三维地质建模流程分析

经过多年理论方法探讨和应用实践，地质空间三维建模技术和方法日趋成熟，其三维地质建模业务处理流程也逐渐成型。武强、徐华（2004）建立了面向地矿应用的三维地质建模体系结构，提出以空间数据处理为基础、以实体建模技术为核心、以模型应用为目的的设计理念。李明超（2006）将其概括为地质数据处理、地质体建模和模型分析应用三个阶段。

对于静态建模可以用上述三个阶段概括，但是对于动态建模，则必须加入模型检查修正阶段。因为动态建模很大程度上，地质体模型是自动建立的，其模型的合理性没有人工交互建模的合理性好，因此，模型检查修正阶段必不可少。为此，本章将地质空间三维建模的业务流程划分为四个阶段，如图4-4所示。

（1）地质数据处理阶段。自然界地质现象的复杂多变及大量的不确定因素决定了反映地质现象的地质数据具有多样性、不确定性和复杂性等特点，因而首先需要对通过地质调查、钻孔平硐、物探、化探、遥感、摄影测量等技术手段获得的原始数据利用地质工程师的知识和经验进行地质解译预处理，得到一系列与地质体空间实体相关的钻孔数据库、剖面图和约束散点集数据；然后利用二维编辑处理软件（如Quanty View2D）针对地质建模实际需要数据进行综合整理，并结合地质专家知识对复杂的地层、断层等地质结构进行识别、解释、描述、定位等处理；最后把所有的地质数据通过数据转换接口转换为建模软件（如Quanty View3D）可接受的输入数据格式。由于Quanty View是一套完整的三维地学可视化信息系统平台，其二维编辑模块与三维建模模块能进行无缝数据集成，因此这种转换对于用户基本不可见。但是对于采用其他地质建模软件则需要进行显示的数据转换处理。

图4-4 地质空间三维动态建模流程

（2）地质体建模阶段。三维地质体建模的核心技术是关于地质空间对象的三维表示方法，本阶段也是三维地质建模最核心的阶段，这个阶段主要需要解决地质空间三维建模的三个主要问题。

第一个要解决的问题是关于地质对象空间几何形状的表达问题，即如何根据数据的空间展布及变化特征建立三维空间几何模型。若采样数据过于密集，则应该对数据按照一定规则进行抽稀处理以降低数据密度；若采样数据过于稀疏，则需要在离散点之间或两个原始剖面之间进行插值处理，调整地层、断层等不合理的趋势面使模拟效果更加自然、真实。

第二个要解决的问题是关于地质空间中地质对象的属性信息与几何对象的关联问题，即如何通过建立属性数据库与图形库间的对应关系，将属性信息值关联到几何模型中相应的地质体上，以反映地质体的属性特征，如岩性描述、断层要素、岩体质量级别等。

第三个要解决的问题是地质空间中不同地质对象之间的空间关系描述问题，即三维拓扑模型的建立，反映地质对象之间的内在关系，包括地层之间、地质构造之间、地层与构造之间等的各种关系。

（3）模型检查修正阶段。三维地质体模型的建立是根据第一阶段处理的数据进行的；对于基于多源数据的三维地质建模，由于原始资料本身的冲突、解译数据之间的冲突、原始数据与解译数据之间的冲突，或在建模过程中的地质知识推理错误等，会导致建立的模型与实际情况不相符，其中最常见的是地质体之间的空间关系错误。因此，在模型建立后，应该对模型的拓扑关系等进行检查矫正，以使其与实际的地质情况相吻合。这个阶段在静态建模过程中作用不是很明显，但是在动态建模过程中则必不可少。只有在确保建模模型正确性的前提下，模型的应用才会有实际的意义。

（4）模型应用阶段。模型分析应用是建立三维地质模型的最终目的。模型应用主要包括地质空间分析、辅助工程设计分析、地质过程定量模拟及其他方面的应用等。地质空间分析主要是对建立的三维地质模型作任意方向、任意位置和任意深度的剖切分析、开挖分析、洞室剪切分析等，以便帮助人们更直观、更深刻地理解区域地质环境和地质条件；辅助工程设计分析则是主要针对与地质条件密切相关的工程建筑物进行调整、优化设计，进行多方案对比，选择地质条件较好和处理工程量较少的布置方案，为提高工程安全性和降低工程投入提供技术支持；地质过程定量模拟分析则是根据在已经建立的地质模型之上进行地质过程的定量模拟，如油气的生、排、运、聚过程模拟，应力场模拟，造山过程模拟等。