地質建模需要哪些知識

Ⅰ 地質建模的統一表達

地質建模的實質是一個從客觀地質體采樣到數字地質體建模、再到3D可視化的過程(徐磊等，2007)。Raper(1989，1991)將地質對象分為采樣局限(sampling-limited)對象和定義局限(definition-limited)對象。采樣局限對象是指形態僅由采樣數據的多少來確定的自然對象，如一個岩層或者一個斷層面；定義局限對象是指形態由人為的分類標准來決定的自然對象，如地層是根據化石組合和岩石變化特徵來劃分的。地質空間本身是客觀存在的，是確定性的，然而由於人類認知能力的局限性，才使地質空間具有不確定性的特徵。從定義局限角度考慮，若對相應的分類標准進行細化，或者使粗細程度具有層次等級標准，那麼地質對象在特定的標准下將成為一個確定性的。地質對象及其空間關系和屬性的不確定性，實際上是由稀疏的不充足采樣決定的，即受采樣局限的約束。從理論上講，對一個岩層或者一個斷層面，無限制增加地質采樣，克服采樣局限的約束，可以實現對地質對象的完全認知。而實際上，原始地質數據獲取的艱難性和高昂的數據採集成本使這種想法變得異常脆弱。通常，是在滿足一定的要求和可以接受的風險范圍內進行有限的地質采樣。

地質采樣是認知地下空間的最有效方法，地質特徵也是根據有限的地質采樣並結合地質工程師的專家經驗得到的。地質結構建模是根據地質采樣數據所揭露的地質層面點數據，按照一定的方法擬合出的能夠反映地層分布的三維曲面，實現對地質對象的表達。因此，地質采樣實質上是建立地質約束的過程，增加地質采樣會使擬合的地質曲面更好地逼近地質層面的實際形態。地質建模就是依據地質采樣所獲取的地質約束信息，構建具有空間幾何位置、空間屬性特徵、空間關系的地質模型，可採用統一地質模型表達式，即：Mⁿ(Ω，N，φ，C)，其中，Ω是離散地質模型單元集合，N是Ω中元素之間的拓撲鄰接關系，φ是地質對象所具有的屬性信息，C為地質采樣所構建的約束信息。

地質約束信息是建立地質模型的關鍵，Mallet(2002)將約束信息分為兩類：強約束(hard constraints)、弱約束(soft constraints)，其中，強約束又分為強相等約束和強不等於約束。李曉軍等(2008)按照數據的可靠性特徵，將地質數據分為三類：確定性數據(如鑽孔數據，通過鑽探取樣獲得地層岩性的分界信息，以及地層的物理力學特徵等屬性特徵)、知識推理型數據(如煤層底板等高線圖、剖面地質圖等，該類信息多以鑽孔或地震勘探數據為基礎，通過地質解釋或地質工程師的專家經驗知識綜合而形成的)和不確定性數據(如岩層厚度的空間變化特徵，無采樣點的屬性信息，主要依靠主觀解釋和插值、外推等手段所獲得的數據)。

Ⅱ 地質三維建模一般用什麼軟體

我們單位用的是理正勘察三維地質軟體，您可以了解，我們用鑽孔、縱斷面圖、剖面圖來做三維工程地質模型。而且可以從工程地質勘察軟體直接導入地質數據。

Ⅲ 三維地質建模的實際意義

要對地下水進行管理、規劃，就必須查明水文地質條件，也就是要對地下水及其賦存的地質結構有清晰的認識。在水文地質領域中，研究對象都具有空間特徵，地下水及其賦存介質埋藏於地面以下，對地下水運動規律只能依靠水文地質勘察資料和水位動態資料來揭示。而這些資料一般都是以平面圖、剖面圖及表格形式提供的，它們所反映的數據是離散的，有局限性的，在三維空間中研究這些數據時，其拓撲關系還難以考慮清楚；同時，由於地質空間分布的復雜性、模糊性與不確定性，在僅僅具有鑽孔或少量的地質離散點信息的地區上，技術人員則很難得到直觀有效的地質信息。也就是說，水文地質工作者必須對這些紛雜的數據信息進行仔細的分析理解，才能洞察研究對象的本質，獲得對研究對象的認識和理解，但這是一個十分費時而繁瑣的過程，對他們來說是一種沉重的負擔。

如果能將地下水及其賦存介質進行三維可視化表達，構建出其實體模型，則將有力地支持水文地質工作者對地下水運動規律的認識，同時，也為地下水的合理開采及其開采過程中的地質環境保護提供決策支持。

基於以上認識，需要我們建立一種權威的、不斷更新的、區域性的、具有傳承性的地下水地質結構三維可視化模型，這個模型建立的初期可能是粗糙甚至是有錯誤的。但隨著專業人員對地質結構認識的不斷深化和勘探精度的提高，這個模型會逐漸准確直至完全正確。計算機技術發展到今天，已經為我們提供了建立這樣真三維地質模型的技術條件。

利用計算機圖形學及可視化技術，可將二維抽象的地質信息以三維可視化的圖形效果直觀形象地表達出來，建立逼真的空間立體地質模型，並任意剖切地質體、對地質體進行三維交互信息查詢等。這樣可更高效地描述各種地質信息，如特定區域岩性，某一區域地層的厚度等；直觀有效地表達各種地質現象間的拓撲關系，如地層的接觸方式等，從而迅速提高專業技術人員對地質現象的認識，提高工作效率，發揮地質資料的最大價值。同時，在三維地質模型的建立中，還會生成一系列的三角網格數據，這為後續的地下水數值模擬奠定了基礎。也就是說，三維地質建模還能將水文地質工作者從繁瑣的網格剖分中解放出來。

建立地下水三維地質可視化模型，不但減輕了水文地質工作者的任務，方便他們進行專業領域知識的討論、傳播和發展，而且，這樣的模型還能將專業領域復雜的、抽象的或專業性過強的成果及結論用簡潔的、直觀的、易於被廣泛接受的方法和形式表現出來，它還將有助於不同領域間方便、正確地進行知識交流，有助於決策者做出正確判斷。

Ⅳ 地質體建模

（一）一般地質體構建演算法

通過表面表示法表示地質體具有存儲量小，建模速度快的優點，本文的地質體採用面表面表示法。一個地質體由多個地層組成，一個地層可以由以下的表面組成，如圖4-68所示。

圖4-68 地質體的幾何構成

①兩個相鄰的地層頂面組成一個地層的上表面和下表面。

②地層與每個斷面相交而成的曲面稱為內圍邊。

③地層與每個工區表面相交而成的曲面稱為外圍邊。

在一般情況下，在已知地層面和斷層面的情況，都採用地層面和斷層面求交的方法來計算地質體。具體演算法如下：

（1）將地層面排序。

根據地層頂面的海拔排序，按從海拔低到海拔高的地層頂面的順序下，前一地層面是隨後的地層面地層底面，n個地層頂面可以構造n-1個地層體。如圖4-69所示：三個地層頂面表示兩個地層體，最下面的地層頂面不需要計算實際的地層體。

斷面與地層面求交，每兩個相鄰的地層與斷層求到一組交線，將交線整理連稱多邊形環（可能多個），將每個環細分為三角形網格，根據斷面的采樣點插值求得的每個環的表示的曲面，得到內圍邊。

圖4-69 地層排序

（2）用工區表面與地層面及斷面求交，得到多組環。

如圖4-70所示：得到地層與工區表面的圍邊。圍邊和地層表面共同組成了地層體——外圍邊。

圖4-70 外圍邊連環示意圖

在這個演算法求交的過程中，斷面與地層面求交存在需要嚴格控制幾何一致性的問題，否則可能造成在連環的過程中因幾何位置不統一，連環失敗的情況，對建模的精度要求很高。如圖4-71所示，地層頂面之間有互相相交的情況，在連環時難以處理：

圖4-71 地層面互相侵入圖

綜上所述，直接通過曲面求交的方式來構建地質體數值穩定性很難得到保證，本文在建立地層面模型時採用的是基於變形場的地層面模型構建演算法，根據該演算法思想可知，變形場可以作用於整個建模空間，對整個地層體同樣有效，所以可以通過已建立好的變形場來解決地質體建模的問題。

（二）地層體構建演算法

本演算法是在已知地層面和斷層面的情況下，採取變形場的方法來構造地質體。根據變形場建模的思想，所有的地質元素都是在逐步斷裂的情況下，形變達到當前的形態的，所以地質體的圍邊也是由初始的形態變形而成的。初始狀態的地層與斷層面相交形成的圍邊具有形狀簡單的特點，一般情況只有四個拐點，初始地層面的圍邊易於求解，所以可以採用通常的方法求得初始地層的圍邊，然後將變形場逐級作用於初始圍邊，就可以得到當前狀態下地層體的圍邊了。生成地層的具體演算法如下：

（1）首先構建地層初始網格，及地層的初始外圍邊網格；

（2）按斷裂順序找到當前斷裂的斷面，直至地層沒有新裂口為止；

（3）復制一份斷層網格記為A，用地層裁剪斷層網格A分為若乾地層圍邊，分層後的斷層網格被復制兩份，一份是斷層左側地層裂口的內圍邊，一份是斷層右側地層裂口的內圍邊；

（4）將該斷層的變形場作用到地層上及其圍邊上，地層的表面網格發生形變，圍邊網格發生變形；

（5）按上述步驟（2），（3），（4）作用於地層面即可得到地層的體網格。

雖然在這個過程中地層和斷層有求交的操作，但這種操作可以保證是在連續地層面和斷面之間的求交，所以穩定性高，初始地層面的易於求交簡單。變形後的地層體如圖4-72所示：

圖4-72 不連續的地層體

（三）小結

本小節介紹了在基於變形場的地質元素的生成方法，充分證明了變形場和斷面樹機制不僅能應用於地層構建，也在地質體構建中起到框架的作用，變形場和斷面樹作為整個地質體模型建模框架有效地完成構造信息自動建模工作。

Ⅳ 地質模型是如何建立的

1.選擇一個專業軟體
2.數據錄入及轉換
3.選擇一個數學插值方法
4.設定相關參數
5.創建三維實體
6.顏色賦值，導出模型。

Ⅵ 三維地質建模

是兩種不同的概抄念，但也有聯襲系。
狹義來講，三維地質建模是利用可靠的地質資料，運用空間插值、幾何重建、計算機圖形圖像等技術方法，還原地質對象實體或屬性的空間分布特徵的技術方法和工作過程。
地質數據三維可視化是指利用三維可視化技術，展示地質數據本身的時空特徵。
從字面上來看，三維地質建模強調了推測，重視推理和分析，重視地質專家的經驗和知識的參與，三維模型只是分析結果的展示手段；而地質數據三維可視化，強調的的利用三維可視化方法，還原地質對象原本的三維空間特徵。
廣義來講，三維地質建模是地質數據三維可視化的一種手段。國內，這兩個概念沒有人搞清楚，就算是地質行業的專家也是模稜兩可。科研領域對三維地質建模的研究或局限在網格構建演算法方面，或局限在地質構造的幾何結構描述方面，三維可視化普遍被認為是沒有技術含量的軟體方法而已。

Ⅶ 復雜地質建模的一般問題

通過抄對代表復雜地質條件的斷層、褶皺建模方法的討論，對於具有一般意義的任何復雜地質構造(圖4.28)，理論上，只要具備構造地質的專業及地層演化歷史知識，能夠對研究區域進行地質分層、分塊處理，總是可以實現地質分布的三維模擬。

圖4.28 具有一般意義的復雜地質概念模型

(據Qu et al.，2006，重繪)

Ⅷ §三維地質建模的方法體系

三維地質建模是一門高度交叉的學科，不同領域的學者從不同角度對三維地質建模的內涵進行了論述。Houlding(1994)最早提出了三維地學模擬(3D Geoscience Modeling)的概念，從廣義角度對三維地質建模進行了界定，將空間信息管理、地質解譯的圖形處理、空間地質統計、地質體的模擬、地質信息的可視化等統稱為三維地學模擬。Mallet(2002)將地質建模定義為能夠統一模擬地質對象的拓撲、幾何與物理屬性並且能夠考慮多源地質數據的數學方法的集合。

三維地質建模技術是以數字化與可視化手段刻畫地質實際、構建地質模型的工具，一個完整的三維地質模型應該具備以下特徵:

(1)地質模型所表示的地質對象具有明確的幾何形狀與空間位置，並與地質勘探數據吻合，所有幾何元素均以圖形與數字化的形式存在。

(2)具有有效的數據模型，所有幾何元素之間具有完備的拓撲關系。

(3)擁有有效的圖形與屬性資料庫支持，便於圖形與屬性信息的查詢與分析。

(4)地質模型是可視的、直觀的，真實感強。

上述特徵決定了三維地質建模方法所涵蓋的基本內容。三維地質建模方法是若干理論、方法與技術的集合體，主要涉及地質勘探數據的標准化處理、幾何造型、三維空間數據模型、屬性數據管理與圖形可視化等方面。圖1.1為三維地質建模的方法體系。

圖1.1 三維地質建模的方法體系

地質數據來源眾多，可靠程度不一，而且分布不均勻，建模時需要藉助地質方面的知識與經驗進行分析與處理，形成合理有效的信息源。地質勘探數據的標准化處理包括兩方面:一是對地質勘探數據進行系統的地質分析，保證數據的可靠性;二是制定標準的數據格式，對地質信息進行標准化處理。目前，各國學者在這方面的研究較少，還沒有形成統一的方法。

為了方便、簡潔、合理地表達、存儲與管理地質模型，必須建立有效的三維空間數據模型。簡單地說，三維空間數據模型就是指圖形數據的表示與存儲方式以及圖形元素之間的拓撲關系。常用的空間數據模型包括兩類:曲面表示模型與體元表示模型。曲面表示模型是指用曲面的組合來表示地質對象，例如，用地層界面圍成地層實體。目前，常見的曲面表示模型有邊界表示模型、表面模型與線框模型等。體元表示模型就是將地質對象離散成若干六面體、四面體、三稜柱等形式的體元，用體元的組合表示地質體。目前文獻報道較多的體元表示模型包括結構實體幾何模型、規則塊體模型、四面體模型、三稜柱模型、混合體元模型等。

幾何造型是三維地質建模的核心內容，是指根據地質地理數據，利用數學、幾何與地質分析方法重構地質對象的空間幾何形態，並利用點、線、面、體等基本幾何元素及其衍生的幾何元素表示地質對象的過程。例如，地層界面常用不規則三角網表示，建模時可以根據鑽孔數據進行插值運算，計算出三角網格結點的空間坐標，從而得到由空間三角形面片連接而成的地層界面。地質建模中常見的幾何造型方法包括邊界建模方法、線框建模方法、斷面建模方法、映射建模方法、塊段建模方法等。這些方法的思路、過程與實用性有一定的差異，但是，大多數方法都會涉及一些基本內容，如三角剖分與優化、插值計算、曲面細分與優化、曲面曲線求交、環與塊體搜索、空間體元剖分等。

圖形可視化就是在計算機屏幕上繪制出地質模型，利用材質、顏色與光照等手段實現真實感成像。屬性數據管理是指建立屬性資料庫，存儲與管理地質對象的物性參數，如地層名稱、岩性、力學參數等。在地質建模中，圖形可視化與資料庫技術與其他領域的相關內容類似，沒有明顯的特別之處，因此，本書不再詳細介紹相關內容。

Ⅸ 三維地質建模體系結構

近十多年來，三維地質建模技術和方法不斷得到發展，並逐漸完善，相應的三維地質建模體系結構也逐漸成型(鍾登華等，2006)。以建立地質對象三維模型為出發點，提出了以空間數據為基礎、以地質結構建模技術為核心、以模型應用為目的的體系架構(潘懋等，2007)，其總體流程可用圖2.15表示。

圖2.15 三維地質建模體系結構圖

(1)地質數據處理。自然界地質現象的復雜多變及大量的不確定因素決定了反映地質現象的地質數據具有不確定性和復雜性等特點，因此首先需對地表地質調查、鑽孔、遙感等技術手段獲得的原始數據進行預處理；然後利用CAD、GIS或其他輔助軟體，針對工程需要，完成所有可利用數據的耦合工作，並結合地質專家的知識，對復雜的地層、斷層等地質結構進行識別、解釋、描述、定位等處理；最後把所有的地質數據通過數據轉換介面數字化為地質體建模可接受的輸入數據格式，以保證地質體空間幾何形狀表達的准確性和對各種復雜空間對象關系的一致性，為三維地質建模奠定基礎。

(2)地質體建模。地質體建模的核心技術是地質對象的三維表示方法，即採用的數據模型。目前，常用的數據模型有基於面、體和面體混合三種。實現地質體建模需要解決三個主要問題：①地質體對象空間幾何形狀的表達，即根據數據的空間分布及變化特徵建立空間幾何模型。②地質對象空間幾何關系的描述，即三維拓撲模型的建立，反映地質對象之間的內在關系，包括地層間、構造間、地層與構造之間的各種關系。③地質對象屬性信息的關聯，通過建立屬性資料庫與圖形庫之間的對應關系，將屬性信息關聯到幾何模型中相應的地質體上，以反映地質體的屬性特徵，如岩性描述、斷層要素、岩體質量級別等。

(3)模型應用。模型應用包括地質分析、工程分析、查詢及其他方面的應用等。地質分析主要是對建立的三維地質模型任意方向、任意位置和任意深度的地質剖切分析，以便幫助人們更直觀、更深刻地理解區域地質環境和地質條件。工程分析主要是針對與地質條件密切相關的工程對象進行調整、優化設計、多方案對比，選擇地質條件較好和處理工程量較少的布置方案，為提高工程安全性和降低工程投入提供技術支持。地質數據的多樣性和復雜模型庫為空間數據統計分析與查詢提供了豐富的信息，基於數據挖掘和知識庫的思想，設計空間數據查詢、數據倉庫查詢及統計輸出的分層查詢結構，能夠有效地描述、組織、管理和利用空間地質數據，有助於建立統一、完善的工程地質三維建模與分析系統。

圖2.16所表達的體系架構屬於一種降序體系，是D'Agnese et al.(2003)提出的一種金字塔式體系架構，該體系將系統分為四個層次：即數據(data)、信息(information)、知識(knowledge)和智慧(wisdom)，其意義見表2.4。事實上，圖2.16所述體系架構是對圖2.15更高層次上的抽象，都強調基礎數據和地質工程師專家經驗知識的重要性，並最終將地質模型應用於工程實際。

圖2.16 金字塔式建模體系

(據芬蘭國家應用地質研究報告，有修改)

表2.4 基本術語定義

Ⅹ 地質體三維建模方法及流程

以建立的綜合地質資料庫作為數據基礎，並綜合利用 Vulcan 7.5和 Datamine Studio 3 軟體各自的優點來進行地質信息三專維可視化屬建模，主要工作內容包括：(1)地質建模數據（Geodatabase）的導入；(2)剖面地質界線圈定；(3)地質體線框模型建立；(4)地質體塊體模 型建立。

通過綜合地質資料庫的建立，將繁雜的各類地質數據進行了分類並利用關系資料庫進 行了存儲與管理（見第2章）。因此，進行地質體三維建模是從綜合地質資料庫中導入各 類地質建模數據並採用 Vulcan 和Datamine 軟體來進行地質體三維建模，並在不同的地質 剖面上對各類地質體界線進行圈定，並最終形成各類地質體的線框模型和塊體模型。其具 體流程如圖4.1所示。