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Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg Beak Consultants GmbH
Anlage 20100078 Mögliches Vorgehen und Algortithmen
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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
Abbildung 15 Screenshot des Ergebnisses des IDW-Verfahrens mit einer Rasterweite von
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
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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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:
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:
„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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Nicht punkttreu, d. h., die digitalisierten Höhen der Profillinien sind im Höhenmodell
nicht genau ablesbar.
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:
„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.
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Nachteile:
Nicht punkttreu, d. h., die digitalisierten Höhen der Profillinien sind im Höhenmodell
nicht genau ablesbar.
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
Abbildung 14 Screenshot des Ergebnisses des IDW-Verfahrens mit einer Rasterweite von
20 m
Vergleich vor allem mit dem gleichen Verfahren und einer Rasterweite von 200 m (siehe
Kapitel 5.1.2).
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.
Feinere Auflösung
Nachteile:
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Nicht punkttreu, d. h., die digitalisierten Höhen der Profillinien sind im Höhenmodell
nicht genau ablesbar.
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
Abbildung 15 Screenshot des Ergebnisses des IDW-Verfahrens mit einer Rasterweite von
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:
„Geklumpte“ Verteilung der Punkte (entlang der Profillinien) wird bei der Interpolation
gut berücksichtigt (siehe Nachteil Kapitel 5.1.3).
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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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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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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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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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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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.