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Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg Beak Consultants GmbH

Anlage 20100078 Mögliches Vorgehen und Algortithmen

Status Entwurf X Version 0.2 Erstelldatum:

19.07.2010

Letzte Änderung: 30.07.2010

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Anlage 3, Seite 1

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Anlage4_Workflow Digitalisierung_06.doc

Mögliches Vorgehen und Algorithmen beim Scannen, Georeferen-

zieren und Digitalisieren

Inhaltsverzeichnis der Anlage

1 EINLEITUNG ................................................................................................................. 5

2 SCANNEN UND DIGITALISIEREN ............................................................................... 6

2.1 VORBEREITUNG ....................................................................................................... 6

2.2 SCANNEN DER TIEFENPROFILE ................................................................................. 7

2.2.1 Vorbereitung ...................................................................................................... 7

2.2.2 Scannen ............................................................................................................. 9

2.3 SCANNEN UND GEOREFERENZIEREN DER STRUKTURKARTEN EINZELNER HORIZONTE .. 9

2.4 GEOREFERENZIEREN DER GESCANNTEN TIEFENPROFIL-BILDER .................................. 9

2.5 DIGITALISIEREN ......................................................................................................10

3 HORIZONTLINIEN UND STÖRUNGSLINIEN 3D-GEOREFERENZIEREN ..................12

3.1 VARIANTE 1: ZU PROGRAMMIERENDER ALGORITHMUS ...............................................12

3.2 VARIANTE 2: VERWENDUNG VON ROUTING-FUNKTIONEN VON ARCGIS ......................14

3.3 VARIANTE 3: VERWENDUNG VON FUNKTIONEN DES 3D-MODELLIERUNGSTOOLS .........14

4 VORBEREITEN DER TIEFEN BOHRUNGEN FÜR DIE 3D-MODELLIERUNG ............16

5 MODELLIERUNG VON FLÄCHEN DER HORIZONTE.................................................16

5.1 MODELLIERUNG AUF DER BASIS DER HORIZONTLINIEN DER TIEFENPROFILE ...............16

5.1.1 Vorbemerkung ..................................................................................................16

5.1.2 Inverse Distanzen – Search type Octant – Rasterweite 200 m ..........................16

5.1.3 Inverse Distanzen – Search type Ellipse/Kreis - Rasterweite 200m ...................20

5.1.4 Kriging ...............................................................................................................22

5.1.5 Einfache Triangulation ......................................................................................24

5.1.6 einfacher Triangulation über Rasterung ............................................................25

5.1.7 Polynom ............................................................................................................26

5.1.8 Inverse Distanzen – Search type Octant - Rasterweiten 20 m und 100 m .......27

5.1.9 Inverse Distanzen - Search type Octant - Rasterweite 200 m - Stützpunkte

einbezogen....................................................................................................................28

5.1.10 Schlussfolgerung ...........................................................................................31




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5.2 MODELLIERUNG AUF DER BASIS DER HORIZONTLINIEN DER TIEFENLINIEN ..................31

5.3 SICHERN EINES MINDESTABSTANDES VON HORIZONTFLÄCHEN ..................................31

5.4 AUSBISSLINIEN MODELLIEREN UND EINBEZIEHEN .......................................................33

5.5 STÖRUNGEN IN DIE HORIZONTFLÄCHEN INTEGRIEREN. ..............................................35

5.6 ZUSAMMENFÜHREN VON FLÄCHEN ...........................................................................43

6 MODELLIERUNG VON STÖRUNGEN UND SALZSTÖCKEN .....................................47

6.1 MODELLIERUNG DER STÖRUNGSFLÄCHEN AUS DEN TIEFENPROFILEN ........................48

6.2 STÖRUNGSKÖRPER ERSTELLEN MIT DATEN EINER STÖRUNG IN 2 EBENEN .................51

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Ausschnitt aus einer Profillinien-Karte mit identifizierten Anfangs- und

Endpunkten ..................................................................................................................... 8

Abbildung 2: Identifikation der Passmarken in einem Tiefenprofil .......................................... 8

Abbildung 3: Erläuterung zur 3D-Georeferenzierung von Horizontlinien ...............................14

Abbildung 4 Screenshot der verwendeten Profillinien und des 200 m -Rasters ....................17

Abbildung 5 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten und

200 m -Rasterweite ........................................................................................................18

Abbildung 6 Screenshot des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten ..............................19

Abbildung 7 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Ellipse/Kreis

......................................................................................................................................20

Abbildung 8 Screenshot der verwendeten Profillinien und der Neigung bei IDW mit Suchtyp

Ellipse/Kreis ...................................................................................................................21

Abbildung 9 Screenshot des Ergebnisses des Krigings ........................................................22

Abbildung 10 Variogramm des Kriging-Verfahrens ...............................................................23

Abbildung 11 Screenshot des Ergebnisses der einfachen Triangulation ...............................24

Abbildung 12 Screenshot des Ergebnisses der einfachen Triangulation über Rasterung .....25

Abbildung 13 Screenshot des Ergebnisses des Polynom-Verfahrens ...................................26

Abbildung 14 Screenshot des Ergebnisses des IDW-Verfahrens mit einer Rasterweite von

20 m...............................................................................................................................27


100 m .............................................................................................................................28

Abbildung 16 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten,

unter Einbeziehung der Stützpunkte ..............................................................................29




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Abbildung 17 Screenshot einer Ansicht der Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit

Suchtyp Oktanten, unter Einbeziehung der Stützpunkte, von unten ...............................30

Abbildung 18: Sich überschneidende Flächen: braun: oben.dtm, blau: unten.dtm ................32

Abbildung 19: Mindestabstand zwischen zwei Flächen hergestellt: braun: oben.dtm, blau:

unten.dtm, grün: unten_mind50m_unter_oben.dtm ........................................................33

Abbildung 20: Ergebnis der Modellierung mit Ausbisslinie ....................................................34

Abbildung 21: Ergebnis der Modellierung ohne Ausbisslinie .................................................35

Abbildung 22: Digitalisierte sowie parallel kopierte Störungslinien ........................................36

Abbildung 23: Punkte entlang der Störungslinie-West im Abstand von 250 m ......................37

Abbildung 24: DTM-Stützpunkte Ost mit Höhen ...................................................................38

Abbildung 25: In Surpac importierte Störungslinie und DTM .................................................39

Abbildung 26: Störungslinien störungslinie_ost.str und störungslinie_west.str ......................40

Abbildung 27: Vereinigung mit Horizontlinien aus Profil ........................................................41

Abbildung 28: Gridpunkte und Roads, innerhalb dieser die Gridpunkte gelöscht wurden .....42

Abbildung 29: Erzeugte Oberfläche des Horizontes K2 ........................................................43

Abbildung 30: Modelliertes Gebiet und Darstellung des GRIDs der Nachbarfläche ..............44

Abbildung 31: GRID und Punkte für die Modellierung der neuen Fläche ..............................45

Abbildung 32: Fläche des neu modellierten Gebietes ...........................................................46

Abbildung 33: Vereinigte Flächen .........................................................................................47

Abbildung 34: Punkte einer Störung aus 5 Profilschnitten ....................................................49

Abbildung 35: Linien des Störungsverlaufes und senkrecht konstruierte Störungslinien .......50

Abbildung 36: Störungsfläche und deren Stützpunkte, .........................................................51

Abbildung 37: Störungslinien der Horizonte K2 und S1 ........................................................52

Abbildung 38: Draufsicht auf die Konstruktionslinien einer Störung ......................................53

Abbildung 39: Triangulation von Außenrändern, Oberkante und Unterkante ........................54

Abbildung 40: Triangulation einer Stirnseite .........................................................................55

Abbildung 41: Sich überschneidende Seiten einer Störung ..................................................56

Abbildung 42: Körper der fertigen, validierten Störung .........................................................57


Anlagen 20100078 Konzeption 3D-Visualisierung Brandenburg

Status Entwurf X Version 06 Erstelldatum:

07.07.2010


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Anlage 3, Seite 4

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Abkürzungen

ESRI Environmental Systems Research Institute

GeoDaB Geologischen Datenbank des Landes Brandenburgs (

GIS Geographic Information System

IDW „Inverse Distance Weighting“, Interpolationsverfahren der inversen Distanzen

SP Sprengpunkt in der Reflexionsseismik




07.07.2010


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1 Einleitung

Das hier beschriebene Vorgehen ist ein Vorschlag für das Vorgehen vom Scannen der

Blätter Tiefenprofile bis hin zur 3D-Visualisierung. Dieser Vorschlag ist zu großen Teilen

getestet. Er beruht aber auf einer speziell festgelegten Softwareumgebung: ArcGIS 9.3.1

(Georeferenzieren der gescannten Blätter, Digitalisierung und Attributierung) und Surpac

(3D-Georeferenzierung der digitalisierten Linien und Modellierung der 3D-Flächen und

Körper).

Einige Kapitel behandeln spezielle Probleme, die bei der Modellierung auftreten können.

Dies ist jedoch keine Festlegung für ein gefordertes Verfahren. In einer anderen Systemum-

gebung bzw. für die Unterlagen anderer Ergebnisberichte kann oder muss das Vorgehen

anders ablaufen.

Das Vorgehen ist generell wie folgt gegliedert.

Für die Modellierung auf der Basis der Tiefenprofile (Horizontlinien in den Profilen):

1. Scannen und Digitalisieren bzw. Bereitstellen von Ausgangsdaten

2. 3D-Georeferenzierung soweit erforderlich

3. Bereitstellen der EE-Bohrungen aus GeODin, insbesondere das Verzeichnis der

reflexionsseism. Horizonte in jeder Bohrung unter Beachtung der BA-Kurve

4. Modellierung der 2,5D-Horizontflächen

5. Modellierung der Störungen und Salzstöcke

6. Modellierung der Körper der Horizonte auf der Basis der 2,5D-Horizontflächen

7. Verschneiden der Körper mit den Körpern der Störungen und Salzstöcke

8. Verschneiden der 2,5D-Horizontflächen mit den Körpern der Störungen und Salz-

stöcke

Für die Modellierung auf der Basis der Tiefenlinien (Isolinien):

1. Bereitstellen der digitalen Isolinien und der Störungen

2. Bereitstellen der EE-Bohrungen aus GeODin, insbesondere das SVZ unter Be-

achtung der BA-Kurve

3. Modellierung der 2,5D-Horizontflächen

4. Modellierung der Störungen und Salzstöcke

5. Modellierung der Körper der Horizonte auf der Basis der 2,5D-Horizontflächen

6. Verschneiden der Körper mit den Körpern der Störungen und Salzstöcke

7. Verschneiden der 2,5D-Horizontflächen mit den Körpern der Störungen und Salz-

stöcke




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2 Scannen und Digitalisieren von Tiefenprofilen

2.1 Vorbereitung

Für das Scannen, für das Georeferenzieren sowie für die Digitalisierung von Horizontlinien

und Störungen sind die folgenden Voraussetzungen zu schaffen:

Anlagen einer file geodatabase.

Domain / Schlüssellisten für die Linienarten erfassen: durchgehend, gestrichelt, ge-

punktet, unsichtbar, entlang Störung.

Eine Muster feature class anlegen für die zu digitalisierenden Horizontlinien und Stö-

rungslinien inkl. der Attribute:

NAME: Name des Horizontes, z. B A1, A2, T1, B2, …

LINIENART: entsprechend Domain: „durchgezogen“, „gestrichelt“, „punktiert“,

„unsichtbar“, „entlang Störung“

PROFILNAME: Name des Tiefenprofiles (z., B. LEW50) inkl. Teil des Profiles (/1,

/2,..)

X_ANFANG: notierte X-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

Y_ANFANG: notierte Y-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

X_ENDE: notierte X-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

Y_ENDE: notierte Y-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

STOERUNG: mit 1 gekennzeichnet, wenn die Linie zu einer digitalisierten Stö-

rung gehört.

ERFASSER: Name der erfassenden Firma

ERFASST_AM: aktuelles Datum

Es ist eine Linien-Feature Class mit Z-Werten und Measurement (Bemaßung) anzu-

legen.

Mittels copy und paste für jedes Tiefenprofil eine feature class anlegen, z. B. NU02.

Es ist ebenfalls eine feature class für die georeferenzierten Horizontlinien und Stö-

rungen anzulegen.

Bereitstellen aller weiteren benötigten Daten, wie z. B. ein shape file der digitalisier-

ten Profillinien, ein Raster-Katalog der gescannten Profillinien-Karten.

Schaffen der Ordnerstruktur für die zu scannenden Bilder: Tiefenprofile eines oder

mehrere Projekte, ggf. nachbearbeitete Bilder, Strukturkarten einzelner Horizonte,

georeferenzierte Bilder.

Die Strukturkarten der Horizonte können bei der Modellierung vor allem der Störun-

gen sehr hilfreich sein.




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Eine Map (.mxd) erstellen für die Horizontkarten und Profillinien (Zweck Koordinaten-

abfrage und Länge messen) zum Zwecke des Georeferenzierens der gescannten

Tiefenprofile und zum Digitalisieren der einzelnen Tiefenprofile (obige feature

classes).

2.2 Scannen der Tiefenprofile

2.2.1 Vorbereitung

1. Überprüfen und Ergänzen der Profillinien der einzelnen Tiefenprofile:

o Digitalisieren /Erzeugen einer Profillinie möglichst mit den SP oder mindes-

tens mit den bezeichneten SP als Nodes/Vertices (z. B. mit frei ladbarem

VBA-Makro DrawVertices visualisierbar), falls diese Profillinie noch nicht vor-

handen ist.

o Länge berechnen (entsprechendes Attribut erforderlich) und die Attribute er-

fassen, soweit möglich.

o Gibt es zur Profillinie mehr als ein Blatt des Tiefenprofils (2 oder 3 Teile; z. B.

BTL3/1 und BTL3/2), so ist die Profillinie entsprechend den Blättern an den

entsprechenden SP zu teilen. Die Länge ist neu zu berechnen und die Namen

der Teile (BTL3/1,…) sind in das entspr. Attribut einzutragen.

2. Vorbereiten der Papier-Profile:

Zum späteren Georeferenzieren sollten Passmarken mit Bleistift gesetzt werden:

Auf der Höhe 0 bei erstem und letztem bezeichnetem SP, der auch auf der

Profillinie in der Profillinien-Karte erkennbar ist.

Die Koordinaten dieser Punkte müssen im realen Koordinatensystem der Horizont-

karten bekannt sein. Diese Koordinaten (X_ANFANG, Y_ANFANG) müssen notiert

und später in die entsprechenden Attribute erfasst werden (siehe auch Kapitel 2.4).




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Abbildung 1: Ausschnitt aus einer Profillinien-Karte mit identifizierten Anfangs- und

Endpunkten

Ap= 5.621Bp= 0

Ap= 5.621Bp= -4.000

Ap= 0Bp= 0

Ap=0Ap= -4.000

Abbildung 2: Identifikation der Passmarken in einem Tiefenprofil

Es ist weiterhin sicherzustellen, dass Vertices an den Stellen der Horizontlinien ge-

setzt werden, an der die zugehörige Profillinie einen Knick hat. Hierfür ist an den ent-

sprechenden SP, an denen sich solche Knickstellen befinden, eine senkrechte Linie

zu ziehen.




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2.2.2 Scannen

Für das Scannen sind im Allgemeinen die folgenden Parameter ausreichend:

Datenformat: tiff, schwarz-weiß

Auflösung: 300 dpi,

Ein Nachbearbeiten mit Bildbearbeitungsprogramm kann hilfreich sein, um den Kontrast zu

erhöhen.

Die Bilder sollten nach den Namen der Tiefenprofile benannt werden, z. B. NU02, BTL03_1.

2.3 Scannen und Georeferenzieren der Strukturkarten einzelner Horizonte

Die einzelnen Horizontkarten sind zu scannen, Auflösung und Datenformat siehe Kapitel

2.2.2, und an Hand der Netzkreuze zu georeferenzieren. Die Dateien sollten nach mit dem

Horizont (z. B. T1), dem Projekt (z. B. NU) und einer Blattschnittidentifikation (z. B. „Bl1“)

bezeichnet werden.

Sollten die Koordinatensysteme der Profillinienkarte und der Horizontkarte unterschiedlich

sein, muss sich noch eine Koordinatentransformation anschließen.

2.4 Georeferenzieren der gescannten Tiefenprofil-Bilder

Vorbereiten: (siehe auch Kapitel 2.2.1)

Für das Beispiel der Abbildung 2 ergibt sich der folgende konkrete Ablauf (Ap und Bp

soll das Koordinatenpaar der Passmarken sein):

B - NN-Höhe: Bp = 0 m und Bp= -4.000 m

A: Länge: Die SP können unterschiedliche Abstände haben. Wir müssen davon

ausgehen, dass der Horizontal-Maßstab (MH), der auf den Tiefenpro-

filen angegeben ist, nur annähernd korrekt ist. Wir nehmen jedoch an,

dass der Fehler sich über die gesamte Länge des Profils gleichmäßig

verteilt.

Der erste bezeichnete SP von links (die Zwischen-Striche dienen le-

diglich der Orientierung und haben wenig Bezug zu den realen SP),

der auch auf der Karte zu identifizieren ist (im Beispiel ist dies der

SP 85), erhält die Ap-Koordinate Ap = 0.

Nun ist der letzte (am weitesten rechts) befindliche bezeichnete SP

zu ermitteln, der in der Karte ebenfalls identifizierbar ist (im Beispiel

ist dies der SP 5). Es wird die reale Länge L zwischen SP 5 und SP

85 bestimmt. Hierfür sollte die Länge aus der Profillinien-Karte ver-




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Anlage 3, Seite 10

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wendet werden. Dieser Längenwert ist die Ap-Koordinate der linken

Passmarken. Im Beispiel: Ap = 5.621.

Im Falle der horizontale Maßstab (MH) und der vertikale Maßstab (MV)

des Tiefenprofiles sind unterschiedlich, sollte die Länge (für die Be-

rechnung von Ap) noch mit einem Faktor (MV/MH) multipliziert wer-

den, damit das gescannte Bild nach dem Georeferenzieren etwa sei-

ne Proportionen behält.

Georeferenzieren:

Verwenden des entsprechenden Softwaretools, in ArMap ist dies die Toolbar

Georeferencing.

Nachbearbeitung:

a. Das Ergebnis (gescanntes Bild) ist in einem Hotlink-Feld der Profillinie als Do-

kument einzutragen,

b. Neben dem Hotlink-Attribut sind für die Profillinie nachzutragen:

Datum des Scannens, Name des Scanners, Höhen- und Längenmaßstab.

2.5 Digitalisieren

Auf der Basis einer gescannten und georeferenzierten Tiefenprofilblattes sind die Hori-

zontlinien und, falls vorhanden, die Störungslinien zu georeferenzieren. Hierfür sind die

folgenden Arbeitsschritte erforderlich. Vorausgesetzt wird, dass die erforderliche feature

class bereits angelegt wurde (siehe Kapitel 2).

1. Digitalisieren der Horizontlinien auf der Basis des gescannten Bildes:

Bei eher geradem Linienverlauf etwa pro 250 m ein Punkt. 250 m sind für die unter-

schiedlichen Maßstäbe folgende Blatt-Einheiten:

1:25.000 - 1 cm; 1:50.000 - 0,5 cm; 1:10.000 - 2,5 cm.

Bei stärkeren Krümmungen sollte der Abstand proportional zum Grad der Krümmung

verkürzt werden.

Diese gleichen Abstände haben sich für Interpolationsverfahren, wie z. B. IDW, als

vorteilhaft herausgestellt.

Alle Horizontlinien sollten etwa bei der gleichen A-Koordinate beginnen und mit etwa

der gleichen A-Koordinate enden, dies erleichtert die 3D-Georeferenzierung. Für feh-

lende Linienstücke wird das Attribut „unsichtbar“ verwendet.

Es werden Anfangs- und Endpunkt jeder Linienart digitalisiert. Bei aneinander an-

schließenden Linien müssen die Anfangs- und Endpunkte snappen.




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Anlage 3, Seite 11

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Es ist sinnvoll, bei geraden Linienstücken größere Abstände zu verwenden und die

Zwischenräume durch die Software automatisch auf 250 m mit Vertices füllen zu las-

sen, falls die Software eine solche Funktion besitzt.

Im Bereich von Störungen wird eine Horizontlinie „unsichtbar“ bis an die Störung wei-

ter digitalisiert. Gibt es durch die Störung einen horizontalen Versatz, so wird die Stö-

rung als Linienstück „entlang Störung“ digitalisiert.

Als Digitalisiergenauigkeit wird der übliche Wert 0,5 mm vorgeschrieben.

2. Horizontlinien attributieren:

NAME: Name des Horizontes, z. B A1, A2, T1, B2, …

LINIENART: entsprechend Domain: „durchgezogen“, „gestrichelt“, „punktiert“,

„unsichtbar“, „entlang einer Störung“

PROFILNAME: Name des Tiefenprofiles (z., B. LEW50) inkl. Teil des Profiles (/1,

/2,..)

X_ANFANG: notierte X-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

Y_ANFANG: notierte Y-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

X_ENDE: notierte X-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

Y_ENDE: notierte Y-Koordinate des Anfangspunktes der Profillinie

STOERUNG: = false, da es eine Störung ist

ERFASSER: Name der erfassenden Firma

ERFASST_AM: aktuelles Datum

Die Attribute PROFILNAME, X_ANFANG, Y_ANFANG, X_ENDE, Y_ENDE,

ERFASSER und ERFASST_AM sind für alle Horizontlinien des Profils gleich.

3. Digitalisieren und Attributieren der Störungslinien auf der Basis des gescannten Bil-

des:

Für die Digitalisierung gilt das Obige.

Störungslinien werden nicht mit einem Namen sondern fortlaufend wie folgt numme-

riert: St1, St2,… (Erfassung im Attribut NAME). Die Linienart „entlang Störung“ gibt es

für die Linien der Störungen nicht. Im Attribut STOERUNG ist jedoch ein true zu set-

zen.

Die Attribute PROFILNAME, ERFASSER und ERFASST_AM sind für alle Störungsli-

nien des Profils gleich.

Es wird ein zusätzliches Attribut verwendet, das die Namen der durchstoßenen Hori-

zonte aufnimmt.




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Anlage 3, Seite 12

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3 Horizontlinien und Störungslinien 3D-Georeferenzieren

3.1 Variante 1: zu programmierender Algorithmus

Der folgende Algorithmus berücksichtigt, dass es auch geknickte Profillinien gibt. Um

den Algorithmus durchführen zu können, werden die Teillinien einer Horizontlinie (un-

terschiedliche Linienarten) zu einer Linie vereinigt. Die Koordinaten der Vertices kön-

nen nach dem Georeferenzieren auf die Originallinien-Stücke übertragen werden.

Jeder Vertex der digitalisierten Horizontlinie erhält die Karten-Koordinaten Xv, Yv und

Zv.

Vereinbarung:

Av, Bv - Koordinaten des Vertex im Tiefenprofil

Av - X-Koordinate des Vertex im Koordinatensystem des Profiles

(= Länge) gegenüber Aa=0 (Anfangspunkt).

Bv - Y-Koordinate des Vertex im Koordinatensystem des Profiles

(= Tiefe)

Zv:= Bv

Xa, Ya - Kartenkoordinaten des Anfangspunktes der Profillinien, der in den

Profilkoordinaten mit Ap = 0 georeferenziert wurde (= Attribute

X_ANFANG, Y_ANFANG)

(X1,Y1), (X2,Y2) Koordinaten der Vertices des Liniensegmentes der Pro-

fillinie (Kartenkoordinaten) in dem der Punkt (Xv, Yv) liegt.

Als „Vertex“ werden alle auf der Linie eines Horizontes (z. B. T1) digitalisierten

Knoten bezeichnet. Es können Vertices (in der Begriffswelt von ArcGIS) aber

auch End-Knoten von Linienstücken sein.

Ermitteln von (Xv,Yv):

L:=0; X1:=Xa; Y1:=Ya

1. Ermitteln von X2, Y2 als Endpunkt des Segmentes.

2. Ls := Länge(Segment (X1,Y1) – (X2,Y2))

3. Wenn Av = L dann: Xv:=X1; Yv:=Y1; Zv:=Bv -> Ende

4. L:= L + Ls

5. Wenn Av = dann: Xv:=X2; Yv:=Y2; Zv:=B -> Ende

6. Wenn Av > L dann: X1:=X2; Y1:=Y2 und weiter bei 1.

7. Sonst (es sind (X1,Y1) und (X2,Y2) gefunden):

o Xd:= (Xp-L) * (X2-X1) / Ls




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Anlage 3, Seite 13

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o Yd:= (Xp-L) * (Y2-Y1) / Ls

o Xv:=X1+Xd

o Yv:=Y1+Yd

o Zv.= Ba

8. -Ende

Für weitere Vertices gibt das gleiche Verfahren in dem wie folgt fortgesetzt

wird:

falls es keinen weiteren Vertex gibt, ist die Linie georeferenziert.

sonst: X1:=X2; Y1:=Y2; Av:=A(nächster Vertex); L bleibt unverändert

fortführen mit Punkt 1.

Sollte bereits ein Linienstück vor (Aa, Ba) digitalisiert worden sein, so

wird der gleiche Algorithmus angewandt mit dem Unterscheid, dass als

erstes (X2, Y2) für ein Segment in die andere Richtung gesucht wird.

Ls ist dann negativ.

Da die geknickten Profile für die Probedigitalisierung nicht von Interesse sind

gibt es hierfür einen viel einfacheren Algorithmus. Weitere vereinfachende Vo-

raussetzung ist, dass die Linien vom Anfang bis zum Ende durchgehend digi-

talisiert werden.

Es wird die Gesamtlänge der Profillinie, die gleich der Länge der Horizontlinie

(Lh) von Anfangs- bis zum Endpunkt ist. ins Verhältnis gesetzt zur Koordinate

A im Profil:

Lh:=sqrt((Xa-Xe)*(Xa-Xe) + (Ya-Ye)* (Ya-Ye))

- Gesamtlänge der Profillinie

Lv:= Av - Abstand des Vertex vom Anfangspunkt

Das folgende Verhältnis kann zur Berechnung von Xv (und in Analogie auch

zu Yv) verwendet werden:

Xv : Lv = Lh : (Xe-Xa)

Xv:= Lh*Lv/(Xe-Xa) wenn Xa = Xe, dann Xv:= Xa

Yv:= Lh*Lv/(Ye-Ya) wenn Ya = Ye, dann Yv:= Ya




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Anlage 3, Seite 14

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Abbildung 3: Erläuterung zur 3D-Georeferenzierung von Horizontlinien

3.2 Variante 2: Verwendung von Routing-Funktionen von ArcGIS

Grundlage des Verfahrens: Eine Profillinie wird als Route eingerichtet. Die A-Koordinaten der

Vertices einer Horizontlinien (=Länge) dienen als kann Event.

Routen erstellen (Linear Referencing Tools/Create Routes) mit folgenden Vorga-

ben: Messwertquelle: Länge, Koordinatenpriorität: Richtung des Profilschnittes

Aus den Vertices der Horizontlinie müssen Punkte erzeugt werden (ArcInfo-Data

Management Tools/Features/Feature Stützpunkte zu Punkte), die mit den Attribu-

ten A (Länge) und B (=Z-Wert) ergänzt werden (Data Mangement

Tools/Features/Add XY Coordinates) und schließlich als Tabelle ausgegeben

werden (Conversion Tools/to Geodatabase/Table to table).

Auf der Basis der Routen und der Event-Tabelle Routen-Ereignis-Layer erstellen

(Linear Referencing Tools/Make Route Event Layer). Der Z-Wert ist als Attribut

enthalten.

3.3 Variante 3: Verwendung von Funktionen des 3D-Modellierungstools

Tools wie GOCAD und Surpac bieten Funktionen, 3D zu digitalisieren oder 2D-Profillinien

3D zu georeferenzieren.

Hiermit ist es unter Umständen einfacher, 3D Horizont- und Störungslinien zu erzeugen.

In Surpac würden Profile ohne Knick wie folgt 3D-georeferenziert:

Shape Files in Surpac importieren: *.str-file

Point math: z=y und y =x (3 min)

minimale und maximale Länge abfragen und in Editor kopieren




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Anlage 3, Seite 15

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aus den profillinien (z. B. profillinien.str) zugehörige Profillinie extrahieren (File

tools/Classify strings by text) und Anfang und Ende in Editor kopieren

während des Extrahierens im vorherigen Schritt Schnittrichtung raussuchen

2D Transformation: File tools/Transformations/2D transformation of string file

Werte aus Editor kopieren und einfügen

Mit einem Knick würde dies wie folgt funktionieren:

Shape-files in Surpac importieren (.str-file)

Point math: z=y und y =x

zugehörige Profillinie (profillinien.str) extrahieren (File tools/Classify strings by

text) und Anfang und Ende in Editor kopieren

Schnittrichtung raussuchen

Segment-Länge auf der Profillinie bis Knickpunkt ermitteln (Inquire/Segment

length) und Koordinaten in Editor kopieren

Gesamtlänge der Profillinie ermitteln

Länge bis Knickpunkt durch Gesamtlänge dividieren (=a)

minimale und maximale Länge des digitalisierten Profils abfragen und in Editor

kopieren und Gesamtlänge berechnen

Länge im digitalisierten Profil bis Knickpunkt ermitteln = a*Gesamtlänge des Pro-

fils und in Editor kopieren

.str-

Knickpunktlänge und x: von Knickpunktlänge bis Endlänge): Zwei str.-Dateien

für beide Teile des Profils extra: 2D Transformation (File tools/Transformations/2D

transformation of string file) --> Werte aus Editor kopieren und einfügen

Mittels GOCAD ist es möglich, die Linien von einem gescannten Tiefenprofil direkt 3D zu

digitalisieren.




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Anlage 3, Seite 16

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4 Vorbereiten der tiefen Bohrungen für die 3D-Modellierung

Abhängig von der Art der Modellierung (Basis Tiefenprofile oder Isolinien) werden für jede

Schichtgrenze bzw. jeden Horizont die X,Y,Z-Koordinaten dieser Schicht/dieses Horizontes

pro Bohrung benötigt.

Die Berechnung dieses 3D-Punktes ist auf Grundlage der Teufe (SVZ) und der Abschnitte

der BA-Kurve (Azimut und Neigung) von Bohransatzpunkt bis zu dieser Teufe mittels Trian-

gulation möglich.

5 Modellierung von Flächen der Horizonte

5.1 Modellierung auf der Basis der Horizontlinien der Tiefenprofile

5.1.1 Vorbemerkung

In ausgewählten Teilbereichen Brandenburgs wurde probehalber die Modellierung von

Flächen durchgeführt. Hierfür wurde Surpac eingesetzt. Wenn keine Überfaltungen auftreten,

kann jedoch auch jedes Werkzeug eingesetzt werden, das 2,5D arbeitet, wie z. B. die 3D-

Analyst- oder die Surfes-Analyst-Extension von ArcGIS oder Surfer.

Nachfolgend ist beschrieben, welche Interpolationsverfahren mit welchen Ergebnissen

getestet wurden.

5.1.2 Inverse Distanzen – Search type Octant – Rasterweite 200 m

Dieses Verfahren wurde letztlich bevorzugt.

Für rasterbasierte Verfahren wurde eine Rasterweite von 200 m gewählt.

Das Verfahren in Surpac ist zweistufig:

Erzeugen weiterer Punkte durch Interpolation (IDW) in einem Raster

Triangulation




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Anlage 3, Seite 17

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Abbildung 4 Screenshot der verwendeten Profillinien und des 200 m -Rasters




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Abbildung 5 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten und

200 m -Rasterweite

Vorteile:

„Geklumpte“ Verteilung der Punkte (entlang der Profillinien) wird bei der Interpolation

gut berücksichtigt (siehe Nachteil Kapitel 5.1.3).

Gleichmäßige Punktverteilung für alle Horizonte an denselben Stellen (Punkte liegen

übereinander).

Probleme, die aus Höhendifferenzen an den Kreuzungsstellen zweier Profile entste-

hen, werden umgangen.

Nachteile:

Nicht punkttreu, d. h., die digitalisierten Höhen der Profillinien sind im Höhenmodell

nicht genau ablesbar.

Keine Kanten (wie bei mit kleinerem Rasterabstand, siehe Kapitel 5.1.8).




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In ungünstigen Konstellationen gibt es an den Grenzlinien der Oktanten unplausible

Höhen, wie in der Abbildung 6 dargestellt. Insgesamt pausen sich die

Oktantengrenzen durch.

Abbildung 6 Screenshot des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten

Fläche mit Buckel entlang der NW-SO verlaufenden Linien

Punkte: für die Interpolation genutzte Punkte

Linien: Oktanten




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5.1.3 Inverse Distanzen – Search type Ellipse/Kreis - Rasterweite 200m

Abbildung 7 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Ellipse/Kreis

Vorteile:


übereinander).



Nachteile:

„Geklumpte“ Verteilung der Punkte (entlang der Profillinien) führt bei der Interpolation

dazu, dass nur in der Mitte zwischen zwei Profillinien ein starkes Gefälle besteht und

das Gefälle sonst sehr flach ist (S-Effekt). Dies ist in der Abbildung 8 deutlich zu er-

kennen.




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Abbildung 8 Screenshot der verwendeten Profillinien und der Neigung bei IDW mit Suchtyp

Ellipse/Kreis




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5.1.4 Kriging

Abbildung 9 Screenshot des Ergebnisses des Krigings

Die Vorteile sind die gleichen wie bei den inversen Distanzen jedoch macht Kriging im

vorliegenden Fall wenig Sinn, da es schon bei geringen Abständen zu sehr großen Unähn-

lichkeiten führt. Es kann somit kein gutes Variogramm erstellt werden. Vor allem beim Schnitt

zweier Profile treten große Ungenauigkeiten und somit Unähnlichkeiten auf kleinem Raum

auf. Das Verfahren ist zu dem deutlich aufwendiger als IDW.




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Abbildung 10 Variogramm des Kriging-Verfahrens




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5.1.5 Einfache Triangulation

Abbildung 11 Screenshot des Ergebnisses der einfachen Triangulation

Vorteile:

Punkttreu

Es ist das schnellste der angewandten Verfahren

Nachteile:

Spitze Dreiecke bei nahe gelegenen Punkten. Da bei der Digitalisierung der dicht

beieinander liegenden Punkte geringe Ungenauigkeiten auftreten (0,5 mm entspricht

einer Höhendifferenz von 12,5 m) gibt es entlang der Profillinien geringe Neigungsdif-

ferenzen, was am „Flattern“ der langen schmalen Dreiecke zu erkennen ist. Wird die-

ses Verfahren letztlich angewandt, so sollte beim Digitalisieren der Punktabstand auf

relativ geraden Linienstücken deutlich vergrößert werden.

Ungleichmäßige Punktverteilung und die Stützpunkte befinden sich in den unter-

schiedlichen Horizonten an verschiedenen Stellen.




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Sehr steile Dreiecke in den Kreuzungen zweier Profile

Profillinien stellen immer Hoch- oder Tiefpunke (relative Maxima/Minima) dar und das

Bild erscheint sehr ungeglättet.

5.1.6 einfacher Triangulation über Rasterung

Abbildung 12 Screenshot des Ergebnisses der einfachen Triangulation über Rasterung

Vorteile:




übereinander).






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Nachteile:



5.1.7 Polynom

Abbildung 13 Screenshot des Ergebnisses des Polynom-Verfahrens

Dieses Verfahren ist offenbar für die Interpolation geologischer Horizonte nicht geeignet.




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5.1.8 Inverse Distanzen – Search type Octant - Rasterweiten 20 m und 100 m


20 m

Vergleich vor allem mit dem gleichen Verfahren und einer Rasterweite von 200 m (siehe

Kapitel 5.1.2).

Vorteile:




übereinander).



Feinere Auflösung

Nachteile:




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Kanten, welche in dem Suchradius begründet liegen: Bei einem Punkt liegt ein Profil

noch im Suchradius, beim nächsten schon nicht mehr.

Größere Datenmenge, Erzeugung benötigt mehr Zeit


100 m

Es sind weniger verfahrensgeschuldete Kanten als bei einer Rasterweite von 20 m, aber

diese Kanten sind noch erkennbar.

5.1.9 Inverse Distanzen - Search type Octant - Rasterweite 200 m - Stützpunkte

einbezogen




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Abbildung 16 Screenshot des Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit Suchtyp Oktanten,

unter Einbeziehung der Stützpunkte




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Abbildung 17 Screenshot einer Ansicht der Ergebnisses des Verfahrens der IDW mit

Suchtyp Oktanten, unter Einbeziehung der Stützpunkte, von unten

Vorteile:



Punkttreue

Nachteile:

Die Stützstellen einiger Profillinien erscheinen als „Eiszapfen“ oder Pyramiden nach

oben oder unten. Dies betrifft die Profillinien, auf denen in einem größeren Abstand

digitalisiert wurde. Die Ursache ist, dass bei der IDW die Gewichte der Stützstellen

auf der gleichen Profillinie auf Grund der Menge der einbezogenen Punkte anderer

benachbarter Profillinien zu gering sind. Der Effekt kann verhindert werden, wenn der

Punktabstand für alle Profile annähernd gleich gewählt wird.




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Ungleichmäßige Punktverteilung und die Stützpunkte befinden sich in den unter-

schiedlichen Horizonten an verschiedenen Stellen.

Sehr steile Dreiecke in den Kreuzungen zweier Profile.

5.1.10 Schlussfolgerung

Die Horizontlinien sollten mit einem annähernd einheitlichen Punktabstand von 250 m digita-

lisiert werden.

Bei den Inversen Distanzen sollte die Option Octanten verwendet werden.

Mit der Einbeziehung der Verbreitungslinien (Ausbisslinien) des jeweiligen Horizontes wird

die Horizontfläche nach der Modellierung „abgeschnitten“.

5.2 Modellierung auf der Basis der Horizontlinien der Tiefenlinien

Das im Kapitel 5.1 beschriebene Vorgehen ist analog für die Modellierung der Horizontflä-

chen, der Ausbisslinien und Einbeziehung der Störungen anwendbar.

Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Ausgangsdaten für die Interpolation der

Horizontfläche nicht die Horizontlinien aus den Tiefenprofilen sind, sondern die Isolinien aus

den Tiefenlinienkarten.

Für die Berechnung der Ausbisslinien und Störungen stehen somit auch keine Punkte aus

den Tiefenprofilen zur Verfügung.

5.3 Sichern eines Mindestabstandes von Horizontflächen

Horizontflächen dürfen sich nicht überschneiden. D. h. ein Horizont liegt, sofern er überhaupt

vorhanden ist, immer über oder immer unter einem anderen Horizont.

Mittels Spatial Analyst (ArcGIS) können die Bereiche ermittelt werden, in denen der Abstand

zwischen zwei GRIDS zu klein, 0 bzw. negativ (Mindestabstand) wird. Für diese Bereiche

werden die Werte in einem oder beiden GRIDS so angepasst, dass der Mindestabstand

gewahrt wird.

Oder es wird entscheiden, dass einer der beiden Horizonte in diesem Gebiet nicht verbreitet

ist. In diesem Fall erhält das GRID für die Gitter, für die ein negativer Abstand errechnet wird,

den Wert NODATA.

Auch mittels GOCAD oder Surpac kann der Mindestabstand (hier 50 m mittels Surpac)

zwischen 2 DTMs erzeugt werden:




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differenz.dtm = oben.dtm-unten.dtm (Surfaces/Advanced options/Math between sur-faces)

Point math mit differenz.str : constraint: z < 50 z =50 (Edit/Point/Math) (unter glei-chem Namen abspeichern)

unten_mind50m_unter_oben.dtm = oben.dtm-differenz.dtm (Surfaces/Advanced op-tions/Math between surfaces)

Hier wurde die untere Fläche in Teilen nach unten verschoben. Alternativ kann auch die

obere Fläche in Teilen weiter nach oben verschoben werden.

Abbildung 18: Sich überschneidende Flächen: braun: oben.dtm, blau: unten.dtm




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Abbildung 19: Mindestabstand zwischen zwei Flächen hergestellt: braun: oben.dtm, blau:

unten.dtm, grün: unten_mind50m_unter_oben.dtm

5.4 Ausbisslinien modellieren und einbeziehen

Um später das Modell der Horizontfläche mit den Verbreitungsgebieten clippen zu können,

müssen diese vorhanden sein. Damit Punkte, die ggf. exakt auf der Verbreitungsgrenze

liegen, nicht verloren gehen, wird die Verbreitungsfläche für die Modellierung um einen

geringen Wert erweitert. Die Ausbisslinie soll zur erweiterten Verbreitungsgrenze gehören.

Linien, an der der Horizont auskeilt werden digital bereitgestellt. Die Höhe dieser Linie wird

durch den darüber- bzw. darunterliegenden Horizont bestimmt, an dem der zu modellierende

Horizont auskeilt. Dieser andere Horizont muss also vorher modelliert worden sein. Höhen-

punkte jenseits dieser Ausbissfläche sollten gelöscht werden, damit diese die Interpolation

nicht beeinflussen.

Surpac-konkret kann dies wie folgt aussehen:

Ausstrichlinie erstellen a2_ausstrich.str

Verbreitungsgebiet erstellen a2_verbreitung.str

Verbreitungsgebiet_extended erstellen falls Punkte direkt auf der Grenze liegen a2_verbreitung_extended.str

a2_ausstrich.str über DTM „drapen“, an dem der Horizont ausstreicht (a1) mit Interpolation neuer Punkte a2_ausstricha.str (Punkte ausserhalb der Verbreitung löschen) (Problem: in einem Bereich wurden keine neuen Punkte interpoliert; im Bild unten ganz rechts zu erkennen)

Punkte aus Schnitten (a2.str) und a2_ausstricha.str zusammenfügen a2+ausstricha.str

Inverse Distanzen Interpolation a2+ausstricha_idw.dtm




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a2+ausstricha_idw.dtm clippen mit a2_verbreitung_extended.str und anschließend a2_ausstricha.str dazufügen, DTM erstellen, DTM mit a2_verbreitung.str clippen a2+ausstricha_idw+ausstrich.dtm

Abbildung 20: Ergebnis der Modellierung mit Ausbisslinie




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Abbildung 21: Ergebnis der Modellierung ohne Ausbisslinie

Es wurde lediglich an der Verbreitungsgrenze geclippt. Die Mächtigkeit der Kante beträgt

in diesem Beispiel 15 bis 80 m.

5.5 Störungen in die Horizontflächen integrieren.

Punkte mit Höhenwerten links und rechts der Störung erstellen und Flächen erstellen für eine

Ebene (als Beispiel eine nicht verzweigte Störung auf einer Länge von 10 km - K2):

Vorarbeit mittels ArcMap:

Shape-files erstellen (Linien, Punkte_West mit Attribut z, Punkte_Ost mit Attribut z,

(falls Höhenwerte mit SURPAC ermittelt werden: DTM_Stützpunkte_West,

DTM_Stützpunkte_Ost) und zwei Linien digitalisieren

Linien, die nicht entlang von Störungskörpern verlaufen, parallel kopieren im Abstand

von 5 m (Copy Parallel).




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Abbildung 22: Digitalisierte sowie parallel kopierte Störungslinien

gelb: digitalisierte und im Norden um 5 m versetzte Linien

Linien zu Punkten umwandeln (Target: Punktlayer, Linie selektieren Divide) alle 250 m ein Punkt




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Abbildung 23: Punkte entlang der Störungslinie-West im Abstand von 250 m

Für kurze Störungsabschnitte:

Höhen in ArcGIS manuell zuweisen (für kurze Störungsabschnitte schneller)

oder

Für längere Störungsabschnitte

DTM_Stützpunkte_West und _Ost erstellen entlang der Störungslinien, wo Höhenisolinien auftreffen oder Hoch- bzw. Tiefpunkte liegen




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Abbildung 24: DTM-Stützpunkte Ost mit Höhen

Stützpunkte in Surpac einladen (shp.str)point math: z =d3; Road erstellen Flächen erstellen Punkte auf diese Flächen drapieren (getrennt für beide Sei-ten der Störung) (12 min für beide Seiten)




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Abbildung 25: In Surpac importierte Störungslinie und DTM

schwarz: Punkte der Fläche mit Höhen

blau: auf die Fläche drapierte Punkte mit Höhen

In Surpac geschlossene Linien entlang der Störung erzeugen störungsli-nie_west.str und störungslinie_ost.str




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Abbildung 26: Störungslinien störungslinie_ost.str und störungslinie_west.str

extrahieren von Punkten des Horizontes aus dem .str-file mit allen Horizontgren-zen.

Störungslinien und Profilpunkte zu einem .str zusammenfassen stützpunk-te_gesamt.str.




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Abbildung 27: Vereinigung mit Horizontlinien aus Profil

blau: Punkte entlang der Störung

schwarz: Punkte des Horizontes aus den Profilschnitten

GRID interpolieren ausgehend von stützpunkte_gesamt.str (IDW, Searchtype: Octant, Maximum numbers: 8) grid.str

Roads erstellen nach außen entlang der geschlossenen Störungslinien mit Ab-stand = 300 m (Abstand zwischen Punkten entlang der Störung 250m + Sicher-heit 50m in Außenkurven) und zu einem .str zusammenfassen

Punkte von grid.str die innerhalb dieser roads liegen löschen (Apply boundary string) (bei Punkten die näher an der Störungslinie liegen, kann es passieren, dass bei der IDW-Interpolation mit Suchtyp Oktant in einigen Oktanten die nahs-ten Punkte bereits zu Störungslinie auf der anderen Seite gehören; der Winkel zwischen Punkt1 an Störungslinie – Gridpunkt – Punkt2 an Störungslinien darf nicht größer als 45° (360°/8) sein ) grid_clip.str




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Abbildung 28: Gridpunkte und Roads, innerhalb dieser die Gridpunkte gelöscht wur-

den

grid_clip.str (string:1), störungslinie_west.str (string:2) und störungslinie_ost.str (string:2) zusammenfügen und Fläche erstellen.

Anmerkung:

Das Löschen der Punkte zwischen den beiden Störungslinien ist ebenfalls sinnvoll. In

diesem Fall entstehen die Dreiecke der Triangulation zwischen den Linien.




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Abbildung 29: Erzeugte Oberfläche des Horizontes K2

2fach überhöht, blaue Linien: störungslinie_west.str und störungsli-

nie_ost.str

5.6 Zusammenführen von Flächen

Für die Modellierung benachbarter Flächen sollte beachtet werden, dass:

möglichst vorhandenes GRID weitergeführt wird (gleicher Ursprung, gleiche Gitter-weite)

Bei der Interpolation von Höhen auch die Stützpunkte aus den Nachbargebieten ge-nutzt werden, damit der Anschluss glatt verläuft.




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Anlage 3, Seite 44

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Abbildung 30: Modelliertes Gebiet und Darstellung des GRIDs der Nachbarfläche

Stützpunkte aus Profilen (grün) und entlang der Störung (blau),

GRID (schwarz) im benachbarten Gebiet.




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Abbildung 31: GRID und Punkte für die Modellierung der neuen Fläche

schwarz: GRID-Punkte,

blau: Punkte der Störungslinien,

grün: Punkte vom Rand des Nachbar-GRIDS




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Abbildung 32: Fläche des neu modellierten Gebietes

Um die DTM zusammenzuführen, werden beide DTM in einem gemeinsamen DTM gespei-chert und die Triangulation vereinheitlicht. Anschließend ist das neue DTM zu validieren.




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Anlage 3, Seite 47

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Abbildung 33: Vereinigte Flächen

Blaue Linie: Grenze der ehemaligen Teilflächen

6 Modellierung von Störungen und Salzstöcken

In diesem Kapitel wird der Begriff Störungen für alle 3D-Körper verwendet, die nicht die

stratigraphische Schichtenabfolge, basierend auf den 3D-Flächen modelliert in Kapitel 5,

abbilden, also auch z. B. für Salzstöcke.

Störungen können sehr weitläufige und kompliziert im Raum liegende Gebilde sein.

Die Modellierung der Störungen sollte regional in der gleichen Gliederung durchgeführt

werden, wie die Modellierung der Körper der Horizonte/Schichten oder in einer Untergliede-

rung.

Die Störungen werden prinzipiell als Körper modelliert, nicht als Flächen im Raum.




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Voraussetzung zum Modellieren einer Störung sind die folgenden Daten:

pro Horizont digitalisierte Grenzen der Störung (bei linienhaft kartierten Störungen

wird die Linie mit einem geringen Abstand von 5 m gedoppelt) aus den Horizontkar-

ten

als Linien digitalisierte Störungen der Tiefenprofile

6.1 Modellierung der Störungsflächen aus den Tiefenprofilen

Nachfolgend wird ein Verfahren aufgezeigt, Störungsflächen zu modellieren.

Dieses Kapitel dient der Vollständigkeit, kommt jedoch nicht zum Einsatz.

Über Störungen mit sehr kleinen Höhenunterschieden, die nicht in den Horizontkarten

eingezeichnet sind, sollte hinweggesehen werden. Es ist aus den Tiefenprofilen nicht zu

erkennen wie die Störung verläuft, wenn nur Punktinformationen aus einem Profil vorliegen.

Ausgangspunkt:

Die digitalisierten Profile wurden in 3D-Punkte umgewandelt. Aus diesen Daten wurden die

3D-Punkte entlang einer Störung extrahiert.

Vorgehen:

Für die aus den Tiefenprofilen digitalisierten 3D-Linien der Störungen werden senkrecht zu

den Störungslinien aus den Horizontkarten neue 3D-Linien konstruiert.

Mit der Hilfe der originalen und der senkrecht zum Störungsverlauf konstruierten Linien wird

mittels Triangulation die Störungsfläche konstruiert.

Surpac-konkrete bedeutet dies:

Verlauf der Störungen in den Profilschnitten projizieren auf Linien senkrecht zu Störungslinien

Horizontale Störungslinien aller Horizonte laden

In etwa senkrecht zu den Störungslinien Linien konstruieren. Ansatzpunkte sind dabei je-weils einmal der oberste Punkt und der unterste Punkt von jedem Profilschnitt.

Horizontalen Winkel zwischen Profillinie und Linie senkrecht zur Störungslinien bestimmen

und in von DDD.MMSS in Dezimalgrad umrechnen (= DDD + MM/60 + SS/3600) =

Horizontale Länge des Profilschnittes messen = Lalt

Lneu berechnen: Lneu = cos( )*Lalt

Endpunkt auf senkrechter Linie erzeugen (Create/Points/Along vector Länge = Lneu

Koordinaten der alten und neuen Punkte abfragen und in Editor kopieren

Einzelne .str-files für jeden Verlauf einer Störung in den Profilschnitten erzeugen

Neue Linie erstellen durch Transformation (File tools/Transformations/2D transformation of string file) Alte Punkte: Verlauf der Störungen in den Profilschnitten Neue Punkte: Punkte auf der senkrechten Linie (aus Editor kopieren und einfügen)

Schneller ist die folgende Variante:




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Anlage 3, Seite 49

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Horizontale Störungslinien aller Horizonte laden

In etwa senkrecht zu den Störungslinien Linien konstruieren. Ansatzpunkte sind dabei je-weils einmal der oberste Punkt und der unterste Punkt von jedem Profilschnitt.

Horizontalen Winkel zwischen Profillinie und Linie senkrecht zur Störungslinien bestimmen

und in von DDD.MMSS in Dezimalgrad umrechnen (= DDD + MM/60 + SS/3600) =

cos( ) berechnen

Edit/Copy segment constrained by/Transformation --> alte Punkte wählen; neue Positionen

ungefähr wählen; scale = cos( ); rotation = ; shift = 0;

Zusatzschnitte

Edit/Copy segment constrained by/Transformation --> alte Punkte wählen; neue Anfangs-position wählen, Endposition bestimmt nur die Richtung ; scale = 1

Zusätzliche Linien mit Störungsverlauf senkrecht zu Störungslinien dürfen andere Profile nicht

schneiden (wie z.B. hauptstörung_senkrechteprofile_2.dtm).

Abbildung 34: Punkte einer Störung aus 5 Profilschnitten

links: Draufsicht;

rechts: perspektivische Sicht




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Abbildung 35: Linien des Störungsverlaufes und senkrecht konstruierte Störungsli-

nien

schwarz: Punkte der Störung aus den Profilschnitten;

türkis: horizontale Störungslinien aus Tiefenlinienkarten aller Horizon-

te;

blau: Linien senkrecht zu Störungslinien




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Abbildung 36: Störungsfläche und deren Stützpunkte,

links: Draufsicht,

rechts: perspektivische Sicht

Weitere Herausforderungen sind die folgenden Fälle:

Verbreitungsgebiete von Einzelkörpern links und rechts der Störung sowie am Ende

der Störung,

sogenannte Störungsmosaike (Störungen werden begrenzt durch andere Störungen)

6.2 Störungskörper erstellen mit Daten einer Störung in 2 Ebenen

Störungskörper dienen letztlich dazu, die Horizontflächen zu verschneiden (keine Fläche wo

eine Störungszone oder ein Salzstock ist) und mit den Körpern der Schichten verschnitten zu

werden. Sie gehören in ein lückenloses 3D-Modell der Geologie.

Voraussetzung:

Es müssen die Linien der Störungen digitalisiert auf der Basis der Horizontkarten 3D-




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georeferenziert bereitstehen (beschrieben ist dies im Kapitel 5.5).

Das Vorgehen ist wie folgt:

Geschlossene Linien entlang der Störungen in einem Layer zusammenführen.

Abbildung 37: Störungslinien der Horizonte K2 und S1

Falls Störung an einer Kante (Stirnseite wie z. B. Modellierungsgebietsgrenze, Ende der Störung) aufhören soll, müssen auf diesen Linien auch Höhen-Punkte erzeugt werden und außerhalb liegende Punkte entfernt werden.




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Anlage 3, Seite 53

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Abbildung 38: Draufsicht auf die Konstruktionslinien einer Störung

grün: Kante bis zu der die Störung verlaufen soll, blau: Punkte entlang

der Störung (Horizont: K2), schwarz: Punkte entlang der Störung (Ho-

rizont: S1)

Zugehörige Segmente (Linien) miteinander triangulieren (Außenränder, Unterseite, Oberseite).




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Abbildung 39: Triangulation von Außenrändern, Oberkante und Unterkante

Stirnseiten manuell triangulieren.




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Abbildung 40: Triangulation einer Stirnseite

Abschluss: Höhenmodell speichern und validieren. Anmerkung:

Bei ungünstiger Lage der Linien der Störungen in beiden Horizonten kann es zur Über-schneidung der Seitenflächen der Störung kommen. In diesem Fall müssen die beiden Linien eines Horizontes einen größeren Abstand erhal-ten oder es ist eine Stützlinie zwischen den Horizonten einzufügen, die die Dreiecke un-terbricht und einen zusätzlichen Knick in die Seitenfläche bringt.




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Abbildung 41: Sich überschneidende Seiten einer Störung

türkis umrandet: sich schneidende Dreiecke




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Anlage 3, Seite 57

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Abbildung 42: Körper der fertigen, validierten Störung

Anmerkungen:

Für die Körpermodellierung oberhalb der obersten Störungslinien und unterhalb der unters-

ten eine oder zwei Störungslinien manuell setzen (Stützlinien), damit die Störung sinnvoll

endet oder auskeilt. Besonders wichtig ist dies bei Störungen, die nur in einem Horizont

kartiert sind.

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Mögliches Vorgehen und Algorithmen beim Scannen ... · Landesamt für Bergbau, Geologie und...

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