朱和保

（安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011）

GMS（groundwater modeling system）是 由 美 國Brigham Young University環(huán)境模型研究實驗室和美國軍隊排水工程試 驗 工 作 站 在 綜 合MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM等已有地下水模擬軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的用于地下水模擬的綜合性圖形界面軟件。其圖形界面由下拉菜單、編輯條、常用模塊、工具欄、快捷鍵和幫助條6個部分組成，使用便捷。由于GMS軟件具有良好的使用界面，強大的前處理、后處理功能及優(yōu)良的三維可視效果，目前已成為國際上最受歡迎的地下水模擬軟件[1]。

1 GMS軟件的選擇

GMS軟件功能模塊非常多,涵括了地下水流、溶質(zhì)運移擬、反應(yīng)運移多種模擬組件，同時在鉆孔數(shù)據(jù)管理、空間地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計等方面也具有很好操作性、便攜性。采用GMS軟件建立模型的方法一般有網(wǎng)格法、solids法及概念模型法。概念模型法除常用方式之外，根據(jù)需要，還能夠先采用特征體（包括點、曲線和多邊形）來表示模型的邊界或不同的參數(shù)區(qū)域生成網(wǎng)格，再通過模型轉(zhuǎn)換將特征體上的所有數(shù)據(jù)一次性轉(zhuǎn)換到網(wǎng)格相應(yīng)的單元和結(jié)點上。相對于要求對每個單元進(jìn)行編輯網(wǎng)格化方式，概念化方式可以對實體直接編輯，并且以文件形式來輸入、處理大部分?jǐn)?shù)據(jù)更加方便迅速[2]。和概念模型法、網(wǎng)格法相比較，solids建模方法具有的優(yōu)勢在于描述地層宏觀上相對復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)時，具有更好的準(zhǔn)確性。

2 三維工程地質(zhì)地層可視化模型建立

2.1 項目區(qū)地質(zhì)概況

項目區(qū)地處沿江丘陵平原，區(qū)域地勢起伏較大，高程變化36.54～48.83之間。微地貌類型主要為河漫灘和崗坡地。項目區(qū)處于揚子準(zhǔn)地臺下?lián)P子臺坳沿江拱斷褶帶之安慶凹斷褶帶內(nèi)，三疊紀(jì)末的印支運動導(dǎo)致蓋層全面褶皺，并有燕山期新生北東向和南北向斷裂。根據(jù)勘察資料，項目區(qū)分布的地層主要有填土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土夾砂礫等，巖石巖性主要為紫紅、棕紅色厚層砂巖、粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖互層，夾灰白色薄層長石砂巖等。

2.2 資料收集

本次工作收集的材料包括項目區(qū)內(nèi)鉆孔柱狀圖、各類地質(zhì)報告及地質(zhì)圖、剖面圖等資料，為建立模型提供基礎(chǔ)資料。

首先，按照GMS軟件可識別的數(shù)據(jù)格式，將整理好的鉆孔資料匯總處理。首先根據(jù)地層特征，對照鉆孔野外記錄表，準(zhǔn)確地將各個地層劃分出來，統(tǒng)計出每一個鉆孔分層標(biāo)高值，然后對相應(yīng)地層按序編號。每個鉆孔需要統(tǒng)計的地層信息包括：鉆孔孔號、巖性編號和層序編號、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、高程Z值。

2.3 模型建立

把項目區(qū)AutoCAD格式的地質(zhì)底圖導(dǎo)入到GMS中，進(jìn)行相應(yīng)處理，形成邊界，然后把前面處理優(yōu)化后的地層格式數(shù)據(jù)，按相應(yīng)步驟導(dǎo)入到GMS軟件模塊中，GMS軟件根據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)生成Borehole Data模塊，同時相應(yīng)坐標(biāo)系會根據(jù)邊界條件建立起來（圖1）。

圖1 鉆孔平面位置圖

在軟件中菜單欄中選擇Edit→Materials，根據(jù)實際地層層數(shù)，建立4個Material層，每個Material層與實際地層每一層的巖性相對應(yīng)，每一種顏色代表一種巖性，a紅代表雜填土，b藍(lán)代表淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，c黃代表粉質(zhì)粘土，d綠代表粉質(zhì)黏土夾卵礫石（圖2）。

在導(dǎo)入底圖后MAP模塊中確定項目區(qū)邊界，再通過這些這些定位邊界，生成TINs，然后在菜單欄Borehole模塊中選擇Horizons->Solid命令，利用鉆孔數(shù)據(jù)，軟件會采用相應(yīng)方法進(jìn)行插值，生成相應(yīng)的地質(zhì)實體，此時三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型會逐步被建立起來（見圖3）。與此同時，我們還可以根據(jù)需要，利用Solid模塊來分離和組合不同的地質(zhì)層，還能通過旋轉(zhuǎn)、建立剖面線，查看各剖面上地層的分布情況，從不同角度、不同部位查看地層分布情況（見圖4）。

建立好項目區(qū)的地質(zhì)三維可視化模型后，為了提高模型的準(zhǔn)確度，我們需要進(jìn)一步對模型進(jìn)行驗證，使得模型與實際地層更加的相符一致，讓其在實際勘察項目中起到更好的指導(dǎo)作用。鉆孔DK10未作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參與模型建立，此次便利用DK10孔實際鉆探數(shù)據(jù)，同鉆孔相同位置的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，加以驗證。首先點擊菜單欄Plan View按鈕，該視圖下在模型中使用工具欄按鈕Create Borehole，根據(jù)鉆孔坐標(biāo)確定DK10孔在模型中的位置。在Solid狀態(tài)下，模型將自動生成鉆孔，同時還會賦予鉆孔相應(yīng)巖性，進(jìn)行分層。利用菜單欄SelectBorehole，找到DK10鉆孔所處位置，查看模型中DK10鉆孔的分層屬性，并和鉆孔實際的鉆探分層結(jié)果相比較，對比結(jié)果見表1，由此可以看出實際鉆孔鉆探分層結(jié)果與預(yù)測模型鉆孔分層結(jié)果相符度。

由表1可以看出實際鉆孔鉆探分層結(jié)果與預(yù)測模型鉆孔分層結(jié)果相符度較高，在實際工作中能起到很好參照和預(yù)測作用。

圖2 鉆孔柱狀顯示圖

圖3 鉆孔柱狀顯示圖

圖4 三維地層模型縱剖面圖

表1 實際鉆孔分層與預(yù)測模型鉆孔分層對比表

2.4 三維地層可視化模型預(yù)測結(jié)果分析

從上至下，項目區(qū)的地層主要分布有較厚松散-稍密雜填土、軟塑或流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、硬塑狀態(tài)的黏土及粉質(zhì)黏土夾礫石。從圖3、圖4中可以看出，整個場地地形呈現(xiàn)西部高、東部偏低走勢，各土層分布較為均勻，主要是中壓縮性、高壓縮性土。

其中雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土工程性質(zhì)較差，不宜作為地基持力層，粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾礫石層呈現(xiàn)工程性質(zhì)良好，可作為地基持力層，適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

由于本項目存在地下污水處理設(shè)施，考慮到對地下水環(huán)境的影響，所以對于污水處理設(shè)施選址尤為關(guān)鍵。項目區(qū)主要賦存2層地下水，即填土與淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中潛水含水層與粉質(zhì)黏土夾礫石層中的弱承壓水含水層。結(jié)合圖3、圖可見，粉質(zhì)黏土層為潛水含水與弱承壓水含水層之間良好相對隔水層，分布較為連續(xù)，但呈現(xiàn)東厚西薄趨勢。正常情況下潛水含水層與下層承壓水含水層無水力聯(lián)系。但是項目區(qū)西部粉質(zhì)黏土相對較薄，存在兩層地下水相互產(chǎn)生水力聯(lián)系的風(fēng)險，因此地下水污水處理設(shè)施宜選址于項目區(qū)東部。

3 結(jié)語

（1）地質(zhì)三維可視化建模技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的有效應(yīng)用，以鉆孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可以構(gòu)建出三維地質(zhì)模型，使得項目區(qū)的地層分布更為直觀和形象，不僅可以滿足項目工程設(shè)計、施工和管理的需要，還可以根據(jù)項目需要以任何角度查看地層延展、發(fā)育情況，還能對任何地方進(jìn)行切割，形成剖面，查看該處剖面地層分布情況。因此構(gòu)建三維地質(zhì)模型，對地層構(gòu)成、發(fā)育會有更清晰的認(rèn)識和判斷，為后面的工程設(shè)計施工具有積極參考意義。

（2）從建立的三維地層可視化模型中可以看出，實際鉆孔鉆探分層結(jié)果與預(yù)測模型鉆孔分層結(jié)果相符度較高，粉質(zhì)黏土層為潛水含水與弱承壓水含水層之間良好相對隔水層，呈現(xiàn)東厚西薄趨勢，分布較為連續(xù)，由于項目區(qū)西部粉質(zhì)黏土相對較薄，存在兩層地下水相互產(chǎn)生水力聯(lián)系的風(fēng)險，因此地下水污水處理設(shè)施宜選址于項目區(qū)東部。

（3）模型的準(zhǔn)確度和所使用的鉆孔數(shù)據(jù)多少、分布情況有很大關(guān)聯(lián)，如果利用較多且分布較為均勻的鉆孔數(shù)據(jù)，將會使建立的三維可視化模型更加符合實際地層，相反使用鉆孔數(shù)據(jù)過少，且分布不均勻，那么模型自動插值計算的精準(zhǔn)度會大大降低，造成模型與實際地層存在較大誤差。