基于ArcGIS的鉆孔三維層序
--構造可視化建模

李吉之，孫麗娜

（1.揚州環境資源職業技術學院資源科學系，江蘇揚州 225127；2.河北省地震局，河北石家莊 050021）

基于ArcGIS的鉆孔三維層序
--構造可視化建模

李吉之1，孫麗娜2

（1.揚州環境資源職業技術學院資源科學系，江蘇揚州 225127；2.河北省地震局，河北石家莊 050021）

以廊坊市為例，收集和利用廊坊市區范圍的工程地質、水文地質、城市建設等約200～300個場地鉆孔資料，通過層序地層分層法、數據處理、三維鉆孔數據庫建立及三維空間擬合，采用ESRI公司的ArcGIS軟件進行第四系三維地層構造建模和可視化分析。

第四系地層；ArcGIS；三維建模

0 引言

近年來，全球又進入了地震高發期，印尼海嘯、印巴地震、四川5.12地震等給局部地區造成了巨災。廊坊市位于華北平原沉降帶的二級構造區之冀中坳陷北部。從區域上看，廊坊市位于張家口—蓬萊地震構造帶附近，距張家口—蓬萊地震構造帶上的小震密集帶南側邊緣約50km，距華北平原地震構造帶的小震密集帶的西側約50km。1679年9月2日曾發生三河—平谷8級大震，這次地震曾對廊坊市產生Ⅸ度的影響。因此，進行活斷層探測及地震危險性評價有其重要意義。

本文利用三維建模技術和廊坊市鉆孔數據，結合ArcGIS地理信息系統軟件對廊坊市第四系地質進行三維構造模擬，獲得廊坊市第四系底部空間結構圖，直觀的分析地質構造背景，對城市規劃、生命線工程的建設和地震安全性評價都有一定的意義。

1 鉆孔第四系地層劃分

層序地層是地層學的一個新分支學科。層序地層的出現標志著人們對地層形成和成因認識達到了新的水平。經歷了從傳統地層學對地層的“一維”剖面描述→瓦爾特相律、巖石地層穿時、沉積體系的“二維”認識→沉積層序和沉積體系域配置的“三維”認識3個階段。

層序就是由相對整合的、連續的、成因上有聯系的地層組成的地層單元，其頂、底界以不整合面或與之可以對比的整合面為界的一套地層組合。層序地層學是根據地震、鉆井和露頭資料對地層分布型式和沉積體系綜合解釋，它主要研究由不整合面及其對應的整合面所限定的沉積地層的時空分布及其與海平面變化的關系，建立起在成因上有聯系的等時年代地層格架[2,3]。

本文對廊坊市目標區開展2個控制性鉆孔探測，系統采集并測定各種年代樣品、孢粉樣品、微體古生物樣品或古地磁標本，進行橫波/縱波波速、電阻率、密度等地球物理測井，測井采樣間距不應大于1m，密度也可通過樣品測定。綜合劃分第四系地層層序。運用以上的年代地層劃分方案，將廊坊市第四系地層劃分為早、晚更新統和全更新統。

2 ArcGIS三維分析模塊簡介

數據的表達和顯示是空間數據分析的基礎。本文采用ArcGIS軟件中的ArcScene模塊來實現地理數據的三維顯示功能。

ArcScene主要用于對地理數據進行可視化分析。通過在ArcScene的主視圖中加入各類地理圖層，并使用一些基本的地圖分析功能瀏覽和查看地理數據。針對三維數據而言，可將影像柵格數據和矢量數據疊加到TIN或規則格網DEM表面高程數據上，以進行三維場景的查看和分析；或者根據數據分析需要，在場景中按照圖層某屬性值的大小以立體柱的形式突出顯示其分布狀況；同時，還可應用三維分析工具實現空間表面的創建和分析功能[1]。

數據三維可視化在ArcSence中主要通過以下三種不同的方式實現。

第一種是疊加影像到空間相應區域的DEM之上；

第二種是設置圖層屬性，以三維立體柱高度反映矢量數據圖層中每個特征的字段值大??；

第三種是直接使用3DAnalyst三維分析模塊提供的三維轉換工具，將已有矢量數據特征轉換到三維空間中。

在這三種方法中，前兩種只是單純地改變了數據的表現方式，將數據信息以多維方式疊加顯示，幫助加深對特定區域空間數據的理解；而第三種方法則是根據用戶的需要，以產生新文件的方式重新組織信息，并在三維空間加以顯示和渲染。本文用三維分析提供的三維轉換工具來實現數據的三維顯示，結合插值的方法對數據進行必要的修整。

3 鉆孔數據建庫及三維模型建立

三維模型建立的基礎之一是大量的鉆孔資料。本文就是利用收集到的200～300個場地鉆孔資料，進行建庫和三維分析。

本文采用數據庫為Access格式，包括鉆孔索引表（見表1）及每個鉆孔的屬性表（見表2）。鉆孔索引表中的每個鉆孔都對應一個鉆孔屬性表，屬性表包括鉆孔的地理坐標、所處地質構造位置、井深、第四系地層厚度和底界深度，將這些鉆孔投到廊坊地形圖上（見圖1）。

表1 廊坊市區鉆孔索引表

表2 鉆孔屬性表

圖1 廊坊市第四系建模所用鉆孔位置圖

根據建立的第四系和上第三系地層的鉆孔三維數據庫，通過ArcGIS軟件中的三維分析模塊來實現廊坊市目標區三維層序—構造分析，利用ArcScene模塊來分析查看這些三維數據[4,5]。輸入鉆孔資料數據，插值生成地層底界曲面，獲得第四系地層的構造圖（圖2）和鉆孔三維圖（圖3）。

圖2 第四系地層底界三維圖

圖3 鉆孔柱狀圖三維顯示

4 結論

通過對鉆孔資料的巖性描述統一概化，對比標準鉆孔進行地層分層和數據整理，建立了廊坊市第四系地層三維模型，對后續研究活斷層的空間展布、活動時間和組合規律等提供可靠的參考方法。本文的不足之處在于受收集鉆孔資料局限，鉆孔密度小，對地質分析的準確性有較大影響。在以后的研究中有必要進一步結合大量地球物理探測和鉆孔資料進行綜合分析研究，以獲得更為可信的分析結果。

[1] 孫 軒,吳華意. ArcGIS的三維分析模塊的分析與探討[J].地理空間信息,2008,2(6).

[2] 孫 剛.邯鄲市第四系三維建模與構造分析[D].中國地質大學(北京),2007.

[3] 曹伯勛.地貌學及第四紀地質學[J].北京:中國地質大學出版社,1995.

[4] 張 敏,李自紅,劉鴻福,楊瑛.基于ArcGIS的太原斷陷盆地第四系三維地質建模[J].震災防御技術,2007.2(3).

[5] 曹代勇,李青元,朱小弟等.地質構造三維可視化模型探討[J].地質與勘探,2001,37(4).

3D Visual Modeling of Borehole Sequence-structure based on ArcGIS Software

LI Jizhi1SUN Lina2
(1.Yangzhou Vocational College of Environment and Resources, Yangzhou 225127; 2.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021)

Based on the engineering geology, hydrogeology, urban construction data of about 200 300 boreholes in Langfang City, Hebei Province, the author analyzes the sequence method, data processing, 3D borehole database establishment and fitting of 3D space; as a result, a 3D visual model of borehole Quaternary sequence-structure based on ArcGIS has been established by ESRI is ArcGIS software.

Quaternary; ArcGIS; 3D-modeling

TP319

B

李吉之，男，遼寧大連人，碩士，講師。