5.1.5 研究区三维地质实体模型及应用分析
图5-11从四个角度展示了研究区的完整的三维块体模型，这是一个真正基于地质体空间信息和六面体体元的具有空间和地质一致性的模型，可以此为基础生成大量的衍生模型、横截面或地图。例如，每个地质单位可以单独展示和分析；可以通过对每个体元分配属性参数生成属性模型；可以沿着任意方向切割模型，进而向用户全方位展示地质或岩土信息的分布。
图5-11 研究区三维地质体模型
各个地质体单元的地层岩性、相互关系和工程性质按年代分列如下。
（1）基岩距地表深度
对于土木工程应用来说，三维地质模型需提供的基本信息之一是基岩的深度。研究区基岩上边界到地表的深度的等值线图如图5-12 所示。由于Laurensberg断层的影响，断层上盘和下盘的基岩深度迥异。在Laurensberg断层（Lousberg地区以外）的上盘，地面起伏和基岩表面起伏较小，因此深度值分布平缓；大部分地区基岩比较接近地球表面，深度小于10m。断层下盘中，基岩在地球表面下40～120m。
图5-12 研究区基岩上边界到地表的深度的等值线图
（2）基岩风化层
研究区基岩在白垩纪期间受到强烈风化和侵蚀，风化层遍布整个建模区域。由于古生代基岩受褶皱影响，风化层的物理性质和厚度呈强烈的异质性。将风化层的厚度作为属性参数分配到体模型的每个体元中，并进行三维展示，如图5-13所示。
（3）Hergenrath地层
图5-13 研究区基岩上部风化层厚度三维图
图5-14 研究区Hergenrath地层三维地质模型
基岩风化层的上覆层为Hergenrath地层，也是研究区晚白垩纪岩层的底层。Hergenrath地层广泛并且连续地分布在Laurensberg 断层的上盘和Lousberg山区中，在Burtscheid地区也探查到了Hergenrath 地层，如图5-14所示。在Laurensberg断层的下盘，Hergenrath地层大面积地分布，其厚度从28～66m 不等。在一些地区，Hergenrath地层与后期沉积的Aachen砂层交互存在。在Lousberg山区，此层的最大厚度约为40m。在主火车站周边地区，Hergenrath地层的分布厚度为1～25m。在Burtscheid地区，Hergenrath地层的分布厚度为1～6m。Hergenrath地层随后被厚厚的晚白垩纪沉积物覆盖，因此与从未压密过的第四纪沉积物相比，它的强度更大，可作为建筑的承载地基。
（4）Aachen砂层
Aachen砂层广泛分布在Laurensberg断层的上盘和Lousberg山区，如图5-15所示。Aachen砂层主要为由白色或浅棕色细砂组成的均匀颗粒结构，其中夹杂有薄层的砂质粉土和砂质黏土。纯净的砂层可作为可靠的建筑地基，而无须进行过多的勘察和加固工作。若将Aachen砂层作为建筑物地基使用，需注意其中夹杂的厘米级厚度的粉土。
图5-15 研究区Aachen砂层三维地质模型
（5）Vaals砂层
Vaals砂层呈黄褐色，分布在Lousberg山区和研究区的西部，如图5-16所示，其颗粒结构与Aachen 砂层非常相似。然而，Vaals砂层的岩土性质与Aachen砂层不同，它没有粉质层。在研究区的西部，由于海绿石的存在，Vaals砂层呈绿色。Vaals砂层中还分布有易碎的铁质砂岩。Aachen砂层和Vaals砂层均受到年代较近的晚白垩纪泥灰、石灰岩和燧石的再侵蚀，其岩土特征与冰川砂和淤泥有所不同。
（6）Gulpen泥灰质石灰石层
图5-16 研究区Vaals砂层三维地质模型
Gulpen泥灰质石灰石层分布在研究区Koenigshuegel西部和南部斜坡，作为建筑地基土使用，如图5-17所示。一般认为，Gulpen泥灰质石灰石的承载能力较低，然而，由于该层在历史上受到的异常应力和温度，Gulpen泥灰质石灰石层的承载能力需具体到不同的工程场地进行分析。
（7）Vetschau和Orsbach石灰石层
Vetschau层主要分布在Lousberg山坡的顶部，Orsbach层则主要分布在Koenigshuegel山地的顶部，如图5-17所示。Orsbach石灰石层中间夹杂有丰富的燧石，其具有5～10kg/cm2的高承载能力，常作为经济矿石被开采。在Lousberg山上，含有单层燧石的Vetschau石灰石层厚度只有1～5m。
图5-17 研究区Gulpen泥灰质石灰石层、Vetschau和Orsbach石灰石层三维地质模型
（8）第四纪沉积物
除了Lousberg丘陵之外，第四纪沉积物的钻孔记录遍布整个建模区域。研究区第四纪土层主要由黄土组成，属于冲积黄土类型，如图5-18所示。在地下水的影响下，该区黄土呈灰色并具有很高的黏聚力。研究区北部主要为由黄土组成的冲积平原，不能直接作为建筑地基使用。在黄土下，散布着含有燧石的黏土和黏土砂砾，厚度有数米。在Lousberg丘陵的南坡，黏土和黏土砂砾形成了1～2m 深的土层。黏土占据了研究区第四纪土层的大部分，由非常松散、富含腐殖质的细沙质淤泥和粉质黏土组成，因此其上的建（构）筑物绝大多数采用了桩基础。
图5-18 研究区第四纪土层三维地质模型
研究区的三维地质模型也可以沿着任意方向和路径切割成地质剖面图，切割出的部分地质剖面图如图5-19所示，岩性分布在深度方向上可以更清晰地显现。如果将各个地质单元的岩土参数分配到所得到的三维地质模型中，还可以得到岩土参数的剖面图，研究区土体承载力的分布情况如图5-20所示。
图5-19 研究区部分地质情况剖面图
图5-20 研究区土体承载力剖面图