依次遞增，和地面最接近定 義為第1層，最遠離為最后一層，以此

6、類推。1.4兩級數(shù)據(jù)庫映射技術(shù)得到“優(yōu)化地層層序”后，就以此 為基礎(chǔ)，聯(lián)系下面要提到的“塊一層“結(jié)構(gòu)模型組建系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫。因為經(jīng)過了優(yōu)化，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)緊湊規(guī)范，為特 定區(qū)域?qū)Ｓ?，方便了后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。由用戶數(shù)據(jù)庫可 以映射到唯一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。同樣，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫也可以唯 映射回用戶數(shù)據(jù)庫。在一個數(shù)據(jù)庫中所做的修改可以迅速 地反映到另一個數(shù)據(jù)庫中。從木質(zhì)上說，這兩個數(shù)據(jù)庫是對 同一個客觀事物用不同結(jié)構(gòu)進行的抽象和反映。應該強調(diào)的 是，用戶只能操縱用戶數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對用戶來說是不 可見的。2地質(zhì)“塊一層”結(jié)構(gòu)模型用戶數(shù)據(jù)庫優(yōu)化之后仍有一些問題不能解決，各鉆孔怎 樣利用“優(yōu)化地層層序”來表

7、達自身的地層層序呢？這就要 用到地質(zhì)“塊一層”結(jié)構(gòu)模型。這種結(jié)構(gòu)模型把“優(yōu)化地層 層序”作為一個基本塊，這個基本塊重復出現(xiàn)。即各個地層 組成基本塊，各個基本塊組成鉆孔模型。各鉆孔的土層情況 與基本塊比較，順序相同的依次填入數(shù)據(jù)，有土層翻轉(zhuǎn)的就 增加一個基本塊再填入，有土層缺失的就填oo數(shù)個基本塊 連接成鉆孔的土層結(jié)構(gòu)，形成一種靈活的、可伸縮的數(shù)據(jù)模 型。3地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)建庫的根本目的是為了高效、合理、科學、規(guī)范地 管理和處理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在有關(guān)地質(zhì)實體的研究多著眼于三維地 層建模，體現(xiàn)在兩方面：是適應于地層模擬的空間數(shù)據(jù)模 型研究；二是三維地層建模的具體實現(xiàn)方法。綜合考察現(xiàn)有 的各種地

8、層模擬方案發(fā)現(xiàn)：多數(shù)方法的建模過程都比較復雜 煩瑣，而且最終成果往往是形態(tài)構(gòu)造和直觀形象，缺少具體 的數(shù)值結(jié)果和量化指標，可利用性不強。針對這些缺陷，本 文提出的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)不但能夠向用戶提供以查詢 結(jié)果為基礎(chǔ)的報表、平面圖、剖面圖、壓縮特性曲線圖和土 工實驗表等可視化效果，更重要的是它可以把鉆孔的地層信 息量化地提供給用戶。由于工程鉆探的高成本和自然條件的 約束，在一個特定的研究區(qū)域中，往往只能獲取有限數(shù)目的 鉆孔數(shù)據(jù)，那么沒有鉆孔資料的點位怎么辦？在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 中，各鉆孔的地質(zhì)信息有形式上一致的結(jié)構(gòu)，可以使用比較 成熟的技術(shù)，利用各鉆孔點的平面坐標構(gòu)建整個區(qū)域的點位 拓撲關(guān)系，如構(gòu)建

9、delaunay三角網(wǎng)。再根據(jù)拓撲關(guān)系選擇一 些已勘探點來模擬插值未知點的地層信息。4結(jié)語4.1要把繁雜的鉆孔地層信息建立數(shù)據(jù)庫，進行科學有 效的管理，前提是要建立一個操作性強、統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)模 型。地層“塊一層”結(jié)構(gòu)就能夠比較完美地解決地層層序中 的大多數(shù)界常問題，如地層翻轉(zhuǎn)、缺失等。但對于在同一鉆 孔中重復出現(xiàn)的地層只能舍棄，認為它只出現(xiàn)次。雖然實 踐屮重復出現(xiàn)同一地層的現(xiàn)象不太常見，但是這也是這種結(jié) 構(gòu)的不足之處，建議進行更深一步的研究。4.2要由鉆孔信息的原始數(shù)據(jù)建立地層信息數(shù)據(jù)庫，就要先 由用戶數(shù)據(jù)庫優(yōu)化出區(qū)域的“優(yōu)化地層層序”，建立各個鉆 孔的地質(zhì)“塊一層”結(jié)構(gòu)，再建立起適用于信息處理要求的 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。以此為基礎(chǔ)開發(fā)出的工程地質(zhì)勘察信息處理系 統(tǒng)可以