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三维地质建模与可视化
张伟
（辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院，辽宁鞍山114002）
科技论坛
摘要：随着可税化技术和地质信息模拟技术的发展，基本的二维地质图已不能满足地质信息表达的要求，地质信息的表达向着三维可税化迈进。但是由于地下地质条件的特殊性、地质对象的不规则性和属性的各向异性，决定了三维地质建模和可税化的复杂性。本文主要探讨了三维空间数据模型的表达方式以及三维地质建模的几种常用方法，并深讨了三维地质建模与可视化面临的挑战。
关键词：三维地质建模；空间数据模型：可视化
随着科学计算可视化技术和地质信息计算机模拟技术的发展，基本的二维地质图已不能满足地质属性描述的要求，地学信息三维可视化成为20世纪90年代地学领域的研究前沿，并逐渐成为石油勘探、岩土工程、GIS和科学计算可视化领域研究与应用的热点。自 SimonW.Houlding1993年首次提出”三维地质建模"概念，众多科研人员对这一课题进行了卓有成效的研究。然面，由于地下条件的复杂性，二维GIS及基于DEM的2.5维GIS已难以表达复杂的地下三维地质，三维地质建模技术仍然是相关领域研究人员需攻克的重要课题，
1三维空间数据模型
三维地质建模所研究对象的特殊性对三维空间数据模型提出了更高的要求，不仅要表达地学对象本身及其之间的拓扑关系.而且还要能够存储和管理地学对象的属性信息。三维空间数据模型按照其组织形式可分为基于实体(要索)的模型、场模型和混合数据模型三类。
2三维地质建模方法
2.1基于地质剖面的三维地质建模方法
地下地质界面和目标地质体的空间展布形态，主要是通过地质剖面的形式表达的。通过编制一系列一定间距的地质剖面图，采用三维地质建模软件（主要是GOCAD软件），建立各剖面地质界面和目标地质体间的关系，以实现二维地质信息向三维地质信息的转换。基于剖面的三维地质建模方法主要包括图切面或地质地球物理综合剖面编制、二维剖面转化为三维剖面、地表模型构建、增下地质界面构建、三维地质模型修改与整饰等步，
2.2分块地质建模方法
基于地质副面的三维地质建模方法是构建区域地质模型的主要方法之一，但是对于地质界面走向复杂，目标地质体几何形态复杂的区域实现起来较困难，需要进行分块处理。分块地质建模方法是以断裂、岩体边界和不整合界面作为地质建模块的划分边界，将研究区划分为一系列小的建模块.然后对每个建模块分别进行图切面、重磁反演、建立模型等处理.最后将所有建模块放在同一的坐标系统下进行模型集成
2.3地球物理综合约束建模方法
利用向上延拓的滤波技术可以研究地下不同深度的重力场和磁场.对于地质体向上延拓高度与场源深度，BoH.J.(1987)指出：向上延拓的高度与重力场或磁场之间存在者二借的关系，即向上延拓 2h则反映地下h深度以下的重力异常或磁异常。单拿重力来讲，如果将向上延拓产生的重力异常当成一个趋势面，用原始异常减去向上延拓的重力异常得到相应的剩余重力异常，将各个剩余重力异常也当成一个趋势面，又可以产生不同深度范围的剩余重力异常。利用这种方法可以获得地下0至1000m、1000m至2000m，2000m 至3000m、3000m至4000m、4000m至5000m的剩余重力异常。
3地质建模与可视化的挑战与展望 3.1挑战
地质建模十余年的研究积累了一定的经验与技能，也有了更强大的工其。然而，由于地下地质体的复杂性，地质建模与可视化研究仍面临巨大的挑战，主要表现为：（1)三维地学模拟软件与GIS软
件及地质统计分析软件的集成尚不完善，缺乏成熟的基于三维和四维的数学的、认知的和统计的空间分析工具：(2)已有系统在描述增质特征的易变性方面，或者在播述与空间结构或属性相关的不确定性方面仍很欠缺，还没有适合所有情况的完善可行的建模方法和数据模型；（3）则重通用三维建模研究，缺乏研究与模拟地质系统的专门的三维空间分析工其：（4）许多地质科学家虽已认识到地下特征定量的方法，但因为需要各种条件的大量投入而束之高阁；(5)不同的用户群对数据和结果的要求不一样，固此需要根据胖客户型用户和瘦客户型用户的不同要求设计出合适的用户界面；（6）地质建模与可视化数据与解释都具有不确定性和多解性，缺少专业知识，容易导致对结果的理解错误，如何显示数据与解释存在的不确定性仍是一大排战：（7）现有建模技术大多集中于简单层状增质体的三维重构与表达分析，对结构复杂、物性分布不均句的复杂地质体构模技术研究不够深人，
3.2展望
尽管当前技术对解决三维地质建模与可视化所面临的挑战还有些力不从心，但技术和经济趋势正朝着减少这些阻碍的方向发展。伴随传统二维GIS在能源、矿产资源和环境等领域中的应用缺陷，三维GIS的研发和应用已成为GIS领域的一个研究热点，三维地质建模正是三维GIS在地学领域的具体应用。随着三维GIS理论的不断成熟和真三维GIS软件的研发与应用推广，作为三维地学建模的核心技术，三维GIS的发展将不断推动三维地质建模与可视化的深化。此外，根据地球科学知识从基础数据收集到决策制定发展的金字塔形结构，未来三维地质模拟必将与信息管理系统紧密结合。
随着社会对于可持续发展的期望以及环境保护对复杂模型和地下条件的定量评估提出的更高要求，逐渐支持并集成先进的信息技术的未来地质建模和地下可视化，无疑将被应用于更多的工程和满足用户需求与期望的决策中，可以说，地质建模和可视化的前景是不可限量的，
参考文献
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作者简介：张伟(1989-)男.项士研究生。地质学(数宇地质科学)专业