地质建模需要哪些知识

Ⅰ 地质建模的统一表达

地质建模的实质是一个从客观地质体采样到数字地质体建模、再到3D可视化的过程(徐磊等，2007)。Raper(1989，1991)将地质对象分为采样局限(sampling-limited)对象和定义局限(definition-limited)对象。采样局限对象是指形态仅由采样数据的多少来确定的自然对象，如一个岩层或者一个断层面；定义局限对象是指形态由人为的分类标准来决定的自然对象，如地层是根据化石组合和岩石变化特征来划分的。地质空间本身是客观存在的，是确定性的，然而由于人类认知能力的局限性，才使地质空间具有不确定性的特征。从定义局限角度考虑，若对相应的分类标准进行细化，或者使粗细程度具有层次等级标准，那么地质对象在特定的标准下将成为一个确定性的。地质对象及其空间关系和属性的不确定性，实际上是由稀疏的不充足采样决定的，即受采样局限的约束。从理论上讲，对一个岩层或者一个断层面，无限制增加地质采样，克服采样局限的约束，可以实现对地质对象的完全认知。而实际上，原始地质数据获取的艰难性和高昂的数据采集成本使这种想法变得异常脆弱。通常，是在满足一定的要求和可以接受的风险范围内进行有限的地质采样。

地质采样是认知地下空间的最有效方法，地质特征也是根据有限的地质采样并结合地质工程师的专家经验得到的。地质结构建模是根据地质采样数据所揭露的地质层面点数据，按照一定的方法拟合出的能够反映地层分布的三维曲面，实现对地质对象的表达。因此，地质采样实质上是建立地质约束的过程，增加地质采样会使拟合的地质曲面更好地逼近地质层面的实际形态。地质建模就是依据地质采样所获取的地质约束信息，构建具有空间几何位置、空间属性特征、空间关系的地质模型，可采用统一地质模型表达式，即：Mⁿ(Ω，N，φ，C)，其中，Ω是离散地质模型单元集合，N是Ω中元素之间的拓扑邻接关系，φ是地质对象所具有的属性信息，C为地质采样所构建的约束信息。

地质约束信息是建立地质模型的关键，Mallet(2002)将约束信息分为两类：强约束(hard constraints)、弱约束(soft constraints)，其中，强约束又分为强相等约束和强不等于约束。李晓军等(2008)按照数据的可靠性特征，将地质数据分为三类：确定性数据(如钻孔数据，通过钻探取样获得地层岩性的分界信息，以及地层的物理力学特征等属性特征)、知识推理型数据(如煤层底板等高线图、剖面地质图等，该类信息多以钻孔或地震勘探数据为基础，通过地质解释或地质工程师的专家经验知识综合而形成的)和不确定性数据(如岩层厚度的空间变化特征，无采样点的属性信息，主要依靠主观解释和插值、外推等手段所获得的数据)。

Ⅱ 地质三维建模一般用什么软件

我们单位用的是理正勘察三维地质软件，您可以了解，我们用钻孔、纵断面图、剖面图来做三维工程地质模型。而且可以从工程地质勘察软件直接导入地质数据。

Ⅲ 三维地质建模的实际意义

要对地下水进行管理、规划，就必须查明水文地质条件，也就是要对地下水及其赋存的地质结构有清晰的认识。在水文地质领域中，研究对象都具有空间特征，地下水及其赋存介质埋藏于地面以下，对地下水运动规律只能依靠水文地质勘察资料和水位动态资料来揭示。而这些资料一般都是以平面图、剖面图及表格形式提供的，它们所反映的数据是离散的，有局限性的，在三维空间中研究这些数据时，其拓扑关系还难以考虑清楚；同时，由于地质空间分布的复杂性、模糊性与不确定性，在仅仅具有钻孔或少量的地质离散点信息的地区上，技术人员则很难得到直观有效的地质信息。也就是说，水文地质工作者必须对这些纷杂的数据信息进行仔细的分析理解，才能洞察研究对象的本质，获得对研究对象的认识和理解，但这是一个十分费时而繁琐的过程，对他们来说是一种沉重的负担。

如果能将地下水及其赋存介质进行三维可视化表达，构建出其实体模型，则将有力地支持水文地质工作者对地下水运动规律的认识，同时，也为地下水的合理开采及其开采过程中的地质环境保护提供决策支持。

基于以上认识，需要我们建立一种权威的、不断更新的、区域性的、具有传承性的地下水地质结构三维可视化模型，这个模型建立的初期可能是粗糙甚至是有错误的。但随着专业人员对地质结构认识的不断深化和勘探精度的提高，这个模型会逐渐准确直至完全正确。计算机技术发展到今天，已经为我们提供了建立这样真三维地质模型的技术条件。

利用计算机图形学及可视化技术，可将二维抽象的地质信息以三维可视化的图形效果直观形象地表达出来，建立逼真的空间立体地质模型，并任意剖切地质体、对地质体进行三维交互信息查询等。这样可更高效地描述各种地质信息，如特定区域岩性，某一区域地层的厚度等；直观有效地表达各种地质现象间的拓扑关系，如地层的接触方式等，从而迅速提高专业技术人员对地质现象的认识，提高工作效率，发挥地质资料的最大价值。同时，在三维地质模型的建立中，还会生成一系列的三角网格数据，这为后续的地下水数值模拟奠定了基础。也就是说，三维地质建模还能将水文地质工作者从繁琐的网格剖分中解放出来。

建立地下水三维地质可视化模型，不但减轻了水文地质工作者的任务，方便他们进行专业领域知识的讨论、传播和发展，而且，这样的模型还能将专业领域复杂的、抽象的或专业性过强的成果及结论用简洁的、直观的、易于被广泛接受的方法和形式表现出来，它还将有助于不同领域间方便、正确地进行知识交流，有助于决策者做出正确判断。

Ⅳ 地质体建模

（一）一般地质体构建算法

通过表面表示法表示地质体具有存储量小，建模速度快的优点，本文的地质体采用面表面表示法。一个地质体由多个地层组成，一个地层可以由以下的表面组成，如图4-68所示。

图4-68 地质体的几何构成

①两个相邻的地层顶面组成一个地层的上表面和下表面。

②地层与每个断面相交而成的曲面称为内围边。

③地层与每个工区表面相交而成的曲面称为外围边。

在一般情况下，在已知地层面和断层面的情况，都采用地层面和断层面求交的方法来计算地质体。具体算法如下：

（1）将地层面排序。

根据地层顶面的海拔排序，按从海拔低到海拔高的地层顶面的顺序下，前一地层面是随后的地层面地层底面，n个地层顶面可以构造n-1个地层体。如图4-69所示：三个地层顶面表示两个地层体，最下面的地层顶面不需要计算实际的地层体。

断面与地层面求交，每两个相邻的地层与断层求到一组交线，将交线整理连称多边形环（可能多个），将每个环细分为三角形网格，根据断面的采样点插值求得的每个环的表示的曲面，得到内围边。

图4-69 地层排序

（2）用工区表面与地层面及断面求交，得到多组环。

如图4-70所示：得到地层与工区表面的围边。围边和地层表面共同组成了地层体——外围边。

图4-70 外围边连环示意图

在这个算法求交的过程中，断面与地层面求交存在需要严格控制几何一致性的问题，否则可能造成在连环的过程中因几何位置不统一，连环失败的情况，对建模的精度要求很高。如图4-71所示，地层顶面之间有互相相交的情况，在连环时难以处理：

图4-71 地层面互相侵入图

综上所述，直接通过曲面求交的方式来构建地质体数值稳定性很难得到保证，本文在建立地层面模型时采用的是基于变形场的地层面模型构建算法，根据该算法思想可知，变形场可以作用于整个建模空间，对整个地层体同样有效，所以可以通过已建立好的变形场来解决地质体建模的问题。

（二）地层体构建算法

本算法是在已知地层面和断层面的情况下，采取变形场的方法来构造地质体。根据变形场建模的思想，所有的地质元素都是在逐步断裂的情况下，形变达到当前的形态的，所以地质体的围边也是由初始的形态变形而成的。初始状态的地层与断层面相交形成的围边具有形状简单的特点，一般情况只有四个拐点，初始地层面的围边易于求解，所以可以采用通常的方法求得初始地层的围边，然后将变形场逐级作用于初始围边，就可以得到当前状态下地层体的围边了。生成地层的具体算法如下：

（1）首先构建地层初始网格，及地层的初始外围边网格；

（2）按断裂顺序找到当前断裂的断面，直至地层没有新裂口为止；

（3）复制一份断层网格记为A，用地层裁剪断层网格A分为若干地层围边，分层后的断层网格被复制两份，一份是断层左侧地层裂口的内围边，一份是断层右侧地层裂口的内围边；

（4）将该断层的变形场作用到地层上及其围边上，地层的表面网格发生形变，围边网格发生变形；

（5）按上述步骤（2），（3），（4）作用于地层面即可得到地层的体网格。

虽然在这个过程中地层和断层有求交的操作，但这种操作可以保证是在连续地层面和断面之间的求交，所以稳定性高，初始地层面的易于求交简单。变形后的地层体如图4-72所示：

图4-72 不连续的地层体

（三）小结

本小节介绍了在基于变形场的地质元素的生成方法，充分证明了变形场和断面树机制不仅能应用于地层构建，也在地质体构建中起到框架的作用，变形场和断面树作为整个地质体模型建模框架有效地完成构造信息自动建模工作。

Ⅳ 地质模型是如何建立的

1.选择一个专业软件
2.数据录入及转换
3.选择一个数学插值方法
4.设定相关参数
5.创建三维实体
6.颜色赋值，导出模型。

Ⅵ 三维地质建模

是两种不同的概抄念，但也有联袭系。
狭义来讲，三维地质建模是利用可靠的地质资料，运用空间插值、几何重建、计算机图形图像等技术方法，还原地质对象实体或属性的空间分布特征的技术方法和工作过程。
地质数据三维可视化是指利用三维可视化技术，展示地质数据本身的时空特征。
从字面上来看，三维地质建模强调了推测，重视推理和分析，重视地质专家的经验和知识的参与，三维模型只是分析结果的展示手段；而地质数据三维可视化，强调的的利用三维可视化方法，还原地质对象原本的三维空间特征。
广义来讲，三维地质建模是地质数据三维可视化的一种手段。国内，这两个概念没有人搞清楚，就算是地质行业的专家也是模棱两可。科研领域对三维地质建模的研究或局限在网格构建算法方面，或局限在地质构造的几何结构描述方面，三维可视化普遍被认为是没有技术含量的软件方法而已。

Ⅶ 复杂地质建模的一般问题

通过抄对代表复杂地质条件的断层、褶皱建模方法的讨论，对于具有一般意义的任何复杂地质构造(图4.28)，理论上，只要具备构造地质的专业及地层演化历史知识，能够对研究区域进行地质分层、分块处理，总是可以实现地质分布的三维模拟。

图4.28 具有一般意义的复杂地质概念模型

(据Qu et al.，2006，重绘)

Ⅷ §三维地质建模的方法体系

三维地质建模是一门高度交叉的学科，不同领域的学者从不同角度对三维地质建模的内涵进行了论述。Houlding(1994)最早提出了三维地学模拟(3D Geoscience Modeling)的概念，从广义角度对三维地质建模进行了界定，将空间信息管理、地质解译的图形处理、空间地质统计、地质体的模拟、地质信息的可视化等统称为三维地学模拟。Mallet(2002)将地质建模定义为能够统一模拟地质对象的拓扑、几何与物理属性并且能够考虑多源地质数据的数学方法的集合。

三维地质建模技术是以数字化与可视化手段刻画地质实际、构建地质模型的工具，一个完整的三维地质模型应该具备以下特征:

(1)地质模型所表示的地质对象具有明确的几何形状与空间位置，并与地质勘探数据吻合，所有几何元素均以图形与数字化的形式存在。

(2)具有有效的数据模型，所有几何元素之间具有完备的拓扑关系。

(3)拥有有效的图形与属性数据库支持，便于图形与属性信息的查询与分析。

(4)地质模型是可视的、直观的，真实感强。

上述特征决定了三维地质建模方法所涵盖的基本内容。三维地质建模方法是若干理论、方法与技术的集合体，主要涉及地质勘探数据的标准化处理、几何造型、三维空间数据模型、属性数据管理与图形可视化等方面。图1.1为三维地质建模的方法体系。

图1.1 三维地质建模的方法体系

地质数据来源众多，可靠程度不一，而且分布不均匀，建模时需要借助地质方面的知识与经验进行分析与处理，形成合理有效的信息源。地质勘探数据的标准化处理包括两方面:一是对地质勘探数据进行系统的地质分析，保证数据的可靠性;二是制定标准的数据格式，对地质信息进行标准化处理。目前，各国学者在这方面的研究较少，还没有形成统一的方法。

为了方便、简洁、合理地表达、存储与管理地质模型，必须建立有效的三维空间数据模型。简单地说，三维空间数据模型就是指图形数据的表示与存储方式以及图形元素之间的拓扑关系。常用的空间数据模型包括两类:曲面表示模型与体元表示模型。曲面表示模型是指用曲面的组合来表示地质对象，例如，用地层界面围成地层实体。目前，常见的曲面表示模型有边界表示模型、表面模型与线框模型等。体元表示模型就是将地质对象离散成若干六面体、四面体、三棱柱等形式的体元，用体元的组合表示地质体。目前文献报道较多的体元表示模型包括结构实体几何模型、规则块体模型、四面体模型、三棱柱模型、混合体元模型等。

几何造型是三维地质建模的核心内容，是指根据地质地理数据，利用数学、几何与地质分析方法重构地质对象的空间几何形态，并利用点、线、面、体等基本几何元素及其衍生的几何元素表示地质对象的过程。例如，地层界面常用不规则三角网表示，建模时可以根据钻孔数据进行插值运算，计算出三角网格结点的空间坐标，从而得到由空间三角形面片连接而成的地层界面。地质建模中常见的几何造型方法包括边界建模方法、线框建模方法、断面建模方法、映射建模方法、块段建模方法等。这些方法的思路、过程与实用性有一定的差异，但是，大多数方法都会涉及一些基本内容，如三角剖分与优化、插值计算、曲面细分与优化、曲面曲线求交、环与块体搜索、空间体元剖分等。

图形可视化就是在计算机屏幕上绘制出地质模型，利用材质、颜色与光照等手段实现真实感成像。属性数据管理是指建立属性数据库，存储与管理地质对象的物性参数，如地层名称、岩性、力学参数等。在地质建模中，图形可视化与数据库技术与其他领域的相关内容类似，没有明显的特别之处，因此，本书不再详细介绍相关内容。

Ⅸ 三维地质建模体系结构

近十多年来，三维地质建模技术和方法不断得到发展，并逐渐完善，相应的三维地质建模体系结构也逐渐成型(钟登华等，2006)。以建立地质对象三维模型为出发点，提出了以空间数据为基础、以地质结构建模技术为核心、以模型应用为目的的体系架构(潘懋等，2007)，其总体流程可用图2.15表示。

图2.15 三维地质建模体系结构图

(1)地质数据处理。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不确定性和复杂性等特点，因此首先需对地表地质调查、钻孔、遥感等技术手段获得的原始数据进行预处理；然后利用CAD、GIS或其他辅助软件，针对工程需要，完成所有可利用数据的耦合工作，并结合地质专家的知识，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数字化为地质体建模可接受的输入数据格式，以保证地质体空间几何形状表达的准确性和对各种复杂空间对象关系的一致性，为三维地质建模奠定基础。

(2)地质体建模。地质体建模的核心技术是地质对象的三维表示方法，即采用的数据模型。目前，常用的数据模型有基于面、体和面体混合三种。实现地质体建模需要解决三个主要问题：①地质体对象空间几何形状的表达，即根据数据的空间分布及变化特征建立空间几何模型。②地质对象空间几何关系的描述，即三维拓扑模型的建立，反映地质对象之间的内在关系，包括地层间、构造间、地层与构造之间的各种关系。③地质对象属性信息的关联，通过建立属性数据库与图形库之间的对应关系，将属性信息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。

(3)模型应用。模型应用包括地质分析、工程分析、查询及其他方面的应用等。地质分析主要是对建立的三维地质模型任意方向、任意位置和任意深度的地质剖切分析，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。工程分析主要是针对与地质条件密切相关的工程对象进行调整、优化设计、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。地质数据的多样性和复杂模型库为空间数据统计分析与查询提供了丰富的信息，基于数据挖掘和知识库的思想，设计空间数据查询、数据仓库查询及统计输出的分层查询结构，能够有效地描述、组织、管理和利用空间地质数据，有助于建立统一、完善的工程地质三维建模与分析系统。

图2.16所表达的体系架构属于一种降序体系，是D'Agnese et al.(2003)提出的一种金字塔式体系架构，该体系将系统分为四个层次：即数据(data)、信息(information)、知识(knowledge)和智慧(wisdom)，其意义见表2.4。事实上，图2.16所述体系架构是对图2.15更高层次上的抽象，都强调基础数据和地质工程师专家经验知识的重要性，并最终将地质模型应用于工程实际。

图2.16 金字塔式建模体系

(据芬兰国家应用地质研究报告，有修改)

表2.4 基本术语定义

Ⅹ 地质体三维建模方法及流程

以建立的综合地质数据库作为数据基础，并综合利用 Vulcan 7.5和 Datamine Studio 3 软件各自的优点来进行地质信息三专维可视化属建模，主要工作内容包括：(1)地质建模数据（Geodatabase）的导入；(2)剖面地质界线圈定；(3)地质体线框模型建立；(4)地质体块体模 型建立。

通过综合地质数据库的建立，将繁杂的各类地质数据进行了分类并利用关系数据库进 行了存储与管理（见第2章）。因此，进行地质体三维建模是从综合地质数据库中导入各 类地质建模数据并采用 Vulcan 和Datamine 软件来进行地质体三维建模，并在不同的地质 剖面上对各类地质体界线进行圈定，并最终形成各类地质体的线框模型和块体模型。其具 体流程如图4.1所示。