地质特征三维分析及三维地质模拟现状研究

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地质特征三维分析及三维地质模拟现状研究

自然地质现象极其复杂,三维实体普遍存在,随着地学研究不断深入,三维地质模拟已引起了地球科学界的高度重视,目前已经研制出了多种三维地质模拟软件,并被广泛应用到地质、矿产、水文、物探、地震、环境等各个领域。从地质体结构、构造、类型、分布等方面,系统地分析了地质

第2期　　　　　　　　　　　　郑贵洲等：地质特征三维分析及三维地质模拟现状研究　　　　　　　 192

岩床构造、断层构造、透镜体结构、丘状构造。这5类模型能够很全面地代表实际地质模型。

地质构造的形态学具有“数”（产状、规模等构造要素）和“形”（空间形态）两种基本表达形式，任何复杂的地质构造总是可以抽象为点、线、面、体等几何元素的集合，从而使我们可以在空间坐标系中对其进行三维形态描述和数学分析。作为管理三维

地质现象的G

IS 来讲，主要考虑的地质现象应为地层、断裂和矿体。地层是在一定地质时期所形成的层状堆积物或岩石，相邻地层之间由地层界面加以

区别，对于平面状的地层界面来讲，可以用其走向、倾向和倾角产状数据来表示，但实际上地层界面往往不是稳定的平直面，而是顺走向和倾向都会发生变化而形成的曲面，为得到该曲面，通常采用钻孔资料、测井资料和地震资料结合的方法来测定该曲面离散点的空间位置。断裂与地层比较相似，它将岩体分为上盘、下盘，但往往具有一定的宽度并与地表成一定的交角，，其探测手段和描述方法与地层界面一致。矿体是一个三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均，对于矿体的外形，可以用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经过地表勘察、地下钻探以及地质测深等手段来完成。钻孔通常按一定的规律布设（沿纵横断面），通过对钻孔的测斜资料的计算，可以得到钻孔

通过矿体顶底板的三维坐标（X、Y、Z）以及不同品位矿体的表面模型。因此，不管是地层、断裂还是矿体，层面特征十分明显，而且可以用数字高程模型

D

EM ）的方法来描述这些层面的数字表面模型。实际上现有的一些G

IS 软件也采用这种方法来进行处理。

对地层、岩体、褶皱、断裂、矿体等地质调查所观察到的数据为一系列离散的、不规则的数据，空间分布极不均匀，在许多情况下数量有限。由于形成条件的复杂性和后期构造运动的改造、破坏及其它因素的影响，许多现实中的地质体本身是不连续的，而且是突变的，因而组成地质体的地质曲面往往也是不连续的。断层等不连续层的存在往往破坏了数据的连续性和完整性，改变了数据的原始分布，不能在整个区域进行连续插值，但它们之间仍存在某些联系和规律性。许多地质体具有明显的区域方向性，如节理、断层等断裂构造在平、剖面上的发育是有规律的，断裂构造发育常具有方向性、成带性、等距性和分区性等规律。所以利用趋势面拟合或空间内插的方法逼近地质曲面首先必须遵循地质规律，

充分考虑构造运动的作用，如在存在断层的情况

下，应充分考虑断层对有关层状地质体的影响。

2　地质建模软件的开发现状

20世纪80年代以来，三维地学可视化系统应

用于地质建模在国外已经变得非常普遍，以美国、加拿大、澳大利亚、英国为代表的西方主要国家相继推

出多种代表性的地学可视化建模软件。E

arth Vision 是一个新型地质体建模软件。G

OCAD 是一个关于地球物理、地质、水库工程应用三维几何软件。3D

m ove 主要用于模拟断层运动、斜向剪切及伴生褶皱三维模型［4］

。G

eosec 不仅可以建立地质体的几何形态，而且还可以恢复年代历史，进行运动学分析。G eo Toolkit 是3D地理信息系统的代表，但只能用于处理简单地质数据。G

eo France 3 D是一种框架结构的软件工具，目的是提供对所有采集到或被处理的地质、地球物理数据进行存储、评价和3D形体确

定，创造一个观察地壳3D可视化的环境，B ASIN 是一个模拟沉积盆地建造过程三维系统［5，6

］。L YNX 、V ulcan 、G em com 、M ine SOFT 是一些典型的矿山模拟

与矿业应用软件系统

［7

］。E

arth Cube 、G eo Viz 、V ovel-G eo 等是比较著名的地球物理三维可视化应用软件。E

arthworks 、3 Dseis 、S eis Vision 、S eis X2 D / 3 D等是典型的三维地震分析系统。

我国对三维地学可视化研究起步较晚，但做了大量的有益探索。目前我国具有独立自主版权的三维地质模拟软件只有北京理正软件设计研究院开发的“地理信息系统———地质专题”。近年来国家自然科学基金委员会大力支持地学可视化研究，先后资助了“复杂地质体的三维建模和图形显示研究”、球物理理论与三维地质图像成图方法”、”等

项目。1996 年中国科学院地球物理研究所（现为中国科学院地质与地球物理研究所）与胜利石油管理

局在国家自然科学基金重点项目“复杂地质体”中，

开始追踪研究G

OCAD 。长春科技大学在阿波罗公司T ITANGIS 上开发了 Geo Trans GIS 三维 GIS ，主要用于建立中国乃至全球岩石圈结构模型的三维信息［8，9］

。石油大学开发的R DMS 、南京大学与胜利油

田合作开发的S

LGRAPH 都是用于三维石油勘探数据可视化［10］

。中国地质大学开发的三维可视化地

学信息系统（G eo View ）可实现真三维地学信息管理、处理、计算分析与评价决策支持。中国石油勘探

开发研究院开发的T

rap DEM 系统可用三维构造演（“油储地“地学时空信息动态建模及可视化研究与应用

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