三维地质建模技术研究现状及其测绘应用

　　摘    要：　地质测绘非常复杂且困难，通常存在三维实体，由于科学研究的不断深入，三维地质模拟引起了全球科学界的高度关注，目前正在开发各种三维地质模拟软件已被广泛使用。也应用于各个领域，例如地质学、矿产资源学、水文学、环境学等等。本文从地质的结构、类型、分布等方面对地质的三维特征进行系统分析，总结了三维地质模拟软件在国内外地质构造、地质工程、采矿勘查、物理学等领域的发展现状。

　　关键词：　三维地质建模技术; 地质测绘; 应用;

　　1 、三维地质建模技术的理论基础

　　地质结构的形状具有两个基本表示形式：“数字”（结构元素，例如发生和规模）和“形状”（空间形式），复杂的地质结构始终可以通过点、线和面来建模。三维地质建模技术可以收集许多元素并进行分析，尤其可以在空间坐标系中执行三维形态解释和分析。作为管理三维地质现象的GIS，应将主要地质现象考虑为地层、缺陷和矿体。地层是特定地质时代中的地层或岩石，相互连接的地层位于界面之间，可以位于具有趋势、坡度和深度数据的平坦楼梯前面。但是，结构界面并不是真正的稳定表面，而是由于趋势和趋势变化而形成不完整的表面。为了获得梯度，通常使用井数据，井测量数据和振动数据来确定波缺陷的表面积。缺陷类似于地层，将岩体分为上下壁，但通常具有特定的表面，特定的宽度和特定的角度，检测和描述方法与地球表面一致。为了确定矿物质的范围，必须通过表面勘测、地下挖掘和地质测深来确定。

　　通常通过钻孔的测斜仪数据计算，按照一定的规则（根据垂直和水平截面）放置钻孔，穿过钻孔的三维坐标（X,Y,Z）以及矿体的顶部和底部。数字表面模型可以通过DM模型来描述。事实上，一些现有的地理信息系统软件也使用这一计算方法。在地质勘测中观察到的数据，包括岩层和矿石，在空间分布方面非常不相同，在许多情况下只有几个不同的点。由于情况复杂、迟觉运动畸变、损害和其他因素，如果存在诸如缺陷之类的不连续层，则数据的连续性和完整性将受到损害，数据的原始分布有时会发生变化，然而，你无法在整个区域进行持续的探查，因为牵一发动全身。例如，缺陷结构的发展是规则的，例如平面和轮廓中的接头和缺陷，缺陷结构的发展通常具有方向性、带状、保形性和分区性规则。因此，在以空间的方式接近方向的表面时，必须在适当考虑到地质运动的作用的前提下，遵循地质规则。例如在缺陷情况下，缺陷对相关层脂质的影响。

　　2、 对三维地质建模的研究成果

　　在中国，三维地球科学成像的研究开始得晚，但已经进行了许多有益的探索。最近，中国自然科学基金会大力支持对三维地质建模的研究，包括支持“三维建模和绘图研究等地质机构继续提供复杂资金”和“石油储存地球物理学”“三维地震制图和图像法”“地理空间时空空间信息、动态和成像建模及其应用”等项目。1996年，中国科学院地球物理研究所（中国科学院地质与地球物理研究所）和胜利油田开始对国家自然科学综合计划的主要项目“复杂的地质机构”进行跟踪。由中国地质大学开发的Geview地理信息系统可促进地球科学信息的管理、处理和计算分析，并支持三维决策。中国石油勘探和开发研究所研发了深海资源开发系统。这一系统可以通过三维结构的发展而恢复，在“八五计划”期间，中国开发了三维地质模型软件，尽管与国外的类似软件有很大不同。
 

　　3、 目前暂时发现的问题

　　3.1、 硬件问题

　　三维地质建模的硬件尚不成熟，但地质软件不能根据基于特定观察点或地质规律的表面模型建立复杂的地面，并可能产生其他无法预测的地图。如果捕捉时间过早，则无法捕获大规模的地质和深海数据。建模质量非常依赖地质建模专家，这不仅影响软件的有效性，而且限制了建模自动化的改进。如今在地质研究比较先进的韩国，学者们尚未开发较低廉的三维地球模拟软件，因为软件将数据管理、信息介绍、互动过程和地质分析结合起来，使得地球科学三维成像硬件费用昂贵。中国有数百个地质勘探和研究部门，如果它们不开发拥有独立版权的地理信息系统三维地质软件，那么对外国软件的过分依赖是不现实的。我们需要工作人员开展合作研究，开发属于本国的地质科学三维成像软件，同时开展国际研究，以便尽快融入世界。

　　3.2 、三维地质模拟的弊端

　　这种复杂的结构和空间关系因多点、缺乏连续性、趋势不同以及地质构造复杂而有所不同。在地球科学领域，存在许多缺陷，地质、水井、矿石、隧道等。不同的专家可以根据不同的地质理论得出不同的结论。地质数据在结构和非系统方面各不相同，主要包括重力数据、地磁数据、大气电子数据、地热数据、油井数据（地质分类、地球物理信息）、地震数据和卫星电影。地壳数据、区域地质数据（地质控制点数据、收集数据、岩石厚度数据、幻灯片数据等）和数字地图的协调发展，使得数据的分类、解释和处理更加困难。

　　4、 目前三维地质建模技术的应用

　　4.1 、三维空间数据模型

　　在对全球三维GIS数据结构的深入研究中，主要三维GIS数据结构是三维网格（A-ray）、实体结构几何（CSG）组成的。网络结构（TEN）代表基于诸如网络（TEN）的体积技术的三维矢量数据结构，可以准确地表示空间实体并充分描述空间拓扑关系，但是TEN本身很难构建数据结构更加复杂。Octree是一个以尺寸描述为基础的数据模型，是三维立体体模型的延伸，在这种模型中，质子被用作描述空间物体的小单位，这是一个简单而易于分析的结构模型。这一特性表明精确度较低，但精确度提高将导致数据数量大幅增加，处理速度下降，模型显示了场地与空间实体陈述之间的明显缺陷。在地球科学领域，空间物体非常复杂，在三维描绘和显示方面非常不规则的缺陷，地质、井眼、矿石、隧道等非常复杂，矢量结构很难解决物体内部的不均匀现象。

　　4.2、 三维地质模拟技术方法

　　目前，三维测量模拟技术概括如下：剖面建模、表面建模、天体质量建模、框架建模、实体建模和界面视觉技术。截面法是一个三维问题，其缺点是不完整。表面方法在DTM模型（数字地形模型）中使用，其缺点是关于特性的信息不能在地面质量内表达。三维模型更好地平衡精确度和储存信息，该线是表层和块法的组合，其优点是以任何方式描述矿物质，其缺点是在控制点编码改变地质界面时，重新调整和划分地表。辐射成像技术是根据计算的科学设想而发展的技术。在三维地面模拟中应用外部成像技术的一个典型例子是法国NACY大学开发的gcad软件以及美国的三维地质模拟。包括我国探讨了三维地质测量模拟技术的应用，多数学者提出了三维地质模拟技术和物理成像的挑战，并研究了生物成像方法、算法展示和光学模型等关键技术。

　　最近出现的虚拟现象是一种可以创建和测试虚拟世界（虚拟环境的通用名称）的计算机系统。虚拟现实技术具有视觉和目标定向的特征，并使用三维立体图像显示数学知识和图表，这些图表不仅复杂，而且信息共享之间也可以交互。这是空间数据成像的一个有希望的新领域，并且已经成为研究和利用地球数字资源的重要焦点和重要工具。而VR是人机交互的新革命，用户直接与虚拟的自然环境互动。向用户显示的自动界面不再是二维平面形状，而是动态的三维对象。虚拟地理和与地理相关的虚拟人体工程学活动。因此，将虚拟现实技术应用于3D地质模拟是3D地质模拟技术的重要趋势。用于处理二维度数据的地理信息系统技术非常方便，在二维度垂直投射的传统五维度的单维或二维度储存预测结果的几何及其相互关系的位置，尽管有许多问题可以在地质领域解决，但由于三维地质模拟技术基础结构确实是有巨大发展前景的，也是更科学的。地理信息系统正在从一个固定的二维模型转变为一个三维模型，利用三维地理信息系统将单维或二维地球块置于三维空间，因此，三维地理信息系统的开发将为三维地质建模提供重要的技术支持。

　　三维地质建模软件首先从油田收集各种地质数据，例如地层信息和侧井数据，然后建立数据库。通过数据库建立三维地质结构，并设置三维网格的精度。然后，可以建立相关的储层结构模型，其中应包含分层模型和缺陷模型。大量的横向井数据和钻探数据用于模拟储层材料并定量解释储层参数的空间变化。使用大量数据转换进行数据分析和地理统计，并描述空间中属性的分布。使用定性和定量方法对地质模型进行测试，计算和评估其储量，最后对模型进行处理。

　　5 、结论

　　三维地质建模技术在各个领域的广泛应用有效地提高了工作效率和工程质量。近年来，中国的三维地质建模软件发展迅速，功能日趋完善，但是该软件的应用和开发仍存在许多弊端，需要软件开发商更好地利用三维地质建模技术，不断提高产品质量。

　　参考文献

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