明 鏡

(重慶市勘測院,重慶 400020）

三維地質(zhì)建模技術(shù)研究

明 鏡

(重慶市勘測院,重慶 400020）

為研究三維地質(zhì)建模的基本理論、發(fā)展現(xiàn)狀及未來,該文回顧了三維地質(zhì)建模產(chǎn)生的歷史背景,闡述了三維地質(zhì)建模流程,從矢(柵）屬性、空間尺度、時間維度、拓?fù)湟恢滦缘确矫鎸ζ溥M(jìn)行了分類,并探討三維地質(zhì)建模在石油、地下水模擬、數(shù)字礦山、城市地質(zhì)、巖土工程等領(lǐng)域中的應(yīng)用。在研究三維地質(zhì)建模方法和國內(nèi)外軟件的基礎(chǔ)上,分析了其難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù);對三維地質(zhì)建模進(jìn)行了綜合定義,并總結(jié)了三維地質(zhì)建模亟待突破的研究方向。

三維地質(zhì)建模;應(yīng)用領(lǐng)域;關(guān)鍵技術(shù)

在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的大型工程中,地質(zhì)信息眾多,面對大量的二維圖件資料,普通地質(zhì)工作者難以全面、準(zhǔn)確地理解整體地質(zhì)情況,難免為工程設(shè)計與施工帶來困難與失誤。而且,地質(zhì)信息和地質(zhì)現(xiàn)象本質(zhì)上是三維的,需要借助三維地質(zhì)建模和可視化,才可能更加直觀地分析并解決真實地質(zhì)問題[1-5]。

“數(shù)字地球”、“數(shù)字中國”戰(zhàn)略的實施[6-8],迫切需要能夠進(jìn)行真三維操作的 GIS和地學(xué)模擬軟件。在“數(shù)字地球”研究不斷深入以及“地球空間信息科學(xué)”蓬勃發(fā)展的背景下,三維地質(zhì)建模技術(shù)已成為地球科學(xué)與信息科學(xué)交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為 GIS在地質(zhì)研究中的一項應(yīng)用,三維地質(zhì)建模于1994年被提出[9];隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展和GIS理論研究的不斷深入,三維地質(zhì)建模的研究有了較為堅實的技術(shù)和理論基礎(chǔ)。

三維地質(zhì)建模以各種原始數(shù)據(jù)(包括鉆孔、剖面、地震數(shù)據(jù)、等深圖、地質(zhì)圖、地形圖、物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、工程勘察數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)等）為基礎(chǔ),建立能夠反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系及地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律的數(shù)字化模型。通過適當(dāng)?shù)目梢暬绞?該數(shù)字化模型能夠展現(xiàn)虛擬的真實地質(zhì)環(huán)境,更重要的是,基于模型的數(shù)值模擬和空間分析,能夠輔助用戶進(jìn)行科學(xué)決策和規(guī)避風(fēng)險。

1 三維地質(zhì)建模流程

三維地質(zhì)建模(圖1）是從現(xiàn)場的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)出發(fā),建立兩大類地質(zhì)模型。第一類是通過對原始數(shù)據(jù)的地質(zhì)解釋,得到能夠描述構(gòu)造和地層的基本特征的模型,即構(gòu)造模型(結(jié)構(gòu)模型）,在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行若干的空間分析。第二類也是利用原始數(shù)據(jù),通過各種分析預(yù)測方法,建立能夠描述各種地質(zhì)變量空間變化規(guī)律的模型,即屬性模型;在屬性模型的建立過程中,也可以利用構(gòu)造模型對其進(jìn)行地質(zhì)控制和地質(zhì)約束;以屬性模型為基礎(chǔ),也可以開展空間分析應(yīng)用。

圖1 三維地質(zhì)建模的一般過程[9]Fig.1 General flow of three-dimensionalmodeling

在三維地質(zhì)建模的完整流程(圖2）中,根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和問題描述,將原始數(shù)據(jù)抽象提取為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類:空間數(shù)據(jù)用于建立幾何模型(結(jié)構(gòu)模型）,刻畫模型的空間形態(tài),其作為一個基礎(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造框架;屬性數(shù)據(jù)用于建立預(yù)測模型(屬性模型）,反映某個地質(zhì)變量在空間內(nèi)的變化。幾何模型和預(yù)測模型需要互相配合才能更好地完成三維地質(zhì)模型的構(gòu)建:幾何模型通過自身的體元分解(離散化）,將自身細(xì)化后形成的體元作為預(yù)測模型中屬性值的空間載體,以彌補(bǔ)幾何模型不能刻畫地質(zhì)體內(nèi)部非均一性的不足;預(yù)測模型通過對已知采樣點(diǎn)的插值計算(預(yù)測）未采樣空間的屬性值,但需要幾何模型對其提供控制和約束。幾何模型和預(yù)測模型將通過多種科學(xué)可視化方式展現(xiàn)給用戶,其有助于用戶解釋和理解實際地質(zhì)問題。

2 三維地質(zhì)建模分類

按照不同的分類依據(jù),三維地質(zhì)建模分類如下: 1）根據(jù)矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的本質(zhì)區(qū)別,三維地質(zhì)建?？煞譃榻Y(jié)構(gòu)建模和屬性建模。結(jié)構(gòu)建模用于表達(dá)地層、斷層等地下地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間形態(tài)和組合關(guān)系,其結(jié)果用矢量數(shù)據(jù)存儲,等同于圖2中的幾何模型;屬性建模側(cè)重于地質(zhì)體內(nèi)部屬性非均一性的表達(dá),反映地質(zhì)體內(nèi)某一類物化屬性特征值在三維空間中的分布情況,其結(jié)果用柵格數(shù)據(jù)存儲,等同于圖2中的預(yù)測模型。結(jié)構(gòu)建模不能刻畫地質(zhì)體內(nèi)部的非均一性(屬性建?？梢裕?結(jié)構(gòu)建模和屬性建模也可稱為表面建模和內(nèi)部建模,在石油領(lǐng)域也稱作構(gòu)造建模和儲層建模。2）根據(jù)建模對象的空間尺度,三維地質(zhì)建?？煞譃闃?gòu)造區(qū)域建模、礦區(qū)建模、地質(zhì)露頭建模等宏觀建模和對巖石中的化石或礦物進(jìn)行模擬的微觀建模[11,12]。3）根據(jù)對時間維的不同處理,三維地質(zhì)建?？煞譃殪o態(tài)建模和動態(tài)建模。靜態(tài)建模中時間不變,模型只是用于刻畫對象在某一時刻的靜態(tài)特征;動態(tài)建模則用于模擬對象在一段時間內(nèi)的連續(xù)變化,如地下水流模擬、污染物擴(kuò)散模擬等。4）根據(jù)建模結(jié)果中幾何模型之間拓?fù)涫欠褚恢?三維地質(zhì)建模可分為拓?fù)洳灰恢陆：屯負(fù)湟恢陆?。幾何模型中的地質(zhì)界面用三角面網(wǎng)加以表達(dá),拓?fù)洳灰恢陆＝Y(jié)果中,面網(wǎng)之間的拓?fù)洳灰恢?建模結(jié)果僅能夠用于可視化表達(dá)地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間形態(tài)和構(gòu)造關(guān)系;拓?fù)湟恢陆＝Y(jié)果中,面網(wǎng)之間的拓?fù)湟恢?建模結(jié)果不僅用于可視化,還能整體進(jìn)行拓?fù)湟恢碌捏w元剖分并進(jìn)行有限元分析和數(shù)值模擬等應(yīng)用。5）根據(jù)建模對象的數(shù)目,三維地質(zhì)建?？煞譃閱误w建模和多體建模。單體建模只對單一的地質(zhì)體進(jìn)行模擬;多體建模需要對兩個或兩個以上的地質(zhì)體進(jìn)行模擬,并且需要保證多個地質(zhì)體之間的拓?fù)湟恢滦浴?）根據(jù)建模對象是否存在多值現(xiàn)象,三維地質(zhì)建模可分為單值建模和多值建模。在三維直角坐標(biāo)系中,如果某個對象所有三維坐標(biāo)中存在一個(X,Y）坐標(biāo)對應(yīng)多個 Z坐標(biāo),則稱其為多值,反之為單值。倒轉(zhuǎn)褶皺就是一個典型的多值現(xiàn)象。

3 三維地質(zhì)建模方法

現(xiàn)實世界對三維地質(zhì)建模方法和軟件有著強(qiáng)烈需求。然而,目前對真三維數(shù)據(jù)的獲取比較困難,三維地質(zhì)模型更多的是采用低維的數(shù)據(jù)生成[13-19],多種三維地質(zhì)建模方法相繼被提出,如:基于鉆孔的建模[14],基于三棱柱[20]、似三棱柱[21,22]或廣義三棱柱[23,24]的建模,基于平行剖面的建模[13,25],非層狀地質(zhì)體建模[26],基于曲面的建模[27,28],基于多源數(shù)據(jù)的建模[2,3],等等。其中,基于鉆孔的建模雖然可以完成對層狀地質(zhì)體的模擬,但不能解決含有斷層的地質(zhì)建模;三棱柱相關(guān)建模方法在面對稍微復(fù)雜的斷層時無能為力。非層狀地質(zhì)體建模方法雖然可以模擬具有復(fù)雜幾何形態(tài)的地質(zhì)體(如礦體）,但它只適于對單個或幾個地質(zhì)體建模,如果利用它建立大量地質(zhì)體的模型,工作量和難度將難以接受,而且難以保證各個體之間的數(shù)據(jù)一致性。曲面建模方法[27]利用貝塞爾曲面和NURBS曲面展現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造界面,基于多源數(shù)據(jù)的建模方法同樣需要整合各種數(shù)據(jù)以建立各個地質(zhì)界面,然后構(gòu)造地質(zhì)體模型;此類方法雖然能夠建立復(fù)雜地質(zhì)模型,但需要大量的用戶交互,自動化程度較低,且模型的更新難度較大?；谄叫衅拭娴慕７椒ㄊ峭ㄟ^相鄰剖面之間對應(yīng)的輪廓線連接構(gòu)網(wǎng)來模擬地質(zhì)體的形態(tài),它一般用于單體建模,在遇到較復(fù)雜的地質(zhì)情況時,剖面之間輪廓線的對應(yīng)可能會出現(xiàn)困難。因此,在進(jìn)行三維地質(zhì)建模時,必須根據(jù)具體的地質(zhì)情況選取合適的三維地質(zhì)建模方法。

4 三維地質(zhì)建模軟件

目前國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了多種結(jié)合不同專業(yè)開發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件。20世紀(jì)80年代以來,以美國、加拿大、澳大利亞、英國、法國等為代表的西方發(fā)達(dá)國家相繼推出各種三維地質(zhì)建模軟件,比較有影響的有 GOCAD、Petrel、Geomodeller3D、GSI3D、C Tech、Earthvision、Vulcan、M icromine等,這些軟件涉及地震勘探、石油開采、地下水模擬、礦體模擬、礦產(chǎn)資源評估、開采評估、設(shè)計規(guī)劃、生產(chǎn)管理等眾多專業(yè)領(lǐng)域。然而,這些商業(yè)化程度較高的軟件往往價格昂貴。國內(nèi)的三維地質(zhì)建模軟件主要有 GSIS、GeoView、GeoMo3D、理正地質(zhì) GIS、Titan T3M、VRMine、MAPGIS-TDE、3-D Grid和深探地學(xué)建模軟件等。與國外相比,國內(nèi)三維建模軟件的研發(fā)還處在探索階段,產(chǎn)品尚不成熟,并且商業(yè)化程度很低。國家自然科學(xué)基金委員會近年來加大了對地學(xué)領(lǐng)域可視化建模的研究,先后資助了“復(fù)雜地質(zhì)體的三維建模和圖形顯示研究”、“油儲地球物理理論與三維地質(zhì)圖像成圖方法”、“地學(xué)時空信息動態(tài)建模及可視化研究與應(yīng)用”等項目[29]。從近期發(fā)表的大量關(guān)于三維地質(zhì)可視化建模的論文可以看出,三維地質(zhì)建模軟件的研發(fā)已成為國內(nèi)地學(xué)領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn),促進(jìn)了國內(nèi)三維地質(zhì)建模技術(shù)及軟件的發(fā)展。

5 應(yīng)用領(lǐng)域

三維地質(zhì)建模目前廣泛地應(yīng)用于石油、地下水模擬、礦山開采、固體礦產(chǎn)資源儲量評價、城市地質(zhì)、巖土工程等領(lǐng)域。

石油領(lǐng)域是三維地質(zhì)建模應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域之一,如 GOCAD、Petrel、GeoModeler3D、Earthvision等出色建模軟件的開發(fā)。石油勘探領(lǐng)域的原始數(shù)據(jù)較為豐富,三維地質(zhì)建模有助于建立反映地下地質(zhì)構(gòu)造的模型,輔助用戶理解和認(rèn)識地質(zhì)構(gòu)造情況,分析有利于形成油氣藏的區(qū)域,從而設(shè)計進(jìn)一步的勘探施工方案和開采方案?；谳^為粗略的三維地質(zhì)模型的地震波射線追蹤,有助于用戶對人工地震震源和檢波器的布設(shè)方案進(jìn)行評價,從而輔助人工地震采集方案設(shè)計、控制施工風(fēng)險、減少采集成本。

在地下水模擬領(lǐng)域,可以運(yùn)用三維地質(zhì)建模技術(shù)研究地下水水文地質(zhì)層的結(jié)構(gòu),直觀理解地下含水層和隔水層的分布規(guī)律,查明地下水降落漏斗的空間位置,從而輔助決策地下水資源的開采。在結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行體元剖分生成的格網(wǎng),可將其導(dǎo)入Modflow等專業(yè)地下水分析軟件,進(jìn)一步研究地下水內(nèi)部物理、化學(xué)屬性,查明地下水水質(zhì)的時空分布、地下水流場的運(yùn)動變化規(guī)律、地下水污染物的擴(kuò)散運(yùn)移規(guī)律。

三維地質(zhì)建模可以很好地為固體礦產(chǎn)資源儲量評價服務(wù)。根據(jù)礦產(chǎn)勘查資料中所圈定的礦體輪廓線,可以利用輪廓線構(gòu)面方法和礦體外推尖滅規(guī)則建立各個礦體的三維結(jié)構(gòu)模型,幫助用戶理解礦區(qū)的礦體分布規(guī)律。同時,數(shù)字化的礦體模型還可以輔助用戶進(jìn)行資源量類別劃分、礦體體積自動計算,從而提高固體礦產(chǎn)資源儲量評價的質(zhì)量和效率。在固體礦產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)評價中,可根據(jù)變化的市場價格動態(tài)圈定新的礦體輪廓線、動態(tài)建立礦體模型,提交更新的儲量評價報告。

在礦山開采領(lǐng)域,三維地質(zhì)建?？蛇M(jìn)行開采輔助設(shè)計。根據(jù)三維虛擬環(huán)境中礦體、圍巖、地質(zhì)斷層、地下水分布等信息,用戶可以更直觀方便地進(jìn)行開采巷道、通風(fēng)井、勘查鉆孔布設(shè)等工程的設(shè)計,從而給出合理的開采方案,提高實際生產(chǎn)效率。

城市地質(zhì)研究中,三維地質(zhì)建模可以輔助研究城市地下地層展布和斷裂構(gòu)造的分布規(guī)律。結(jié)合三維模型,可以輔助城市建設(shè)規(guī)劃,在研究地下水資源情況、潛在地質(zhì)災(zāi)害危險的前提下,合理開發(fā)利用城市地下空間、開采地下水資源、規(guī)避不利地質(zhì)條件,科學(xué)布置城市功能區(qū)劃。

巖土工程也是三維地質(zhì)建模的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。在城市巖土工程勘察、設(shè)計、施工的全過程中,三維地質(zhì)模型可以直觀地將地質(zhì)體及其構(gòu)造形態(tài)展現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計師和巖土工程師面前,方便工程設(shè)計人員和施工人員間的思想交流,使其能夠準(zhǔn)確地分析實際地質(zhì)問題、開展工程設(shè)計與施工,減少工程風(fēng)險。因此,三維地質(zhì)建模也越來越受到城市管理、規(guī)劃、建設(shè)部門和工程施工單位的重視。

6 關(guān)鍵技術(shù)及研究方向

三維地質(zhì)建模面臨諸多困難[8,30,31],這主要是由原始地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取的艱難性、地下地質(zhì)體及其空間關(guān)系的極端復(fù)雜性以及地質(zhì)體屬性的未知性與不確定性共同決定的。三維地質(zhì)建模是一個復(fù)雜的過程,融合了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算幾何、圖形學(xué)、科學(xué)可視化、數(shù)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、地層學(xué)、礦床學(xué)、地理學(xué)等多學(xué)科多種技術(shù)手段。若進(jìn)一步提高三維地質(zhì)建模技術(shù)的總體水平,則必須在關(guān)鍵技術(shù)上有所突破和創(chuàng)新,這些關(guān)鍵技術(shù)也是三維地質(zhì)建模研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)研究方向。

(1）三維地下空間數(shù)據(jù)獲取與轉(zhuǎn)化。目前的三維空間數(shù)據(jù)獲取多是利用遙感技術(shù)、攝影測量、激光掃描等對地形、地表建筑物、單個物體等的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[32-34],而直接獲取三維地下空間數(shù)據(jù)的技術(shù)十分欠缺。除了可以利用鉆孔對地下數(shù)據(jù)進(jìn)行直接獲取之外,三維地下空間數(shù)據(jù)一般是通過三維地震、地質(zhì)CT、地球物理等技術(shù)進(jìn)行間接獲取,這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解譯和轉(zhuǎn)化,才能夠成為三維地質(zhì)建?？梢灾苯邮褂玫膸缀螖?shù)據(jù)。因此,三維地下空間數(shù)據(jù)的獲取與轉(zhuǎn)化是三維地質(zhì)建模中的關(guān)鍵技術(shù),直接決定了三維地質(zhì)建模能否順利進(jìn)行。

(2）空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)。三維空間數(shù)據(jù)需要利用空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。由于傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)管理方式存在著安全性和共享性差、并發(fā)訪問異常、數(shù)據(jù)冗余等缺陷,用戶在使用過程中常常碰到無法備份恢復(fù)數(shù)據(jù)、各客戶端文件信息不一致等問題[35];另外,文件系統(tǒng)無法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)查詢,對空間數(shù)據(jù)管理效率低下。如何建立合適和高效的空間數(shù)據(jù)庫、對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、建立空間索引、執(zhí)行空間查詢,是空間數(shù)據(jù)庫亟待解決的關(guān)鍵技術(shù),對于空間數(shù)據(jù)的管理和訪問效率極為重要。

(3）地質(zhì)界面空間插值技術(shù)。三維地質(zhì)界面的構(gòu)建是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)。由于經(jīng)濟(jì)因素的限制,用于構(gòu)建一個地質(zhì)界面的原始采樣點(diǎn)很可能比較稀疏,僅僅利用這些點(diǎn)建立的地質(zhì)界面會比較粗糙。為了增加地質(zhì)界面的真實感,提高地質(zhì)界面的可視化效果,需要利用更密的數(shù)據(jù)點(diǎn)對地質(zhì)界面加以描述,這些加密點(diǎn)的坐標(biāo)需要利用空間插值技術(shù)加以確定。地質(zhì)界面空間插值方法主要有距離反比[36]、自然領(lǐng)域[37]、克里格[38]和離散光滑插值[39]等。

(4）三角網(wǎng)編輯操作。三維地質(zhì)建模中,地質(zhì)界面一般以不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN）表達(dá),在計算機(jī)上對地質(zhì)界面的編輯操作都是轉(zhuǎn)化為對三角網(wǎng)的操作。為了提供對三維地質(zhì)建模的支持,需要實現(xiàn)對三角網(wǎng)的一系列編輯操作,如:添加(刪除、移動）三角形點(diǎn)、刪除(添加）三角形、打碎三角形、瓦解三角形、切換對角三角形、局部改變?nèi)蔷W(wǎng)構(gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)等,而這些功能的實現(xiàn)又是以三角網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。如果能夠建立關(guān)于三角網(wǎng)表達(dá)和三角網(wǎng)基本操作的基礎(chǔ)類庫,必將極大地提高三維地質(zhì)建模系統(tǒng)的開發(fā)效率。

(5）曲面求交。地質(zhì)體中存在各種層面,當(dāng)出現(xiàn)地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時,就會遇到曲面求交的問題。地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面,通過數(shù)學(xué)方法擬合出的巖層面或地下水位面不應(yīng)超出地表曲面,即超出部分不應(yīng)顯示;同樣,當(dāng)顯示多層地層時,下面的巖層應(yīng)以其上一巖層為邊界。因此,為了進(jìn)行三維地質(zhì)建模,必須要解決地層面與地表、斷層面和其他地層面的求交問題[40]。

(6）特殊地質(zhì)現(xiàn)象建模。對于侵入體、分支斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺等特殊地質(zhì)現(xiàn)象的建模,是三維地質(zhì)建模中的關(guān)鍵技術(shù)。侵入體的形態(tài)極不規(guī)則,利用常規(guī)的建模方法很難建立逼真的侵入體模型。斷層的出現(xiàn)使得地層發(fā)生錯動而出現(xiàn)不連續(xù);同時,斷層作為一種天然的邊界,限制了地層面的展布,大大地增加了建模的難度。對于分支斷層,還需要進(jìn)一步考慮斷層之間的交切關(guān)系,其建模更具挑戰(zhàn)性。倒轉(zhuǎn)褶皺導(dǎo)致褶皺面出現(xiàn)多值現(xiàn)象,無法利用常規(guī)的曲面建模方法來構(gòu)建其形態(tài)。因此,三維地質(zhì)建模必須攻克對于這些特殊地質(zhì)現(xiàn)象的建模,才能走向成熟。

(7）多源數(shù)據(jù)的利用?，F(xiàn)有的三維地質(zhì)建模的原始數(shù)據(jù)大多是鉆孔和剖面數(shù)據(jù),在實際工程設(shè)計和施工中,還可能得到地質(zhì)圖、等值線、物探資料等其他原始數(shù)據(jù)。為了建立接近真實的模型,三維地質(zhì)建模需利用多種原始數(shù)據(jù),如何整合利用這些多源數(shù)據(jù)、克服建模方法只能支持單一數(shù)據(jù)的弊端,也是三維地質(zhì)建模中的一個關(guān)鍵問題。

(8）多建模方法的支持。經(jīng)濟(jì)因素造成的可利用數(shù)據(jù)的稀少和離散,給地質(zhì)問題帶來了多解性;此外,地質(zhì)構(gòu)造本身的復(fù)雜性,也在客觀上給三維地質(zhì)建模造成了很大的困難。實際建模過程中,可能針對不同的復(fù)雜程度,提出包含多種建模方法和策略的綜合解決方案。因此,多建模方法的支持是三維地質(zhì)建模軟件能夠較好滿足實際建模需求的關(guān)鍵。

(9）模型間的數(shù)據(jù)一致性。三維地質(zhì)模型中往往包含多個地質(zhì)體的三維模型,為保證各個地質(zhì)體模型之間不存在空隙和交疊現(xiàn)象,模型數(shù)據(jù)之間應(yīng)保持一致。數(shù)據(jù)一致性要求表示同一個空間位置和具有同一個地質(zhì)含義的地質(zhì)界面必須具有相同的數(shù)據(jù)表達(dá)(如果地質(zhì)界面是用 TIN表達(dá),它們應(yīng)該具有相同的三角形構(gòu)網(wǎng)）。保持模型間的數(shù)據(jù)一致性對于全區(qū)域模型的體元剖分和數(shù)值模擬也具有重要意義。

7 結(jié)語

本文給出三維地質(zhì)建模的一個綜合定義:三維地質(zhì)建模是根據(jù)各種原始數(shù)據(jù)建立地下地質(zhì)體數(shù)字化模型的過程,旨在揭示其地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和構(gòu)造關(guān)系、反映地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律,是地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科綜合發(fā)展的產(chǎn)物,廣泛地應(yīng)用于石油、地下水模擬、礦山開采、固體礦產(chǎn)資源儲量評價、城市地質(zhì)、巖土工程等領(lǐng)域。三維地質(zhì)建模的結(jié)果以真三維的形式為用戶展示虛擬的現(xiàn)實地質(zhì)環(huán)境,基于模型的數(shù)值模擬和空間分析結(jié)果能更好地輔助用戶進(jìn)行科學(xué)決策。

我國擁有眾多的地質(zhì)勘探生產(chǎn)與研究單位,實際生產(chǎn)中對于物美價廉的三維地質(zhì)建模軟件的需求越來越大。巨大的市場價值要求研究機(jī)構(gòu)組織相關(guān)科研人員進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān),盡快研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維地質(zhì)建模軟件,早日擺脫對國外昂貴軟件的依賴。三維地質(zhì)建模亟須突破文中論述的若干關(guān)鍵技術(shù),才能夠提高三維地質(zhì)建模技術(shù)的總體水平,進(jìn)一步促進(jìn)三維地質(zhì)建模方法的更大發(fā)展以及三維地質(zhì)建模軟件的實用性。

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A Study on Three-Dimensional Geological Modeling

M ING Jing
(Chongqing Surveying Institute,Chongqing 400020,China）

Nowadays,"the Digital Earth"has been researched mo re and mo re deep ly,and"Geo-spatial Info rmation Science"has been developed vigo rously.With this background,Three-Dimensional Geological Modeling(3DGM）has been a hot study in the intersecting area of geoscience and info rmational science.To study the basic theo ries,current developing situation and future direction of 3DGM,its background and workflow have been reviewed.3DGM has been classified according to its data type,spatial scale,time dimension and topological acco rdance.Its p ractical app lication in petrol exp lo ration,ground water simulation,digital mine,urban geology,geotechnical engineering and other areas has been summarized as well.On the basis of the study on its modeling methods and software,the difficulty and key techniques of 3DGM are analyzed.The studying result has given out a synthetic definition of 3DGM,pointed out its hot researching directions of future study.

Three-Dimensional Geological Modeling;app lication area;key technique

P208

A

1672-0504(2011）04-0014-05

2011-01-11;

2011-04-05

明鏡(1982-）,男,博士,工程師,研究方向為三維地質(zhì)建模、3D GIS和巖土工程信息化。E-mail:eric107@gmail.com