三维地质建模技术

随着现代信息技术的发展，如何将早期二维的地质信息拓展到三维空间，对地质信息进行深度挖掘，已成为研究热点。三维地质可视化以及三维信息综合分析是解决上述问题的有效途径，其实现的关键便是构建三维地质模型。三维地质建模是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析与预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术。

一、常见建模方法

三维地质模型是地质结构三维展示与空间分析的基础，是对多种多样区域地质情况综合描述的关键手段，也是对原始数据进行检验的重要方式。目前，国内外三维地质结构建模的具体实现方法较多，如基于多层数字高程（DEM）概念的三维地层骨架构模方法、基于三梭柱或四地层-实体模型算法、基于地质剖面数据的三维矢量数据生成算法、基于支持向面体的体元构模方法、基于空间插值技术的三维地层模拟技术、基于钻孔数据的量机的三维地质模型自动构建技术等。较为常见的三维地质建模方法主要有以下3种。

1. 钻孔建模

钻孔是最常见的地质勘察技术手段，从钻孔数据出发建立地质模型也是最常见和最基本的三维地质建模方法之一。对经过标准化的excel格式的钻孔数据进行入库，形成标准化的钻孔数据。然后通过钻孔坐标及分层数据，建立地层面及地质体的三维地质模型（图1）。该方法自动化程度高，可用于大规模钻孔的快速建模。但这种建模方式交互程度低，一般只适用于地质条件简单且具备一定工作程度的区域，无法处理断层或倒转褶皱等复杂地质现象。

2. 交叉剖面建模

该方法是通过剖面空间要素之间的拓扑关系来生成三维地质模型，在用户交互和干预下，可建立大多数复杂地质模型（图2）。主要包括剖面数据准备、地质界面建模、建模区边界面建模、地质界面修正及光滑、封闭成体五个步骤。交叉剖面建模前期数据准备要求较高，对建模人员地质知识要求较高。该方法建模精度取决于剖面精度、剖面数据量和建模人员知识水平，且建模速率相对较低，尤其是后期模型更新难度大，模型更新基本等于模型重建。

图2 交叉剖面建模示意图

3. 多源交互复杂地质体建模

利用多种地质数据，包括钻孔数据、剖面数据、平面地质图、物化探异常等值线等数据，基于人机交互式模式，建立三维地质模型。不同地质体采用不同建模方法，最后进行多模型融合，实现多源交互复杂地质体建模。首先从地质图、剖面图中提取断裂数据，生成的断层面控制着地层界线的伸展位置及范围，然后将复杂褶皱、透镜体、岩体等轮廓线插值进行填充，从而形成合理的复杂地质体模型。该种建模方法处理数据较为复杂，建模过程需要较多的人工干预。
三、应用领域和发展前景

三维地质模型广泛应用于区域地质调查、固体矿产勘查、城市地质调查、数字矿山建设、工程地质勘察、水资源评价等方面，为深部矿产资源预测评价、城市地下资源的综合利用、矿山开发利用、城市规划建设等方面提供可靠的科学依据。
1. 矿产勘查

随着矿产勘查工作的有序推进，当前国内的主要找矿方向由地表矿和浅部矿转为隐伏矿和深部矿，三维成矿预测逐渐成为矿产资源预测研究的热点。三维地质建模在矿床空间表达、成矿条件综合分析、定量预测、指导勘查找矿等方面具有明显优势，可建立起矿藏的三维空间形态，提高地质解释的精准度，辅助矿产资源勘探。

三维地质建模具有显著的优点，是实现深部矿产勘查突破的重要途径，但由于矿产勘查相关规范都没有要求提交三维地质建模成果，一般地勘单位利用三维地质建模开展成矿预测仍处于空白或起步试验阶段，然而其作为未来矿产勘查与开发的发展方向之一，地勘单位应加大三维地质建模在成矿预测、矿床储量评价等方面的研究力度。

2. 城市地下空间管理

地下空间的开发利用与其所处的地质构造、地层岩性、水文地质条件、不良地质体等地质环境条件密切相关。可视化评价在地下空间开发中起到至关重要的作用，城市地下空间三维地质模型（图3）可以直观、立体地描述地下空间资源在不同深度的空间差异，其更多的细节展示效果，可为城市地下空间开发提供重要支撑，从而科学合理的进行城市规划和管理。

图3 城市地下空间三维地质建模示意图

3. 数字矿山

三维数字矿山克服了以往二维作图的局限性，能更直观地显示矿体的空间形态，不仅大大避免了资源的浪费，而且还提高了矿山开发利用的效率。目前国内三维地质建模软件的厂商也大多集中在数字矿山领域。

4. 地下水污染修复

在地下水污染修复领域，利用三维地质模型可以对场地地层与地下水污染状况进行精细刻画，能够充分反映场地污染物空间分布的差异性和地质结构的差异性，为研究区地下水污染修复方案的制定提供技术支撑。见图4。

图4 地下水污染修复模型示意图

   作为向地球深部进军的重要技术手段，三维地质建模技术具有广阔的应用前景，可广泛应用于矿产资源勘查、国土空间生态修复、地下空间开发利用等领域。