三维地质建模现状分析

国外的三维地质体建模及其分析研究开展较早，在理论研究、软件开发和实际应用等方面发展较为成熟。在基础理论方面，不少学者从各种角度和所在领域提出了不同的相关理论与方法，以下学者影响较大。

（1）加拿大学者Houlding于1994年提出三维地学建模（3DGeoscience Modeling）的概念，即在三维环境下将地质解译、空间信息管理、空间分析和预测、地质统计学、实体内容分析以及图形可视化等结合起来并用于地质分析的技术。他在书中详细阐述了基于有限的数据如何建立计算机模型来满足地质学家扩展地质解释、地质统计预测和图形显示的需要。其中的一些基本技术和方法包括空间数据库的建立、三角网生成方法、三角网面模型构建方法、三维三角网固化方法、地质体边界的划定和连接等许多方面，最后针对五个各具特点的实例进行了三维地质建模应用。该书从总体上为三维地质建模技术进行了总结归纳，反映了该问题的研究水平，为地质信息的三维分析与管理指引了方向。

（2）法国Nancy大学的Mallet教授针对地质体建模的特殊性和复杂性提出了离散光滑插值（Discrete Smooth Interpolation，DSI）技术，该技术基于对目标体的离散化，考虑已知信息引入的约束，用一系列具有物体几何和物理特性的相互连接的节点来模拟地质体；它基于图形拓扑，具有自由选择格网模型、自动调整格网模型、实时交互操作并能够处理一些不确定的数据等优点，适用于构建复杂模型和处理模型表面不连续的情况。DSI技术已成为GOCAD（Geo－logical Object Computer Aided Design，地质目标计算机辅助设计）研究计划的核心技术，该计划为适应地质、地球物理和油藏工程的需要和综合研究提供技术支撑，在国际上得到极大的重视。国际勘探地球物理学家协会（SEG）和欧洲勘探地球物理学家协会（EAEG）于1992年末成立了SEG／EAEG3D建模委员会，以GOCAD为依托开展三维SEG／EAEG建模工程（SEM）。GOCAD为人们深入研究地质信息三维数字化建模开辟了新的道路。

随着相应理论基础的研究和深入，以及计算机技术的迅速发展，国外的三维地质建模软件已形成相当的规模，比较典型的大型专业软件有：GOCAD、Earth Vision、Vulcan、Gem Com、Micro Lynx、Surpac Vision、Landmark、Geo Sec3D等，这些软件分别在地球物理、石油物探、石油开采和露天矿开采等领域取得了颇有成效的研究成果。但是，由于国外软件费用高，并且受到具体地质条件的限制，大都面向石油、矿产等领域，一般通用性不强，并且在实际使用过程中对有些特定领域支持不够。例如，上述这些软件由于其应用目的与水利水电工程地质分析存在较大的区别，在我国水利水电工程地质信息三维建模与分析研究中难以推广使用，尤其是对于大型水利水电工程，从勘探数据处理到模型建立、表达等方面的针对性和实用性均不强，只适用于某些特定的条件和应用情况。

在国内，自计算机在地学中应用以来，由于受到硬件以及人才培养等客观因素的限制，地质工程师大多以二维为基础对地质体进行分析和研究，并且研制了许多二维制图的应用软件，而对于三维地质建模和分析方面的研究还在探索中。目前，很多高等院校和研究单位结合所属领域开展了这项研究工作，取得了一定的理论和应用成果。如中国地质大学吴冲龙教授（1996）的团队致力于三维可视化地学信息平台的建设，致力于地下复杂地质体建模的方法理论探索与技术的实现；中国矿业大学武强和徐华（2003）设计了超体元实模型，并提出基于特征的驾驭式可视化设计思路，建立了面向采矿应用的三维地质建模体系结构；曹代勇、朱小弟等（2001）提出基于Open GL的切片合成法，应用于煤田三维地质模型可视化分析中；北京市勘察设计研究院陈树铭等（2000）提出泛权算法论，试图解决任何复杂的三维地质信息数字化与重构问题；中国科学院张菊明、陈昌彦等（1996）应用拟和函数法开发研制了边坡工程地质信息的三维可视化系统，并应用于长江三峡永久船闸边坡工程的三维地质结构的模拟和三维再现工作中。此外，北京航空航天大学、北京大学、南京大学、武汉大学、中科院武汉岩力学研究所等单位也做过相关的一些研究工作，结合特定的领域取得了一定的研究成果。

综上所述，从国内外所开展的一系列研究和应用来看，三维地质建模与可视化模拟分析已经受到国内外专家、学者越来越多的重视，并取得了相当的成果，丰富和发展了三维地质建模的理论与方法。然而，从总体上看，虽然国外三维地质可视化模型研究和应用走在前列，有不少成熟的建模软件，国内也有类似的软件产品，但其成果除了在露天矿山开采和石油物探领域研究应用取得较好的效果外，在水利水电工程设计与建设领域离实际应用还有一定距离，真正用于特殊而复杂的水利水电工程地质三维建模与分析实践的非常少见。而且，目前的工程地质三维模拟大都着重于单层地质实体的表示，对断层、褶皱等构造因素的分析建模重视不够，不能反映工程设计和大型结构面及其结构面相互交切关系的综合信息和三维特征，缺乏结合特定工程部位的地质结构适宜性和稳定性分析评价功能。