基于地层三维建模及可视化的污染地块调查研究

李静

摘要：基于工程地质的环境调查目前还处于萌芽阶段，尤其是基于传统地质三维建模及可视化的环境调查研究。GMS软件作为一个数值模拟软件，其操作方便简洁，操作界面友好，具有强大的数值统计处理功能及优秀的三维可视化展示效果。如果通过GMS软件将不可视的地质体可视化，并分析污染物的在地质体的赋存状态，将对环境调查的准确度会起到促进作用。

关键词：GMS;环境调查;地质体

0 引言

当前，我国土壤环境总体状况堪忧，部分地区污染较为严重，已成为全面建成小康社会的突出短板之一，但土壤污染具有天然的隐蔽性，找到、查明污染源的空间分布是一个难题，这对就要求提高环境调查的精确度[1] [2]。

目前三维可视化建模技术已经广泛应用到各个科学领域，包括在地球物理、石油矿产、城市建设等领域进行地层信息处理[3]。而基于工程地质的环境调查目前还处于萌芽阶段，尤其是基于传统地质的三维建模及可视化的环境调查研究。GMS拥有友好的操作界面，强大的数值统计处理功能及优秀的三维可视化展示效果。通过GMS软件，弥补二维地质分析的劣势，将地质体三维化、可视化，并结合污染物的在地质体的赋存形态，建立一个更加准确、完整的场地概念模型。

1地层三维可视化建模流程

GMS是地下水模拟系统的简称，是目前国际上最先进的综合性的地下水模拟软件包[3] [4]。可建立三维地层实体，进行钻孔数据管理再对地层实体进行可视化和三维打印。

1.1资料收集

本次工作收集的材料包括研究地塊内钻孔柱状图、地质图、剖面图等资料，为模型的建立做准备，钻孔密度有限，不足以准确的显示地块内空间分布。

1.2数据库建立

根据现有资料，我们对已有的钻孔数据进行调整。通过已有的钻孔资料，依据剖面图、地质图的相关内容，虚拟钻孔，来弥补钻孔密度问题;最后建立电子表格，方便软件录入。

1.3可视化模型构建

将ArcGIS处理好的地块边界导入GMS软件，确定好模型建立的坐标系，再根据指定地块边界生成TINs，将优化好的钻孔数据导入Borehole模块中通过在模块中选择Horizons→Solid命令，采用克里金插值法，自动生成地质实体，从而建立地层地质体实体模型（图1）。我们可以根据地块实际情况查看各地层展布状态，还可以从不同角度观察地层模型的结构。

2分析污染物在地质体中的赋存状态

2.1污染物的种类

地块土壤污染状况调查主要是通过检测手段，识别土壤、地下水中的关注污染物，并全面分析、确定地块的污染物种类、污染程度和污染范围。

我国建设用地类型多样，人类活动强度大，尤其工业企业生产用地，涉及各类化学品的生产加工，以及生产过程中产生的污染物，污染源类型复杂，污染物种类繁多，且因污染场地而异[2]。目前根据我国已制定实施的环境质量和排放标准，分析我国污染地块环境调查阶段检出率较高的污染物及地方标准普遍关注的污染物，并考虑到部分污染物的毒性高、移动性强的特征，将污染物分为重金属与无机物、有机物（挥发性有机物、半挥发性有机物、有机农药类、石油烃类、多氯联苯多溴联苯和二噁英类）两大类。

2.2污染物的赋存介质

地块内污染物的赋存介质主要为土壤和地下水，有的污染物受重力作用，纵向向下迁移至土壤和地下水;有的污染物可以被自然作物吸收富集，从而污染生产的产品;一些水溶性的污染物可随包气带渗滤到地下水，使地下水受到污染;一些污染物可吸附于悬浮物等随地表径流迁移造成地表水的污染，甚至深入地下水。所以土壤和地下水污染常常成为重要的二次污染源，即为污染物主要的赋存介质。

2.3污染物的赋存状态

对于重金属与无机物来讲，其在土壤和地下水中主要主要表现为沉淀于土壤颗粒表面、吸附于土壤颗粒及其土壤有机质和金属氧化物上又或者溶解于地下水中，即为固相沉淀、吸附相依附、溶解相消融三相相互转换的状态;对于有机物来讲，其主要表现为与土壤有机质和金属氧化物结合有机物、挥发的有机物、溶解于地下水的有机物和自由相状态的有机物，即为吸附相依附、气相挥发、液相溶解和自由相移动四相相互转换的状态。

3调查研究实例分析

图1是根据某地块的钻孔数据，使用GMS模拟出的地层三维可视化模型透视图[4]。通过对透视图进行分析，各地层界面存在一定程度的起伏状态，尤其是在地块中部区域，存在明显的凹凸型状态。建立初步场地概念模型后，再对各地层地质体进行展布分析（图2），发现第一层地层下界面中部有明显的下探，考虑到污染物的赋存状态，该凹陷区域最有可能受到溶解相和自由相的影响，形成一个污染物富集区;其次中部区域还存在明显的凸起，可以重点关注该位置是否存在地下构筑物等特殊情况。

4结语

目前传统的土壤污染状况调查研究已经有成熟的体系，也有了很多的应用，但使用三维地层建模来指导污染地块调查研究还处在萌芽期;通过收集基础的工程地质资料来进行复杂地块调查前地质实体模拟，技能满足调查前的方案设计和管理需要，又通过其强大的可视化功能，提高对复杂地块的理解和研读，为后期调查结果提供验证。

参考文献

[1] 中华人民共和国土壤污染防治法[J]. 国土资源通讯，2018（18）：10-18.

[2] 胡冠九，陈素兰，王光. 中国土壤环境监测方法现状、问题及建议[J]. 中国环境监测，2018，34（2）：10-19.

[3] 王淼，陈晨，张丽玲. 基于钻孔数据和GMS的地层三维建模与可视化的研究[J]. 工程建设与设计，2007（11）：72-74.

[4] 朱和保. GMS在岩土工程勘察中三维地层建模与可视化应用[J]. 中国金属通报，2020（12）：185-186.

上海骄阳环境工程有限公司 上海 201612