三维地质建模在料场储量计算中的应用_三维数字地质建模应用

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三维地质建模在料场储量计算中的应用

雅砻江上游室—胡秋爽

摘 要:针对水电地质工程的复杂性,提出了基于GOCAD 的三维可视化建模技术。根据实际生产情况构建了三维地质可视化模型,并进行相关的三维可视化分析。最后应用到牙根一级水电站工程的料场储量计算中,其结果对工程设计和勘察有指导意义。

1.概述

水电工程传统的料场储量计算方法主要有平均厚度法、平行断面法和三角形法。这几种方法各有优点，但在计算精度上还是存在一定的欠缺，且不如三维模型具有直观性。

在成勘院地质处的不断摸索和努力下，采用Gocad进行三维地质建模的技术已经基本成熟，本文以牙根一级水电站为例，简单阐述采用三维地质模型计算牙根一级水电站白姑村骨料场储量的过程及其中的心得体会。

牙根一级水电站位于四川省甘孜州雅江县境内，坝区出露地层为上三叠统两河口组浅变质岩系的中、上段（T3lh2、T3lh3），两河口组中段分为六个小层，上段分为三个小层，奇数层为板岩，偶数层为变质砂岩。其中位于白姑村下游的两河口组中段第二层（T3lh2（2））变质砂岩为坝区的人工骨料料场。料场分布高程2600～2900m，顺河长约170m，垂河宽约303m，呈条带状分布，面积约6万m2，岩层产状EW/S∠65°，料场开采底高程按2620m控制，后缘及上、下游边坡开挖坡角按70°考虑，无用层为弱上风化岩体。

2.三维地质建模

本次建模所采用地形面为预可行性研究阶段牙根一级水电站三维地质模型中的1：:2000地形面，精度满足设计要求。1）.框架搭建的思路

该模型以高程为2620的平面作为开采底面，由于该段河流流向S22°W，岩层产状为EW/S∠65°，与河流近垂直，故T3lh2（1）和T3lh2（2）层的岩性分界线就作为料场上游边界，相应的开采坡角为65°；料场的下游边界则从T3lh2（2）和T3lh2（3）层岩性分界与高程2620m的交线开始，以70°坡角向上延伸至地表；后缘边界从地表2900开始以70°坡角向下延伸，待与2620高程平面相交所得到的面即为后缘边界面。这样，由地形面、底面、上下游边界面及后缘边界面所组成的五面体即为所需要的料场开采范围。

2）.三维地质模型的建立

首先，在料场范围内创建一个高程为2620的底面，面积要足够包括住料场范围，然后将T3lh2（2）层的上、下游岩性分界面导入到Gocad，提取出来两个岩性分界面与底面的交线作为料场底面的上、下游边界线。（图1）

图1.2620高程底面及变质砂岩上、下游边界

接下来利用这两条交线分别作出上、下游边界面。根据已有资料可知，该上游边界面的产状为EW/S∠65°，下游边界面的产状为EW/N∠70°。利用地质处二次开发的插件，一个点和一个产状就可以做一个地质界面，采用交线上的一个节点和边界面的产状即可以很方便的作出。（见图2）

图2.料场上、下游边界面

这里需要说明的就是边界面要做的足够大，至少要超出料场范围，这样才能保证后面切割后料场能够封闭。

根据产状关系，后缘边界面的产状应该为SN/E∠70°。同样在地形面料场范围内高程约2900m选一个点，然后根据产状和坐标点作出后缘边界面。（见图3）

图3.料场后缘边界面

同样，面要做的足够大，与其它面都要完全相交。

最后，将地形面、底面、上下游边界面及后缘边界面全部打开，再全部互相切割，将边缘以外的删掉，就得到了一个五面体，即我们需要的料场三维空间范围。（见图

4、图

5、图6）

图4.切割前的各个边界面交切关系

图5.切割后提取的料场各个边界面

图6.白姑村人工骨料场的空间位置

3）.计算结果

将这个得到的五面体合并，再将所有孔洞全部充填满，所有边界全部删除，就得到了一个闭合的空间范围。采用Gocad里面的“计算—获取体积”菜单就可以很方便的得到了料场的体积。其有用层的建模与体积计算方法和总体积的一样，只是将地形面替换成弱上风化面即可。

3.心得体会

三维地质建模在水电工程地质上的应用极大的提高了工作效率和工作精度，地质处二次开发的插件也是不断的简化软件入手的难度，进一步提高了效率。通过此次建模，我个人也总结了一点技巧： 1）.在创建2620底面的时候，可以先在该区域范围内画两条平行直线，将两个直线端点移动至2620高程，然后利用两条线就可以做出一个高程为2620m的平面了；

2）.做各个边界面的时候，要对面进行适当的撕分，使各个面的三角网大小都相近，这样相互切割后所产生的边界更贴合，不会有零碎的边界产生导致局部出现缺口，否则我们得到的地质体就不会100%闭合，得到的体积也就会不准确；

3）.切割完毕得到各个边界面后，要按照命名—合并—删除边界—填充孔洞—删除边界的操作顺序，以得到一个完整的、封闭的空间区域；

4）.最后计算体积之前，要看下该五面体的属性，只有其属性中的子集数为1，边界数为0的时候得到的计算结果才是准确的。

4.结语

研究与应用表明,基于Gocad 的三维地质建模料场储量计算思路突破了传统的计算方法，表达上更为直观，计算结果更为精确，全部过程由软件完成，避免了冗长的计算过程，为水电站设计人员提供了很好的可视化参考。