引言
工程地质原始资料具有来源广、种类多、数量大的特点。勘察工作人员所采集到的勘察数据复杂多样，其中包含有地形测量数据、遥感数据、现场踏勘数据、地球物理勘探资料、钻孔资料、探槽和平硐等。这些数据的存储类型大多以表格、图纸、文档等格式为主。因此，地质工作者在地质勘查过程中所采集到的数据均是离散不连续的。采用这些采集到的勘查数据分析地质体中的各项分布规律时，工作量大，且难度较高。为更加高效便捷的分析出各种信息在勘察区域中的分布规律，地质测绘人员往往会使用图件的形式来表达。利用计算机来实现地质信息分布规律的显示是地质勘查工作的必然发展趋势。
1三维地质建模技术简介
三维地质建模技术顾名思义，就是指将地质信息建成三维地质模型的一种技术。所谓“三维地质模型”，是指真实反映地层、地貌、地质构造以及地质现象等的几何模型。三维地质建模技术本身是一种集合了地质学、数学、计算机图形学、地球物理学、油藏工程学以及概率统计学等多种学科的技术，是多种先进技术有机结合的产物。由于三维地质模型中的各项基础数据有着较多的来源途径，所以必须在对各种数据进行综合分析及考虑的基础上，才能够建立起最终的三维地质模型。地质构造指的是地球在漫长历史演变过程中，因地壳变动而形成的地下形态，根据不同的地层岩性，又有多种不同的地层类型，它们均有着自己独特的排列次序，同时各地层中还包含很多地质岩体。三维地质建模技术简单来说就是将地质构造进行了可视化处理，它既借助了原始测井信息提供的空间坐标，也借助了上述诸多先进技术。总的来说，将三维地质建模技术应用到地质开发工作中，大大提高了地质开发工作的先进性。
2目前三维地质建模技术的应用
2.1三维空间数据模型
在对全球三维GIS数据结构的深入研究中，主要三维GIS数据结构是三维网格（A-ray）、实体结构几何（CSG）组成的。网络结构（TEN）代表基于诸如网络（TEN）的体积技术的三维矢量数据结构，可以准确地表示空间实体并充分描述空间拓扑关系，但是TEN本身很难构建数据结构更加复杂。Octree是一个以尺寸描述为基础的数据模型，是三维立体体模型的延伸，在这种模型中，质子被用作描述空间物体的小单位，这是一个简单而易于分析的结构模型。这一特性表明精确度较低，但精确度提高将导致数据数量大幅增加，处理速度下降，模型显示了场地与空间实体陈述之间的明显缺陷。在地球科学领域，空间物体非常复杂，在三维描绘和显示方面非常不规则的缺陷，地质、井眼、矿石、隧道等非常复杂，矢量结构很难解决物体内部的不均匀现象。
2.2开发针对三维水文地质的建模工具
现阶段我国的三维水文建模主要是借鉴其他专业的建模方法，专业性的建模工具较少，还未完成形成完整的水文地质三维建模体系。面对复杂地况，建模明显功能欠缺，因此水文地质领域急需开发出一款功能强大，处理速度快的专业建模软件工具。这些软件工具要具备专业处理能力，清晰地可视化和友好的界面，可以进行高效率的数值模拟和模型维护。同时兼顾使用者的理解和使用简便以及资金的合理投入。
2.3多源数据集合方法
随着实际开发过程中获取信息的技术不断丰富，综合利用多种数据，提高对地质数据的利用程度。常见的数据类型有三种，钻探数据就是在通过实际钻探获得的数据，地震数据利用收集到的地震波数据对整个地区进行插值，展现出不同的地质状况。断面数据则是通过X-光、扫描仪等方式来收集地质对象的水平截面或垂直剖面上的数据。水平断面一般能反映同一时期的地质构造，而垂直断面则是在纵向上反映沉积的变化。在河钢集团迁安红山铁矿进行过基于钻孔数据的三维地质建模相关研究，能较好地模拟出地下实际情况，为实际开采提供帮助。
2.4三维地质建模方法
目前有接近30种的三维的地质建模方法，且具有多种分类依据，如基于尺度、基于建模的动态性和基于研究工具等分类，其中基于数据源的建模方法可以分为基于剖面、基于离散点、基于钻孔数据、基于地球物理数据、基于多层DEM数据、基于野外数据、基于多源数据等方法。多源数据集成可以综合利用现有数据，从而较大程度的提高建模精度，因此多源数据整合目前是三维地质建模研究的热点。认为多源数据集成涉及整合不同来源数据的面向源集成和对地质数据抽象出来的各种几何对象的面向对象集成两个方面。整合了钻孔、剖面图及露头描述等数据，并将其成功应用到煤矿天然气储量计算。先进行了空间数据、剖面的解译等预处理并且对这些数据进行空间整合，然后利用非均匀有理B样条构建地质界面，最后形成三维表面模型。
2.5地质数据处理
不同的地质体具有不同的特性，勘探所获取的地质数据也比较复杂。地质信息来源较广，有通过地表实地测量获取的地形资料，也有利用遥感、摄影技术获取的视频资料，还有通过钻孔平硐获取的地底地质资料等。不同的数据来源，资料存储方式不同，需要对其进行预处理，结合工程实际需要耦合不同来源的有价值信息，完成对部分较为复杂的地质体的阐释、定位等工作。再通过数据转换接口对处理后的地质数据进行数据格式转换，以响应地质建模的需要。
2.6在小井距井网中的应用
三维地质建模技术在地质开发实际应用过程中，应先根据地层骨架模型中各沉积单元的实际规模，结合其形成原因，适当调整相应的变异系数、夹层、尺寸等参数后，再填入各个网块中。一般方式是在建立三维地质模型前，先将与该地沉积特征相似的小井距资料作为参考，分析其中的分形指数，再利用分形几何级数，得到三维物性模型。
2.7三维地质模拟技术方法
目前，三维测量模拟技术概括如下：剖面建模、表面建模、天体质量建模、框架建模、实体建模和界面视觉技术。截面法是一个三维问题，其缺点是不完整。表面方法在DTM模型（数字地形模型）中使用，其缺点是关于特性的信息不能在地面质量内表达。三维模型更好地平衡精确度和储存信息，该线是表层和块法的组合，其优点是以任何方式描述矿物质，其缺点是在控制点编码改变地质界面时，重新调整和划分地表。辐射成像技术是根据计算的科学设想而发展的技术。在三维地面模拟中应用外部成像技术的一个典型例子是法国NACY大学开发的gcad软件以及美国的三维地质模拟。包括我国探讨了三维地质测量模拟技术的应用，多数学者提出了三维地质模拟技术和物理成像的挑战，并研究了生物成像方法、算法展示和光学模型等关键技术。最近出现的虚拟现象是一种可以创建和测试虚拟世界（虚拟环境的通用名称）的计算机系统。虚拟现实技术具有视觉和目标定向的特征，并使用三维立体图像显示数学知识和图表，这些图表不仅复杂，而且信息共享之间也可以交互。这是空间数据成像的一个有希望的新领域，并且已经成为研究和利用地球数字资源的重要焦点和重要工具。而VR是人机交互的新革命，用户直接与虚拟的自然环境互动。向用户显示的自动界面不再是二维平面形状，而是动态的三维对象。虚拟地理和与地理相关的虚拟人体工程学活动。因此，将虚拟现实技术应用于3D地质模拟是3D地质模拟技术的重要趋势。用于处理二维度数据的地理信息系统技术非常方便，在二维度垂直投射的传统五维度的单维或二维度储存预测结果的几何及其相互关系的位置，尽管有许多问题可以在地质领域解决，但由于三维地质模拟技术基础结构确实是有巨大发展前景的，也是更科学的。地理信息系统正在从一个固定的二维模型转变为一个三维模型，利用三维地理信息系统将单维或二维地球块置于三维空间，因此，三维地理信息系统的开发将为三维地质建模提供重要的技术支持。三维地质建模软件首先从油田收集各种地质数据，例如地层信息和侧井数据，然后建立数据库。通过数据库建立三维地质结构，并设置三维网格的精度。然后，可以建立相关的储层结构模型，其中应包含分层模型和缺陷模型。大量的横向井数据和钻探数据用于模拟储层材料并定量解释储层参数的空间变化。使用大量数据转换进行数据分析和地理统计，并描述空间中属性的分布。使用定性和定量方法对地质模型进行测试，计算和评估其储量，最后对模型进行处理。
2.8三维地质建模流程
1）导入地震数据，创建地震数据体对象，为后面的地层构造与层系的划分提供基础。然后进行地震解释，根据模拟出的若干个层面可创建出地震数据解释对象。2）导入原始测井数据，创建或编辑分支井井眼轨迹（包括井口位置、井眼轨迹数据等），并由此建立联井的3D模型。3）利用测井数据对单井的地层层序进行划分和标定，得到一个三维空间上的数据“点”的集合，该“点”与地质剖面和井眼轨迹相交，称该集合为井的层面标识（Markers）。数据包含含水饱和度、渗透率等地质信息，可进行岩性识别分析和力学参数的计算，运用于井壁稳定性分析。4）建立二维网格模型。根据地震解释，粗略建立地质层面模型和断层模型。将Markers中同一深度的“点”连线，利用克里金插值法进行三角网格化。由此Horizons会创建出网格形式，Faults则以多义线形式存在。由线到面，从而建立出二维层面模型。5）建立三维地层模型。在完成横向的二维网格建模后，将一整套的地层分为更细致的小层，同样利用三角网格化对地质体进行纵向的铺展。以上建立的3DGridModel只是一个空的模型，需要给每个Grid填充物理属性。6）填充地层属性。将网格赋予导入或计算的数据，例如泊松比、UCS、Density等。最终可通过属性模型完成温度、压力、渗透率等属性的计算与拟合。
2.9模型应用
模型应用主要包含地质分析、工程分析、统计与查询及其他方面的应用等。地质分析的优势是可以对建立的三维地质模型做任意方向、任意位置和任意深度的地质剖面分析，从而帮助地质工作人员更加直观、深层次的了解地质体的各方面信息。工程分析的分析对象主要是出于研究阶段的工程建筑物，在保证安全性和经济性的前提下，在工程设计阶段进行设计优化和方案对比，从而确定地质条件好、处理工程量少的设计方案。统计与查询平台可以有效的组织、管理和利用大量空间地质数据，有助于建立统一、完善的地质模型。
2.10断点重组
利用断点数据进行三维地质建模，将之变得三维可视化，可以将抽象的断点组合变得更加直观，从而降低断点重组难度，提高断点重组的准确性。
2.11水文地质条件概化方法、原则、体系标准
因我国三维水文地质建模技术起步较晚，因此对地质条件概化的方法、原则、标准的研究还不到位，在面对不同地质条件时只能依靠经验，缺乏可靠方法和规范指导研究，水文地质三维建模的概化方法、原则、体系标准也是未来专业领域的发展方向。
结语
三维地质建模突破了传统二维空间表达的束缚，还地质以本来面目，其可以直观、形象地展示了地质体的空间分布及其规律，使地质研究可以在多维空间中分析地质问题，表达研究结果，更符合地质研究的实际情况。虽然目前有众多的数据模型、建模方法和应用软件，但他们各自的适应能力有限，在解决复杂区域性模型构建等方面仍面临着较多亟待解决的难题，这些难题既涉及到地质领域相关知识，同时也涉及到计算机、地质统计学等学科相关知识。这就要求不同专业的相关人员进行深层次的交流，共同推进三维地质建模事业的发展。另一方面，国内有众多的研究人员和研究机构进行三维地质建模理论研究，不同的机构或研究人员研究思路、方法可能不同，但他们都各自积累了丰富的经验，促进这些研究机构或研究人员进行全方位合作，注重理论与实际相结合的研究，也是三维地质建模发展的可行途径。
参考文献
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