本文關(guān)鍵詞：地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究

自然地質(zhì)現(xiàn)象極其復(fù)雜,三維實(shí)體普遍存在,隨著地學(xué)研究不斷深入,三維地質(zhì)模擬已引起了地球科學(xué)界的高度重視,目前已經(jīng)研制出了多種三維地質(zhì)模擬軟件,并被廣泛應(yīng)用到地質(zhì)、礦產(chǎn)、水文、物探、地震、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域。從地質(zhì)體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、類型、分布等方面,系統(tǒng)地分析了地質(zhì)

第2期　　　　　　　　　　　　鄭貴洲等：地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究　　　　　　　 192

巖床構(gòu)造、斷層構(gòu)造、透鏡體結(jié)構(gòu)、丘狀構(gòu)造。這5類模型能夠很全面地代表實(shí)際地質(zhì)模型。

地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)學(xué)具有“數(shù)”（產(chǎn)狀、規(guī)模等構(gòu)造要素）和“形”（空間形態(tài)）兩種基本表達(dá)形式，任何復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造總是可以抽象為點(diǎn)、線、面、體等幾何元素的集合，從而使我們可以在空間坐標(biāo)系中對(duì)其進(jìn)行三維形態(tài)描述和數(shù)學(xué)分析。作為管理三維

地質(zhì)現(xiàn)象的G

IS 來(lái)講，主要考慮的地質(zhì)現(xiàn)象應(yīng)為地層、斷裂和礦體。地層是在一定地質(zhì)時(shí)期所形成的層狀堆積物或巖石，相鄰地層之間由地層界面加以

區(qū)別，對(duì)于平面狀的地層界面來(lái)講，可以用其走向、傾向和傾角產(chǎn)狀數(shù)據(jù)來(lái)表示，但實(shí)際上地層界面往往不是穩(wěn)定的平直面，而是順走向和傾向都會(huì)發(fā)生變化而形成的曲面，為得到該曲面，通常采用鉆孔資料、測(cè)井資料和地震資料結(jié)合的方法來(lái)測(cè)定該曲面離散點(diǎn)的空間位置。斷裂與地層比較相似，它將巖體分為上盤(pán)、下盤(pán)，但往往具有一定的寬度并與地表成一定的交角，，其探測(cè)手段和描述方法與地層界面一致。礦體是一個(gè)三維實(shí)體，其表面為不規(guī)則曲面，且內(nèi)部礦體品位分布不均，對(duì)于礦體的外形，可以用一個(gè)不規(guī)則的封閉曲面來(lái)確定。為確定礦體的范圍，要經(jīng)過(guò)地表勘察、地下鉆探以及地質(zhì)測(cè)深等手段來(lái)完成。鉆孔通常按一定的規(guī)律布設(shè)（沿縱橫斷面），通過(guò)對(duì)鉆孔的測(cè)斜資料的計(jì)算，可以得到鉆孔

通過(guò)礦體頂?shù)装宓娜S坐標(biāo)（X、Y、Z）以及不同品位礦體的表面模型。因此，不管是地層、斷裂還是礦體，層面特征十分明顯，而且可以用數(shù)字高程模型

D

EM ）的方法來(lái)描述這些層面的數(shù)字表面模型。實(shí)際上現(xiàn)有的一些G

IS 軟件也采用這種方法來(lái)進(jìn)行處理。

對(duì)地層、巖體、褶皺、斷裂、礦體等地質(zhì)調(diào)查所觀察到的數(shù)據(jù)為一系列離散的、不規(guī)則的數(shù)據(jù)，空間分布極不均勻，在許多情況下數(shù)量有限。由于形成條件的復(fù)雜性和后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造、破壞及其它因素的影響，許多現(xiàn)實(shí)中的地質(zhì)體本身是不連續(xù)的，而且是突變的，因而組成地質(zhì)體的地質(zhì)曲面往往也是不連續(xù)的。斷層等不連續(xù)層的存在往往破壞了數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，改變了數(shù)據(jù)的原始分布，不能在整個(gè)區(qū)域進(jìn)行連續(xù)插值，但它們之間仍存在某些聯(lián)系和規(guī)律性。許多地質(zhì)體具有明顯的區(qū)域方向性，如節(jié)理、斷層等斷裂構(gòu)造在平、剖面上的發(fā)育是有規(guī)律的，斷裂構(gòu)造發(fā)育常具有方向性、成帶性、等距性和分區(qū)性等規(guī)律。所以利用趨勢(shì)面擬合或空間內(nèi)插的方法逼近地質(zhì)曲面首先必須遵循地質(zhì)規(guī)律，

充分考慮構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，如在存在斷層的情況

下，應(yīng)充分考慮斷層對(duì)有關(guān)層狀地質(zhì)體的影響。

2　地質(zhì)建模軟件的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代以來(lái)，三維地學(xué)可視化系統(tǒng)應(yīng)

用于地質(zhì)建模在國(guó)外已經(jīng)變得非常普遍，以美國(guó)、加拿大、澳大利亞、英國(guó)為代表的西方主要國(guó)家相繼推

出多種代表性的地學(xué)可視化建模軟件。E

arth Vision 是一個(gè)新型地質(zhì)體建模軟件。G

OCAD 是一個(gè)關(guān)于地球物理、地質(zhì)、水庫(kù)工程應(yīng)用三維幾何軟件。3D

m ove 主要用于模擬斷層運(yùn)動(dòng)、斜向剪切及伴生褶皺三維模型［4］

。G

eosec 不僅可以建立地質(zhì)體的幾何形態(tài)，而且還可以恢復(fù)年代歷史，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。G eo Toolkit 是3D地理信息系統(tǒng)的代表，但只能用于處理簡(jiǎn)單地質(zhì)數(shù)據(jù)。G

eo France 3 D是一種框架結(jié)構(gòu)的軟件工具，目的是提供對(duì)所有采集到或被處理的地質(zhì)、地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、評(píng)價(jià)和3D形體確

定，創(chuàng)造一個(gè)觀察地殼3D可視化的環(huán)境，B ASIN 是一個(gè)模擬沉積盆地建造過(guò)程三維系統(tǒng)［5，6

］。L YNX 、V ulcan 、G em com 、M ine SOFT 是一些典型的礦山模擬

與礦業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)

［7

］。E

arth Cube 、G eo Viz 、V ovel-G eo 等是比較著名的地球物理三維可視化應(yīng)用軟件。E

arthworks 、3 Dseis 、S eis Vision 、S eis X2 D / 3 D等是典型的三維地震分析系統(tǒng)。

我國(guó)對(duì)三維地學(xué)可視化研究起步較晚，但做了大量的有益探索。目前我國(guó)具有獨(dú)立自主版權(quán)的三維地質(zhì)模擬軟件只有北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院開(kāi)發(fā)的“地理信息系統(tǒng)———地質(zhì)專題”。近年來(lái)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)大力支持地學(xué)可視化研究，先后資助了“復(fù)雜地質(zhì)體的三維建模和圖形顯示研究”、球物理理論與三維地質(zhì)圖像成圖方法”、”等

項(xiàng)目。1996 年中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所（現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所）與勝利石油管理

局在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“復(fù)雜地質(zhì)體”中，

開(kāi)始追蹤研究G

OCAD 。長(zhǎng)春科技大學(xué)在阿波羅公司T ITANGIS 上開(kāi)發(fā)了 Geo Trans GIS 三維 GIS ，主要用于建立中國(guó)乃至全球巖石圈結(jié)構(gòu)模型的三維信息［8，9］

。石油大學(xué)開(kāi)發(fā)的R DMS 、南京大學(xué)與勝利油

田合作開(kāi)發(fā)的S

LGRAPH 都是用于三維石油勘探數(shù)據(jù)可視化［10］

。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)開(kāi)發(fā)的三維可視化地

學(xué)信息系統(tǒng)（G eo View ）可實(shí)現(xiàn)真三維地學(xué)信息管理、處理、計(jì)算分析與評(píng)價(jià)決策支持。中國(guó)石油勘探

開(kāi)發(fā)研究院開(kāi)發(fā)的T

rap DEM 系統(tǒng)可用三維構(gòu)造演（“油儲(chǔ)地“地學(xué)時(shí)空信息動(dòng)態(tài)建模及可視化研究與應(yīng)用

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