Question

三维地质建模体系结构

Answer 1

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