地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化摘要：地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化，是指以三維圖形方式對(duì)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)加以顯示，它是了解地質(zhì)構(gòu)造的一種重要技術(shù)手段，也是油藏描述的重要科學(xué)依據(jù)。目前，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤田勘探、油氣勘探、地質(zhì)災(zāi)害治理、礦產(chǎn)勘查等領(lǐng)域。本文分析了當(dāng)前三維可視化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討了三維可視化建模的主要方法及關(guān)鍵技術(shù)，以期為地質(zhì)構(gòu)造的進(jìn)一步研究提供有價(jià)值的參考依據(jù)。關(guān)鍵字：地質(zhì)構(gòu)造三維可視化模型關(guān)鍵技術(shù)一、前言相較于地理對(duì)象，地質(zhì)對(duì)象具有Z值持續(xù)變化、平面分布、內(nèi)部信息不完全、數(shù)據(jù)采集困難等特點(diǎn)。在長(zhǎng)期的地質(zhì)工作中，人們都習(xí)慣于在大腦中將二維地圖抽象為三維地圖，由于二維地圖具有抽象性，僅憑二維信息難以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對(duì)象三維結(jié)構(gòu)的全面描述，因此帶給了地質(zhì)工作者極大的不便。地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維可視化技術(shù)的興起就很好地解決了這一問(wèn)題。地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維可視化技術(shù)，是以現(xiàn)代空間信息理論為基礎(chǔ)，以地質(zhì)構(gòu)造，及其內(nèi)部的物理屬性、化學(xué)屬性為研究對(duì)象，通過(guò)一系列的信息處理與組織、空間建模、數(shù)字表達(dá)，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的三維再現(xiàn)、交互的一門技術(shù)。地質(zhì)構(gòu)造三維可視化技術(shù)主要包括了三維建模、可視化分析兩部分內(nèi)容，其中三維建模是可視化分析的基礎(chǔ)。二、地質(zhì)構(gòu)造三維可視化技術(shù)的現(xiàn)狀地質(zhì)構(gòu)造三維可視化技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)外起步較早，其信息管理軟件的涵蓋面較廣，從礦產(chǎn)資源勘探到資源開(kāi)發(fā)，再到生產(chǎn)管理都已實(shí)現(xiàn)了三維信息管理，部分產(chǎn)煤大國(guó)不僅實(shí)現(xiàn)了煤炭產(chǎn)業(yè)的綜合機(jī)械化，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全過(guò)程的信息化管理，三維可視化軟件已逐步完善并走向商業(yè)化。目前國(guó)際上較為成熟的地質(zhì)構(gòu)造三維可視化系統(tǒng)有GeoViz、Lynx、GeoToolkit、3DMove、Goead等。這些軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的改進(jìn)與完善，在塊模型、操作功能、礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)、儲(chǔ)量計(jì)算等方面都較為優(yōu)秀，且具有良好的穩(wěn)定性。近十年間，我國(guó)也開(kāi)始了對(duì)地質(zhì)構(gòu)造三維可視化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究，主要是借助一些通用軟件平臺(tái)，如VC++、AutoCAD、OpenGL、Mapgis等，來(lái)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的三維再現(xiàn)，在研究人員的不懈努力下，地質(zhì)構(gòu)造三維可視化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也取得了可喜的成績(jī)。如用于建立巖石圈結(jié)構(gòu)三維模型的GeoTransGIS系統(tǒng)；用于石油勘探數(shù)據(jù)三維可視化的Rdms軟件；用于三維再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造演化史的TrapDEM系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，能較好地對(duì)地質(zhì)體、礦體、實(shí)際地層加以真實(shí)地反映，并取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。三、三維建模的主要方法（一）TIN表面描述法TIN表面描述法，是利用不規(guī)則三角形面片建立地質(zhì)模型的方法，它采用Delaunay三角剖分方法。其特點(diǎn)是以某種相對(duì)合理的方式將隨機(jī)分布的控制點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，以建立形態(tài)上、功能上較為完美和完善的三角形網(wǎng)絡(luò)°TIN表面描述法以表面描述為主，描述方法是其重點(diǎn)內(nèi)容，而運(yùn)算量、數(shù)據(jù)量則非常少?？刂泣c(diǎn)的添加可對(duì)地質(zhì)體表面形態(tài)加以改善，逐漸使其趨于真實(shí)狀態(tài)。減少控制點(diǎn)可在不影響整體形態(tài)的前提下適當(dāng)減少局部工作量。三角剖分以二維空間為基礎(chǔ)，它只在X空間、Y空間進(jìn)行，只有在三角形的最終形成時(shí)才應(yīng)用Z坐標(biāo)，所以該方法無(wú)法對(duì)復(fù)雜地質(zhì)體直接進(jìn)行描述，其應(yīng)用范圍相對(duì)局限。（二）三維網(wǎng)格法三維網(wǎng)格法，是指將三維空間劃分為若干規(guī)則網(wǎng)格，再使用網(wǎng)格對(duì)地質(zhì)體加以描述。它是二維規(guī)則網(wǎng)格法在三維空間的延伸，將被規(guī)則劃分的空間，通過(guò)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)模型和算法加以描述。該方法的原理簡(jiǎn)單，但其缺陷是計(jì)算工作量和數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大。（三）綜合法綜合法是指使用多種方法對(duì)地質(zhì)體加以描述，如CSG與TIN集成；四面體與八叉樹(shù)集成；柵格與矢量集成等。地質(zhì)構(gòu)造三維建?？墒褂肨IN與規(guī)則網(wǎng)格結(jié)合的方法。具體步驟是：建立空間的三維規(guī)則網(wǎng)格，再構(gòu)建地質(zhì)體的TIN表面，最后在三維網(wǎng)格與TIN表面之間建立聯(lián)系。地質(zhì)表面顯示使用TIN表面，計(jì)算標(biāo)志面、切構(gòu)造剖面等時(shí)使用三維網(wǎng)格。該方法有效減少了三維網(wǎng)格法的計(jì)算工作量，同時(shí)也打破了TIN法無(wú)法描述復(fù)雜地質(zhì)體的局限。四、三維建模的關(guān)鍵技術(shù)地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化技術(shù)不僅需要描述地質(zhì)體的輪廓，更需要計(jì)算地質(zhì)體表面積、體積、剖面切割，以及展示地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、評(píng)價(jià)地層穩(wěn)定性。地質(zhì)構(gòu)造三維建模的關(guān)鍵技術(shù)主要包括了三角網(wǎng)模型和三維可視化模型的建立。（一）三角網(wǎng)模型三角網(wǎng)模型的建立，主要通過(guò)三角網(wǎng)連接算法將地質(zhì)體構(gòu)造的特征點(diǎn)、特征線連接起來(lái)，形成若干的三角面。因此該技術(shù)中最重要的是三角網(wǎng)算法的選擇，算法必須要保證三角面的集合能對(duì)地質(zhì)體實(shí)際形態(tài)加以反映。若干的不規(guī)則三角形網(wǎng)組合在一起，即可形成不規(guī)則三角形網(wǎng)模型TIN,三角形節(jié)點(diǎn)要從離散高程或等高線測(cè)量點(diǎn)中來(lái)獲取。TIN模型可最大限度保留地質(zhì)體的特征線和特征點(diǎn)，固其精度較高。在使用三角網(wǎng)構(gòu)建實(shí)體前需要對(duì)三角面的相鄰邊、自相交、無(wú)效邊、重復(fù)邊等情況加以檢測(cè)。（二）三維可視化模型礦體地質(zhì)實(shí)體模型的建立方法包括了相連段法、合并法和剖面線法三種。1、相連段法該方法是指利用一系列礦體的邊界線、輔助線及輪廓線，在線與線之間建立起三角網(wǎng)，然后再建立起礦體的三維模型。該種建模方法適用于在地質(zhì)復(fù)雜的情況下構(gòu)建實(shí)體模型。例如金屬礦產(chǎn)、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)、煤層不穩(wěn)定區(qū)等，其建模思路如圖一所示。圖一相連段法建模2、剖面線法剖面線法首先將煤層傾向勘探線的剖面線放入三維空間，按照礦體趨勢(shì)，將相鄰勘探線連接為三角網(wǎng)，并與煤層控制剖面線兩端相連接，最終形成煤層實(shí)體模型。其建模思路如圖二所示。圖二剖面線法建模思路3、合并法合并法常用于層狀礦體（煤層）。首先將礦體的上下表面都做成面模型，然后獲取上下面的邊界，在邊界間連接三角網(wǎng)，最后合并三個(gè)文件，最終形成煤層的實(shí)體模型，其建模思路如圖三所示。圖三合并法建模思路五、總結(jié)目前，我國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造三維可視化技術(shù)理論、建模方法、建模技術(shù)及軟件都還尚未成熟，我國(guó)還未開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的地質(zhì)構(gòu)造三維建模軟件。借助于現(xiàn)有軟件進(jìn)行應(yīng)用研究，不僅能了解地質(zhì)構(gòu)造三維建模解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力的效果，還能從應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)地質(zhì)構(gòu)造三維建模的理論、技術(shù)和方法加以完善。因此我國(guó)除了要加大國(guó)產(chǎn)模擬軟件外的開(kāi)發(fā)研究力度外，還要將國(guó)外軟件的應(yīng)用研究作為今后的重要發(fā)展方向?？偟牡刭|(zhì)構(gòu)造三維可視化應(yīng)用研究思路要建立在現(xiàn)有三維地質(zhì)模擬軟件的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出三維模擬軟件以及與之相適應(yīng)的GIS系統(tǒng)。目前比較有現(xiàn)實(shí)意義的應(yīng)用研究領(lǐng)域之一就是礦產(chǎn)資源勘查評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和礦山生產(chǎn)領(lǐng)域。在這一龐大的領(lǐng)域中，又可以分為非金屬、煤、天然氣、石油、有色金屬、煤層氣等等方面的具體研究。三維地質(zhì)構(gòu)造模擬尚處于探索性階段，但隨著進(jìn)一步的研究與軟件開(kāi)發(fā)，它必將在地質(zhì)構(gòu)造領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)揮出巨大作用。參考文獻(xiàn)：江勇,王路法，張杰等.地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化模型研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2011,31(3):91,89.陳軍,權(quán)文婷，周冠華等.地質(zhì)構(gòu)造三維可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài),2009,25(10):36-41.鄭昊.儲(chǔ)層地質(zhì)構(gòu)造模型的三維