馬瑜宏，劉春華，郭晶，朱恒華，郭艷，馬國璽

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250014；2.山東省土地質量地球化學與污染防治工程技術研究中心，山東 濟南 250014；3.武漢中地數(shù)碼科技有限公司，湖北 武漢 430073)

0 引言

三維地質建模是利用計算機三維可視化技術，在虛擬三維空間將勘探鉆孔、地質剖面圖、地質平面圖、DEM、物探資料等多源地學信息基于統(tǒng)一空間參照系與地質認識進行空間插值、實體化構建，并進行立體、直觀展示的地質研究方式[1-6]。三維地質模型的構建，深化了深部地質構造的認識，可以更直觀地認識和了解主要目標地質體的深部形態(tài)、空間展布特征及其他地質體的相互關系，為礦產(chǎn)資源開發(fā)評價、地下空間開發(fā)利用、地下水模擬和工程地質勘查等工作提供了重要基礎地質信息，應用越來越廣泛。

數(shù)據(jù)的質量是數(shù)據(jù)分析應用的基礎，是數(shù)據(jù)庫的關鍵，直接影響到數(shù)據(jù)庫的可用性和準確性。錯誤的或不準確的信息或數(shù)據(jù)必定產(chǎn)生錯誤的或不準確的處理結果和決策[7-10]。因此，數(shù)據(jù)庫的質量控制和質量檢查非常重要。數(shù)據(jù)質量問題伴隨數(shù)據(jù)的采集、轉換、處理和應用過程而產(chǎn)生，數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的質量問題都將直接影響到最終的數(shù)據(jù)質量，因此在三維地質模型數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)的每一個階段、每一環(huán)節(jié)都必須進行嚴格的質量控制，通過優(yōu)化工作流程，最大限度地減少各環(huán)節(jié)的誤差，以提高三維地質模型構建的速度與精度，確保數(shù)據(jù)的準確性和數(shù)據(jù)更新的連續(xù)性。

1 數(shù)據(jù)錄入階段的質量控制

三維地質模型建設用到的基礎數(shù)據(jù)主要是鉆孔資料。為了規(guī)范鉆孔資料錄入操作，保證錄入數(shù)據(jù)的質量，編制了《鉆孔資料錄入工作指南》。指南規(guī)定了鉆孔資料的錄入內容、鉆孔數(shù)據(jù)的存放格式、數(shù)據(jù)表字段類型及長度、填寫要求、人員配置、工作流程等方面的內容，確保鉆孔數(shù)據(jù)錄入工作在統(tǒng)一規(guī)范的框架內正常有序的開展。

鉆孔數(shù)據(jù)錄入完成后，需要對數(shù)據(jù)進行質量檢查，將錯誤消除在標準化工作之前。根據(jù)檢查內容的不同，數(shù)據(jù)檢查采用人工檢查和軟件檢查2種方式。

1.1 人工檢查

人工檢查包括自檢、互檢和抽檢，其中自檢和互檢率要求100%，抽檢率15%，每一個檢查步驟都需要填寫質量檢查記錄表。人工檢查貫穿三維地質模型數(shù)據(jù)庫建設的全過程。

1.2 軟件檢查

軟件檢查主要檢查鉆孔的坐標位置是否合理，對鉆孔分層信息里的數(shù)據(jù)進行邏輯查錯，篩選出各數(shù)據(jù)項的異常值和重復值。

(1)鉆孔的坐標數(shù)據(jù)直接決定剖面的位置，鉆孔坐標的準確性直接影響剖面的準確性，鉆孔坐標一旦修改，剖面圖就需要重新繪制，因此鉆孔坐標的質量控制是數(shù)據(jù)錄入階段的重中之重。用GIS軟件將鉆孔坐標進行投影，檢查鉆孔位置分布是否和工作部署圖一致，有沒有落到其他城市；通過GIS軟件篩選出某一項目或某一礦區(qū)的鉆孔，檢查該項目或礦區(qū)的所有鉆孔是否都在相近范圍；將投影后的鉆孔點位圖與對應坐標系的地理底圖套合，詳細檢查各類型鉆孔是否沿部署規(guī)律分布，通過判斷有無離群鉆孔點來判斷鉆孔位置是否合理、正確。

(2)用EXCEL軟件檢查鉆孔的分層信息數(shù)據(jù)是否存在邏輯錯誤，如鉆孔上一層的底板埋深與下一層的頂板埋深數(shù)據(jù)是否一致，鉆孔分層信息表里的最大厚度是否等于鉆孔基本信息表的鉆孔深度等。

2 鉆孔標準化階段的質量控制

參照原山東省國土資源廳印發(fā)《關于印發(fā)〈山東省地層侵入巖構造單元劃分方案〉的通知》(魯國土資字〔2014〕185號)，編制了三維地質模型地層分層標準(表1)，并針對地層標準化工作展開集中培訓。

表1 三維地質模型地層分層標準表

對已完成標準化的鉆孔分層數(shù)據(jù)，用EXCEL軟件檢查鉆孔的地層編碼是否和地層分層標準表的編碼一致，地層厚度是否滿足區(qū)域地質規(guī)律，同一巖性描述對應的第四級編碼是否相同。

3 剖面繪制階段的質量控制

為規(guī)范剖面圖的用色與花紋填充，參照《山東省地質勘查技術要求與項目管理規(guī)程》《地質圖用色標準及用色原則(1∶50000)》(DZ/T 0179—1997)、《綜合工程地質圖圖例及色標》(GBT 12328—1990)等標準編制了三維地質模型系統(tǒng)庫設計(圖1)。制作了數(shù)據(jù)字典(表2)，將地層編碼與圖案、顏色一一對應，剖面成區(qū)后，通過連接數(shù)據(jù)字典，實現(xiàn)對顏色與花紋的填充，既提高了效率，也規(guī)避了手動輸入造成的錯誤。

圖1 三維地質模型系統(tǒng)庫設計圖

表2 數(shù)據(jù)字典

為了確保剖面圖的成圖質量，繪制時還需要從以下幾點加以注意：

(1)在剖面繪制之前，統(tǒng)一多源地質資料的坐標系，建立原始資料數(shù)據(jù)庫。為便于各種數(shù)據(jù)信息的讀取與管理，設置數(shù)據(jù)庫的橢球參數(shù)為2000國家大地坐標系，投影類型為蘭伯特等角圓錐投影(m)。

(2)地層之間的界線需要結合產(chǎn)狀繪制，巖體之間的界線需要反映新老關系。

(3)虛擬孔和下推鉆孔各地層厚度的推斷，應參照周邊鉆孔，基巖地質圖以及各比例尺地質圖對地層厚度的限定。

(4)任意相交的2條剖面在交叉鉆孔處的分層信息必須完全一致，包括分層層數(shù)、各層的厚度和地層編碼等，指定一人提交交叉孔的分層數(shù)據(jù)。

(5)拓撲造區(qū)之前，先自動剪斷成區(qū)線，用GIS軟件的“線拓撲查錯”工具進行微短線、線上重疊點、自相交、重疊線等檢查，局部放大查找原因、修改，直至錯誤清除。再線拓撲造區(qū)，用“區(qū)拓撲查錯”功能檢查拓撲問題，對查出的問題進行修改后再重新拓撲查錯，直至拓撲關系正確。

(6)剖面區(qū)需要重新拓撲時，通過“創(chuàng)建Label”和“Label點歸并”操作實現(xiàn)剖面區(qū)文件圖形與屬性數(shù)據(jù)的自動賦值。

(7)剖面圖兩端的地層區(qū)應向外延伸一段，保證鉆孔軌跡線在地層區(qū)內并與之相交。

(8)用統(tǒng)一的參數(shù)對地表線進行抽稀，再對地層線上的節(jié)點進行加密，以保證每條地層線上節(jié)點之間的間距基本一致。

4 三維建模階段的質量控制

構建三維地質模型是三維地質建模工作的核心內容[11-14]。建模的基礎數(shù)據(jù)是地質剖面，為提高模型精度，還應將普通鉆孔、地質圖、基巖地質圖、斷層、地表高程等能夠揭示地質體或地質構造信息的數(shù)據(jù)導入三維操作平臺，在交互建模過程中作為約束數(shù)據(jù)，為地質模型的搭建提供地質支撐。

地質建模是由點連線，再由線造面，最后由面構體復雜的交互式建模過程，建模的操作流程如圖2所示，為提高模型建設質量，應從設置建模參數(shù)、構建輔助線、構建地質面、構建地質體等操作上對模型質量加以把控。

圖2 建模操作流程

4.1 設置合理的建模參數(shù)

建模相關參數(shù)設置直接影響建模質量、建模效率和建模人員的操作及可視化體驗，因此建模人員需統(tǒng)一標準，對三維場景、交互模式、構線、構面和構體參數(shù)進行合乎模型要求的設置，以保障模型質量。

4.2 構建輔助線

畫輔助線時，應首先觀察單元格內所有地層面、地層線，找出線段連接規(guī)律，再用“兩點造線”“輸入折線”“輸入曲線”等功能對同一地層進行連線。

4.3 構建地質面

(1)當斷層切穿整個地層面時，斷層兩側的地層界面分別構建；斷層只切割地層面的局部時，將斷層兩側的地質界線順勢相連，形成地質面[15-17]。斷層面單獨建在斷層輔助面中。

(2)構建地表面時，需加入地表曲面的約束，使構建地表面的起伏符合真實的地表形態(tài)。

(3)若建立的地質面形態(tài)近直立或八字形，那么構面時需勾選投影，這樣才能構面成功。

4.4 構建地質體

選擇構建一個獨立地質體需要的所有面，判斷界面封閉性，如果提示當前體封閉，就直接構體。如果提示當前體不封閉，需解決錯誤后再構體，直至待構的地質體滿足界面封閉性原則。

界面交互構體時，第一個構體的面一定要選擇剖面上的面，這樣構建的地質體才能繼承剖面上地質面的屬性。

地質體的構建過程，也是對已經(jīng)構建的地質界面再一次進行檢查的過程，若發(fā)現(xiàn)問題，二維與三維數(shù)據(jù)應同時修改。

5 三維地質模型的質量檢查

三維地質模型建設完成后，應對模型進行質量檢查，判斷其是否與已有資料及地質認識相符合，是否滿足軟件質量要求，符合地層演化規(guī)律。

5.1 地質體封閉性檢查

三維地質模型構建完成后，需要進行地質體封閉性檢查。造成地質體不封閉的原因有地質界面之間不完全密封、地質界面中存在漏洞、“壞”三角等，如果提示不封閉，需根據(jù)錯誤原因重新編輯構體的面和線，解決錯誤后再重新構體。

5.2 剖面切割檢查

三維地質模型經(jīng)過地質體封閉性檢查后，還需進行剖面切割，對地質塊體進行全面檢查。如果存在重影、漏面等問題，就進行修改，直至剖面切割檢查沒有問題為止。

6 結語

地質工作進行到一定程度，三維地質建模的精度對后期空間分析、儲量計算、數(shù)值模擬等地質應用的影響就顯得尤為重要，因此三維地質模型建設的質量控制研究具有較強的現(xiàn)實意義[18]。高精度的三維地質模型是地質成果綜合應用表達的重要保障，也是加深認識地下地質現(xiàn)象的重要手段，它將進一步推動地球科學的發(fā)展[19-20]。

鉆孔數(shù)據(jù)是三維地質模型建設的主要來源，模型想要更精確、可更新，有持續(xù)的生命力就必須補充更多的鉆孔資料，融合更多的地質資料。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術的快速發(fā)展，三維地質建模應考慮分區(qū)、分塊建立和數(shù)據(jù)存儲，打造高精度網(wǎng)格模型。