近年来，随着城市立体地质调查的开展以及三维“数字矿山”的建设，展示和分析地质体内部属性分布规律的需求日益迫切，三维属性建模成为其中首要的任务。三维属性建模是三维地质信息系统的重要组成部分，自这一概念提出以来，相关的研究多集中于数据模型的设计、体数据的生成和组织等问题，而其中属性数据的构建方法则是研究的薄弱环节。地质统计学方法是一类综合考虑地质变量的随机性和结构性，从而对未经采样的属性进行线性最优无偏估计的方法。本文在三维属性建模的过程中引入地质统计学方法的应用，可以填补三维属性建模在方法研究上的空缺，对于地质统计学方法的应用而言是一项具有新意的探索性工作。 本文结合北京市多参数立体地质调查项目的实际需求，致力于研究三维地质统计学方法与三维属性建模的关键技术和难题。论文的主要工作内容为： (1)深入分析三维属性建模工作的特点所在，将三维属性建模工作划分为两个阶段。前期建模以地质单元的体数据生成和组织为主，体数据的生成采用基于外表面投影的体素化算法，并引入虚拟八叉树模型用于数据组织；后期建模以属性数据的生成和组织为主，结合虚拟八叉树模型的建立，提出了基于地质统计学的属性插值方法与属性数据组织方案，阐述了三维属性建模中常用的kriging方法； (2)重点论述了基于地质统计学的三维属性建模关键技术和算法，分别包括变异结构分析、变异函数的一致性内外存模型、变异函数的拟合、三维空间邻域搜索优化策略的制定以及Kriging方程组求解中的负权值消除； (3)基于目前国内三维属性建模系统软件的匮乏，本文依照文中提出的思路和方法实现了基于地质统计学的三维属性建模原型系统，阐明了三维属性建模的主要工作内容及总体的设计方案： (4)利用三维属性建模系统在工程和矿山实践中进行应用。论文分析了不同参数的数据特点并据此选择适当的Kriging方法，分别对含水量、孔隙比等工程地质参数、地下水质量评价指数以及铜矿的品位数据进行了三维属性建模，在工程地质勘察、地下水质调查以及富矿带的指示等实际工作中发挥了重要作用；通过含水量参数的三维属性建模实例，本文还验证了在三维属性建模中，三维Kriging方法优于二维kriging方法。最后，本文对主要研究成果、创新点进行了总结，并对后续研究工作进行了展望。