基于GoCAD與Surfer平臺建立三維地質(zhì)模型研究

基于GoCAD與Surfer平臺建立三維地質(zhì)模型研究基于GoCAD與Surfer平臺建立三維地質(zhì)模型研究

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1006-4311〔2022〕24-0233-03

0引言

在運用傳統(tǒng)的地質(zhì)信息模擬辦法時最主要的伎倆是利用平面圖和剖面圖。其實質(zhì)是通過將三維空間下的地貌、地層、構(gòu)造以及其他地質(zhì)現(xiàn)象往某一平面進行投影。但是在實際操作中就會暴露出一些缺陷，比方空間信息會損失或失真、繪圖過程變得復雜繁瑣、參數(shù)修改變得困難等。

近年來，計算機仿真模擬技術(shù)快速開展，數(shù)值分析已然躋身巖土項目分析辦法的前列。由美國ItascaConsultingGouplnc開發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序FLAC-3D〔ThreeDimensionalFastLagrangianAnalysisofContinua〕就是其中一種應用較為廣泛的軟件。該程序能較好地模擬地質(zhì)材料在到達強度極限或屈服極限時發(fā)生的破壞或塑性流動的力學行為，特別適用于分析漸進破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形。但是，F(xiàn)LAC3D軟件在建立復雜三維地質(zhì)模型以及網(wǎng)格的劃分實現(xiàn)等前處理過程中存在很大缺乏：①FLAC3D軟件的操作全部采用命令流，不能使用交互式操作，建立模型不能直觀顯示；②當需要建立的地質(zhì)模型外表變化復雜，地層變化多樣時，需要對各個邊界數(shù)據(jù)進行控制，命令數(shù)量大，出錯不易查出；③建立復雜模型時要花費大量時間才能是模型與實際較吻合。

因此，文章提出了基于GoCAD與Surfer平臺的復雜三維地質(zhì)建模和網(wǎng)格劃分，實現(xiàn)了復雜地質(zhì)體模型的快速、直觀建模。通過實際項目實例，也驗證了此種建模辦法是可行的、有效的。

1GoCAD與Surfer軟件介紹

GoCAD〔GeologicalObjectComputerAidedDesign〕軟件是一款功能強大的三維地質(zhì)建模軟件，在項目地質(zhì)、地球物理勘探、礦業(yè)開發(fā)、石油項目、水利項目中有廣泛的應用。GoCAD軟件具有強大的三維建模、可視化、地質(zhì)解釋和分析的功能。它既可以進行外表建模，又可以進行實體建模；既可以設(shè)計空間幾何對象，也可以表現(xiàn)空間屬性分布。并且，該軟件的空間分析功能強大，信息表現(xiàn)方式靈活多樣。一般來講，要建模的地質(zhì)目標，千姿百態(tài)，既要描述其幾何形態(tài)，也要描述其所包含的地質(zhì)屬性特征。但是無論多么復雜的地質(zhì)體，歸納起來都可以用點、線、面、體等四種類型的數(shù)據(jù)來描述。在GoCAD中描述地質(zhì)目標的數(shù)據(jù)主要有一下四種定義：①點集：描述離散點數(shù)據(jù)；②線集：描述斷層線、鉆孔軌跡、測井曲線和河道等線狀數(shù)據(jù)；③面集：描述層面、斷面等面狀數(shù)據(jù)；④體集：地震數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地層網(wǎng)格、封閉體等數(shù)據(jù)體。

Surfer是一款畫三維圖的軟件，是美國GoldenSoftware公司的系列繪圖軟件之一。Surfer的主要功能是繪制等值線圖〔contourmap〕，是具有插值功能的繪圖軟件，在這里主要用到的就是該軟件內(nèi)置的克里金〔Kriging〕插值功能?？死锝鸩逯捣ㄓ址Q空間自協(xié)方差最正確插值法，它是以法國D.G.Krige的名字命名的一種最優(yōu)內(nèi)插法。它首先考慮的是空間屬性在空間位置上的變異分布，確定對一個待插值點有影響的距離范圍，然后用此范圍內(nèi)的采樣點來估計待插值點的屬性值。該辦法在數(shù)學上可對所研究的對象提供一種最正確線性無偏估計〔某點處確實定值〕的辦法。它是考慮了信息樣品的形狀、大小及與待估計塊段相互間的空間位置等幾何特征以及品位的空間結(jié)構(gòu)之后，為到達線性、無偏和最小估計方差的估計，而對每一個樣品賦與一定的系數(shù)，最后進行加權(quán)平均來估計塊段值的辦法。但它仍是一種光滑的內(nèi)插辦法。在數(shù)據(jù)點多時，其內(nèi)插的結(jié)果可信度較高。

2三維地質(zhì)建模辦法

一般情況下，我們獲取的項目地質(zhì)信息都是通過地形等高線圖反映的，因此，我們的出發(fā)點還是從最原始的AutoCAD圖形著手。使用GoCAD構(gòu)建三維地質(zhì)模型一般包括下列四個步驟：

2.1提取地形圖信息GoCAD可以導入多種數(shù)據(jù)類型，在此，我們將整理后的地形等高線圖另存為*.DXF格式，保留文件時確保沒有中文名稱和中文路徑。然后導入GoCAD：選擇File――ImportObject――CrossSections――DFX導入等高線數(shù)據(jù)，導入的數(shù)據(jù)都為線數(shù)據(jù)，GoCAD中叫做Curve〔即線文件〕，刪除不必要的數(shù)據(jù)，只保存等高線數(shù)據(jù)。此時形成的線并不平滑，因此要將整理好的線文件導出插值，選擇File――ExportObjects――Curve――ExportpropertiestoExcel。

2.2Surfer進行插值選擇導出的坐標值，全選并復制，運行Surfer，在軟件的圖形模式下新建列表，將復制的坐標值粘貼到列表內(nèi)并另存為*.dat文件。選擇菜單“網(wǎng)格――數(shù)據(jù)〞，翻開剛剛保留的*.dat數(shù)據(jù)，彈出圖1所示的對話框，只用設(shè)置最小、最大、間距數(shù)據(jù)、插值辦法，單擊確認即可產(chǎn)生格網(wǎng)數(shù)據(jù)，翻開產(chǎn)生的格網(wǎng)數(shù)據(jù)*.grd文件，效果圖如圖2所示。保留*.grd數(shù)據(jù)為ASCIIXYZ〔*.dat〕文件，接著導入到GoCAD。

2.3鉆孔數(shù)據(jù)分析及導入對于多地層的模型，還需要借助已有的鉆孔揭露地層數(shù)據(jù)。將鉆孔制作成.txt文本，直接可以一次性導入。鉆孔導入辦法：File――ImportObject――Welldata――〔Path〕LocationsfromColumn-basedFile。然后同樣的辦法再導入分層數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)文本和分層標記文本格式如表1所示。過程如下：File――ImportObject――Welldata――〔Markers〕Column-basedFile，數(shù)據(jù)全部導入后，建立Group，右鍵Group――NewGroup――AddtoGroup添加所有鉆孔數(shù)據(jù)，成功導入數(shù)據(jù)后生成如圖3效果。

2.4建立模型并劃分網(wǎng)格當分層的標記做好以后便開始由點生成面。對于外表，可以直接由從CAD提取的等高線插值點信息生成，過程如下：Surface――New――〔FromPointsSets〕PointSet，選擇對應的PointSet對象。對于借助鉆孔數(shù)據(jù)生成面的過程有所不同：Surface――New――〔FromSurface〕FromOthers――WellMarkers。分別選擇前面步驟做好的兩種鉆孔標記名稱各生成對應的層面。但是由于鉆孔數(shù)據(jù)有限，生成的面顯得平整，不合乎實際。因此還需按照步驟二對外表插值的辦法分別對兩個層面進行插值修改，得到較接近實際的層面。然后將三個面疊加，對于交叉的局部采剪切再合并。

完成了外表和中間的層面，還需添加一個底面。底面添加相對簡單，過程如下：右鍵外表名稱――copy――重命名〔bottom〕――Surface――compute――〔ApplyScript〕OnObject，選擇bottom對象，將主腳本中輸入“Z=N；〞〔N為低于外表最小高程的任意值〕。效果如圖4所示。

進一步將由面組成的三維地形圖生成劃分網(wǎng)格的實體。使用SGrid對象下的New命令，選擇FromObjectBox，命名創(chuàng)立的第一個實體，選擇生成該實體的兩個面〔外表與第一個層面〕，在Nu、Nv、Nw中分別設(shè)置X、Y、Z三個方向上的網(wǎng)格數(shù)，然后使用Tools命令下的ProportionallyBetweenTopandBottom，選擇前述的兩個面進行分割，確定生成第一個劃分網(wǎng)格的實體。采用相同的步驟，分別生成第二個、第三個地層。關(guān)閉輔助的點、線、面對象，對生成的圖形進行必要的修正，完成最終的三維地質(zhì)模型與網(wǎng)格劃分，最終效果如圖5所示。

3結(jié)論

GoCAD是規(guī)范三維地質(zhì)建模軟件，通過結(jié)合