探究小口径地质钻孔三维模拟与可视化研究

田龙

（广东省核工业地质局291大队，广东 广州 528100）

近年来岩土工程、地质矿产勘查等领域都在集中研究小口径地质钻孔信息的可视化与管理问题[1]。小口径地质钻孔信息的可视化与管理问题的研究进展分别体现在小口径地质钻孔信息可视化技术与小口径地质钻孔数据管理技术这两个方面。在小口径地质钻孔信息可视化技术方面，主要针对小口径地质钻孔在真三维场景中的模拟方法以及小口径地质钻孔柱状图的绘制方法等进行了研究，并针对这些问题研发了相应的三维地质模拟软件与小口径地质钻孔柱状图制图软件。

在小口径地质钻孔数据管理技术方面，主要针对小口径地质钻孔基于地理信息系统或者数据库管理系统的数据管理方法以及小口径地质钻孔的数据组织标准进行了研究，并针对这些问题开发出了小口径地质钻孔数据管理信息系统。

但是现有的系统、方法或技术在对小口径地质钻孔信息进行可视化研究与管理时都存在不可避免的问题或者缺陷，而其中急需克服的问题就是当前的小口径地质钻孔信息管理主要是通过二维 GIS 软件平台或者数据库管理系统来实现的，因此在小口径地质钻孔可视化时只能以二维平面中的一个钻探点位的形式表现出来。

若想仔细查看相应的地层分层信息或者小口径地质钻孔资料，还必须利用钻探点位对对应的数据库记录进行查询，或者利用钻探点位链接到利用专业的三维建模软件制作的三维模型或柱状图上才能实现，单纯利用数据库记录无法形象而直观的展示小口径地质钻孔在三维空间内的分布状况。因此为了直观的实现小口径地质钻孔的可视化，对其直接进行三维模拟。

1 小口径地质钻孔三维模拟与可视化

1.1 构建小口径地质钻孔的三维模型

一些工作区域历经多年勘探研究后，可能积累数量众多的钻孔资料，因此首先需要对小口径地质钻孔数据进行规范化处理，并进行相应的建库工作。首先需要进行电子表格文件的创建，并在该文件中创建整体地层信息表、小口径地质钻孔分层信息表、小口径地质钻孔基本信息表与小口径地质钻孔类别表，然后将规范化处理后的小口径地质钻孔数据录入或导入对应的工作表中，为三维模型的最终生成与可视化研究提供数据支持，然后对模型参数进行设置，包括整体抬升高度、纵向缩放系数与横向缩放系数等，从而对小口径地质钻孔三维实体模型的放置高度与几何尺寸进行控制。

这是因为小口径地质钻孔的孔径一般都很小，地质钻孔通常只有几十毫米，工程地质钻孔一般不大于300毫米，而其纵向深度却可以达到上百米甚至上千米，如果按同种比例进行横向和纵向比例缩放，会出现比例极不协调的问题，三维模型显示既不美观也不利于外接设备操作演示等，因此需设置不同的横向和纵向缩放比例，两者相互独立，互不影响。而整体抬升高度这一参数的设置则是为了使小口径地质钻孔三维模型被抬升，从而实现在实际钻探点位的上方被悬挂起来[3]。

其次以孔口地理坐标为依据实现钻探点位的生成。在这一步骤中，首先使用标签对小口径地质钻孔孔位坐标的客观式样进行定义，同时对钻探点位地标的描述信息和地理位置进行定义，然后利用小口径地质钻孔基本信息表对小口径地质钻孔孔口坐标进行提取，从而实现利用地标的形式表现小口径地质钻孔在地表空间分布状况的目的。

其中，钻探点位地标样式包含两种亚类信息：一类是图标样式的属性说明，如勘探阶段类型定义、勘探孔类型定义、引用地址等，另一类是图标样式的文本说明，包括钻孔揭露的具体信息和成果资料等。接着利用小口径地质钻孔分层信息来生成钻孔分层散点（块）图，这些散点既包含着下伏地层信息，也包含着上伏地层信息。

因此，在建立三维模型的过程中，需要利用小口径地质钻孔分层信息表对地层分层数据进行提取，然后结合钻孔基本信息表中提取出的孔口地理坐标对三维空间中每个分层散点（块）的三维坐标进行计算，并利用标签对钻孔分层不同散点的属性进行定义，最后利用标签对钻孔分层散点的附属信息及空间位置进行标定，对每个分层散点所对应的三维空间位置进行重现。

最后将特定钻孔所对应的多个分层散点按照顺序连接起来，就能够生成一个管状的小口径地质钻孔三维模型。这个管状的三维模型能够分解成很多管段，而每一管段可以代表一个地层，并且具有对应地层的描述信息、客观式样与空间位置[4]，最终实现了钻孔三维立体形态的重现。

1.2 可视化的实现

由于在同一个工作区域可能会积累大量的小口径地质钻孔，并且其三维模型工作处理的数据量大、结构复杂，因此有必要按不同尺度进行精细化管理和演示，比如宏观大范围反应地层单元、构造体系等；局部小范围反应特定地层的差异区别、含矿蚀变、内部演变规律等信息。

根据不同的显示尺度将三维模型在数字地球平台上进行加载，进一步开展不同用途的三维分析与可视化展示，从而实现不同层次的小口径地质钻孔可视化利用。

2 实验结果与分析

图1 可视化结果对比图

为了保证利用小口径地质钻孔三维模型实现小口径地质钻孔的可视化这一方法的有效性，设计了一个仿真实验实验过程中，以某小口径地质钻孔为实验对象，对该小口径地质钻孔进行三维建模。为了保证实验的有效性，使用传统可视化方法与利用小口径地质钻孔三维模型实现小口径地质钻孔的可视化这一方法进行比较，观察实验结果。图1为使用这两种方法后小口径地质钻孔可视化结果的对比图。

通过图1可知，利用小口径地质钻孔三维模型实现小口径地质钻孔的可视化这一方法与传统小口径地质钻孔可视化方法相比，可视化程度明显更高。

3 结语

小口径地质钻孔三维模型交互性强、信息丰富并且可视化效果好，利用小口径地质钻孔三维模型实现小口径地质钻孔的可视化这一方法具有自动性高、实现过程简单的优势，并且该方法拥有很高的实用性。