岩脉形态特征及地质三维建模方法

吕阳洋 周春宏

摘要：通过对某抽水蓄能电站岩脉宽度、延伸长度及深度等形态特征的分析，然后在地质三维系统软件中建立岩脉地质三维模型，可供业主方、设计方、施工方对工程区的局部或整体进行地质分析，有助于工程的正常运行。

关键词：抽水蓄能电站；岩脉；形态特征；地质三维建模

引言

中国东南部中生代构造运动，形成了NNE-SSW方向构造带及相应的花岗岩带和火山岩带。除了花岗岩和火山岩，中国东南部中生代的岩浆活动尚产生了众多的岩脉。而中国东南部的抽水蓄能电站规划点众多，因此对岩脉开展地质三维建模工作，可以有效消除二维设计存在的缺陷，为下一步采取工程处理措施提供可用依据。

本文以仙居抽水蓄能电站为依托，建立岩脉地质三维模型，为工程区的局部或整体进行地质分析服务，有助于工程的正常运行。

1岩脉形体特征

仙居抽水蓄能电站位于浙东南中心地带仙居县境内，工程区内发育岩脉有5类，分别是安玄玢岩、玄武玢岩、石英霏细斑岩、花岗闪长斑岩、英安玢岩。

岩脉宽度差异较大，最窄的为0.05～0.1m，最宽的为45～50m，已揭露岩脉整体宽度以1～5m为主，但在局部宽度变化也很大。延伸长度多在300～800m之间，深度不可测定。

岩脉形态在平面或剖面上多呈长条状或扁长透镜体状，局部微扭变形，分支、尖灭、弯转现象较为普遍，局部脉体有捕虏体。工程区内的岩脉形态特征可以归纳为以下三种：

（1）单一形态：此种形态的一条岩脉单独发育形成。有的较为平直，有的随构造裂隙面弯折，甚至于宽度特征发生变异。如玄武玢岩脉βμ-7、βμ-8、βμ-9等。

（2）组合形态：有的两相邻岩脉之间对连通的构造裂隙进行充填岩脉组合形成近“H”、“N”形的组合岩脉；有的在基体岩脉一侧或两侧，形成一条或数条分支岩脉，构造成类似渗水状的组合岩脉；有的存在在基体岩脉内部，形成脉中有脉的组合岩脉。如花岗闪长斑岩脉γδπ-5、γδπ-6、γδπ-7组合岩脉。

（3）错动扭曲形态：岩脉还因后期强烈的大地构造错动作用形成走向多变、错动扭曲的形态。如花岗闪长斑岩脉γδπ-1等。

2地质三维建模

2.1地质三维系统

GeoStation是华东勘测设计研究院数字工程中心依托美国Bentley软件平台独立研制开发的一个三维地质设计系统，其主要目的是建立三维地质实体，可以在三维实体模型的基础上进行各种三维分析。主要内容包括：文件管理、流程管理、数据采集、制图标准、三维编辑、模型创建、模型分析、文字和符号标注、工程计算、工程查询和部分二维图的生成等。可以划分为三个子系统：数据管理子系统、辅助绘图子系统、分析计算与查询子系统。

2.2数据管理系统（DataManage）

根据工程各阶段工作成果，数据管理系统内已录入岩脉定义信息：地层单元（5个）、岩性层（5个）、地层界面（5个）。其中岩脉两侧与基岩的接触面，由于其下伏地层定义不确定，因此用“JMC（C指岩脉岩性）”表示。岩脉产状变化较大，在数据管理系统中未输入。

2.3辅助绘图系统（GeoStation）

岩脉地质三维建模主要通过辅助绘图系统进行，工程区主要岩脉见表2-1。其中αβμ-15、αβμ-16和βμ-7、βμ-8、βμ-9未出露于地表。

岩脉三维建模时多根据岩脉地表迹线及产状，或再结合地下洞室内出露点产状，通过添加人工辅助剖面，最后生成岩脉界面。若无地表迹线，多根据岩脉的产状推测其迹线，再通过延伸且在未交于地形面前尖灭。现阶段一般采用成mesh面工具直接生成。因岩脉形态呈长条状或扁长透镜体状，局部微扭变形，分支、尖灭、弯转现象较为普遍，所以某些岩脉直接用mesh面生成较为繁琐且准确性达不到出图要求，也可以先建立surface面后转换成mesh面。

岩脉三维建模具体操作如下：

1.迹线投影：在三维模型中参考（References）仙居抽水蓄能电站工程相关地质图件中岩脉迹线，再对其进行描绘，然后投影迹线于三维地形模型。

2.数据查询：通过MS软件“三维建模-地层界面”查询所需要的岩脉上、下界面揭露位置；再通过洞室揭露点位置及整体产状去确定其是否为同一条岩脉。

3.添加纵向、横向辅助迹线：通过地表迹线和洞室揭露点添加人工辅助剖面，推测其纵向迹线，并确认返回；若无地表迹线，直接通过洞室揭露点添加人工辅助剖面，推测其纵向迹线，并确认返回。

岩脉建模数据来源于地表测绘点、平洞、施工洞室等揭露的位置、产状、宽度信息，而本身岩脉的产状、宽度变化大，因此揭露信息越多，产状、宽度变化越大，建模过程难度越大，需要的添加的辅助剖面也多。

4. mesh面生成

（1）直接生成

通过地表迹线、纵向迹线、横向迹线构建一个网格骨架后，先使用拟合生成或带边界生成建立两个或两个以上且有一定间距的mesh面，再使用桥接（bridgemesh）命令拼成一个完整的mesh面。

（2）surface面转换成mesh面生成

a建立surface面：通过地表迹线、纵向迹线、横向迹线构建一个网格骨架后，先建立两个或两个以上的小surface面，再拼接成一个完整的surface面。

建立小surface面主要使用（loftsurface）、（sweptsurfacealongcurves）、（surfacebynetworkofcurves）或（surfacebyedgecurves）命令。当所有小surface面建立完成后，再使用（stitchsurfaces）把所有的小surface面拼接成一个完整的surface面。

小surface面拼接成surface面时，由于相互间小surface面间的节点位置不同，容易出现裂缝致拼接出错，则得继续添加辅助剖面，重新建立更小的surface面去完成拼接。

b转换成mesh面：使用（meshfromelement）命令，把surface面转换成mesh面。

surface面转换成mesh面时，各项参数设置宜采用默认方式。若各项参数设置设置过小，生成的mesh面中节点过多，造成mesh面容量过大，最终使模型成为不可用产品。

mesh面的建立，即表示建模完成。若有地表迹线的岩脉，可在三维地形面截取一块，可做为岩脉的地表界面，方便以后的岩脉拉伸成体工作。

3结论

（1）工程区发育岩脉6种，宽度差异较大，形态多呈长条状或扁长透镜体状，局部微扭变形，分支、尖灭、弯转现象较为普遍，可以归纳为单一形态、组合形态、错动扭曲形态。

（2）GeoStation可以划分为三个子系统：数据管理系统、辅助绘图系统、分析计算与查询子系统。岩脉地质三维建模主要采用数据管理系统和辅助绘图系统。

（3）数据管理系统录入岩脉定義信息：地层单元（5个）、岩性层（5个）、地层界面（5个）。

（4）辅助绘图系统中岩脉建模一般采用成mesh面工具直接生成，也可以采用先建立surface面后转换成mesh面的方法。具体操作：迹线投影—数据查询—添加纵向、横向辅助迹线—mesh面生成（直接生成或转换生成）。

（5）岩脉的质量分析，首先检查模型中岩脉界面的完整性，其次检查模型的准确性，最后检查模型合理、合规性。经检查，三个方面均满足要示。

参考文献

[1]魏志云，徐光黎，申艳军，朱可俊.大岗山水电站地下厂房区辉绿岩脉群发育特征及稳定性状况评价[J].工程地质学报2013，21（2）：0206～10；

[2]娄峰，马浩明，刘延勇，李宏卫，杨燕娜，陈耀均.中国东南部中生代基性岩脉时空分布与形成机理[J].地学前缘，2011，18（1）：15～22.

[3]王国光，李成翔，陈健.GeoStation地质三维系统图件自动编绘方法研究[J].华东院工程技术，2014，40（8）：69～75.