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【摘 要】长期以来，地质信息的模拟与表达采用的都是剖面图和平面图，这种表现形式的实质就是将三维空间当中的地层、地貌和构造以及一些其它的地质现象反映到某一个平面上进行表达。虽然该方法也能够获得一定的信息，但是其不足之处也是显而易见的，即空间信息的损失与失真和制图过程的繁杂。而三维地质模型的提出有效克服了传统方法的不足，其利用计算机与可视化技术，能够直接从三维空间的角度来表达地质体及地质环境。基于此点，本文首先对三维地质建模进行概述，并在此基础上对三维地质建模技术在地质开发工作中的具体应用进行研究。
【关键词】地质开发；三维地质；建模技术
0.前言
三维地质建模的概述：
所谓的三维地质模型具体是指利用适当的数据结构在计算机中建立起一个能够真实反映地质构造的形态和各个要素之间关系及地质体空间物性分布等地质特征的几何模型。该模型能够以真三维的形式表达出地质构造的真实特征、形态和三维空间物性参数的分布规律，但其也存在一定的技术难点，具体体现在以下两个方面上：其一，三维地质建模与可视化是一项集诸多学科于一身的综合性应用技术，主要包括地质、数学、油藏工程、计算机图形、概率统计以及地球物理等等；其二，因该模型的基础数据来源途径较多，故此需要对这些数据类型进行综合考虑，才能建立起一个被相关专家所认可的模型。
在地质勘探中，地质构造是相当复杂的，地质体也是千变万化的，如何根据众多的前人收集的地、化、物、遥等二维图件资料，构建出能反映地质信息和地质现象本质的三维地质模型，让地质工作者全面、准确的掌握整体地质情况，更加科学、高效的、直观的分析并解决地质问题，预测隐伏矿体，三维地质建模可以提供很好的解决办法。三维地质建模通过对钻孔资料、剖面图、地震数据、等深图、地质图、地形图、物探数据、化探数据、工程勘察数据、水文监测数据等各种原始数据建立数据库，利用地球科学与信息科学技术，使用数值模拟和空间分析的技术方法，进行三维地质建模，构建能真实反映地质构造形态、构造关系、地质体内部属性变化规律的三维地质模型，为矿体的预测提供支持。
1.三维地质建模分类
三维地质建模可以分为很多种类，有主要侧重于反映地质体表面形态的表面建模，侧重于反映地质体内部变化规律的实体建模；根据建模的对象的空间尺度分有对整个矿区建模的宏观建模和对岩石和化石建模的微观建模；有针对固定时刻的静态建模和适用于地下水流动模拟的动态建模；有用于表达地质界面和地质体空间形态的拓扑不一致建模和可以对体元进行插值模拟和空间分析的拓扑一致建模；有对单个地质体建模的单体建模和对多个地质体进行建模的多体建模；有对分层较好的地质体的单值建模和针对倒转褶皱地质形态的多值建模。
2.三维地质建模方法
基于钻孔的建模方法对没有断层的层状地质体的模拟具有很好的效果，如果钻孔数据不多，可利用插值方法模拟虚拟的钻孔；利用三棱柱的建模方法可以解决具有简单断层的地质体三维建模问题，但对具有复杂的断层结构的地质体不能很有效的解决；非层状地质体的建模能对少数几个复杂矿体进行建模，也能对具有复杂断层的地质体进行建模，但矿体较多，就很难保证数据的一致性；利用贝塞尔曲面和NURBS曲面实现的曲面建模方法，能很好的解决地质体的表面建模，通过表面建模后，然后利用实体建模方法构建地质体的实体模型，可以解决复杂地质体的模拟；对于复杂的单个地质体的建模经常使用基于平行剖面的单体建模方法，能有很好的效果。地质体的三维模拟一般要根据具体的地质体来定，由于地质体的复杂性，一般要使用几种方法综合建模，达到真实体现地质体的三维形态的效果。
3.三维地质建模关键技术及研究方向
三维地质建模融合了多门学科的知识，要准确的描述地下地质体的复杂空间关系和属性关系，就要对三维地质建模的关键技术有所突破。
（1）对三维地质建模起到基础性作用的是准确获取地下地质体的三维空间数据和属性数据，通过钻孔获得的数据可以直接应用到地质建模中，并对三维地震、地质CT、地球物理等技术获得的地质数据进行解释和解译，转化成对地质建模有用的数据。
（2）真实折剖面技术，在一个勘探剖面中，由于钻孔会发生倾斜，存在某个钻孔或某几个钻孔偏离勘探线较远的情况，平剖面数据是在一个勘探线平面上的数据，和勘探工程所反映的真实地质情况之间必然就会存在一定的误差，这种误差在很多情况下，会对建模的结果造成较大的影响。怎样由平剖面转换到真实折剖面技术，是三维地质建模的关键技术之一。我们采用如下的方法把钻孔控制下的平剖面转换成真实剖面：第一步、利用钻孔的孔口坐标信息及测斜信息生成钻孔的空间分布轨迹图；第二步、把不同格式的平剖面数据通过坐标变换，由二维数据转换成为三维空间数据；第三步、将平剖面上有钻孔控制的部分，向钻孔轨迹进行投影，使平剖面上这一部分信息与真实钻孔的空间位置重合；第四步、对于平剖面上的外推部分，按两种方式进行处理：一是校正到勘探线上；二是校正到最外侧相邻钻孔的延长线上。
（3）三维地质建模软件能使用多种建模方法，如面建模、体建模、面体结合的建模方法，能使用多种建模数据类型。
（4）利用获得的多源数据建立一个合理、高效的空间数据库，能提供高效的空间查询与索引，友好的用户界面，是三维地质建模的关键技术之一。
（5）地层矿层一体化建模技术，使用剖面数据的一致离散化处理和“层间相似、层内一致”的地层矿层拓扑结构两种方法，剖面数据的一致离散化，指的是沿地质剖面进行序列化扫描，将剖面上的地层矿层线同时转化成竖直的类似钻孔样品的形式；地层各层之间及其内部、矿层各层之间及其内部及地层与矿层之间，在空间上的重叠、包含关系能够以最简单的方式得到处理和体现。这套处理流程的另外一个附带优势就在于，对于所构建的每个地层矿层模型，在每个数据结点上都有一个样品数据与之对应。
（6）我们在三维地质建模中大多用的是钻孔和剖面数据，要能真实的体现地质体的形态，我们要拓宽数据的来源，地质、物探、化探、地震、遥感等一系列数据也要用上，如何尽最大效果的用好这些数据，对三维地质建模有很关键的作用。
（7）三维地质模型中各个地质体之间的数据要保持一致性，各个地质体之间要避免存在空隙和交叠的情况。保持数据一致性对体素华和实体的数值模拟，空间分析具有重要的意义。
（8）对各种特殊地质体的描述，如对于侵入体、分支断层、倒转褶皱等特殊地质现象的建模，也是三维地质建模的关键技术之一。
（9）怎样利用曲面求交的方法解决地质体中存在各种情形的特殊地层面，如地层不整合、断层错断岩层、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形。
4.小结
三维地质建模是利用各种多源地质数据，特别是钻孔数据，利用多种地质建模方法，如表面建模、实体建模或者面体结合的建模方法，结合各种地质建模的关键技术，建立一个真实的三维地质模型，为用户展示一个虚拟的现实地质环境，还可以利用数值模拟和空间分析对隐伏矿体进行预测和对储量进行预测。能给我们的隐伏矿体的预测提供科学的指导。
【参考文献】
[1]朱良峰，吴信才，潘信.三维地质结构模型精度评估理论与误差修正方法研究[J].地学前缘，2013（04）.
【关键词】地质开发；三维地质；建模技术
0.前言
三维地质建模的概述：
所谓的三维地质模型具体是指利用适当的数据结构在计算机中建立起一个能够真实反映地质构造的形态和各个要素之间关系及地质体空间物性分布等地质特征的几何模型。该模型能够以真三维的形式表达出地质构造的真实特征、形态和三维空间物性参数的分布规律，但其也存在一定的技术难点，具体体现在以下两个方面上：其一，三维地质建模与可视化是一项集诸多学科于一身的综合性应用技术，主要包括地质、数学、油藏工程、计算机图形、概率统计以及地球物理等等；其二，因该模型的基础数据来源途径较多，故此需要对这些数据类型进行综合考虑，才能建立起一个被相关专家所认可的模型。
在地质勘探中，地质构造是相当复杂的，地质体也是千变万化的，如何根据众多的前人收集的地、化、物、遥等二维图件资料，构建出能反映地质信息和地质现象本质的三维地质模型，让地质工作者全面、准确的掌握整体地质情况，更加科学、高效的、直观的分析并解决地质问题，预测隐伏矿体，三维地质建模可以提供很好的解决办法。三维地质建模通过对钻孔资料、剖面图、地震数据、等深图、地质图、地形图、物探数据、化探数据、工程勘察数据、水文监测数据等各种原始数据建立数据库，利用地球科学与信息科学技术，使用数值模拟和空间分析的技术方法，进行三维地质建模，构建能真实反映地质构造形态、构造关系、地质体内部属性变化规律的三维地质模型，为矿体的预测提供支持。
1.三维地质建模分类
三维地质建模可以分为很多种类，有主要侧重于反映地质体表面形态的表面建模，侧重于反映地质体内部变化规律的实体建模；根据建模的对象的空间尺度分有对整个矿区建模的宏观建模和对岩石和化石建模的微观建模；有针对固定时刻的静态建模和适用于地下水流动模拟的动态建模；有用于表达地质界面和地质体空间形态的拓扑不一致建模和可以对体元进行插值模拟和空间分析的拓扑一致建模；有对单个地质体建模的单体建模和对多个地质体进行建模的多体建模；有对分层较好的地质体的单值建模和针对倒转褶皱地质形态的多值建模。
2.三维地质建模方法
基于钻孔的建模方法对没有断层的层状地质体的模拟具有很好的效果，如果钻孔数据不多，可利用插值方法模拟虚拟的钻孔；利用三棱柱的建模方法可以解决具有简单断层的地质体三维建模问题，但对具有复杂的断层结构的地质体不能很有效的解决；非层状地质体的建模能对少数几个复杂矿体进行建模，也能对具有复杂断层的地质体进行建模，但矿体较多，就很难保证数据的一致性；利用贝塞尔曲面和NURBS曲面实现的曲面建模方法，能很好的解决地质体的表面建模，通过表面建模后，然后利用实体建模方法构建地质体的实体模型，可以解决复杂地质体的模拟；对于复杂的单个地质体的建模经常使用基于平行剖面的单体建模方法，能有很好的效果。地质体的三维模拟一般要根据具体的地质体来定，由于地质体的复杂性，一般要使用几种方法综合建模，达到真实体现地质体的三维形态的效果。
3.三维地质建模关键技术及研究方向
三维地质建模融合了多门学科的知识，要准确的描述地下地质体的复杂空间关系和属性关系，就要对三维地质建模的关键技术有所突破。
（1）对三维地质建模起到基础性作用的是准确获取地下地质体的三维空间数据和属性数据，通过钻孔获得的数据可以直接应用到地质建模中，并对三维地震、地质CT、地球物理等技术获得的地质数据进行解释和解译，转化成对地质建模有用的数据。
（2）真实折剖面技术，在一个勘探剖面中，由于钻孔会发生倾斜，存在某个钻孔或某几个钻孔偏离勘探线较远的情况，平剖面数据是在一个勘探线平面上的数据，和勘探工程所反映的真实地质情况之间必然就会存在一定的误差，这种误差在很多情况下，会对建模的结果造成较大的影响。怎样由平剖面转换到真实折剖面技术，是三维地质建模的关键技术之一。我们采用如下的方法把钻孔控制下的平剖面转换成真实剖面：第一步、利用钻孔的孔口坐标信息及测斜信息生成钻孔的空间分布轨迹图；第二步、把不同格式的平剖面数据通过坐标变换，由二维数据转换成为三维空间数据；第三步、将平剖面上有钻孔控制的部分，向钻孔轨迹进行投影，使平剖面上这一部分信息与真实钻孔的空间位置重合；第四步、对于平剖面上的外推部分，按两种方式进行处理：一是校正到勘探线上；二是校正到最外侧相邻钻孔的延长线上。
（3）三维地质建模软件能使用多种建模方法，如面建模、体建模、面体结合的建模方法，能使用多种建模数据类型。
（4）利用获得的多源数据建立一个合理、高效的空间数据库，能提供高效的空间查询与索引，友好的用户界面，是三维地质建模的关键技术之一。
（5）地层矿层一体化建模技术，使用剖面数据的一致离散化处理和“层间相似、层内一致”的地层矿层拓扑结构两种方法，剖面数据的一致离散化，指的是沿地质剖面进行序列化扫描，将剖面上的地层矿层线同时转化成竖直的类似钻孔样品的形式；地层各层之间及其内部、矿层各层之间及其内部及地层与矿层之间，在空间上的重叠、包含关系能够以最简单的方式得到处理和体现。这套处理流程的另外一个附带优势就在于，对于所构建的每个地层矿层模型，在每个数据结点上都有一个样品数据与之对应。
（6）我们在三维地质建模中大多用的是钻孔和剖面数据，要能真实的体现地质体的形态，我们要拓宽数据的来源，地质、物探、化探、地震、遥感等一系列数据也要用上，如何尽最大效果的用好这些数据，对三维地质建模有很关键的作用。
（7）三维地质模型中各个地质体之间的数据要保持一致性，各个地质体之间要避免存在空隙和交叠的情况。保持数据一致性对体素华和实体的数值模拟，空间分析具有重要的意义。
（8）对各种特殊地质体的描述，如对于侵入体、分支断层、倒转褶皱等特殊地质现象的建模，也是三维地质建模的关键技术之一。
（9）怎样利用曲面求交的方法解决地质体中存在各种情形的特殊地层面，如地层不整合、断层错断岩层、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形。
4.小结
三维地质建模是利用各种多源地质数据，特别是钻孔数据，利用多种地质建模方法，如表面建模、实体建模或者面体结合的建模方法，结合各种地质建模的关键技术，建立一个真实的三维地质模型，为用户展示一个虚拟的现实地质环境，还可以利用数值模拟和空间分析对隐伏矿体进行预测和对储量进行预测。能给我们的隐伏矿体的预测提供科学的指导。
【参考文献】
[1]朱良峰，吴信才，潘信.三维地质结构模型精度评估理论与误差修正方法研究[J].地学前缘，2013（04）.