5.2　德国亚琛市中心区域三维地质属性建模及分析

第5.1节中介绍了德国亚琛市中心区域的三维地质模型构建过程、成果和地质解释，本节将介绍该地质框架模型的几个应用方向。第四纪土层是与人类生活和社会经济活动最密切相关的地质体。对于工程活动而言，第四纪土层由于岩土特征的多样性，其工程力学行为也呈现多样性。例如，对于粒径大于0.06mm的粗粒土（砂或砾石）而言，其工程行为主要由不同粒径土的比例、土颗粒的形状以及密实度决定；对于粒径小于0.06mm 的细粒土（粉砂或黏土）而言，土的矿物组成及含水量的影响比土的粒径影响更大（Sivakugan，2011）。现实中土体是由多种不同颗粒组成的混合体。在土体中，基本矿物粒径的组成和分布决定了土体的基本性质。例如，黏土土粒的比例会影响土壤的肥沃程度、物理性质以及保水性能，进而影响土体的收缩膨胀性能、饱和水力传导率（K sat）、塑性等工程性质。因此，建立城市环境中第四纪沉积物的土壤颗粒组成（砂砾、沙、淤泥和黏土的百分比）模型这样的基础属性模型在工程上是非常有意义的。本案例中使用的粒径基于德国标准DIN 4022，即0～2μm（黏土）、2～60μm（淤泥）、60～2 000μm（砂）、2 000～63 000μm（砾石）。

研究区三维土壤粒级（砾石、砂粒、粉粒和黏粒）分数模型（3D soil fraction model）将针对第四纪沉积物进行研究。在城市环境中，第四纪沉积物往往得到更多关注，因为它是控制基岩含水层补给的主要媒介，也是砂石开采、垃圾填埋场、城市供水设施的主要介质（Ross et al.，2004；Marache et al.，2009；Lelliott et al.，2006；Klint et al.，2006）。研究区三维土壤粒级分数模型的地质框架仍采用第5.1节中建立的亚琛市中心区域三维地质模型，在该模型中，第四纪沉积物的三维模型和厚度分布如图5-28所示。将该三维地质模型细分为60×60×1的六面体网格，即在这个SGrid对象中，n u等于61，n v等于61，n w等于2，模型由3 600个六面体单元组成。

第四纪沉积物未在Lousberg丘陵区和研究区的西北部出露。第四纪沉积物的厚度在整个研究区分布不均匀，但在大多数地区不超过2.5m，在Koenigshuegel山谷的底部相当薄（不到1m，黄色和红色）。为了预测研究区的土壤粒径分布，将每个钻孔记录中砾石、砂粒、粉粒和黏粒比例值作为参数属性分配到相应位置的单元格中，然后预测其在整个研究区域中的分布。

图5-28　研究区第四纪沉积物的三维模型和厚度分布