3D geologické modely

Česká geologická služba se v rámci svých výzkumných aktivit i v rámci řešení zakázek zabývá tvorbou 3D geologických modelů a nastavením jednotného systematického přístupu k jejich ukládání, administraci a prezentaci.

Česká geologická služba, jakožto správce rozsáhlých geovědeckých datových souborů z území celé České republiky, je zapojena do řady aplikovaných výzkumných projektů zabývajících se různými způsoby využití horninového prostředí pod zemským povrchem. Aktuálně řešené otázky národního významu zahrnují vysokorychlostní železniční tunely, přehodnocení zásob nerostných surovin, posouzení potenciálu geotermální energie a v neposlední řadě i umístění hlubinného úložiště vysoce radioaktivních odpadů.

Mapová přehledka 3D modelů

Česká geologická služba vytváří modely dvou typů - strukturně geologické modely horninového podloží středního až velkého rozsahu a fotogrammetrické modely relativně menších rozměrů. Interaktivní mapa níže ukazuje, ve kterých oblastech ČR jsou nebo byly 3D modely již vytvořeny - kliknutím na příslušnou oblast se uživateli zobrazí základní údaje o modelu (metadata) a náhled modelu (či jeho části, pokud je možnost jeho veřejné prezentace nějakým způsobem omezena). Mapová přehledka je průběžně aktualizována.

Pro jednotný metadatový popis 3D geologických modelů byl definován metadatový profil 3DGM, který je plně kompatibilní s požadavky směrnice INSPIRE a s mezinárodním standardem ISO 19115.

Strukturně geologické modely

Nedostatek, heterogenita a složitost dostupných archivních a nově získávaných geologických dat často neumožňuje využít poloautomatické techniky tvorby geologických modelů; modely obvykle musí být vytvořeny ručně. 3D geologické modely (viz příklad níže) vytvořené v České geologické službě pokrývají široké spektrum měřítek a litotektonických prostředí. Svým rozsahem zahrnují rozmezí od metrů v případě kvantifikace výchozů pro modely puklinových sítí, po regionální měřítko pokrývající oblasti stovek čtverečních kilometrů až do hloubky 1,5 km. Vyobrazují strukturně složité vysoce metamorfované jednotky, které prodělaly několik fází duktilních deformací, částečné tavení a intruze magmatických těles, stejně jako relativně jednodušší pokryvné sedimentární formace. Nedílnou součástí tvorby modelů je také zhodnocení jejich důvěryhodnosti, které se používá zejména pro účely bezpečnostní analýzy.

Na základě 3D geologických modelů jsou prováděny 3D hydraulické a transportní numerické simulace pro odhad průtoku podzemní vody. Modely dále využívají projektantské společnosti v software typu CAD jako přírodní limity pro technický návrh podzemních staveb.

3D geologický model popisující litologie na jedné z potenciálních lokalit úložiště radioaktivního odpadu. Rozsah modelu je 12,3 x 8,3 x 1,5 km. Povrch zájmového granitového plutonu (v růžové barvě), je odstraněn, aby byla viditelné litologická náplň do hloubky 1,5 km. Žluté polygony vyznačují pravděpodobně nejvhodnější lokalizaci pro úložiště v cca. 500 m hloubce. Zlomové plochy nejsou zobrazeny.

Průzkum nových zdrojů energie a hledání cest pro snižování emisí skleníkových plynů do atmosféry vyžaduje nový 3D pohled na geologickou stavbu sedimentárních pánvi a jejich geotermický, surovinový i úložný potenciál. Zpracování rozsáhlých geofyzikálních a geologických datových souborů pomocí nových programů pro 3D modelování poskytuje možnost prostorového zobrazení architektury výplně sedimentárních pánví s litologickými, sekvenčně stratigrafickými detaily a zlomy. 3D modely se využívají při hodnocení geologických celků z hlediska rozsahu a kvality kolektorů, těsnících vrstev (viz obrázek níže), testování plánovaných technologických postupů a s nimi spojených ekologických rizik.

Geologický 3D model struktury LBr-1 ve vídeňské pánvi se zlomy, 4 kolektorskými a jedním těsnícím horizontem sestrojený na základě vrtných a seismických dat v prostředí Petrel. Data byla poskytnuta MND a.s. a programové vybavení Petrel bylo poskytnuto firmou Schlumberger. (Autor: J. Franců et al.)

Aktuálně je pro tvorbu strukturně-geologických modelů využíván převážně SW MOVE a pro modelování pánevních oblastí dále např. SW Petrel. Vizualizace 3D modelů je prezentována formou 3D webové scény, která je uložena v prostředí ArcGIS Online. Scénu lze prohlížet pomocí standardní prohlížečky integrované v tomto prostředí.

Fotogrammetrické modely

Vedle 3D geologického modelování, které se zabývá modelováním podpovrchového prostoru, je na ČGS samostatně rozvíjena také metodika tvorby povrchových 3D fotogrammetrických modelů. Tato činnost je úzce navázána na zařazení bezpilotních letounů do činností ČGS a s tím související nutnost data jimi pořízená zpracovat a vizualizovat. Povrchové fotogrammetrické modely mohou vznikat také na základě ručně pořízených fotografií, ať už se jedná o dokumentaci lomu nebo důlního díla.

K tvorbě fotogrammetrických modelů je využíváno SW Agisoft Metashape, který z pořízených snímků vytváří bodová mračna a trojrozměrné objekty s ortomozaikou, usazené v geografických souřadnicích. Tento software dále umožňuje pracovat také s vícepásmovými spektrálními (multispektrálními) snímky, které slouží k vědeckému průzkumu sledovaných povrchů. Pro zobrazení modelů na webu je využito vlastní řešení vyvinuté v ČGS, založené na open-sourcové javascriptové knihovně Three.js

Fotogrammetrické modely jsou využívány například při monitoringu skalního řícení u Vodní nádrže Nechranice, monitoringu a výzkumu historických dobývek na potoku Jizerka, či při rekonstrukci podzemních prostor dolů.

Formou fotogrammetrických modelů dále ČGS postupně pro vědecké i popularizační účely zveřejňuje některé z významných vzorků ze svých paleontologických a mineralogických sbírek. Zde naleznete pilotní modely zkamenělin: trilobit, amonit a ostnokožec.

Modely zobrazené na webu jsou značně datové náročné (jeden model zhruba 100-200 MB) a vyžadují dostatečný výkon grafické karty ve Vašem zařízení (měly by ale fungovat i na moderních mobilech a tabletech). Vzhledem k tomu, že jde o premiéru tohoto způsobu zobrazování 3D modelů na našem webu, uvítáme veškeré Vaše připomínky a postřehy na e-mailu webmaster@geology.cz.