Question

实物地质资料的三维仿真表达形式探索

Answer 1

徐海军　于景春

（国土资源实物地质资料中心　三河　065201）

摘要　利用现代化的电脑仿真技术可以把不同空间获得的实物地质资料集成显示，实现地质信息的3D实体仿真表达。随着3D仿真技术的快速发展和普及，大量离散的各类地质信息在3D环境下整合加工已经成为可能。通过整合以实物地质资料为基础的相关信息，可开展实物地质资料潜在利用价值的挖掘。基于实物地质资料的三维仿真系统或3D工作站是整合海量离散的地质信息，实现实物地质资料信息化、直观化、整合利用的有效途径。

关键词　实物地质资料　信息整合　三维仿真

新中国成立以来已经拥有2785万米的岩心实物地质资料和岩心编录资料，但这些资料中岩心、文本资料或平面图形分别保存在不同的单位，分散使用，对地质资料的开发利用十分不利。如不及时采取现代化的高效的信息整合手段开展信息整合、综合管理和利用，岩心的损毁、相关资料的脱节、资料整体价值的丧失将不可避免，后果严重。因此，必须利用现代化信息技术手段，开展以岩心等实物资料为基础的现代化信息整合挖掘，构建新的实时高效的地质资料管理和服务模式，解决资料离散和管理服务被动的问题。

1 地质信息的整合加工与综合研究是管理和利用的重要手段

地质资料的重要性不仅局限于资源开发，在国土资源管理和社会化服务科普服务等方面的意义更加长远，有必要研制开发实物地质资料3D仿真工作站系统，把岩心和相关地质信息在三维仿真环境下全面整合，开展更加科学化、更加便利的资料管理和服务，促进资料管理流程和资料管理服务的一体化发展，实现矿山从勘查规划到勘探，直到矿山关闭的全过程的资料信息实时集成和动态管理。

实物地质资料3D仿真工作站系统的信息集成范围是以地质体的空间信息为基础，以实物地质资料素材为依托，采用仿真技术，把岩石学、矿物学、地质构造、地球物理、地球化学水文地质等信息在标准化的模式下通过素材库和地质模型库，整合在一个系统中，实现三维环境下的地质信息集成。集成后的信息系统可广泛应用于资源开发和管理的各个领域，例如区域矿产评价、区域地质调查、矿山勘查、矿山环保、安全生产、环境监测等的规划和设计，为地下资源可持续管理和利用提供有效的现代化的技术支撑。

目前我国三维地质信息一体化整合和信息服务处于起步阶段，各类信息相互脱节、分散、低效的利用现状影响了地质资料特别是实物资料社会化服务的进程。

2 信息一体化，推动服务产业化

地质资料管理的集群化不仅要依靠行政平台，更需要技术平台。利用地质体本身多元信息的一体化的自然特征，实现信息生动有效地信息一体化集群，为产业化服务奠定信息产品开发的技术基础。

地质信息服务产业化，需要地质信息整合加工的技术平台，需要借助技术平台开发出丰富的地质信息产品，以丰富的信息产品形式为社会提供服务，以服务实现资料的价值，维持资料服务行业的生存和可持续发展。实物地质资料3D工作站平台技术的应用，有助于快速形成全国实物地质资料一体化整合能力，促进主动、实时、动态的实物地质资资料管理和服务能力的形成。

3 实物地质资料3D仿真表达实现的可行性

3.1 国内外现状

国际方面，1998年1月美国副总统戈尔提出“数字地球”的概念后，各类基于仿真的可视化仿真系统纷纷显示出强大的决策支持功能。目前在许多领域已经达到利用UGIS等先进的信息管理系统，实现了多维信息的动态采集、处理分析。在地学领域，三维地质学尚处于起步阶段，利用地质模型和多媒体化信息服务已经成为发展的方向、特别是在石油行业，已经成为常规的必备手段，但是这些软件基本停留在假三维和数据模拟状态。截至目前，尚未发现在仿真环境下整合地质信息的相关技术标准和软件产权。

国内方面，20世纪90年代中后期，我国3S技术得到广泛的应用，特别是在石油和煤炭勘查等地球物理勘查领域得到广泛应用，在大地构造研究领域已经不同程度采用三维信息技术。

但在具体的涉及微观与宏观相结合的实物资料信息服务及相关地质研究、资料处理与服务领域的三维地质实体仿真技术应用相对滞后，除个别专家就个别矿山探索使用三维地质虚拟建模软件开展矿产预测研究和生产管理外，尚未见到适合资源环境领域普遍适用的实物地质资料三维仿真地学信息整合和服务平台。

3.2 丰富的地质科研成果为3D表达奠定了基础

地层、岩体、褶皱、断裂、矿体等地质调查所观察到的数据和想象描述为一系列离散的、不规则的数据，空间分布极不均匀，相互之间没有直接的形式上的逻辑关系，而且在许多情况下连续的地质体的数量十分有限，难于实现用几个模型代表和反应更多的地质现象。实体仿真技术不依赖对象之间的数学逻辑，建模具有极大的任意性和可设计性，犹如不同积木块的随意累加，这就为表达地质体的非逻辑和不连续的特征提供了可实现的技术便利。相反，地质体的各个断块之间仍存在某些联系和规律性，为积木式建模提供了基本的规则，依据这些基本的可推测的地质规律，发挥实体建模的优势开展空间推定，就可以逼近真实的地质构造，如断层的延续推定等。

3.3 地质信息三维仿真表达的研究现状

当前对于海量地质数据、深度数据的可视化处理还不成熟，为地质学家提供解释3D地质环境、分析有关地学问题的技术有限。建模质量过多地依赖于地质建模专家的水平，不仅影响了软件的使用效力，也限制了建模自动化程度的提高。

在我国尚未开发出在可视化实体仿真环境下、可以实现人机互动的地质信息一体化的三维应用软件。国外各类地学三维可视化软件不仅价格高（上百万元），且模型简单，不能适应我国各区域复杂多变的地质情况。我国尚未开发出拥有自主版权的三维地质实体仿真软件，应该从实物地质资料利用入手，努力研制可以普遍适用的具有可设计建模功能的三维实体仿真软件，尽快赶上和超过国际水平。

3.4 实物地质资料3D表达所要解决的问题

现有的地质数据是离散的、局部的，片面的，所代表的范围难以界定，要达到一体化集成，必须抓住主要矛盾的主要方面。确立以实物资料为主体信息源，以岩心实物资料的地质和空间信息为基础，集成其他信息和地质数据，诸如地磁数据、地热数据、产状数据、岩层厚度、剖面数据等，通过实体仿真模块组合技术手段，把各类数据融入标准化现实单元，集成在一个平台，使得复杂的问题在标准化前提下得到简单化的处理，真实地反映地下空间物质自然属性，便于资料解释和利用的目的。

3.5 三维地质模拟技术发展趋势

近年发展起来的虚拟或实体仿真技术是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟仿真技术具有直观、形象具体、局部特征各异性的特点。采用这种技术对三维地质体进行可视化显示不需要复杂的数学设计和图形计算，而且还能够方便地实现用户交互功能，实现地质专家与地质体之间在动态的三维的实体环境下的人机交互。因此虚拟仿真技术应用于三维地质模拟中是三维地质模拟技术的一个重要的发展方向。

目前由于二维GIS是将实际的三维地质体采用了二维化的方式表示，具有很大局限性，难以直观表达地下地质体的真实状态。因此，把三维GIS与虚拟仿真技术结合起来，将为三维地质建模提供重要技术支撑。

4 3D仿真表达在实物地质资料研究中的意义

4.1 三维仿真技术可提升实物地质资料的信息化水平

对地质体的真实表达是资源科学与工程应用的基础，现有二维数据结构的GIS工具无法真实表达三维实体的空间形态与实体间的三维空间关系，因此在石油勘探、地质分析、矿山开采等的研究中，迫切需要三维仿真表达和分析软件。

三维可视化仿真软件简化了地质建模的操作难度，提高了建模的速度和自动化程度。在三维仿真环境下，依据岩心信息和局部岩石光片信息作为仿真素材，准确表达复杂的三维地质构造形态及构造要素的空间关系，表达岩石内部结构以及岩体内部物质的空间分布状况和元素和矿物分布特征。通过利用实物资料建立标准化的素材库和积木式的模块组合模式，可以使复杂的地质模型分解成若干个简单的标准单元组合，因此建模成为一件十分简单的具有乐趣的操作。这些仿真功能与GIS的信息处理和空间分析功能结合，可以使地质分析更为直观、准确，进一步提高地质建模的科学化和现代化程度。

4.2 实物地质资料3D仿真软件将成为新一代地质工作者的随身装备

三维仿真可设计地学模型犹如一款科学化的互动地质游戏软件。依据现场采集的实物资料准确显示地质体的空间和物质属性，包括地质物理场、地质露头、遥感信息、测绘信息、区域地质等数据。而且可以随时进行修改和自定义，使地质体的显示更真实、直观、准确、清晰，不仅有助于地质人员的空间想象力和科学判断能力的发挥，更有助于人们对该地区地质体形成和演化有更深刻具体的认识。

5 结语

海量的实物地质资料是我们国家多年积累的地质财富，把地质信息转化成可持续利用的信息产品是资料服务行业实现社会化服务和产业化发展的必由之路。依靠实体仿真技术开发出丰富的地质信息产品，拓展服务领域，实现地质信息的一体化整合，对开展地学研究、资源利用和资源开发规划设计、资源工程管理和监控都具有重要的理论和实践意义。

参考文献

张业成.国内外实物地质资料管理状况对比与对策建议.北京：中国大地出版社，2004,39～56

郑贵洲等.地质特征三维分析及三维地质模拟现状研究.地球科学进展.2004,19(2）,218～219