由于地质构造运动和沉积作用,天然地层呈现着较为复杂的分布,传统的地层勘探得到的地层剖面图无法表达复杂的地层结构,不能达到现代大型岩土工程的基本要求。随着现代工程的发展,对工程地层条件信息要求越来越详尽,故三维地层建模的技术应运而生。三维地层随机模拟利用三维模拟实现图,能够更直观的描述复杂地层结构,反映更加真实的地层空间分布。随着地层学理论的不断发展和世界计算机计数水平的提高,三维地层建模的技术不断涌现出来。同时计算机技术在油藏工程、岩土工程和水利工程等中的应用与发展,也促进了三维地层建模技术的进步。三维地层建模的研究主要分为两部分,一是确定性建模,一是随机性建模。由于地质勘探点数量有限,获得的钻孔数据较少的且稀疏的,基于有限的勘探数据,很难获得确定的三维地层结构分布。确定性建模基于空间插值法,只能获得单一的模拟结果,而实际的三维地层结构确是存在很大的不确定性,故确定性建模方法已经很少应用了。随机性建模方法如序贯指示法、贝叶斯模型、布尔模拟等,以变差函数为工具,仅考虑矢量点对之间的关系,同时由于变差函数的对称性假设,使得此类方法很难反映出三维地层结构的非对称性、各向异性和复杂性。相比之下,基于马尔可夫链的随机建模方法可以克服以上问题,但是该模型主要应用于二维地层建模。为了给工程设计提供可靠的依据,本文从概率统计学角度出发,基于马尔可夫链随机场理论,建立三维马尔可夫链地层结构预测模型,利用Matlab编制了相关程序,并验证了程序的有效性。本文开展了模型槽试验,基于实验中获得的钻孔数据,验证了三维马尔可夫链模型应用在三维地层结构模拟方面的科学性、正确性和适用性,同时分析了钻孔数量对于获得稳定模拟结果的影响。基于实际工程的钻孔数据,研究了钻孔布置方案对三维马尔可夫链模型模拟效果的影响,钻孔的数量和钻孔的位置都会对模拟结果产生较大的影响。