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GOCAD在岩体三维可视化模拟中的应用经典资料_图文


GOCAD在岩体三维可视化 模拟中的应用
魏群
2008.11
LOGO

主要内容
1 2 3 4

引言

GOCAD软件及数学处理方法
三维模型的建立方法 地质对象建模

5

结论

引 言
目前,对于地质勘测所获得的大量二维和静态的

地质信息资料,地质专业人员只是依照经验推断出地
下岩层和构造的走向、分布,进而预测其变化规律。 近年来,计算机软硬件技术的发展为地质勘测资 料在计算机上建立三维地质模型创造了条件。目前, 在地质学领域中,岩体的三维可视化模拟已成为人们 广泛关注的热点 。

精确绘图技术 CAD 图形 技术 图形拓扑运算 三维实体模型的创建

三维实体模型的编辑
核心的地质建模功能 GOC AD软 件

结构特征和地质属性的统一
强大的可视化功能 地质解释功能

岩 体 三 维 可 视 化 模 拟

GOCAD软件及数学处理方法

? GOCAD软件简介 ? GOCAD的数学处理方法 ? 建模方法 ? 三维数据结构 ? 数据接口和二次开发

(1)GOCAD软件简介
GOCAD是法国Nancy理工大学开发的主要用于 地质领域的三维可视化建模软件。

可以建立表面模型
可以建立实体模型 GO CAD 软件 地质工程 矿业开发

提供多种约束条件
编辑任意形状的图形 变现空间属性分布 灵活的信息存储技术

水利工程
地球物理 勘探

Simulating fluid in a porous reservoir

Simulating a uranium open-pit galleries in pink ore bodies in yellow

Simulating stratum in geology

(a)Faulted porous reservoir;(b)porousity mapped on a vertical cross-session;(c)reproducing facies from well measurements;(d) simulating meandering channel

GOCAD软件主界面

(2)GOCAD的数学处理方法
GOCAD软件采用离散平滑内插方法(Discrete Smooth Interpolation 简称 DSI)作为其核心的技术. DSI方法用一系列具有物体几何和物理特性的相互 连结的节点来模拟地质体。并将典型信息转化 成线 型约束,引入到模型生成的过程中。 DSI方法可自由选择和自动调整格网模型,实时交 互操作,并能够处理一些不确定的数据等。

(3)建模方法
GOCAD三维地质体建模主要包括两类:

① 构造模型建模
建立地质体构造模型,能够模拟地层面、断层面的形 态、位置和相互关系;结合地质体各属性模型的可视化图 形,还能用于辅助设计钻井轨迹。此外,构造模型还是地 震勘探过程中地震反演的重要手段。 主要采用线、面模型,重在模拟对象的形态及其相 互之间的位置关系

② 三维储层栅格结构建模
根据建立的构造模型,建立立体模型;同时,地质 体含有多种反映岩层岩性和资源分布等特性的参数(如 岩层的孔隙度、渗透率等),可对这些物性参数进行计

算和综合分析,得到地质体的物性参数模型
栅格模型是在构造模型建立对象的基础上用三维网

格(grid)来模拟地质体和地质属性参数的分布,栅格
模型是构造模型的综合和进一步应用

(4)三维数据结构
三维建模软件采用数据结构的类型,对于模型的精 度、存储量和实时分析等有重要影响。 GOCAD软件 采用边界表示结构。 边 界 表 示 结 构 点:有其空间坐标来确定 线:由连结两点的一系列节组成 面:由连结3点的三角形组成 体:由1组面组成

(5)数据接口和二次开发
ASCII文件
DXF文件 BMP文件 Shape IRAP/RMS
可导入到

C语言二次开发

地形等高线 柱状图 .dxf格式

Gocad软件

剖面图
AutoCAD的三维面模型

ZMap
SEGF

点 模 型

线 模 型

体 模 型

剖 面 模 型

可导入到

AutoCAD软件

三维模型的建立方法
三维岩体可视化建模的思想,是通过利用各种 地质勘测资料,借助GOCAD内部的离散平滑内 插运算方法,将离散数据转化为连续曲面,进而 建立岩体的三维模型,处理岩层界面与结构面的 组合关系,逼真地反映地质体的全貌。

三维岩体可视化建模的具体过程:
① 由地形等高线和地质点数据建立地面模型

② 根据钻孔的分层信息,结合地质剖面图,分析确定各 岩层的走向、缺失和尖灭位置等信息,抽象出岩体构成, 并在钻孔不足地区和研究区边界上虚拟钻孔,提取各子 体岩层的分层信息及地层的边界点,形成原始插值数据。 再通过添加不同的约束条件,进行插值拟合,得到岩层 面模型,进而对各原始曲面进行局部编辑处理
③ 通过GOCAD软件内置的三维储层网格建模流程,由岩 层面建立三维岩体模型 ④在已上岩层面和岩体模型基础上,生成任意方向的剖 面图,或由岩层实体模型形成属性模型等。

岩体三维建模及分析流程图
地形等高线 钻孔、平硐等 电磁波CT结果 数字成像结果 岩层界面模型 通过Gocad的workflow建立 岩层实体模型 虚拟钻孔

勘测资料

地质解释 地质剖面

属性模型

可视化分析(旋转等)

形成剖面图

地质对象建模
坝陵河地区勘测资料 工程地质三维建模 GOCAD软件 三维地质体的操作 三维地质体的切割 本课题组提出的五维空间概念

本课题组提出的三维数字地质模型

了的为 一 坝 系 陵 列数河 关据大 键库桥 问及重 题虚点 拟工 现程 实提 模供 型全 ,方 解位 决
GIS

坝陵河重点工程具体建模过程 ? 钻孔建模
? 岩层界面模型

? 岩体实体模型
? 属性模型

(1)钻孔建模
钻孔资料是地质建模中不可或缺的重要信息。但由于

钻孔资料量有限,且钻孔揭示的地层分层参数很局限—— 根据地质剖面图上地层的走向趋势和经验推测,要在钻孔
分布稀少的地区和研究区域的边界虚拟出钻孔。这些钻孔 信息通过导入GOCAD,即可建立钻孔模型。

只在某钻孔揭露点的可见范围内有效,因此在建模过程中,

根据坝陵河大桥西锚踮和西索塔的地质概况

以及地质剖面和地质钻孔数据信息,坝陵河大桥
西岸选择距离“东西锚踮轴线”两边各120米的区

域进行研究。

根据提供的钻孔坐标信息,在坝陵河

西岸地形图中插入钻孔实体。

实际钻孔的直径相对于整个地形图来说很

小,不利于直观的观察,于是对每个钻孔
做了处理,以钻孔的坐标原点和高程为基

础,在每个钻孔的外围包了一个内径2.0米
外径2.5米的壳。同一个钻孔根据地层的不

同对壳划分网格,这样可以更直观的把钻
孔信息在地形图上表示出来.

(2)岩层界面模型
地表模型

通过无重复点的散乱数据点集按某种规则进行三

角剖分,使这些散乱点形成连续但不重叠的不规则三
角面片网,并以此来描述3D物体的表面。

微风化白云岩

微风化泥晶灰岩层

微风化泥质灰岩层

在GOCAD中实现代表不同地层的不规则三角面片网

坝陵河地区地质模型

微风化白云岩 弱风化白云岩 弱风化泥晶灰岩 微风化泥晶灰岩 微风化泥质灰岩 弱风化泥质灰岩

强风化砂质灰岩 残坡积层 强风化泥质灰岩 强风化泥晶灰岩 弱风化砂质灰岩 地表面

(2)岩层界面模型
地层界面模型

西锚踮 西索塔

坝陵河西岸所研究区域地层界面模型

坝陵河西岸所研究区域地层界面模型

坝陵河西岸所研究区域地层模型纵剖面图

GOCAD中三维地质模型横剖面图

(3)岩层实体模型
根据已建 的各个岩层的 曲面模型,进 而通过 GOCAD 的 workflow 建立 各岩层的块体 模型,地质实 体用实体模型 (Sgrid)来表 现,表达地质 信息在研究区 域内的分布规 律。

(4)属性模型
地质对象的各种属性不但可以附加在模型上,而且,GOCAD 里对象的属性还可以遗传,比如将孔隙率属性附加在点对象上, 由点生成的线或面的控制点上也具有同样的属性,这样就可利用 离散平滑内插技术对属性进行内插,由局部点的特征属性插值得

到整个地质区域内该属性的分布情况。
基于GOCAD软件所建立的实体模型,模拟了复杂岩体的产状 和形状及其接触关系,图形实体的主要特征属性能够相互接触,利 用其所具有的图形特性和直接利用图形的运算能力,属性的分布和 相关关系可从图形中导出和计算,然后应用于多种数值方法之中, 较之现有的纯数学计算方法更加直观、简便和可靠。

坝陵河地区研究区域地表等高线(Z坐标显示)

结 论
课题组通过融合CAD图形技术,借助GOCAD软件强大的

地质建模功能,尝试建立了贵州安顺坝陵河大桥西岸局部
地质体的三维模型。 该模型融合了众多钻孔、地质剖面等各种地质信息, 不但清楚直观地展现了地层的空间走向和分布,模拟了复 杂岩体的产状、形状,同时将GOCAD模型转化到CAD模型之

中,使CAD将属性信息附着于图形,从而在图形上即可获
知整个区域的属性分布,并清楚地显现出来。这有利于发 现以往二维可视化成果难以获取的信息,为设计人员作出 迅速或正确决策提供有效参考。

下一步工作展望
目前建立的模型还是一个静态模型,今后 的研究趋势是将地层年代的变化信息进一步融 入模型之中,使GOCAD和AutoCAD更加容易转换 和数据共享,以建立一个能反映地质变化的动 态模型。

谢谢各位领导和专家!


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