Conference PaperPDF Available

SZCZEGÓŁOWY NUMERYCZNY MODEL WGŁĘBNEJ BUDOWY GEOLOGICZNEJ OBSZARU AGLOMERACJI MIEJSKIEJ NA PRZYKŁADZIE FRAGMENTU WARSZAWY - METODYKA I IMPLIKACJE; II Polski Kongres Geologiczny „Geologia jedna?!”, Warszawa, 17-19 września 2012

Authors:

Abstract

SZCZEGÓŁOWY NUMERYCZNY MODEL WGŁĘBNEJ BUDOWY GEOLOGICZNEJ OBSZARU AGLOMERACJI MIEJSKIEJ NA PRZYKŁADZIE FRAGMENTU WARSZAWY METODYKA I IMPLIKACJE Geologii Uniwersytetu Słowa kluczowe: geologia inżynierska, geologia strukturalna, kenozoik Szczegółowy numeryczny model wgłębnej budowy geologicznej centrum Warszawy został wykonany w ramach projektu badawczego wykonanego na zlecenie Ministra Środowiska i sfinansowanego ze środków NFOŚiGW. W kontekście dotychczas realizowanych projektów na obszarach aglomeracji miejskich przestrzenny model wgłębnej budowy geologicznej ma charakter innowacyjny. Realizując tylko zadanie polegające na wykonaniu modelu 3D uzyskano jednocześnie dodatkowe informacje o zasięgu przestrzennym, kubaturze, miąższości oraz morfologii powierzchni stropu i spągu jednostek litologicznych. Skomplikowana natura przestrzennych relacji litologicznych, genetycznie powiązane następstwo osadów pochodzenia lodowcowego, determinuje skrajnie odmienną metodologię badań modelowych utworów piętra kenozoicznego w porównaniu z modelami struktur paleozoicznych i mezozoicznych. Utylitarny charakter reprezentacji graficznej modelu wynika z możliwości jej wykorzystania zarówno do celów naukowych, jak i przy prowadzeniu działalności popularyzacyjnej poprzez udostępnienie na geoportalu IKAR. Za cel postawiono także stworzenie narzędzia pomocnego w procesie decyzyjnym i projektowym, a jednocześnie niezbędnego do zbudowania zintegrowanego systemu informacyjnego obejmującego dane geologiczne i planistyczne aglomeracji Warszawy. W kontekście powyższych rozważań jako podstawowe narzędzie pracy wybrano oprogramowanie Paradigm GOCAD, którego możliwości wykraczają daleko poza aplikacje stricte złożowe. Dodatkowo przedstawiono zarys metodologiczny przedsięwzięcia, który można traktować jako element pomocny przy opracowaniu zbliżonych tematycznie projektów. Zaprezentowano informacje o rejonizacji obszaru badań, zakresie prac geologicznych, celach przedsięwzięcia oraz metodyce towarzyszącej opracowaniu modelu. Model stanowi efekt przestrzennej interpretacji informacji geologicznej archiwizowanej w postaci baz danych oraz wizualizację koncepcji geologicznych ujętych w postaci map i przekrojów geologicznych, dając jednocześnie możliwość prowadzenia szerokiego spektrum obserwacji interaktywnych.
WARSZAWA
KRAKÓW
1
1
2
Mapa lokalizacyjna:
2 - Szczegółowy model wgłębnej budowy geologicznej rejonu Stadionu Narodowego
1 - Model przestrzenny centralnej części aglomeracji Warszawy
Diagram Proporcji Facji
iły mułki piaski żwiry
100
-100
utw.
burowęglowe
m. n. p. m.
-50
0
50 0.63
0.238 0.129
0.00105 0.00196
iły mułki piaski żwiry
SEKWENCYJNA SYMULACJA WSKAŹNIKOWA (SISim)
Finalna reprezentacja modelu litologicznego z 50
równoprawdopodobnych realizacji stochastycznych
Metodologia
On-line model
Przestrzenny model fragmentu aglomeracji Warszawy w oknie aplikacji Geo3D
Wizualizacja przykładowego
profilu wiercenia
Przekroje geologiczne wygenerowane przez użytkownika
wzdłuż dowolnie wybranej linii
SCHEMAT OPRACOWANIA
MODELU 3D W APLIKACJI GSI 3D
GOCAD
Baza danych GIS jest uzupełniona
o dostępne dane otworowe istniejące
mapy zasięgu jednostek litologicznych
i numeryczny model terenu.
Wyrysowanie jak największej liczby
p r z e k r o j ó w g e o l o g i c z n y c h
przechodzących przez zebrane dane
otworowe, aby uzyskać możliwie jak
najwierniejszy obraz wgłębnej budowy
geologicznej
Konstrukcja poprawnego modelu bryłowego wymaga spełnienia wielu
wymagań topologicznych dotyczących powierzchni. Najważniejszym
jest obecność wspólny werteksów siatki triangulacyjnej wzdłuż
krawędzi przecięcia powierzchni
A - poprawna topologia powierzchni cechująca się obecnością wspólnych werteksów
krawędzi przecięcia; B - Niewłaściwa topografia powierzchni wygenerowana poprzez zastosowanie
operacji„cut-by-surface”
wzdłuż
Horyzontalny zasięg
jednostki litologicznej
punkty powierzchni
spągowej w otworach
Projekcja zasięgu jednostki litologicznej
na powierzchnię terenu
Powierzchnia spągowa jednostki
litologicznej
Zasięg jednostki litologicznej
po projekcji na numeryczny model
terenu
Rysowanie brakujących horyzontalnych
zasięgów jednostek geologicznych
w oparciu o istniejące dane oraz wiedzę
zebraną w trakcie prac kartografii
powierzchniowej.
Main view of MS Access database
Tabela stratygraficzna
Strona główna projektu, jako część geoportalu PIG-PIB - IKAR Instrukcja opisująca procedurę generowania
przekrojów geologicznych
Wnioski
Polish Geological Institute, email: Tomasz.Nalecz@pgi.gov.pl
Państwowy Instytut Geologiczny
Państwowy Instytut Badawczy
ul. Rakowiecka 4
00-975 Warszawa, Polska
Tel. 48 22 45 92 000, Fax 48 22 45 92 001
sekretariat@pgi.gov.pl
Wisła
Stadion Narodowy
PIG - PIB
Aglomeracja Warszawy
y
Baza dan ch
Jacek CHEŁMIŃSKI, Krzysztof CZURYŁOWICZ, Wojciech MORAWSKI, Łukasz NOWACKI, Urszula STĘPIEŃ,
Ewa SZYNKARUK, Maciej TOMASZCZYK, Marcin ŻARSKI
Państowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
jacek.chelminski@pgi.gov.pl; krzysztof.czurylowicz@pgi.gov.pl; wojciech.morawski@pgi.gov.pl; lukasz.nowacki@pgi.gov.pl; urszula.stepien@pgi.gov.pl; ewa.szynkaruk@pgi.gov.pl; maciej.tomaszczyk@pgi.gov.pl; marcin.zarski@pgi.gov.pl
Lokalizacja ter nu badańe
o az ogó ne informacjr l e
POLSKA
Jednym z głównych celów była popularyzacja nauk o ziemi i ułatwienie dostępu
do zasobów wiedzy o budowie wgłębnej budowie Warszawy zarówno dla geologów,
jak i dla społeczeństwa. Szczególną uwagę przywiązano do znalezienia łatwego
w obsłudze narzędzia wizualizacji. Taką cechę posiada oprogramowanie wolnego
dostępu Geo3D autorstwa Z. Małolepszego i K. Wójcika z Uniwersytetu Śląskiego.
Podstawową zaletą programu jest bardzo przyjazny interfejs umożliwiający
prezentację modeli w formie trójwymiarowych brył oraz generowanie przekrojów
i profilów geologicznych w dowolnie wybranych lokalizacjach w oparciu o model
typu surface-based opracowany w aplikacji Paradigm GOCAD. Oprogramowanie
posiada wszystkie standardowe narzędzia interaktywne i jest stabilne przy pracy
na komputerach o niewielkiej mocy obliczeniowej. Kolejną zaletą jest instrukcja,
która przeprowadza użytkownika przez proces tworzenia przekrojów geologicznych.
Szczegółowe informacje o jednostkach litologicznych uwzględnionych w modelu
są dostępne na stronie projektu, w tabeli stratygraficznej.
Wia
the
Legenda
Zasięg modelu 3D centralnej
częsci aglomeracji Warszawy
Zasięg przestrzennego
modelu otoczenia Stadionu
Narodowego
rzeki
Aglomeracja Warszawy
WARSZAWA
MODELOWANIE TYPU SURFACE-BASED
STOCHASTYCZE MODELOWANIE FACJI
Histogram Wariogram
SZCZEGÓŁOWY NUMERYCZNY MODEL WGŁĘBNEJ BUDOWY GEOLOGICZNEJ
OBSZARU AGLOMERACJI MIEJSKIEJ NA PRZYKŁADZIE FRAGMENTU WARSZAWY
- METODYKA I IMPLIKACJE
utw.
burowęglowe
Skanuj QR Code, aby przejść
do strony głównej projektu
Generowanie modelu bryłowego
w oparciu w oparciu o powierzchnie
spągowe interpolowane bezpośrednio
w aplikacji lub także importowane
z aplikacji Paradigm GOCAD/SKUA
Stworzenie przestrzennego modelu utworów czwartorzędowych wymaga
iteracyjnego podejścia, zhierarchizowanego zgodnie z przygotowaną
tabela stratygraficzną. Konieczne jest rozpoczęcie procedury opracowania
powierzchni spągowych od najmłodszych jednostek litologicznych.
W pierwszej kolejności zasięg jednostki jest rzutowany na DEM, jak
przedstawiono na figurze poniżej. W następnych etapach zasięgi starszych
wydzieleń podlegają projekcji na sumaryczną powierzchnię spągową
jednostek młodszych i numerycznego modelu terenu.
Algorytmy stochastycznych symulacji zostały zaimplementowane w celu
zobrazowania przestrzennych relacji litofacjalnych jeziornych utworów
miocenu górnego. Spośród wielu metod zdecydowano się na Sekwencyjną
symulację wsknikową, jako najodpowiedniejszą dla badanego
środowiska sedymentacji. Z powodu braku map zasięgu litofacji nie było
możliwe zbudowanie 3D pól prawdopodobieństw. W związku z czym
lokalny rozkład prawdopodobieństwa budowany w trakcie symulacji
przez algorytm krigingu wskaźnikowego był uaktualniony jedynie przez
prawdopodobieństwa pochodzące z diagramu proporcji facji
Przestrzenny model centralnej części Warszawy jest pierwszą próbą zobrazowania wgłębnej budowy geologicznej obszarów miejskich
i jednocześnie kompleksową bazą przypowierzchniowej informacji geologicznej. Przedstawiono wizualizację charakterystycznych elementów
budowy geologicznej tj. dolina rynnowa Żoliborz-Szczęśliwice, pokłady mioceńskiego węgla brunatnego. Model 3D stanowi element
niezbędny do zbudowania zintegrowanego systemu informacyjnego obejmującego dane geologiczne i planistyczne aglomeracji Warszawy.
Dostępna duża ilość danych otworowych oraz pochodzących z kartowania powierzchniowego wymagała wstępnej reinterpretacji oraz syntezy,
tak aby mogła być wykorzystana do opracowania modelu 3D, aby stanowić w dalszej kolejności użyteczne źródło informacji na potrzeby
zintegrowanego systemu zarządzania obszarem miejskim aglomeracji Warszawy. Jednocześnie model zachowuje wartość edukacyjną
i popularyzacyjną, jako że jego lokalizacja pokrywa się z dobrze znanym i identyfikowanym, zarówno przez mieszkańców i turystów
fragmentem miasta - charakterystycznego architektonicznie oraz związanego z historią.
Główne środowisko prac modelowych w układzie 3D stanowił
program GOCAD. Możliwość integracji oraz interpretacji danych
pochodzących z różnych źródeł jest zapewnione dzki
interoperacyjności aplikacji służącej do tworzenia przestrzennych
modeli wgłębnej budowy geologicznej. Analiza ilościowa oraz
jakościowa zebranych danych została natomiast przeprowadzona
przy użyciu aplikacji ESRI ArcMap. Oprogramowanie GSI 3D
zostało wykorzystane do opracowania szczegółowego modelu
wgłębnej budowy geologicznej otoczenia Stadionu Narodowego
w oparciu o dane pozyskane w trakcie prac geotechnicznych
przed rozpoczęciem jego budowy.
Projekt został wykonany na zlecenie Ministra Środowiska
i sfinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej. Celem projektu było wykonanie
przestrzennego numerycznego modelu wgłębnej budowy
geologicznej obszaru aglomeracji miejskiej na przykładzie
fragmentu Warszawy.
Efekt końcowy - model 3D uzupełniony o dane topograficzne
jest udostępniony do publicznego przeglądania i włączony
do infrastruktury geoinformatycznej IKARa –
Geoportalu Państwowego Instytutu Geologicznego –
Państwowego Instytutu Badawczego. Interaktywna forma
reprezentacji modelu przestrzennego podkreśla jego
utylitarność wynikającą z możliwości przedstawienia
problemów związanych z geologią w sposób bardzo
przystępny i zrozumiały dla szerokiego grona odbiorców.
Pomyślne ukończenie projektu było możliwe dzięki
doświadczeniu zdobytym w trakcie realizacji projektów
sekwestracji CO2 i poszukiwania struktur geologicznych
dla potrzeb zamkniętych systemów geotermalnych.
Dedykowana baza danych integruje prawie 8000 profili wierceń
oraz dane geofizyczne pochodzące z istniejących tematycznych
baz Państwowego Instytutu Geologicznego z nowo-pozyskanymi
danymi od prywatnych firm. Jej struktura jest zgodna z Centralną
Bazą Danych Geologicznych. Baza danych jest niezależną
aplikacją zawierająca zharmonizowaną klasyfikację wydzieleń
litologicznych, genetycznych oraz stratygraficznych.
Przykładowy zapis karty otworu zawierający podstawowe informacje o nazwie źródłowej
bazy danych i współrzędnych w układzie PWUG 1992 i Warszawa 75
Przykładowy zapis profilu litologicznego uzupełniony dodatkowo o informacje
o genezie i pozycji stratygraficznej
Aby przedstawić wizualizację przestrzennych relacji litologicznych utworów piętra kenozoicznego, wykorzystano dwie metody: modelowanie typu
„surface-besed” oraz sekwencyjną symulację wskaźnikową (SISim). W ostatnim etapie model geologiczny został zintegrowany z wybranymi warstwami
miejskiej infrastruktury tj. drogi i trakcja kolejowa, aby zwiększyć jego analityczne zastosowanie. Złożona architektura relacji litologicznych utworów
czwartorzędowych wymagała odmiennego podejścia w stosunku do procedur stosowanych przy analizach struktur wgłębnych pod kątem analizy
basenów naftowych. Zarówno w aplikacji GSI 3D, jak i Paradigm GOCAD wykorzystano informację z wielu opracowanych przekrojów geologicznych,
aby zebrać możliwie kompletny zestaw danych o opracowania powierzchni spągowych. Przestrzenny model centralnej części aglomeracji Warszawy
daje możliwość dokonywania szerokiego spektrum interaktywnych obserwacji. Ilość danych pozyskanych z przestrzennego modelu jest
nieporównywalnie większa niż w przypadku klasycznych 2D reprezentacji kartograficznych. Są to takie dane jak kubatura, kształt, horyzontalny
zasięg, morfologia stropu i spągu wydzieleń geologicznych. Dodatkowo stochastyczne symulacje pozwalają ilościowo określić niepewność
geologiczną otrzymanych modeli litofacjalnych, co z kolei znacząco poprawia ich wartość merytoryczną. Zaprezentowane wyniki dowodzą, że
zaproponowana metodologia jest odpowiednia, kiedy utwory czwartorzędowe są obiektem badań. Doświadczenia zdobyte podczas opracowania
modelu wgłębnej budowy geologicznej fragmentu Warszawy oraz opracowana metodyka przygotowania, weryfikacji i publikacji wyników stanowią
doskonałe podstawy dla realizacji zbliżonych tematycznie projektów badawczych z wykorzystaniem narzędzi przestrzennego modelowania przez
Państwową Służbę Geologiczną.
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
ResearchGate has not been able to resolve any references for this publication.