Testing and development of implicit 3D-models of brittle and ductile structures of the bedrock for the purposes of bedrock surface interpolation
Ruuska, Eemi (2018-11-13)
Testing and development of implicit 3D-models of brittle and ductile structures of the bedrock for the purposes of bedrock surface interpolation
Ruuska, Eemi
(13.11.2018)
Tätä artikkelia/julkaisua ei ole tallennettu UTUPubiin. Julkaisun tiedoissa voi kuitenkin olla linkki toisaalle tallennettuun artikkeliin / julkaisuun.
Turun yliopisto
Tiivistelmä
The purpose of this study is to model the orientational and spatial variability of bedrock fracturing which may be subsequently used in interpolating the digital elevation models (DEMs) of the glacially eroded bedrock surface. The work focusses on testing and developing the implicit modelling approach and tools, and the results are evaluated by comparisons with parallel explicit models. The used implicit modelling approach, by contrast to the conventional explicit approach, allows generation of more objective, time-efficient and repeatable 3D-models.
This study is conducted in the Hyvinkää area, southern Finland, under an umbrella of a broader Salpausselkä project investigating the relationship between the bedrock structures and the overlying glacifluvial aquifers. In the study area, the glacifluvial deposits are spatially correlated with two major E-W trending shear zones and their secondary SW-NE striking splays. The principal input data of this study are fractures, correlated with foliation data and regrouped into sets. The input data indicates that the most distinct structural orientations are following the shear zone trends throughout the study area where present. However, complex regional scale fold structure in the southern part of the study area complicates the structural setting and modelling of it.
Implicit modelling of the ductile structures is accomplished using SURFE plug-in in GoCAD following the methodology by Hillier et al. (2013). The plug-in is especially devoted to model folded surfaces which provides a useful platform to successfully model the complex regional scale fold structure. As a central tool, a new functionality “Local Anisotropy Modelling” of SURFE plug-in for GoCAD has been developed. With this tool, we are able to generate a grid with an interpolated fracture plane at each grid cell displaying the local variations within the anisotropy of the bedrock across the study area. The resulting anisotropy will provide improved control over the fracture orientations respecting the local influence factor that determines the amount of affected orientation data points to each interpolated fracture plane. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on mallintaa kallioperän rakoilua, erityisesti rakoilun suuntien ja alueellisten esiintymisen vaihtelua, joita voidaan myöhemmin käyttää maanpinnan korkeusmallien interpolointiin jäätikön erodoimilla kallioperän pinnoilla. Tutkimus keskittyy implisiittisen mallinnuksen ja sen työkalujen kehitykseen ja testaamiseen. Tuloksia arvioidaan vertailemalla rinnakkain laadittujen eksplisiittisten mallien kanssa. Implisiittinen mallinnus mahdollistaa mallien tekemisen objektiivisesti, tehokkaasti ja toistettavasti, toisin kuin tavanomainen eksplisiittinen mallinnus.
Tutkimus kohdistuu Hyvinkään alueeseen Etelä-Suomessa, ja on osa laajempaa Salpausselkä-projektia, jonka tarkoituksena on tutkia kallioperän rakenteiden ja niiden yläpuolella olevien glasifluviaalisten pohjavesiesiintymien suhdetta. Glasifluviaalisten muodostumien sijainti vastaa kahden päähiertovyöhykkeen kulkua E-W -suuntaisesti sekä niiden SW-NE -suuntaisesti taipuvia haaroja. Rakomittaukset ovat tutkimuksessa pääasiallisesti käytetty aineisto, joka on jaettu yhteneviin ryhmiin ja vertailtu liuskeisuushavaintojen kanssa. Kerättyjen havaintojen perusteella päärakennesuunnat seuraavat hiertovyöhykkeitä koko tutkimusalueella. Poimurakenne tutkimusalueen eteläosassa kuitenkin monimutkaistaa tutkimusalueen rakenteellista yleiskuvaa ja sen mallintamista.
Duktiilien rakenteiden implisiittiseen mallinnukseen on käytetty SURFE – työkalua GoCAD:ssä hyödyntäen Hillier et al. (2013):ssa esitettyä metodia. Työkalu on erityisesti luotu mallintamaan poimuttuneita pintoja, mikä edesauttaa rakenteellisesti monimutkaisen poimurakenteen mallintamisen tutkimusalueen eteläosassa. SURFE -työkaluun on keskeiseksi osaksi liitetty uusi työkalu Local Anisotropy Modelling. Tämän työkalun avulla on mahdollista luoda ruudukko, jonka jokaiseen ruutuun on mahdollista interpoloida rakopinta, jolloin ruudukon interpoloidut rakopinnat kuvastavat yhdessä alueellista rakoilun suuntien vaihtelua. Interpoloitujen rakopintojen avulla saadaan parempi kuvaus alueen rakosuunnista, jota voidaan muokata määrittämällä kuinka laajalta alueelta mittaustulokset vaikuttavat yksittäiseen interpoloituun rakosuuntaan.
This study is conducted in the Hyvinkää area, southern Finland, under an umbrella of a broader Salpausselkä project investigating the relationship between the bedrock structures and the overlying glacifluvial aquifers. In the study area, the glacifluvial deposits are spatially correlated with two major E-W trending shear zones and their secondary SW-NE striking splays. The principal input data of this study are fractures, correlated with foliation data and regrouped into sets. The input data indicates that the most distinct structural orientations are following the shear zone trends throughout the study area where present. However, complex regional scale fold structure in the southern part of the study area complicates the structural setting and modelling of it.
Implicit modelling of the ductile structures is accomplished using SURFE plug-in in GoCAD following the methodology by Hillier et al. (2013). The plug-in is especially devoted to model folded surfaces which provides a useful platform to successfully model the complex regional scale fold structure. As a central tool, a new functionality “Local Anisotropy Modelling” of SURFE plug-in for GoCAD has been developed. With this tool, we are able to generate a grid with an interpolated fracture plane at each grid cell displaying the local variations within the anisotropy of the bedrock across the study area. The resulting anisotropy will provide improved control over the fracture orientations respecting the local influence factor that determines the amount of affected orientation data points to each interpolated fracture plane.
Tutkimus kohdistuu Hyvinkään alueeseen Etelä-Suomessa, ja on osa laajempaa Salpausselkä-projektia, jonka tarkoituksena on tutkia kallioperän rakenteiden ja niiden yläpuolella olevien glasifluviaalisten pohjavesiesiintymien suhdetta. Glasifluviaalisten muodostumien sijainti vastaa kahden päähiertovyöhykkeen kulkua E-W -suuntaisesti sekä niiden SW-NE -suuntaisesti taipuvia haaroja. Rakomittaukset ovat tutkimuksessa pääasiallisesti käytetty aineisto, joka on jaettu yhteneviin ryhmiin ja vertailtu liuskeisuushavaintojen kanssa. Kerättyjen havaintojen perusteella päärakennesuunnat seuraavat hiertovyöhykkeitä koko tutkimusalueella. Poimurakenne tutkimusalueen eteläosassa kuitenkin monimutkaistaa tutkimusalueen rakenteellista yleiskuvaa ja sen mallintamista.
Duktiilien rakenteiden implisiittiseen mallinnukseen on käytetty SURFE – työkalua GoCAD:ssä hyödyntäen Hillier et al. (2013):ssa esitettyä metodia. Työkalu on erityisesti luotu mallintamaan poimuttuneita pintoja, mikä edesauttaa rakenteellisesti monimutkaisen poimurakenteen mallintamisen tutkimusalueen eteläosassa. SURFE -työkaluun on keskeiseksi osaksi liitetty uusi työkalu Local Anisotropy Modelling. Tämän työkalun avulla on mahdollista luoda ruudukko, jonka jokaiseen ruutuun on mahdollista interpoloida rakopinta, jolloin ruudukon interpoloidut rakopinnat kuvastavat yhdessä alueellista rakoilun suuntien vaihtelua. Interpoloitujen rakopintojen avulla saadaan parempi kuvaus alueen rakosuunnista, jota voidaan muokata määrittämällä kuinka laajalta alueelta mittaustulokset vaikuttavat yksittäiseen interpoloituun rakosuuntaan.