【摘 要】長期以來，地質(zhì)信息的模擬與表達采用的都是剖面圖和平面圖，這種表現(xiàn)形式的實質(zhì)就是將三維空間當中的地層、地貌和構(gòu)造以及一些其它的地質(zhì)現(xiàn)象反映到某一個平面上進行表達。雖然該方法也能夠獲得一定的信息，但是其不足之處也是顯而易見的，即空間信息的損失與失真和制圖過程的繁雜。而三維地質(zhì)模型的提出有效克服了傳統(tǒng)方法的不足，其利用計算機與可視化技術(shù)，能夠直接從三維空間的角度來表達地質(zhì)體及地質(zhì)環(huán)境?；诖它c，本文首先對三維地質(zhì)建模進行概述，并在此基礎(chǔ)上對三維地質(zhì)建模技術(shù)在地質(zhì)開發(fā)工作中的具體應(yīng)用進行研究。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)開發(fā)；三維地質(zhì)；建模技術(shù)

0.前言

三維地質(zhì)建模的概述：

所謂的三維地質(zhì)模型具體是指利用適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機中建立起一個能夠真實反映地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)和各個要素之間關(guān)系及地質(zhì)體空間物性分布等地質(zhì)特征的幾何模型。該模型能夠以真三維的形式表達出地質(zhì)構(gòu)造的真實特征、形態(tài)和三維空間物性參數(shù)的分布規(guī)律，但其也存在一定的技術(shù)難點，具體體現(xiàn)在以下兩個方面上：其一，三維地質(zhì)建模與可視化是一項集諸多學科于一身的綜合性應(yīng)用技術(shù)，主要包括地質(zhì)、數(shù)學、油藏工程、計算機圖形、概率統(tǒng)計以及地球物理等等；其二，因該模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源途徑較多，故此需要對這些數(shù)據(jù)類型進行綜合考慮，才能建立起一個被相關(guān)專家所認可的模型。

在地質(zhì)勘探中，地質(zhì)構(gòu)造是相當復雜的，地質(zhì)體也是千變?nèi)f化的，如何根據(jù)眾多的前人收集的地、化、物、遙等二維圖件資料，構(gòu)建出能反映地質(zhì)信息和地質(zhì)現(xiàn)象本質(zhì)的三維地質(zhì)模型，讓地質(zhì)工作者全面、準確的掌握整體地質(zhì)情況，更加科學、高效的、直觀的分析并解決地質(zhì)問題，預(yù)測隱伏礦體，三維地質(zhì)建模可以提供很好的解決辦法。三維地質(zhì)建模通過對鉆孔資料、剖面圖、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)等各種原始數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，利用地球科學與信息科學技術(shù)，使用數(shù)值模擬和空間分析的技術(shù)方法，進行三維地質(zhì)建模，構(gòu)建能真實反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系、地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律的三維地質(zhì)模型，為礦體的預(yù)測提供支持。

1.三維地質(zhì)建模分類

三維地質(zhì)建?？梢苑譃楹芏喾N類，有主要側(cè)重于反映地質(zhì)體表面形態(tài)的表面建模，側(cè)重于反映地質(zhì)體內(nèi)部變化規(guī)律的實體建模；根據(jù)建模的對象的空間尺度分有對整個礦區(qū)建模的宏觀建模和對巖石和化石建模的微觀建模；有針對固定時刻的靜態(tài)建模和適用于地下水流動模擬的動態(tài)建模；有用于表達地質(zhì)界面和地質(zhì)體空間形態(tài)的拓撲不一致建模和可以對體元進行插值模擬和空間分析的拓撲一致建模；有對單個地質(zhì)體建模的單體建模和對多個地質(zhì)體進行建模的多體建模；有對分層較好的地質(zhì)體的單值建模和針對倒轉(zhuǎn)褶皺地質(zhì)形態(tài)的多值建模。

2.三維地質(zhì)建模方法

基于鉆孔的建模方法對沒有斷層的層狀地質(zhì)體的模擬具有很好的效果，如果鉆孔數(shù)據(jù)不多，可利用插值方法模擬虛擬的鉆孔；利用三棱柱的建模方法可以解決具有簡單斷層的地質(zhì)體三維建模問題，但對具有復雜的斷層結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體不能很有效的解決；非層狀地質(zhì)體的建模能對少數(shù)幾個復雜礦體進行建模，也能對具有復雜斷層的地質(zhì)體進行建模，但礦體較多，就很難保證數(shù)據(jù)的一致性；利用貝塞爾曲面和NURBS曲面實現(xiàn)的曲面建模方法，能很好的解決地質(zhì)體的表面建模，通過表面建模后，然后利用實體建模方法構(gòu)建地質(zhì)體的實體模型，可以解決復雜地質(zhì)體的模擬；對于復雜的單個地質(zhì)體的建模經(jīng)常使用基于平行剖面的單體建模方法，能有很好的效果。地質(zhì)體的三維模擬一般要根據(jù)具體的地質(zhì)體來定，由于地質(zhì)體的復雜性，一般要使用幾種方法綜合建模，達到真實體現(xiàn)地質(zhì)體的三維形態(tài)的效果。

3.三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)及研究方向

三維地質(zhì)建模融合了多門學科的知識，要準確的描述地下地質(zhì)體的復雜空間關(guān)系和屬性關(guān)系，就要對三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)有所突破。

（1）對三維地質(zhì)建模起到基礎(chǔ)性作用的是準確獲取地下地質(zhì)體的三維空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過鉆孔獲得的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用到地質(zhì)建模中，并對三維地震、地質(zhì)CT、地球物理等技術(shù)獲得的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行解釋和解譯，轉(zhuǎn)化成對地質(zhì)建模有用的數(shù)據(jù)。

（2）真實折剖面技術(shù)，在一個勘探剖面中，由于鉆孔會發(fā)生傾斜，存在某個鉆孔或某幾個鉆孔偏離勘探線較遠的情況，平剖面數(shù)據(jù)是在一個勘探線平面上的數(shù)據(jù)，和勘探工程所反映的真實地質(zhì)情況之間必然就會存在一定的誤差，這種誤差在很多情況下，會對建模的結(jié)果造成較大的影響。怎樣由平剖面轉(zhuǎn)換到真實折剖面技術(shù)，是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。我們采用如下的方法把鉆孔控制下的平剖面轉(zhuǎn)換成真實剖面：第一步、利用鉆孔的孔口坐標信息及測斜信息生成鉆孔的空間分布軌跡圖；第二步、把不同格式的平剖面數(shù)據(jù)通過坐標變換，由二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為三維空間數(shù)據(jù)；第三步、將平剖面上有鉆孔控制的部分，向鉆孔軌跡進行投影，使平剖面上這一部分信息與真實鉆孔的空間位置重合；第四步、對于平剖面上的外推部分，按兩種方式進行處理：一是校正到勘探線上；二是校正到最外側(cè)相鄰鉆孔的延長線上。

（3）三維地質(zhì)建模軟件能使用多種建模方法，如面建模、體建模、面體結(jié)合的建模方法，能使用多種建模數(shù)據(jù)類型。

（4）利用獲得的多源數(shù)據(jù)建立一個合理、高效的空間數(shù)據(jù)庫，能提供高效的空間查詢與索引，友好的用戶界面，是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（5）地層礦層一體化建模技術(shù)，使用剖面數(shù)據(jù)的一致離散化處理和“層間相似、層內(nèi)一致”的地層礦層拓撲結(jié)構(gòu)兩種方法，剖面數(shù)據(jù)的一致離散化，指的是沿地質(zhì)剖面進行序列化掃描，將剖面上的地層礦層線同時轉(zhuǎn)化成豎直的類似鉆孔樣品的形式；地層各層之間及其內(nèi)部、礦層各層之間及其內(nèi)部及地層與礦層之間，在空間上的重疊、包含關(guān)系能夠以最簡單的方式得到處理和體現(xiàn)。這套處理流程的另外一個附帶優(yōu)勢就在于，對于所構(gòu)建的每個地層礦層模型，在每個數(shù)據(jù)結(jié)點上都有一個樣品數(shù)據(jù)與之對應(yīng)。

（6）我們在三維地質(zhì)建模中大多用的是鉆孔和剖面數(shù)據(jù)，要能真實的體現(xiàn)地質(zhì)體的形態(tài)，我們要拓寬數(shù)據(jù)的來源，地質(zhì)、物探、化探、地震、遙感等一系列數(shù)據(jù)也要用上，如何盡最大效果的用好這些數(shù)據(jù)，對三維地質(zhì)建模有很關(guān)鍵的作用。

（7）三維地質(zhì)模型中各個地質(zhì)體之間的數(shù)據(jù)要保持一致性，各個地質(zhì)體之間要避免存在空隙和交疊的情況。保持數(shù)據(jù)一致性對體素華和實體的數(shù)值模擬，空間分析具有重要的意義。

（8）對各種特殊地質(zhì)體的描述，如對于侵入體、分支斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺等特殊地質(zhì)現(xiàn)象的建模，也是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（9）怎樣利用曲面求交的方法解決地質(zhì)體中存在各種情形的特殊地層面，如地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形。

4.小結(jié)

三維地質(zhì)建模是利用各種多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，特別是鉆孔數(shù)據(jù)，利用多種地質(zhì)建模方法，如表面建模、實體建模或者面體結(jié)合的建模方法，結(jié)合各種地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)，建立一個真實的三維地質(zhì)模型，為用戶展示一個虛擬的現(xiàn)實地質(zhì)環(huán)境，還可以利用數(shù)值模擬和空間分析對隱伏礦體進行預(yù)測和對儲量進行預(yù)測。能給我們的隱伏礦體的預(yù)測提供科學的指導。

【參考文獻】

[1]朱良峰，吳信才，潘信.三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評估理論與誤差修正方法研究[J].地學前緣，2013（04）.