褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)目前地下空間開(kāi)發(fā)利用以及三維地質(zhì)建模研究領(lǐng)域的需求,在充分分析研究國(guó)內(nèi)外三維地質(zhì)建模相關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上,以平面地質(zhì)圖為主要的建模數(shù)據(jù)源,以地質(zhì)鉆孔(包括虛擬鉆孔)與地質(zhì)剖面為輔助建模數(shù)據(jù)源,以拓?fù)鋵W(xué)、幾何學(xué)、胞腔復(fù)形理論、NURBS曲面理論、GIS與計(jì)算機(jī)科學(xué)等為理論基礎(chǔ),研究與構(gòu)建相對(duì)完善的褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的空間數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的三維地質(zhì)模型,從理論上推進(jìn)三維地質(zhì)建模領(lǐng)域三維空間數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究,促

2、進(jìn)地質(zhì)領(lǐng)域3D GIS的發(fā)展,更好地為地下空間的合理開(kāi)發(fā)利用提供輔助決策依據(jù)。
　　 論文依據(jù)自然界中褶皺與斷層構(gòu)造的基本特征、類型、幾何形態(tài)及其描述其結(jié)構(gòu)的幾何要素,分析了褶皺與斷層構(gòu)造在平面地質(zhì)圖的表現(xiàn)內(nèi)容與形式；從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度,抽取了褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造的空間、幾何要素,研究并建立了褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的概念模型。
　　 在回顧空間實(shí)體形式化定義的相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上,分析目前對(duì)于三維空間實(shí)體形式化定義所存

3、在的問(wèn)題。從拓?fù)淇臻g、度量空間、歐氏空間三個(gè)角度分析了三維GIS所研究的地理空間,分析三維地理空間的有關(guān)特性,進(jìn)行基于非流形的褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造空間實(shí)體形式化定義；基于單純同調(diào)理論與基于胞腔同調(diào)理論的兩種空間建模方法,以胞腔同調(diào)理論為基礎(chǔ),給出了基于胞腔復(fù)形的褶皺與斷層的三維空間點(diǎn)、線、面、體及混合維實(shí)體的形式化定義,并研究了胞腔與胞腔復(fù)形的幾何關(guān)系；以基于胞腔復(fù)形的三維空間實(shí)體形式化定義為理論指導(dǎo),提出了一種基于胞腔復(fù)形理論的褶皺與斷

4、層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的空間數(shù)據(jù)模型(NM—BR)。
　　 根據(jù)褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的特點(diǎn)以及建模數(shù)據(jù)源類型,厘定了以平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)為主要的建模數(shù)據(jù)源,地質(zhì)鉆孔與地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)為輔助建模數(shù)據(jù)源的褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的技術(shù)路線；分析了褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模的數(shù)據(jù)源類型(平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)、地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)剖面數(shù)據(jù))及其特點(diǎn),根據(jù)各類建模數(shù)據(jù)的特征,研究了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理與提取以及建模數(shù)據(jù)組織管理方法。針對(duì)褶皺與斷層構(gòu)造三維建

5、模區(qū)域邊界的不規(guī)則以及勘察數(shù)據(jù)的不足,引入邊界虛擬鉆孔的算法,重點(diǎn)探討了地層面和斷層面均為平面、斷層面是平面而地層面是曲面、斷層是曲面而地層面為平面、地層面和斷層面都是曲面的四種典型情形下的邊界虛擬鉆孔確定方法,為基于平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)褶皺與斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模提供了輔助數(shù)據(jù)的采集方法。探討了在構(gòu)建斷層面、地層面及地質(zhì)體的過(guò)程中所用到的關(guān)鍵技術(shù),如曲面擬合、曲面相交處理技術(shù)?？紤]到后期采用其它的勘察數(shù)據(jù)優(yōu)化模型的因素,采用NURBS技術(shù)進(jìn)行

6、斷層面及地層面的擬合,在確?？臻g層面及地質(zhì)體的拓?fù)湟恢滦苑矫?研究了在曲面求交過(guò)程中,采用網(wǎng)格離散法,并基于TRICUT算法,實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)格求交的技術(shù)方法。分析了基于平面地質(zhì)圖構(gòu)建三維地質(zhì)模型的誤差來(lái)源,研究與提出基于鉆孔數(shù)據(jù)(控制性鉆孔、虛擬鉆孔、邊界虛擬鉆孔)和基于地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)優(yōu)化褶皺與斷層構(gòu)造三維地質(zhì)模型的兩種方法。
　　 根據(jù)褶皺斷層地質(zhì)構(gòu)造三維建模要求,闡述了模型三維可視化實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法與技術(shù)流程,以及實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境、原型