岩溶体数据建模及属性查询研究

周美霞

(安徽理工大学，安徽 淮南 232001)

岩溶体数据建模及属性查询研究

周美霞

(安徽理工大学，安徽 淮南 232001)

地质体的数据建模技术是研究地质体特征的一项重要手段，特别是地质体切片模型的展示，能更加清晰地表达地质体的内部特征、地层分布等情况。主要探讨了岩溶体(多Z值)的数据建模，并且在钻孔数据的基础上，利用C++语言基于OpenGL编写程序实现岩溶体的三维可视化，展现了地层的切片模型及地层的属性查询。

岩溶体;OpenGL;地层切片;属性查询

0 引言

三维地层的构造与分析已经成为地下空间开发和利用的重要手段之一。建立了三维地层模型后，就能够对某一区域的地下结构有更精确的掌握，能清楚地知道地层的分布状况，特别是对地层的缺失、倒转、尖灭等特殊地质现象有很好的了解(赵宏坚等，2010)。一般正常无倒转的地层都是按照新老地层的顺序依次堆积形成的，而岩溶体结构则出现了反常规现象，地层出现了倒转交替现象，在此地层上钻探，钻孔会出现多个高程值的现象。目前，对于一般正常地层的三维可视化建模研究，国内外地质专家和学者都做了充分的解释，而类似岩溶体这样有多个Z值(高程值)的地质体的建模情况，国内外还处于探索研究阶段。三维地质建模是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解释、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术(Houlding，1994)。地层切片技术在地震解释，石油勘查预测中应用很广泛，切片模型能够深入表达地质体的内部形态特征，有益于地学工作者对于地质体内部属性的把握，在地质体的特征分析中有着重要作用。笔者以二层地层为基础研究岩溶体的数据建模、地层切片以及地质体属性查询。

1 开发环境的构建

实现岩溶体的数据建模，需要搭建开发环境，选择开发工具，开发环境选择Visual C++6.0中的MFC可视化程序，结合OpenGL图形库绘制三维地层图形，目前OpenGL是工业界公认的先进而强大的三维图形编程接口(3D API)。它有着功能完备的二维和三维图形处理能力，是理想的三维应用程序开发工具(吴爱兰等，2007)。

2 岩溶体数据建模

2．1 钻孔数据特点

钻孔数据排列规则，一般以行为单位规则排列，每一行上的钻孔数相同，且富含地层特定位置的真实物质，所以能准确地体现地层的岩性、地层分布情况和属性资料。如X、Y、Z坐标值、孔深、孔口直径和地层岩性等。图1显示的就是某一区域的钻孔数据。

图1 钻孔数据显示图

2．2 钻孔数据的整理与存储

如何将钻孔数据整理存储到计算机中是数据建模的基础，计算机识别不了实际获得的钻孔数据，通过一定的原理方法将原始钻孔数据规整到计算机能够识别的形式。在计算机中存储数据需要考虑到数据结构。线性表是最简单、常用的一种数据结构，其主要特点是：除了起始节点和终端节点外，其余节点都仅有1个前驱节点和后继节点，起始节点没有前驱节点，终端节点没有后继节点。线性表有2种存储方式：顺序存储和链式存储。链式存储是用一组任意的存储单元存放线性表中的数据元素，简称链表(史丽燕，2010)。单链表是一种基本的线性表。如果每个节点仅包含1个指向其后继元素的指针，则称此类节点构成的是单链表(史丽燕，2010)。本实例就是将钻孔数据以单链表的形式存储起来。

2．3 钻孔插值加密

由于工程钻探得到钻孔数据的数量有限，而建模需要足够的数据才能达到准确性，所以，对于工程钻探得到的钻孔数据要进行插值加密处理，设定好钻孔坐标之间的ΔX、ΔY。结合单链表的存储性质很容易实现源数据的插值加密，存储加密的钻孔数据时，要考虑到多Z值的情况。

2．4 岩溶体表面模型的构建

岩溶体的表面是由很多个面元(Surface)集合而成的，每一个面元又是由4个钻孔点构成，利用插值加密的钻孔数据形成一系列的面元，岩溶体的表面就形成了。面元的Z值根据钻孔的Z值判定，一般以左下角的钻孔Z值代表面元的Z值。用到的函数是OpenGL中的glBegin(GL_QUAD_STRIP)，因岩溶体钻孔数据多Z值的情况，相应的面元也具有多Z值。

2．5 岩溶体体模型的构建

岩溶体三维可视化建模既是将自然状态下的岩溶体运用一定的数据模型与方法将其展现在计算机上，那么如何在计算机上将复杂的现实模型表达——任何复杂的数据都可以由简单的数据集合而成，现实中的地质体模型可以由体元集合展示。在VC++环境中结合OpenGL绘制体元，而体元的绘制要根据体元与对应面元的Z值大小作比较，赋予不同的颜色值，在MFC中结合OpenGL三维可视化展现。在比较的过程中要考虑面元的多Z值情况，分别设定不同的算法，体元的绘制只需通过三重“for循环”，分别在X、Y、Z 3个方向上循环1遍。体元的大小要和面元一致。遇到面元有2个或者3个Z值的设定算法确保体元绘制正确。算法的正确性直接决定体模型建立的正确与否。

2．5．1 遇到面元有2个Z值情况 依据研究区域的岩溶体特点判断算法的设定，主要是确定面元是在研究区域边界还是中间位置。(1)第一种情况：面元处于研究区域边界，当体元Z值小于面元的最小Z值时，设置体元有颜色;当体元Z值大于面元的最小Z值时，设置体元呈透明显示(或者另一种不同颜色，只要统一即可)。(2)第二种情况：位于中间，当体元Z值小于面元的最大Z值时，设置体元有颜色，当体元Z值大于面元的最大Z值时，设置体元透明显示。

2．5．2 遇到面元有3个Z值情况 当体元Z值小于面元的最小Z值时，设置体元有颜色;当体元Z值大于面元的最小Z值小于中间Z值时，设置体元透明显示;当体元Z值大于面元的中间Z值小于最大Z值时，设置体元有颜色;当体元Z值大于面元的最大Z值时，设置体元透明显示。

研究实例如图2，为岩溶体的建模效果图。

图2 岩溶体模型效果图

3 岩溶体切片模型

在体模型的基础上，进一步展现切片模型，对于地质体的研究有更深的意义，地震切片分析技术是地震资料解释的一种常用手段，其在油气勘探中的作用愈来愈大(张军华等，2007;王鹏等，2008)。通过切片可以更清晰地看到地层内部的岩性，为进一步研究地质体的物理、化学属性提供了依据。切片模型的展示既是在体模型的基础上设置一定的算法使特定位置的地质体展现，而其他位置的地质体不显示，那么整个模型就呈现出切片的形式。定义一个实现切片模型的函数void Sectionmodel();算法实现如下：

切片模型实现如图3、图4。

图3 切片模型1

图4 切片模型2

4 岩溶体属性查询的实现

本实例在编程实现地质体数据建模的同时，利用OpenGL里的glLoadName(name)函数，分别给每一层地层命名，然后再为不同的地层附上相应的属性资料，在可视化的过程中实现点击查询地层的属性。glLoadName(name)既是在渲染模型的同时赋予一个名字，当点击到这个名字的地层模型时调用相应的函数实现功能。功能实现界面如图5。

图5 属性查询界面图

5 结论

三维地学模拟是三维地质信息GIS可视化的核心研究内容。随着科学计算可视化技术和三维GIS技术的发展，地质信息的三维可视化也将得到进一步的深化(朱良峰等，2006)。如今，地质问题已成为贯穿于数字城市、减灾防灾、城建工程、地下工程、水电工程、交通工程、环境工程、资源开发的一个基础性问题，三维地学模拟是解决这些领域的地质问题的关键(周翠英等，2005)。随着计算机技术的不断发展，地质研究者们也在努力应用各种方法将在实地考察中得到的地质资料和地层信息移位到计算机屏幕上，使勘查得到的地质资料可视化表达及资源共享。通过不断的努力和研究，目前国内外也取得了一定的成就，但是学术研究是无止境的，需要更多的人为此付诸努力和汗水。地层切片模型既是对地质体模型的进一步分析，通过切片又可以了解到地层内部变化情况，为各种地质现象的判断提供了依据。

史丽燕．2010．单链表基本操作的实现［J］．软件导刊，(2)：21－22．

吴爱兰，楼建列．2007．基于OpenGL的三维图形的绘制［J］．中国科技信息，(9)：122 －124．

王鹏，高伟，张红斌．2008．地震切片演化技术在乍得A区块的应用［J］．石油地球物理勘探，43(增刊1)：115－118．

周翠英，陈恒，刘祚秋，等．2005．重大工程地下环境信息系统的特点［J］．岩土力学，26(2)：216 －220．

朱良峰，潘信，吴信才．2006．三维地质建模及可视化系统的设计与开发［J］．岩土力学，27(5)：828 －832．

张军华，周振晓，谭明友，等．2007．地震切片解释中的几个理论问题［J］．石油地球物理勘探，42(3)：348－352．

赵宏坚，周翠英．2010．基于实体建模的三维地层构造［J］．岩土力学，31(4)：1257 －1263．

HOULDING S W．1994．3D Geoscience Modeling：Computer Techniques for Geological Characterization［M］．New York：Springer-Verlag．

Study on karst data modeling and attribute inquiry

ZHOU Mei-xia

(Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui)

Geological body data modeling technology was an important way to study the properties of the geological body，to display geological body section model，to express the inner properties and stratigraphic distribution of the geological body．The author discussed the data modeling of karst body(multi Z value)，realized a 3D visualization of karst body based on OpenGL programming and by the use of C++language on the foundation of bore data．In addition，the stratigraphic section display and attribute inquiry were undertaken besides 3D visualization．

Karst;OpenGL;Stratigraphic section;Attribute inquiry

TP391

A

1674－3636(2012)03－0316－04

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．316

2012－05－20;编辑：陆李萍

周美霞(1988— )，女，硕士研究生，地图制图学与地理信息工程专业，主要从事地质体的数据建模与三维可视化研究，E-mail：zmx19880222@126．com