本文選題：三維精細地質(zhì)建模 + 第四系�。� 參考：《中國地質(zhì)大學》2015年博士論文

【摘要】：隨著地質(zhì)信息技術的發(fā)展以及“智慧城市”和“玻璃國土”建設的提出及其建設工程的實施,三維地質(zhì)建模技術越來越受到人們的關注。三維地質(zhì)模型的構(gòu)建是開展地質(zhì)空間分析、地質(zhì)過程模擬、地質(zhì)現(xiàn)象解釋、地下空間利用、礦產(chǎn)資源評價等一系列地質(zhì)應用的基礎。這項工作對于尋求工程建設與地質(zhì)環(huán)境條件之間的有機結(jié)合,提高城市規(guī)劃、施工、管理和地下空間利用效率,謀求城市最大經(jīng)濟、環(huán)境效益,具有重要意義。本課題來源于省部級合作項目“福州城市(閩江口地區(qū))地質(zhì)環(huán)境信息管理與數(shù)據(jù)管理服務系統(tǒng)”(簡稱“福州城市地質(zhì)信息系統(tǒng)”)。選題立足于地質(zhì)體三維模型構(gòu)建的技術與方法研究,直接面向地學信息工程領域的前沿——城市三維精細地質(zhì)模型建模方法的研究。其目的是在現(xiàn)有三維地質(zhì)建模技術的基礎上,結(jié)合城市地質(zhì)的特點,研究出一種能夠支持城市合理規(guī)劃、建設和地下空間利用的三維地質(zhì)建模方法。城市三維精細地質(zhì)模型的構(gòu)建,是在三維空間中真實再現(xiàn)城市地下空間結(jié)構(gòu),從而使地質(zhì)人員直觀而形象地感知地下地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu),目的是提高對城市水資源與地質(zhì)環(huán)境條件的認知水平,支持城市基礎設施和地下空間規(guī)劃、建設,以及地質(zhì)災害預警和防治。本文針對城市地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點及其三維精細表達的需求,著重探討了將沉積學知識融入三維地質(zhì)模型構(gòu)建過程的原理,以及基于不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)和角點網(wǎng)格(CPG)混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型來構(gòu)建三維精細地質(zhì)模型的可行性,提出并實現(xiàn)城市第四系沉積相三維可視化精細建模解決方案。該解決方案的主要思路是：首先通過鉆孔數(shù)據(jù)和相關地質(zhì)資料并結(jié)合沉積學知識構(gòu)建研究區(qū)域的第四系沉積相剖面圖；然后對這些剖面圖進行矢量化,構(gòu)建相應的第四系綜合地層格架模型；運用TIN模型到CPG模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換工具,實現(xiàn)三維精細地質(zhì)模型構(gòu)建；最后研發(fā)出相應的空間分析功能�；谝陨纤悸�,本論文所取得的主要成果如下：(1)根據(jù)大量鉆孔和地面地質(zhì)資料,采用沉積學知識進行細分層合并,把平面圖與剖面圖編繪結(jié)合起來,互相對比印證,分析了福州市(閩江口地區(qū))基巖分布情況以及第四系4個層段的沉積環(huán)境概貌和時空演化特征。第四系4個層段由老到新依次是：更新統(tǒng)(未分)殘坡積(Qpel)、中更新統(tǒng)(Qp2),上更新統(tǒng)(Qp3)和全新統(tǒng)(Qh)。(2)在沉積環(huán)境和沉積相分析的基礎上,編繪了福州市(閩江口)地區(qū)的第四系的45幅沉積相剖面圖和5幅沉積相平面圖。這種基于沉積環(huán)境分析的編圖方式,取代了“砂對砂”、“土對土”的傳統(tǒng)層板模式,便于理解剖面上的巖層結(jié)構(gòu)及其在相鄰剖面間的變化,使巖層界面外推和連接更加合理而真實,為剖面拓撲推理提供了地質(zhì)知識支持。(3)提出了基于沉積學知識驅(qū)動的第四系三維精細地質(zhì)模型構(gòu)建方法。其要領是,先對所編繪的二維沉積相剖面圖進行矢量化,構(gòu)建不同時代的地層框架數(shù)字模型；再集成為統(tǒng)一的第四系綜合地層格架模型,然后運用矢量化剪切技術進行邊界裁剪成型�；谥R驅(qū)動方法所建立的模型,能更好地表達地質(zhì)人員對地下地質(zhì)體的客觀認識。(4)根據(jù)城市第四系三維精細地質(zhì)建模的需求,提出基于不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)和角點網(wǎng)格(CPG)混合空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建思路和方法原理。其實現(xiàn)過程是：先用TIN面元模型來構(gòu)建三維構(gòu)造-地層格架模型,用CPG體元模型來表達精細地質(zhì)結(jié)構(gòu),然后通過空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換工具,將TIN模型轉(zhuǎn)換為CPG模型,實現(xiàn)三維精細地質(zhì)模型的構(gòu)建。(5)編程實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由TIN到CPG的模型轉(zhuǎn)換算法。首先,確定TIN面元模型中各個地層轉(zhuǎn)換到CPG體元模型中所對應的地層序列的定義方式；其次,根據(jù)格網(wǎng)的邊界和方向確定模型轉(zhuǎn)換時CPG格網(wǎng)的剖分方式和方法；最后,利用控制格網(wǎng)計算CPG模型中各單元格的空間坐標,并利用*GRDECL文件格式實現(xiàn)對CPG三維地質(zhì)模型的存儲和展示。(6)提出了基于CPG模型的三維精細屬性模型的構(gòu)建方法。該方法是在用TIN-CPG混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的地層框架模型基礎上,運用適當?shù)目臻g插值算法,先計算出CPG體元模型中各個單元格的屬性數(shù)據(jù),然后根據(jù)*GRDECL文件格式特點,將屬性數(shù)據(jù)寫入該框架模型的屬性文件中,從而實現(xiàn)在地層框架模型的基礎上進行三維精細屬性建模。(7)在完成上述方法和算法原理研究的基礎上,建立了不同尺度的研究區(qū)第四系三維地質(zhì)模型。其中包括：福州(閩江口)地區(qū)第四系三維構(gòu)造-地層格架模型、福州(閩江口)地區(qū)第四系三維精細地質(zhì)模型和福州大學城附近水文地質(zhì)三維精細屬性模型。(8)在完成三維精細地質(zhì)模型構(gòu)建原理、方法研究并實現(xiàn)的基礎上,研發(fā)了地質(zhì)切片分析和空間屬性單元格提取功能。其中,地質(zhì)切片分析是指在X、Y、Z方向上,對模型進行矢量剪切和剖面圖制作；空間屬性單元格提取則是根據(jù)所設置的參數(shù),從模型中提取出符合參數(shù)范圍要求的屬性單元格,并對這些單元格進行單獨顯示。綜上所述,本論文在借鑒三維地質(zhì)建模領域的最新科研成果基礎上,根據(jù)城市地下第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點,運用沉積學知識,解決了三維構(gòu)造-地層格架內(nèi)部的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)精細刻畫問題,設計并采用Visual C++語言進行了編碼實現(xiàn)。主要的創(chuàng)新點是：(1)從第四系三維精細地質(zhì)模型構(gòu)建的需求出發(fā),提出TIN-CPG結(jié)合的混合空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型,并且加以論證和編程實現(xiàn)。方法要領是：先用不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)模型來構(gòu)建三維構(gòu)造-地層格架模型,用CPG體元模型來表達精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)；然后通過空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換工具,將整體的TIN面元模型轉(zhuǎn)換為CPG體元模型,從而實現(xiàn)三維精細地質(zhì)模型的構(gòu)建。(2)提出一種基于沉積學知識驅(qū)動的第四系三維精細地質(zhì)模型構(gòu)建方法。該方首先通過沉積環(huán)境和沉積相分析來編繪地質(zhì)剖面圖和平面圖,然后以所編制的剖面圖為基礎,在沉積環(huán)境分析結(jié)果的指導下,采用TIN-CPG結(jié)合的混合空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型進行拓撲推理建模。由于融入了沉積學知識,所建立的模型將更加符合地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的真實情況。本文針對目前城市三維地質(zhì)建模中所建立的大部分模型表達的地質(zhì)內(nèi)容較為貧乏,模型刻畫的精細程度較低的問題,提出了將沉積環(huán)境和沉積相分析結(jié)果融入到建模過程中,并運用TIN-CPG混合空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型對模型進行精細化表達的解決方案。所取得的研究成果,已經(jīng)成功應用到省部級合作項目《福州(閩江口)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查》中。該方案具有較強的普適性,針對不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征加以擴充和完善,可以運用到油氣和金屬礦產(chǎn)勘查、水利水電工程勘察設計、鐵路工程勘察設計和災害地質(zhì)勘查等地質(zhì)相關領域中。
[Abstract]:With the development of geological information technology and the construction of " smart city " and " glass land " , the three - dimensional geological modeling technique is more and more concerned . The construction of three - dimensional geological model is based on the three - dimensional geological modeling technology , which is based on the geological environment information management and data management service system .
then vectorizing the sectional views to construct a corresponding fourth integrated stratigraphic framework model ;
constructing a three - dimensional fine geological model by using a TIN model to a data structure model conversion tool of a cpg model ;
Based on the analysis of sedimentary environment and sedimentary facies , this paper presents a series of 45 sedimentary facies and five sedimentary facies in Fuzhou .
Based on the demand of three - dimensional fine geological modeling in the fourth line of the city , the authors put forward the construction idea and the method of the model of the mixed spatial data structure based on the irregular triangular network ( TIN ) and the corner grid .
secondly , according to the boundary and the direction of the grid network , determining the split mode and the method of the grid mesh at the time of the transformation of the model ;
In the end , the spatial coordinates of each cell in the model are calculated by using the control grid , and the storage and display of the three - dimensional geological model is realized by using the * GRDECL file format .
In conclusion , based on the latest research achievements in the field of three - dimensional geological modeling , this paper presents a mixed spatial data structure model based on the Quaternary geologic structure of the city , which is based on the latest research achievements in the field of three - dimensional geological modeling .
Based on the analysis of sedimentary environment and sedimentary facies , this paper presents a method for constructing a three - dimensional fine geological model .
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P628

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本文編號：2051953