计算机在构造地质学中的应用

中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导1实习十三两个计算机软件在构造地质学中的应用（保留原实习十三中的前三小节文字。）本次实习仅包括Surfer和StereoNNet两个软件的应用。（原来十三章中的一、二、三、四、五全部去掉）中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导2一Surfer软件在构造地质学中的应用【目的要求】1）使用Surfer软件获取和处理地质数据2）使用Surfer软件进行图形绘制，实现地质数据可视化1软件简介GoldenSoftwareSurfer8.0是美国GOLDEN软件公司一套在Windows操作环境下运行的二维和三维图形绘制软件。软件具有强大的绘图能力，能将离散数据经过插值生成规则的格网数据，绘制丰富多彩的等值线图、3D立体图、矢量图、影像图、阴影地貌图、地貌晕渲图等，而且能很方便标注、修改绘制好的图件。具有简单的数学运算、数据统计、平滑、滤波、微分、积分、傅立叶和谱分析等多种数据分析功能。也具有趋势面分析、体积、面积计算、地形分析、剖面计算等三维空间分析功能。用户包括测绘、矿业、工程、医药、地学、生物等领域的研究人员、工程师和科学家，是科技工作者特别是地学研究人员必备的软件。软件对中、小离散数据进行插值处理具有绝对的优势。正是因为其强大的插值功能，已经使它成为用来处理数据首选的软件，能迅速地将离散点的测量数据通过插值转换为连续的数据曲面。软件提供了12种插值方法：反距离加权插值法、克里金插值法、最小曲率法、改进谢别德法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、多元回归法、径向基函数法、线性插值三角网法、移动平均法、局部多项式法和数据度量法。图1-1使用Surfer软件进行数据处理和绘图的基本流程2软件应用2.1软件界面Surfer软件具有两种工作界面：Worksheet界面数据文件的建立、打开、保存、统计等。plot界面网格文件处理和图形绘制。软件运行后进入默认的Plot界面（图1-2）。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导3图1-2Surfer软件Plot界面2.2建立XYZ数据文件一个XYZ数据文件至少包含三列数据：其中两列数据为数据点的X坐标和Y坐标值，第三列数据为对应数据点的Z值。Z值一般代表具有特定意义的数值，为我们分析处理和绘制可视化图形的数据列，例如数据点的高程值，或者降水量、温度、化学元素浓度等。建立XYZ数据文件通常有两种方法：1）使用Surfer软件中Worksheet电子表单建立点击菜单FileNew，弹出对话框中选择Worksheet，进入Worksheet电子表单。在Worksheet电子表单中，可以输入数据，建立XYZ（.DAT）数据文件，也打开、编辑和保存数据文件。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导42）使用其他办公软件（如OfficeExcel）在OfficeExcel软件中，导入和编辑数据。将编辑后的数据保存为ASCII文本文件格式即可。【注意】数据文件中每一行数据为一个数据点数据，其中第一行为文本标识。同一行数据间可用逗号或空格间隔。2.3建立GRID网格文件Surfer由GRID网格数据文件绘制等高线图和三维曲面图。我们获取的原始数据通常为非均匀网格分布的离散数据。Surfer重要的一个功能就是处理原始XYZ数据文件，通过插值算法，生成绘图所需的GRID网格数据文件。点击菜单GridData，打开XYZ数据文件（.DAT或者.TXT文件），打开GridData对话框。“DataColumns”选择要进行网格化插值的数据列。X和Y选择框中分别选择x坐标和Y坐标数据列；Z选择框中选择需要网格化插值和绘制图形的数据列。“GridingMethod”选择插值方法。可用选择距离平方反比法（inversedistancetoapower）或Kriging等12种插值方法。通过插值计算，生成均匀网格化的数据。“OutputGridFile”生成的GRID网格数据文件的保存路径及文件名。“GridLineGeometry”设置生成网格数据的数据范围及网格间距。通过调整“Spacing”，可用获得更加密的网格数据。通过设置“XDirection”和“YDirection”的最小值和最大值，可以获得我们所需要的范围内的网格数据。例如，将图中的数据范围设置为0~50的范围。“FilterData”通过设置过滤条件，可用过滤掉原始XYZ数据文件中我们不需要的异常数据。“ViewData”查看原始XYZ数据。“Statistics”查看原始XYZ数据的统计信息。例如每一列数据的最大、最小值，平均值及方差等。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导52.4绘制等高线创建等高线图点击菜单MapContourMapNewContourMap，在文件框中选择先前创建的GRID网格数据文件（.GRD）。点击“OK”创建等高线图。在Plot软件界面左侧的对象管理器中，鼠标双击等高线图或坐标轴名，则弹出相应的属性对话框，设置绘图属性。勾选选择框则改变该对象显示或隐藏属性。设置等高线圆滑度鼠标双击等高线对象，弹出“ContoursProperties”属性设置对话框。“General”选项卡中勾选“SmoothContours”，“Amount”选项框中选择“High”，点击“Apply”。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导6设置等高线填充属性打开“ContoursProperties”属性对话框“General”选项卡。勾选“FillContours”，“ColorScale”，点击“Apply”，则绘制填充色彩的等高线。点击“Levels”选项卡，设置等高线绘制间距、线条属性、填充色彩和等高线标注。点击“Levels”选项卡中“Level”标签，设置等高线数值范围和等高线间距。点击“Levels”选项卡中“Line”标签，设置等高线线条属性。点击“Levels”选项卡中“Label”标签，设置等高线需要标注数值的间隔及字体属性。在“Label”列中，双击“Yes”或“No”，设置该数值的等高线是否标注。点击“Fill”标签，在弹出的“Fill”属性框中，点击“ForegroundColor”色彩框，弹出中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导7等值线填充色彩属性对话框。色彩条默认色彩为“黑色”至“白色”过度的灰度色填充。自定义等高线填充色彩：步骤一：点击色彩条左上角滑动块，然后点击下方颜色选择框中的“绿色”。步骤二：点击色彩条右上角滑动块，点击颜色选择框中的“红色”，则色彩条显示为由“绿色”至“红色”的渐变色。步骤三：按住“Ctrl”键，鼠标点击色彩条的中间部位，则在点击处增加一颜色滑动块，点击颜色选择框中的“蓝色”，则色彩条显示为由“黄”—“蓝”—“红”的渐变色。可以尝试利用鼠标拖动中间的颜色滑块，改变各色调范围。可以根据需要增加多处颜色滑块并设置渐变色。鼠标点击选中某一颜色滑动块，按“Del”键，可删除该滑动块。步骤四：返回“ContoursProperties”属性对话框“Levels”选项卡,点击“Apply”，更新等高线绘图。设置坐标轴属性在Plot软件界面左侧的对象管理器中，鼠标双击相应坐标轴名，或在图形绘制区双击等高线图侧边，则弹出相应坐标轴的属性对话框，设置各坐标轴的属性。2.5绘制数据点张贴图创建张贴图有时候，我们需要将数据点的分布位置绘制出来，并叠加在等高线或三维图形上，便于中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导8直观的显示。点击菜单MapPostMapNewPostMap，在文件框中选择先前创建的GRID网格数据文件（.GRD）。点击“OK”创建三维网格图。双击张贴图，弹出的“PostProperties”对话框，在“General”选项卡中，点击“DefaultSymbol”，选择标识数据点的符号及符号颜色、大小。点击“Labels”选项卡，在“WorksheetColumnforLabels”中选择需要标注的列。例如，选择数据中高程值数据列，点击“Apply”，则在张贴图中数据点标识上方显示数据点的高程值。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导9与等高线图叠加将数据点张贴图与等高线图叠加，生成更为直观的叠加图件。步骤一：鼠标同时选择张贴图和先前绘制的等高线图（鼠标框选或使用“Shift”键）。步骤一：选择菜单MapOverlayMaps，则所选择的张贴图和等高线图自动叠加。2.6绘制三维网格图点击菜单MapWireframe，在文件框中选择先前创建的GRID网格数据文件（.GRD）。点击“OK”创建三维网格图。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导10鼠标双击坐标轴，则弹出相应坐标轴的属性对话框，设置各坐标轴的属性。双击所绘制的三维网格，在弹出的“WireframeProperties”对话框中设置三维网格绘制属性。其中，在“View”选项卡中，通过调整滑块位置，设置三维视角。2.7绘制三维渲染曲面图（三维地貌图）点击菜单MapSurface，在文件框中选择先前创建的GRID网格数据文件（.GRD）。点击“OK”创建三维渲染曲面图。双击曲面图，在弹出的“3DSurfaceProperties”对话框中设置属性，编辑“MaterialColor”中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导11色彩条，通过设置不同高程的表现色彩，绘制更加生动的三维地貌渲染图。利用示例网格文件HELENS2.GRD，绘制三维地貌渲染图。2.8绘制矢量图矢量图一般表示为等高线的坡向及陡缓程度。矢量图可以与等高线图、三维曲面图叠加。点击菜单MapVectorMapNew1-GridVectorMap，在文件框中选择先前创建的GRID网格数据文件（.GRD）。点击“OK”创建矢量图。同时选取创建的矢量图和先前绘制的三维曲面图，选择菜单MapOverlayMaps，将矢量图和三维曲面图叠加。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导123作业根据凉风垭地区地面高程和灰岩顶面深度数据，使用Surfer软件建立数据文件，绘制灰岩顶面构造等值线图及三维曲面图。并根据计算机成图，分析构造形态。（1）读取钻孔坐标步骤一：启动Surfer软件Plot界面，点击菜单MapBaseMap，文件对话框中选取“凉风垭地区地形图.bmp”，建立基面图。步骤二：鼠标双击基面图，打开“BaseProperties”对话框，在“BaseMap”选项卡“ImageCoordinates”中设置坐标范围。默认地形图左下角为坐标原点。根据地形图比例尺计算地形图实际地理范围，xMax和yMax为地形图右上角地理坐标。坐标单位为米。中国地质大学（武汉）构造地质学系“构造地质学软件应用”实习指导13步骤三：鼠标选取基面图，点击菜单MapDigitize，使用鼠标点击钻孔位置，弹出对话框中数值为该钻孔坐标值。依次读取各钻孔位置的坐标值。（2）建立原始XYZ数据文件使用Surfer软件Worksheet或OfficeExcel建立灰岩顶面高程数据文件。数据列包含钻孔编号，X坐标，Y坐标，灰岩顶面高程Z。文件格式为：第1行idxyz第2行1163.41108.870.0…数据列之间使用逗号或空格间隔。将数据保存为原始XYZ数据文件（.DAT或.TXT文件）。（3）生成GRID网格数据文件选取钻孔坐标数据列x，y和灰岩顶面高程数据列z，设置网格数据范围为地形图坐标范围，选取Kriging方法进行插值，生成网格数据文件。（4）绘制等高线图以生成的网格数据文件，绘制等高线图。设置等高线属性，填充色彩，及坐标轴属性。（5）绘制三维网格图以生成的网格数据文件，绘制三维网格图。设置相应图形属性。（6）绘制三维曲面图以生成的网格数据文件，绘制三维曲面图