基于ArcGIS的地下三维地质建模

基于ArcGIS的地下三维地质建模

◇高教论述◇2010年第06期（下）

基于ArcGIS的地下三维地质建模

（1.长江大学工程技术学院

【摘

刘妮妮1韩春玲2张俊1

湖北荆州434020;2.绍兴职业技术学院

浙江绍兴312000）

要】建立地下三维模型,形象反映地下主要地质结构全貌,是研究工程地质现象的一种崭新的研究方法。本文探讨了如

何在ArcGIS的桌面软件ArcMap中利用3DAnalyst模块进行地下三维体表面模型的构建，实现对地质资料集成和二次开发，对后续地下三维可视化的实现具有重要意义。

【关键词】ArcGIS；三维地质建模；GIS

GIS作为处理地理空间信息的新技术是二十世纪六十年代兴起和发展起来的。ArcGIS[1、2]是美国ESRI公司开发的一套从低到高、可无缝扩展的GIS平台系列产品。主要由四个部分组成：桌面GIS、ArcGIS3D分析模块、面向开发的GIS和服务器GIS。

三维地质建模[3、4]是三维地学研究的一项基础性工作。三维数据模型的研究与应用主要集中在三维城市建筑与三维地质体领域。实践表明，对现有空间数据模型认识和理解的正确与否在很大程度上决定着地质数据管理系统研制或应用空间数据库设计的成败，而对空间数据模型的深入研究又直接影响着新一代GIS系统的发展。

1.数据准备

1.1HZ地区第四系地层发育特征

研究区地下三维表面建模所需的基础数据为地震或钻井揭示的地下各层序界面的分层信息。因此，首先必须弄清研究区第四系发育特征。

HZ地区前第四系基底由震旦至白垩纪地层组成，岩性大致可分为三种类型：震旦系至下奥陶统镁质碳酸盐、上奥陶统至泥盆系沉积碎屑岩及石炭、二叠系碳酸盐岩。此外，还发育中生代火山碎屑岩。本区第四系缺失下更新统（Q1）沉积，中更新统（Q2）直接上覆于前第四系基底之上，分布比较局限（亦有学者认为本区缺失中更新统），上更新统和全新统发育完整，在全区广泛分布。

1.2钻孔资料收集与整理

为了开展HZ地区地下第四系主要地层界面三维表面建模，收集了研究区第四系钻孔4003个，并根据前述第四系地层发育特征，进行了地层划分与对比，共划分出中更新统底（Q2b）、上更新统下段底（Q3b1）、上更新统上段底（Q3b2）、全新统下段底（Q4b1）、全新统中段底（Q4b2）、全新统上段底（Q4b3）等6个主要地层界面，详细统计了每口井各地层界面的海拔深度（表1），这些数据是开展HZ地区地下第四系三维表面建模的基础。

表1HZ地区地下第四系三维表面建模

及其可视化钻孔分层结果

上更序新统上更中更号

编号

地面全新统上全新

全新海拔

统下段底统中

上段新统新统Q段底段底底（4b3）（Q4b2）（Q底下段底4b1）

（Q3b2）

（Q3b1）

（Q2b）

1001-0016.965.04-12.04

-24.54-30.94-41.14/2001-0026.685.88-12.32-27.82-32.32-46.82

/3001-0036.454.85-9.85-27.05-33.05-43.85/…

…

…

…

…

…

…

…

…

4003009-00442.0540.25////35.35

2.空间数据与属性数据的一体化管理

本文所采用的数据模型是混合结构的数据模型，它的基本思想是使用两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数据，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，空间数据存储在专用的文件管理系统中，两个子系统之间使用一种标识（OID）联系起来。在检索目标时询问两个子系统，然后将它们的答案结合起来。

本文将不同类型的沉积地层作为目标区第四系地层分层的主要依据，共分为六层。地层分层的原始数据由几何属性数据（地理位置）和物理属性数据（分层等地质属性）组成，物理属性表结构图如表2所示。而钻孔属性数据又由钻孔几何属性数据（坐标）和钻孔物理属性数据（地层厚度、地层顶面标高、含水量、孔隙度、抗压强度等物性参数）组成。为正确显示剖面，基础地理数据由各类GIS图层及其属性表文件组成。

表2地层分层物理属性表结构图

英文字段

中文含义数据类型字段长度

备注

DrillHole_钻孔编号字符串型8Top_ele孔口标高双精度型12Q2b中更新统底双精度型12Q3b-1上更新统下段底双精度型12Q3b-2上更新统上段底双精度型12Q4b-1全新统下段底双精度型12Q4b-2全新统中段底双精度型12Q4b-3全新统上段底

双精度型12WP

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50

3.主要构造面三维模型构建

3.1钻井数据加载

包括空间数据与属性数据，前者主要反映钻井在地下的空间分布情况，后者包含钻井的编号及每个钻井中各层的深度，如图1。

图1钻井数据加载

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