复杂地质条件下高精度三维地质建模研究.docx

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复杂地质条件下高精度三维地质建模研究

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刘顺昌李黎徐德馨曹厚臻

摘要：三维地质模型不仅可以直观地展示地质状况，还能够辅助和支持地质行业的技术决策，对地质工作研究提供三维数据支撑。针对复杂地质条件，提出了一种地层建模和岩性建模的混合三维地质建模解决方案。以武汉市长江新城起步区为例，基于EVS建模软件，以地质剖面和钻孔数据为基础，开展复杂地质条件下三维地质高精度网格化模型的建设研究，并采用剖面对比和岩性概率模型对三维模型进行验证和质量评估。在此基础上，开展三维模型可视化表达及应用研究。结果表明：用地层建模和岩性建模的混合建模方式可以适应复杂地质条件下的三维建模，模型结果科学、可靠，有重要的实际应用价值。

关键词：地层建模;岩性建模;EVS软件;模型验证;复杂地质条件;武汉市长江新城

中图法分类号：?P642

文献标志码：?A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.019

0引言

三维地质模型不仅能够全面具体地展现复杂的地质现象与地质过程，而且在地壳稳定性评估、城市规划、重点工程选址以及地下空间开发利用等方面也发挥着重要作用[1-4]。2006～2010年，北京、上海、天津、南京、广州和杭州等城市先后开展了三维城市地质调查工作，并在此基础上建立了一批三維地质模型，取得了良好的效果。此后，三维城市地质调查工作在全国几十个城市全面铺开[5-8]。近几年，中国地质调查局正式发布了《城市地质调查总体方案（2017～2025年）》，提出到2025年实现全国338个地级以上城市地质工作全覆盖的目标，并要求聚焦城市规划、建设、运行管理的重大问题，大力推进“空间、资源、环境、灾害”多要素的城市地质调查，开展重大科技问题攻关，搭建三维城市地质模型[9-10]。

武汉作为首批多要素城市地质调查示范城市，各方面工作进展顺利，目前已取得一定成果。本文正是在武汉多要素城市地质调查示范项目获取的数据基础上，通过EVS软件，采用地层建模和岩性建模相结合的混合建模方式，建立了长江新城起步区50km2高精度三维网格化地质模型。本文以三维地质模型为载体，充分探讨了地层建模和岩性建模相结合的混合建模方式在复杂地质条件下的应用优势。此外，本文针对模型可视化的展示也做了一些尝试，并在此基础上对模型相关应用进行了研究，实现了模型可视化展示、剖面切割、模型开挖和空间分析等方面的应用。

1研究区地质条件概述与地质数据分析

1.1研究区地质条件概述

武汉市大地构造南北纵跨中国中部秦岭-大别造山带南缘与扬子克拉通北缘。大致沿长江以襄广断裂为界，以北是秦岭-大别造山带的东延，出露前寒武系变质岩系;长江以南，主体属扬子北缘台地褶冲带，主要出露下扬子震旦系-三叠系沉积地层。长江新城起步区大地构造位置跨及扬子陆块和秦岭-大别造山带两个一级构造单元，但地表均为第四系松散堆积物覆盖层，其平均厚度约30m，依据工程地质的类同性和差异性，归纳为表1所列的4个工程地质岩类、11个亚类。

1.2研究区地质数据分析

依托武汉多要素城市地质调查示范项目，研究区开展1∶10000高精度比例尺的地质调查，完成图1所示的研究区50km2范围内钻孔50个，图2所示地质剖面10条。典型剖面如图3所示。

从钻孔和地质剖面图可以看出：

（1）基岩面以上的第四系土层部分，分层性良好，可以划分出标准地层层序;

（2）基岩面以下的岩石部分，因处在断裂破碎带，地质条件复杂，并包含透镜体等复杂体，无法划分出标准地层层序，普通建模方法很难在复杂地层条件下进行应用。

2EVS软件及建模方法简介

EVS（EarthVolumetricStudio）是一款适用于地球科学领域的3D建模分析软件，可实现真三维的地质体数据建模、分析及可视化;可与ArcGIS、Revit、Civil3D等实现数据交互;可实现真三维模型动画展示。EVS建立的模型可真实反映地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律;可对模型进行任意形式的切割，以便多角度观察;对于尖灭、透镜体、断层及溶洞有很好的处理能力。

EVS支持地层建模和岩性建模：可以根据钻孔数据、剖面数据等多种数据格式创建岩性模型或地层模型，且2种模型均为真三维模型，即空间内任意一点和任意一个单元中均可以存储数据。

2.1地层建模

利用EVS建模，可以将研究区的所有地层以自上而下的顺序完整表达出来，即便出现地层尖灭或局部呈透镜体等地层不连续现象，EVS模型也可以处理。

图4中，0为砂土，1为黏土，2为砾石土。假设整个场地最左侧、最右侧和中间分别有一个钻孔，两侧的钻孔没有揭露黏土透镜体，因此，这2个钻孔中只有2种材料，2个地层，而中间的钻孔中有3种材料，4个地层。在EVS中，需要给整个