GOCAD在地下水封洞库工程中的应用

曾庆强 程超杰

(1.中国地质大学(武汉) 教育部长江三峡库区地质灾害研究中心，湖北 武汉 430074； 2.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)



GOCAD在地下水封洞库工程中的应用

曾庆强1程超杰2

(1.中国地质大学(武汉) 教育部长江三峡库区地质灾害研究中心，湖北 武汉 430074； 2.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

以某地下水封洞库勘察项目为依托，结合三维地质建模方法和拟选库址区地质情况，构建了三维地质模型，直观准确地表达和分析了拟选库址区的地质信息，并提出了洞库设计建议，指出GOCAD具有很强的三维模型处理功能，应用范围广阔。

GOCAD，地下水封洞库，三维地质模型

0 引言

在传统的工程地质工作中，分析解译地质资料一般是通过二维静态的表达方式，其所描述的空间地形地貌，地质构造和不同地质体的接触关系等往往很难充分揭示其空间变化规律，难以使人们直接、完整地理解和感受地下的三维地质情况，因而在设计过程中难免会有疏忽和不足之处[1]。计算机科学、图形可视化技术、数学地质理论的发展，为利用工程地质勘察资料建立三维地质模型创造了有利条件[2-4]。三维地质模型相比于传统的二维地质信息弥补了许多不足，提高了工程地质适宜性评估的质量。

GOCAD(Geological Computer Aided Design)软件是由法国NANCY大学J.L.Mallet教授带领的集地质学、计算机科学、地质统计和油藏工程学等领域的专家共同开发完成的一个三维地质建模软件。GOCAD软件可以应用在石油、地质、物探、采矿、勘探等领域，具有很强大的三维模型处理功能，可以处理复杂的空间关系，建立综合地质体[5，6]，并且可以将所建立的模型数据与其他软件建立数据接口，进行后期的数值模拟计算[7，8]。

1 水封洞库三维地质模型构建

1.1 工程项目概况

该项目为某地拟建的地下水封洞库工程，主要用于储存进口轻质低凝原油。建设设计规模为300×104m3，工程用地约60×104m2，其中地下部分约52×104m2，地面部分约8×104m2。

该项目拟选库址区为丘陵地区，构造剥蚀地形，中间丘陵凸起，总体坡度一般在20°左右，坡体局部冲沟切割较深，为裸岩。四周地势较低，坡度较缓，为丘间冲洪积平原区。地层岩性主要为侵入岩，包括含斑粗中粒二长花岗岩、斑状中粒角闪石英二长岩等，并且有闪长玢岩等呈脉状侵入其岩体中。拟选库址区工程地质图如图1所示。

GOCAD地质模型通常是通过点—线—面—体的形式展现出各地质要素，其中最基础的就是点要素的分析和提取。此项目因还处于预可研勘察阶段，钻孔数据量较少，而工程物探工作较详实。该三维地质建模软件可以将现场地质勘察、工程物探、测绘等工作得到的诸多不同形式地质资料进行数据处理整合，建立得到真三维地质体模型，为拟选库址区综合地质条件的评估和洞库设计分析提供数据支撑。

1.2 地质面模型的建立

分析勘察报告和物探资料，以花岗岩岩体完整性系数为0.55和0.75点为分界面，将该拟选库址区地质体分为完整岩体、较完整岩体和破碎岩体[9]，分别建立面模型。由勘察资料得到东南部闪长玢岩脉的产状得到其三维空间形态，进行建模。

拟选库址区岩体优势结构面的发育分布情况以及其空间展布特征是影响岩体稳定性的重要因素，需对其特别分析。结合钻孔资料和防空洞实测优势结构面数据分析，初步认定地表结构面倾向为60°～70°，160°～170°，240°～250°，325°～335°范围，倾角为75°～85°范围；地下倾向为60°～80°，180°～200°范围，倾角为60°～80°范围。但由于实际测量的结构面组数较多，其对地质体的影响还有待进一步研究，此处选取一个主要的优势结构面，并将其延伸至地下深处。

通过以上分析建立各种类型的地质曲面，将其展布在同一窗口，反映出其空间构造关系，得到如图2所示的拟选库址区三维地质面模型。

1.3 地质体模型的建立

在GOCAD模型中，三维地质体的建立有两种方法：第一种是网格模型对象(SGrid)，第二种是实体模型对象(Solid)，由于SGrid模型具有Solid模型无法比拟的优点[10]，本文根据已经建立的各地层通过Workflows中的三维储层栅格建立流程命令(3D Reservoir Grid Construction)生成SGrid体模型，如图3所示。

建立好体模型后，可以很好的反映出每一层岩体的空间结构形态，其中最上部部分表示岩体完整性系数为0～0.55的破碎岩体层；中间部分表示岩体完整性系数为0.55～0.75的较完整岩体层；最底部部分表示岩体完整性系数为0.75～1的完整岩体层。

2 三维地质模型分析及应用

2.1 三维地质模型在库区选址分析中的应用

1)通过调查拟选址区结构面产状分布规律，计算出了优势结构面的产状范围，所以洞室布置走向与结构面走向应大角度相交，初步建议设置在150°～200°或240°～280°之间。

2)该拟选址区地下水位变化在海拔3.0 m～5.0 m之间，结合岩体完整性分析和设计规范[11]要求，为保证水封洞室岩体稳定性，需要满足洞顶标高到地面的距离大于最大洞径的3倍，故洞顶标高初步建议设置在海拔0 m以下。

2.2 三维地质模型在基础地质图件中的应用

观察地质体模型内部结构的变化，以及地层参数在模型内部的空间形态，可以通过生成的地质体模型切割剖面的方法实现，共有三种方法：

1)Slicer地质体任意剖面的生成。利用GOCAD工具[Slicer]中显示的四个长方体框架可对地层进行切割，其功能为沿着围绕模型的长方体的三个轴向切割模型和绕着模型长方体轴旋转切割，如图4所示。如果沿着两个钻孔的剖面方向切割地质体，则可以得到钻孔剖面图，将其与实际钻孔剖面图对比，可以验证模型的可靠性。通过切剖面，还可以反映出每个剖切部位的空间接触关系，反映出地下水赋存岩体的大致位置。

2)属性参数剖面。此方法是在属性设置中完成，可以沿平行于坐标轴方向对模型任意位置进行切割，并且可同时在三个坐标轴方向上显示多个切割剖面。此方法仅限于在坐标轴方向观察地层岩性或参数变化，且不能实现任意方向的切割。

3)X-Section方法。该方法通过Well文件建立地层剖面，任意选定钻孔并确定先后顺序，在钻孔之间生成连续的地层剖面[12]。

2.3 三维地质模型的其他应用

因该工程尚处于预可研勘察阶段，尚有一些地质信息未探明，但在以后勘察阶段可将新得到的地质信息补充或更新至该模型中，应用于以下几个方面：1)在油气储量的监测和控制中，可用于计算和评价油气和水幕的动态平衡。2)在工程开挖过程中计算其开挖方量，评价岩体等级，直观地控制施工进度等。3)在工程抢险应急中可应用成熟的模型制定更加优化的方案，有利于抢险的高效实施。

3 结语

1)GOCAD具有很强的三维模型处理功能，可根据不同的需求，结合各种地质信息建立模型。该地下洞库三维地质模型准确地反映了拟选库址区地质体空间展布形态和接触关系，给地质勘察人员更好的可视化效果和构造依据来掌握地质体的空间特征，为下一步的勘察工作和详细设计等提供了基础和便利。

2)在后期的勘察过程中该模型还有地质剖面出图，开挖动态控制等诸多应用，并可以为其他数值模拟软件提供更便捷精准的三维模型，保证了计算和分析的可靠性。

[1] 董 梅，慎乃齐，胡 辉，等.基于GOCAD的三维地质模型构建方法[J].桂林工学院学报，2008，28(2):188-192.

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[12] 童 亮.GOCAD在某桥基三维地质建模中的应用研究[D].成都：西南交通大学，2009.

Application of GOCAD on the underground water-sealed storage

Zeng Qingqiang1Cheng Chaojie2

(1.ThreeGorgesResearchCenterforGeo-hazard,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China；2.FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

Based on the investigation program of the underground water-sealed storage, and applied with the three-dimensional geo-modeling theory and the geo-technical condition of the pre-site, the 3-D geological model has been established by GOCAD. The geological information has been revealed and analyzed directly and precisely, and the initial layout of the storage has been proposed, it points out that: GOCAD has strong tri-dimensional model processing function and wide application prospect.

GOCAD, underground water-sealed storage， 3-D geological model

1009-6825(2016)05-0074-02

2015-12-03

曾庆强(1989- )，男，在读硕士； 程超杰(1991- )，男，在读硕士

P624

A