周 放，李明輝*，黃從俊，劉宇杰，張建龍，王保弟，郝 明，吳 喆

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心（西南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），四川 成都 610218；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心，北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)用地質(zhì)研究中心，四川 成都 610036）

0 引言

城市地下空間作為一種兼容地表和地下已有建筑的場(chǎng)所，成為世界范圍內(nèi)解決人多地少矛盾、緩解大城市病和實(shí)現(xiàn)未來(lái)城市可持續(xù)發(fā)展的重要潛在空間（屈紅剛等，2015；Chen et al.，2018；Price et al.,2018；Lapenna et al.，2020）。開(kāi)發(fā)城市地下空間，首先需要對(duì)未開(kāi)發(fā)的地下空間資源進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和評(píng)估，再順勢(shì)利導(dǎo)進(jìn)行利用，以盡可能降低地下空間開(kāi)發(fā)成本和對(duì)周邊環(huán)境的影響（王波，2013；Doyle，2016；彭芳樂(lè)等，2019）。因此，查明城市地下地質(zhì)情況對(duì)于城市地下空間規(guī)劃和利用至關(guān)重要。（熊璇晶等，2006；廖建三等，2006）。

城市三維地質(zhì)模型作為結(jié)合地上地下各個(gè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)和認(rèn)識(shí)的綜合平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)地下空間透明化和認(rèn)識(shí)城市復(fù)雜地質(zhì)條件的重要手段（丁俊等，2005；?IPETI? and KUZMI?，2016；He et al.，2020；譚飛等，2021；李鵬岳等，2021）。多年來(lái)，前人在我國(guó)多個(gè)大中型城市開(kāi)展了城市三維地質(zhì)建模研究，通過(guò)剖面-鉆孔結(jié)合建模、剖面-物探聯(lián)合建模、鉆孔-物探結(jié)合建模等方法，基于MapGIS10、ArcScence、Surpac、GOCAD 等平臺(tái)，建立了包括北京、上海、成都和佛山等城市的地質(zhì)模型。并基于建立的地質(zhì)模型對(duì)城市地?zé)衢_(kāi)發(fā)、地下空間評(píng)價(jià)、地下水評(píng)價(jià)和城市地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等方面開(kāi)展了相應(yīng)研究（Zhu et al.，2016；Hou et al.，2016；方寅琛等，2017；林良俊等，2017；李佳偉，2019；阮明和錢(qián)婷，2020）。這些成果為未來(lái)城市地質(zhì)建模研究提供了較好的方法和思路，但仍存在值得改進(jìn)的地方，例如：（1）多數(shù)研究將地下地質(zhì)體按均勻介質(zhì)進(jìn)行建模，對(duì)地質(zhì)參數(shù)的離散性考慮較少，插值手段也多采用確定性插值法，未能留下不確定性度量空間。（2）巖性建模多以層和段中主要巖性為單位，忽略了巖性在垂向上的細(xì)小變化。（3）3D 模型往往只是用來(lái)導(dǎo)出2D 數(shù)據(jù)來(lái)解決單個(gè)問(wèn)題或者生成單個(gè)平面，而不是直接使用3D 模型本身來(lái)解決問(wèn)題。

本研究以四川省廣安市城市規(guī)劃區(qū)為例，通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查和分布于研究區(qū)的大約35 個(gè)公益性工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)，利用GOCAD 三維建模平臺(tái)，將傳統(tǒng)地層單位中的組、段與工程地質(zhì)建模單元相結(jié)合，構(gòu)建了規(guī)劃區(qū)地層構(gòu)造模型。在此基礎(chǔ)上，將鉆井獲得分段巖心轉(zhuǎn)化為測(cè)井曲線(xiàn)樣式，采用可以反映地質(zhì)離散性和非均質(zhì)性的條件模擬插值，構(gòu)建了巖性和工程地質(zhì)參數(shù)模型，實(shí)現(xiàn)了巖性建模結(jié)果對(duì)于垂向上細(xì)小巖性的捕捉和工程地質(zhì)參數(shù)的非均質(zhì)性建模。此外，基于工程地質(zhì)參數(shù)模型，對(duì)以隧道為開(kāi)發(fā)手段的圍巖等級(jí)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為后續(xù)城市地下空間規(guī)劃和開(kāi)發(fā)提供了參考和建議。

1 區(qū)域地質(zhì)

廣安市位于四川省東部與重慶市交界處，跨越四川紅層丘陵區(qū)和華鎣山低山地區(qū)兩個(gè)不同自然地理區(qū)域（王磊等，2013），以渠江為界，地勢(shì)東高西低，東部屬于平行嶺谷區(qū)，西為川中丘陵區(qū)（圖1a）。東部包括廣安區(qū)東北部、華鎣市和鄰水縣，以剝蝕構(gòu)造地形和褶皺為主，發(fā)育有華鎣山、銅鑼山和明月山等條帶狀延伸低山，海拔高度700～1 000 m。西部包括武勝縣、岳池縣和廣安區(qū)中西部，以丘陵地貌為主，丘陵海拔400～500 m，相對(duì)高差50～100 m。

圖1 廣安市衛(wèi)星影像（a）和城市規(guī)劃區(qū)范圍（b）Fig.1 Remote sensing image(a) and urban planning area(b) in Guang'an city

區(qū)內(nèi)地層出露較多，有寒武系中上部、奧陶系、志留系中下部、石炭系中部、二疊系、三疊系、侏羅系及第四系地層，其中，侏羅系沙溪廟組（J2s）分布最廣，約占全區(qū)面積的80%，其他地層占20%，分布在各背斜和向斜的核部。西部地層傾角較緩（1°～5°），近于水平；東部地區(qū)大部?jī)A角較緩，局部靠近華鎣山一側(cè)，由于構(gòu)造改造的影響，傾角較陡（10°～20°）。地層整體呈砂泥巖互層出露，中-強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，為典型的四川紅層地區(qū)。構(gòu)造上屬于上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)川中臺(tái)坳，區(qū)域構(gòu)造屬于川中構(gòu)造坳陷（魏小佳等，2017），包含兩個(gè)褶皺帶：華鎣山以西屬于川中褶皺、龍女寺半環(huán)狀構(gòu)造區(qū)；華鎣山以東屬于川東褶皺區(qū)。研究區(qū)內(nèi)斷裂較少（四川省地質(zhì)調(diào)查院，2020①），地震活動(dòng)主要集中在華鎣山斷裂帶，但震級(jí)較小，大多小于6 級(jí)，屬于“四川盆地弱活動(dòng)斷裂構(gòu)造區(qū)”。

本次工作的研究區(qū)位于渠江兩岸（圖1b），屬于川中丘陵地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)活動(dòng)斷裂經(jīng)過(guò)。地層出露以侏羅系中上統(tǒng)沙溪廟組（J2s2-3）砂泥巖互層和第四系松散堆積層（Q4）為主（圖2）。沙溪廟組（J2s2-3）厚約400～500 m，呈紫紅色砂泥巖互層和透鏡體產(chǎn)出，產(chǎn)狀近于水平，中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)。第四系松散堆積層（Q4）分布較廣，連續(xù)性較差，厚度約為0～4 m，大多分布于丘坡頂或溝谷地帶，以坡洪積、殘坡積粉質(zhì)黏土構(gòu)成。其余地層主要分布在研究區(qū)的東部山區(qū)，包括侏羅系新田溝組（J2x）、自流井組（J2z）、珍珠沖組（J2zz）和三疊系須家河組（T3xj）。研究區(qū)內(nèi)80%面積出露的是沙溪廟組地層，因此，在該區(qū)域建模時(shí)，不能以傳統(tǒng)的地層單位中的組、段為建模單元，而是要以組內(nèi)巖石組合特征（工程地質(zhì)單元）結(jié)合傳統(tǒng)地層單元（組、段）作為建模單元。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of the study area

2 條件模擬插值算法簡(jiǎn)介

條件模擬插值是20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來(lái)的一種模擬算法，其中，常用的主要是序貫?zāi)M插值算法。序貫?zāi)M插值基于Monto-Carlo 方法設(shè)計(jì)，其原理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，并采用隨機(jī)順序，使用原始和模擬獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)未知點(diǎn)的值進(jìn)行克里金法估值，再逆變換為原始數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)插值。

從原理上看，其與常用的單純克里金法主要區(qū)別在于，單純克里金法只使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行估值，而序貫?zāi)M插值同時(shí)使用原始數(shù)據(jù)和插值獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行估值。從插值的效果來(lái)看，序貫?zāi)M插值，突出原始數(shù)據(jù)的非均質(zhì)性和離散性，可以獲得多個(gè)插值結(jié)果，模擬結(jié)果整體分布較離散，更符合巖石屬性在地下的分布特征（GOCAD operation manual，2018），能在勘探資料不足的情況下，較好地再現(xiàn)地下地質(zhì)空間分布特征（Paradigm，2018），保持全局空間變異強(qiáng)度；克里金法特點(diǎn)在于最優(yōu)無(wú)偏估計(jì)，但其誤差方差最小的特點(diǎn)導(dǎo)致的平滑效應(yīng)（邢紅星等，1997），使其對(duì)于全局空間變異程度估計(jì)不足（趙彥鋒等，2010），它保證了數(shù)據(jù)的估計(jì)局部最優(yōu)，卻不能保證數(shù)據(jù)的總體最優(yōu)，特別是當(dāng)井點(diǎn)較少且分布不均時(shí)，克里金法可能會(huì)出現(xiàn)較大估計(jì)誤差，并且只能提供一個(gè)插值結(jié)果。因此，序貫高斯模擬主要用于全局估值，而克里金插值則主要用于局部估值。

本次工作研究區(qū)內(nèi)鉆孔點(diǎn)相對(duì)較稀疏且分布不均，因此選擇序貫?zāi)M插值能更好地反映地下地質(zhì)體不均質(zhì)性和離散型，同時(shí)，還能為未來(lái)的不確定性度量留下空間。

3 城市三維地質(zhì)建模

城市地質(zhì)模型分為地層構(gòu)造模型和屬性模型，地層構(gòu)造模型用于展示和分析地質(zhì)體幾何空間分布特征，屬性模型是給地層構(gòu)造模型網(wǎng)格賦予參數(shù)屬性，用于表達(dá)地下地質(zhì)體的物性參數(shù)屬性，建模流程如圖3 所示。

圖3 地質(zhì)建模流程Fig.3 Workflow of 3D geological modeling

3.1 地層模型

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要出露沙溪廟組（J2s2-3）砂泥巖，占研究區(qū)面積的80%以上。因此，建立的模型應(yīng)主要反映沙溪廟組（J2s2-3）地層內(nèi)主要巖石組合和工程地質(zhì)特征。本次工作，參考野外剖面測(cè)量成果，按照沙溪廟組內(nèi)巖性組合和工程地質(zhì)特點(diǎn)，在150～450 m 的海拔高程內(nèi)，根據(jù)海拔標(biāo)高對(duì)地層進(jìn)行了劃分（因?yàn)榈貙赢a(chǎn)狀接近水平），由上至下共劃分為7 個(gè)工程地質(zhì)特征層作為地質(zhì)建模的地層單元（表1）。東部山區(qū)侏羅系和三疊系地層則因?yàn)槌雎睹娣e小，且厚度較薄，則以組為建模單元。

老太醫(yī)高興地道：“太好了，親不親，家鄉(xiāng)人?！迸c秦鐵崖互致問(wèn)候之后，老太醫(yī)放下托盤(pán)，“先請(qǐng)喝杯茶，我去準(zhǔn)備一下，弄點(diǎn)下酒菜。”

表1 上沙溪廟組（J2s）工程巖組分層參考表Table 1 Geotechnical units classification of upper Shaximiao Formation (J2s)

在地層單元?jiǎng)澐只A(chǔ)上，根據(jù)地表數(shù)字高程模型（DEM）和鉆孔數(shù)據(jù)，按照分層建立地層柱，采用離散光滑插值法（DSI），通過(guò)流程化半自動(dòng)建模構(gòu)建地層面（圖4）。面模型構(gòu)建完成后，設(shè)置平面網(wǎng)格分辨率100 m×100 m、垂向網(wǎng)格分辨率為5 m，構(gòu)建地層網(wǎng)格大小。

圖4 城市規(guī)劃區(qū)地層模型（a）和模型柵格圖（b）Fig.4 Geological model of Guang'an city(a) and fence diagram(b)

3.2 巖性屬性模型

巖性模型是屬性模型的一種，建立巖性模型的目的在于描述巖性的空間分布特征。本研究在地層模型基礎(chǔ)上，按照鉆孔結(jié)果，將建模單元（工程地質(zhì)巖組）內(nèi)的砂泥巖分為黏土、砂巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖等5 大類(lèi)，將離散巖性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)井曲線(xiàn)，分析不同巖性測(cè)井曲線(xiàn)統(tǒng)計(jì)直方圖，建立半變異函數(shù)，選擇序貫指示模擬（SIS）法，以建模單元（工程地質(zhì)巖組）中巖性統(tǒng)計(jì)作為硬約束條件（hard constraint），建立巖性分布模型（圖5）。建立的模型在現(xiàn)有網(wǎng)格精度下，除了必要的歸并（upscaling）外，沒(méi)有舍棄任一巖性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的充分利用，也更好地反映了巖性在垂向上的變化特征。這是一種實(shí)現(xiàn)精細(xì)化建模的有效方法。

3.3 工程地質(zhì)參數(shù)建模

本次工作在收集的巖石實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合其內(nèi)含的工程地質(zhì)意義，篩選出包括密度、孔隙度、彈性模量、含水量、巖石質(zhì)量系數(shù)、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、吸水率、變形模量等9 個(gè)連續(xù)性巖石物性參數(shù)作為工程地質(zhì)參數(shù)建模對(duì)象。通過(guò)建立半變異函數(shù)，選擇序貫高斯模擬方法（SGS），以建模單元中的參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為硬約束條件（hard constraint），構(gòu)建不同的工程參數(shù)分布模型。

由于序貫?zāi)M方法較克里金方法在單次模擬插值時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差方差，因此在保持?jǐn)?shù)據(jù)非均質(zhì)性的同時(shí)，通常會(huì)采取構(gòu)建多個(gè)模型并取平均值的方法來(lái)減小誤差方差。本研究中，我們對(duì)每個(gè)參數(shù)都建立了5 個(gè)模型，再取5 個(gè)參數(shù)模型的平均值作為該參數(shù)的最終建模成果（圖6）。

在此基礎(chǔ)上，以密度參數(shù)為例，自海拔275 m開(kāi)始，由淺至深，每隔25 m 對(duì)其參數(shù)模型進(jìn)行二維平面切片，以展示參數(shù)模型在平面上和垂向上的變化特征（圖7）。

3.4 地質(zhì)模型在地下空間評(píng)價(jià)中的應(yīng)用實(shí)例

地質(zhì)模型在城市地下空間中的應(yīng)用包括可視化、統(tǒng)計(jì)、數(shù)值模擬和資源綜合評(píng)價(jià)等。本次研究以廣安市地下空間為例，通過(guò)綜合可視化、統(tǒng)計(jì)和資源綜合評(píng)價(jià)等功能，實(shí)現(xiàn)地下空間圍巖等級(jí)評(píng)價(jià)，展示地質(zhì)模型在地下空間中的應(yīng)用。

地下空間開(kāi)發(fā)主要受?chē)鷰r影響，本次地下空間圍巖評(píng)價(jià)工作主要針對(duì)隧道施工手段開(kāi)發(fā)的方式。因此評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取參考了隧道施工圍巖分級(jí)參數(shù)。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）中關(guān)于隧道施工中圍巖對(duì)開(kāi)發(fā)影響的描述，隧道工程圍巖主要受飽和抗壓強(qiáng)度、巖體完整性系數(shù)、地下水影響修正系數(shù)、主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和初始應(yīng)力狀態(tài)等因素影響。而工程地質(zhì)參數(shù)建模所獲工程參數(shù)模型與上述圍巖分級(jí)相關(guān)的有飽和抗壓強(qiáng)度、RQD 和水位?？紤]到部分修正系數(shù)缺失和數(shù)據(jù)充分利用的原則，本次評(píng)價(jià)工作采用層次分析法（AHP），通過(guò)定性和定量相結(jié)合的分析方法進(jìn)行城市地下空間圍巖評(píng)價(jià)。

首先，結(jié)合《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)評(píng)價(jià)因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行量化。飽和抗壓強(qiáng)度（圖6f）體現(xiàn)巖石堅(jiān)硬程度，根據(jù)公路隧道圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將巖石分為“堅(jiān)硬巖”“較堅(jiān)硬巖”“較軟巖”“軟巖”和“極軟巖”這5 類(lèi)（表2），量化為5～1 分。RQD（圖6g）主要反映巖體被各種結(jié)構(gòu)面切割的程度和巖石工程巖體完整性，將圍巖質(zhì)量等級(jí)分為“好的”“較好的”“較差的”“差的”“極差的”這5 類(lèi)（表2），同樣量化為5～1 分。地下水對(duì)地下施工的影響，則簡(jiǎn)化為根據(jù)水位進(jìn)行量化（表2）：地下水位以上為2 分，地下水位以下為1 分。

表2 圍巖等級(jí)評(píng)價(jià)影響因素及劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Interfering factors and classification criteria of country rock grade assessments

表3 圍巖等級(jí)判別矩陣構(gòu)建Table 3 Discrimination matrix of country rock grades

最后，根據(jù)權(quán)重矩陣得出的權(quán)重系數(shù)，綜合計(jì)算每個(gè)地質(zhì)網(wǎng)格的綜合得分，同時(shí)對(duì)得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按得分將開(kāi)發(fā)圍巖等級(jí)劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。其中，三級(jí)地區(qū)是該地區(qū)地下圍巖開(kāi)發(fā)地質(zhì)條件最好的地區(qū)，二級(jí)地區(qū)是地質(zhì)條件較好的地區(qū)，一級(jí)地區(qū)是一般地區(qū)。并按照深度對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行切片顯示，如圖8 所示。

圖8 廣安市圍巖評(píng)價(jià)等級(jí)圖Fig.8 Country rock assessment maps of Guang'an city

4 結(jié)果和討論

4.1 地質(zhì)建模

巖性建模結(jié)果顯示，區(qū)域內(nèi)各巖性主要為互層產(chǎn)出，單一巖性在某一特定區(qū)域占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的情況較少，也不存在特殊的分布形態(tài)，這與實(shí)際野外地表地質(zhì)調(diào)查的情況基本吻合。全區(qū)以砂泥巖為主，砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、黏土的模型體積比例分別為41.5%、15.8%、23.7%、16.8%和2.2%。黏土和泥巖往往屬于工程地質(zhì)巖石中的軟弱層，只占據(jù)較小部分體積（25.9%），砂質(zhì)巖石則占據(jù)了整個(gè)區(qū)域內(nèi)巖石的大部分體積（74.1%），因此，單從巖性來(lái)看，區(qū)域內(nèi)大部分地下空間都具有較好的開(kāi)發(fā)條件。

工程地質(zhì)參數(shù)建模的結(jié)果可以大體分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是具有明顯分帶特征和相關(guān)性的工程地質(zhì)參數(shù)，另一類(lèi)則是不具有明顯相關(guān)性的參數(shù)。在第一類(lèi)工程地質(zhì)參數(shù)中，以巖石的物性參數(shù)和變形模量為主，包括密度（density）、孔隙度（porosity）、含水率（water content）、變形模量（deformation modulus）和彈性模量（elastic modulus）。在模型中可見(jiàn)一條明顯的分帶特征將建模區(qū)劃分為西南、西、中和東四個(gè)帶（圖6a），并由地表向深部延伸（圖7）。統(tǒng)計(jì)沿300°方向帶內(nèi)不同巖性所占比例顯示，帶內(nèi)砂質(zhì)巖石占體積71.6%，低于全區(qū)平均值74.1%；泥巖和黏土占28.3%，高于全區(qū)平均值，又由于區(qū)域內(nèi)泥巖密度（平均值為2.46 g/cm3，中位值2.49 g/cm3）高于砂巖密度（2.40 g/cm3，中位值2.41 g/cm3），因此推測(cè)這種分帶效應(yīng)是由于該帶內(nèi)泥巖含量相對(duì)較高引起。這也與工程地質(zhì)參數(shù)建模特征對(duì)應(yīng)起來(lái)，即該沿300°帶區(qū)域由于泥巖含量高，因此其孔隙度相對(duì)較低，相反則含水率相對(duì)較高。而由于其泥巖含量較高，因此其地層相對(duì)砂質(zhì)含量高的巖石更易發(fā)生變形，導(dǎo)致變形模型和彈性模量具有相對(duì)低值。

另一類(lèi)不具有明顯相關(guān)性的參數(shù)包括抗拉強(qiáng)度（tensile strength）、抗壓強(qiáng)度（compression strength）、巖石質(zhì)量系數(shù)（RQD）和吸水率（water absorption coefficient）。在模型中，抗壓和抗拉強(qiáng)度在一定程度上具有相關(guān)性，并在模型的中部、南部和北部具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在模型的東西部則相對(duì)較低。這表明在這些地方，巖石比其他地方更加堅(jiān)硬，砂質(zhì)含量更高。巖石質(zhì)量系數(shù)（RQD）在全區(qū)分布無(wú)明顯規(guī)律，表明區(qū)域內(nèi)巖石節(jié)理弱發(fā)育，均具有較好的完整性。而巖石的吸水率則呈無(wú)明顯趨勢(shì)。

綜合來(lái)看，全區(qū)內(nèi)巖石的部分物性參數(shù)與巖石巖性組合具有明顯的相關(guān)性，這種相關(guān)性又表現(xiàn)在物性參數(shù)分帶上，可以根據(jù)其特征將其劃分為西南、西、中、東四個(gè)工程地質(zhì)特征帶。然而，力學(xué)參數(shù)與前述部分物性參數(shù)之間并不具有明顯的相關(guān)性，這表明這兩類(lèi)參數(shù)之間存在一定的獨(dú)立性。因此，在利用工程地質(zhì)參數(shù)指導(dǎo)城市地下空間開(kāi)發(fā)時(shí)，一定要根據(jù)評(píng)價(jià)目的，合理選擇多個(gè)因素進(jìn)行組合綜合評(píng)價(jià)，以避免單個(gè)因素的地質(zhì)局限性，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果具有實(shí)際應(yīng)用和參考價(jià)值。

4.2 城市地質(zhì)建模發(fā)展思考和建議

城市地質(zhì)建模由最開(kāi)始研究地質(zhì)體空間關(guān)系，逐漸轉(zhuǎn)向研究地質(zhì)體屬性的實(shí)體網(wǎng)格模型，再到結(jié)合其他學(xué)科數(shù)據(jù)的綜合模型，經(jīng)過(guò)了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但也存在以下問(wèn)題：

首先，地質(zhì)模型的可靠性不確定。地質(zhì)模型的可靠性主要由建模數(shù)據(jù)量、網(wǎng)格劃分精度和插值方法決定，一般來(lái)說(shuō)，建模數(shù)據(jù)越全，分布越均勻，插值方法選擇越合理，網(wǎng)格尺寸劃分越小，模型就越可靠性，表達(dá)的精度就越高。但模型的可靠性是相對(duì)的，那么如何對(duì)模型中沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐或者說(shuō)通過(guò)插值獲得的結(jié)果進(jìn)行可靠性評(píng)估，就是城市地質(zhì)建模下一步研究的主要內(nèi)容之一。

第二，地質(zhì)模型的格式不統(tǒng)一。由于各建模軟件采用了不同的理論框架，因此目前還不存在一個(gè)各家軟件廠(chǎng)商通用的模型格式。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2014 年推出的Geo3DML 作為三維地質(zhì)模型通用數(shù)據(jù)交換格式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前正處于推廣階段，其實(shí)際效果還有待檢驗(yàn)。

第三，城市地質(zhì)模型的推廣和應(yīng)用還需深入推進(jìn)。建立的模型不僅能用于分析地下地質(zhì)體的空間關(guān)系，更重要的是，可為城市后續(xù)規(guī)劃、建設(shè)提供基礎(chǔ)性和公益性資料。近年來(lái)，部分學(xué)者已經(jīng)研究了城市地質(zhì)模型在工程上（如隧道、管道和地下設(shè)施）、地下資源（地?zé)幔┖偷叵滤确矫娴膽?yīng)用。但在如何深入推進(jìn)多學(xué)科合作和應(yīng)用方面，還需要與各方面專(zhuān)業(yè)人員加強(qiáng)交流、了解需求，從而提供有效可用的模型。

第四，地上地下模型耦合還需要進(jìn)一步研究。地上建筑物通常采用.BIM、.OSGB 等格式進(jìn)行建模，通過(guò)格式轉(zhuǎn)換，可以將地下模型和地上建筑放在同一空間進(jìn)行展示，例如在MapGIS10、ArcScence、3DSMAX 和SketchUp 中，但如何在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)再建模、聯(lián)動(dòng)、屬性分析和數(shù)值模擬等，還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，城市三維地質(zhì)建模正逐漸向方法精確化、格式通用化和模型實(shí)用化轉(zhuǎn)變，成為未來(lái)城市地質(zhì)工作的重點(diǎn)，是未來(lái)支撐城市地下空間規(guī)劃和城市可持續(xù)發(fā)展不可缺少的手段。

5 結(jié)論

本次工作利用研究區(qū)內(nèi)35 個(gè)公益性鉆孔數(shù)據(jù)，采用離散光滑插值（DSI）建立了廣安市城市規(guī)劃區(qū)地層構(gòu)造模型。在此基礎(chǔ)上，選擇條件模擬算法中的序貫?zāi)M算法構(gòu)建了巖性模型和9 個(gè)工程地質(zhì)參數(shù)屬性模型。進(jìn)而采用層次分析法（AHP），對(duì)以隧道為開(kāi)發(fā)手段的圍巖等級(jí)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：

（1）研究區(qū)內(nèi)泥巖分布不均，體現(xiàn)在工程地質(zhì)參數(shù)模型具有明顯的分帶特征，共可將研究區(qū)分為西南、西、中和東四個(gè)工程地質(zhì)特征帶。（2）工程地質(zhì)參數(shù)根據(jù)相關(guān)性可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)參數(shù)具有高度相關(guān)性，包括密度、孔隙度、含水率、變形模型和彈性模型。另一類(lèi)參數(shù)不具有或只具有較弱的相關(guān)性，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、巖石質(zhì)量系數(shù)和吸水率。因此，在利用工程地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)合理選擇這兩類(lèi)參數(shù)中的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行組合評(píng)價(jià)。（3）城市規(guī)劃區(qū)全域圍巖等價(jià)評(píng)價(jià)較高，顯示該地區(qū)適宜以隧道開(kāi)挖的方式進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)。（4）未來(lái)城市地質(zhì)建模應(yīng)該向方法精確化、格式通用化和模型實(shí)用化轉(zhuǎn)變。

致謝：評(píng)審專(zhuān)家給出的寶貴意見(jiàn)和建議，極大地提升了本文質(zhì)量。在此，謹(jǐn)致以真誠(chéng)的謝意！

注釋?zhuān)?/p>

①四川省地質(zhì)調(diào)查院,2020.廣安市城市規(guī)劃區(qū)及華鎣山康養(yǎng)區(qū)工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].