三维地质建模技术的研究与应用综述

三维地质建模技术的研究与应用综述

李红兵

四川省第二地质大队 四川省成都市 610000

身份证号码：511304198905011417

摘要：三维地质建模现已广泛应用于地质领域，为直观形象地展现地质体及地质信息的三维空间展布特征，利用地质调查、地球物理探测、钻探等方法手段获取可靠的地质数据构建三维地质模型。鉴于深度、复杂性和特殊性，传统的勘查方式只能满足单一需求，对城市地下空间建设的把控捉襟见肘。因此，利用城市地质调查取得综合性数据，开展片区地质体的三维地质建模，客观准确反映城市地下空间的现状及发展趋势，成为当前城市开发建设的重要组成部分。本文对三维地质建模的基本原理和技术流程进行了概述，介绍了常用的三维地质建模软件，详细阐述了城市地下空间三维地质建模方法，并对城市地下空间三维地质建模的应用进行了探讨。本文以期为提高城市地下空间利用效率，保障工程施工质量和安全提供借鉴和参考。

关键词：三维；地质建模技术；应用

引言

作为一种融合了地质学、地理信息科学和计算机等学科的综合技术手段，三维地质建模将钻孔、剖面、物探等庞杂的地质信息通过有效的数据模型管理起来。在此基础上，结合地层划分、数据插值、曲面拟合等手段和算法，将地质体通过直观的三维地质模型展示出来。此外，与地表建模不同的是，三维地质建模除模型的展示和查询以外，还需要开发出虚拟钻孔、剖面切割、等值线/面分析等配套工具，满足地质分析和工程建设应用的实际需求。三维地质建模的技术手段使专业性强、肉眼不可见的地质信息得到直观展现和应用，从而代替传统的钻孔柱状图、地质剖面图，在近二十年间，被越来越多地应用在石油、采矿、城市地质、隧道建设、水利水电工程等领域。

1三维地质模型的构建

1.1三维地质建模数据基础

三维地质建模的数据主要来源于工程测绘、工程钻探和工程物探等技术所得的地表、地层、断层等信息，可生成具有空间三维坐标的各类点、线、面、体要素构建形成三维地质模型。

1.2三维地质建模方法

为实现三维地质模型的精细化，本文综合工程物探和工程钻探成果信息建立钻孔数据库，以此为数据基础建立三维地质模型。但由于钻孔数据数量有限且具有局限性，空间分布不均匀无法满足全区域建模，因而补充加入局部辅助剖面图和地质剖面图进行模型的修正，提高模型的精细化。

1.3数据预处理

（1）平面图的数据提取。工程测绘所得平面图相对于建模要求而言，常见高程点和等高线过于密集的情况，过密将导致地形面网格构建过于密集，模型数据量大且不利于模型的切割运算。因此，将对高程点和等高线进行抽稀工作，根据地形地貌情况选择合适的间距设定。（2）钻孔信息的整合。通过工程钻探揭露的钻孔岩层信息和工程物探所得钻孔电视和波速试验钻孔信息综合形成钻孔信息库，其中包括地层分界点、构造发育段和裂隙发育情况，使得钻孔揭露信息更加精确。

2三维地质建模技术应用

2.1在城市规划中的应用

城市地下空间开发利用是城市发展的重要组成部分，利用城市地下空间三维地质建模技术，可以客观的刻画和模拟地质体，更加准确地预测地下空间的变化和演化趋势。在城市规划中，主要应考虑的就是可利用的城市地质资源（地下水、地热、浅层地温能、矿泉水、地质遗迹、天然建筑材料、渣土等）以及需要防治的地质环境信息（地质灾害、基岩稳定性、土壤和水体污染等），这些问题对于城市产业经济发展和生活生产安全具有重要意义和影响，可以提高城市的抗灾能力，保障新城建设和旧城改造的可持续发展。我国近年广泛开展的全国性地质灾害和环境地质调查扫面工作，建立了重点工程区和城市群的沉降监测网络，取得了稳定性和污染评价认识，开展了大量区域建模工作，在提供规划参考方面取得了不少成绩。例如，工业化时期地质资源环境调查评价与应用项目成果，已经应用于城区地下空间总体和局部规划。利用90多年河口海岸地形资料，建立了河口海岸数据库和三维演化模型并对沿岸工业布局、滩涂利用、围垦造地等提出了土地利用开发整理专项规划意见。国家级滨湖新区也开展了地下空间开发地质环境质量三维评价等工作，为城市地下空间地铁线路等多项地下工程精细规划及可持续开发利用提供方法参考。

2.2在建设工程施工中的应用

城市发展的必然组成部分就是工程建设，工程稳定持久是工程建设的重要内容，建立三维地质工程模型，可以对地下的岩土体结构、分布、性质等信息，对地下水位、水流、水质等数据进行准确的描述和分析，为施工中的监测与控制提供支持，帮助工程师准确判断地质条件和地下物质的分布情况，进而确定开挖的方法和步骤，从而有效地控制工程质量和风险。从三维工程地质结构模型、三维水文地质结构模型等单一需求模型，到综合需求形成数字地质体，越客观和精细的评价结果为工程提供的参考就越全面。例如开展了顺义新城区、通城新城区、亦庄经济开发区模型建设，包含数百个地质体，为新城建设提供了建设指导。城区基岩地质模型及奥运公园区精细三维地质模型为奥运场馆的勘查和施工降低了岩溶塌陷灾害对场馆的安全影响。地铁隧道修建方案比选中，判断地质层孔隙体积、岩溶、对断层进行封堵分析和预测等。

2.3在资源开发利用中的应用

在油气开发方面，三维地质建模已有了较长的历史，例如较早开展的三维油气成藏动力学建模和三维数字盆地模拟技术，为油气藏开发指明了方向。在城市地下水利用方面，三维地质建模技术可以辅助地下水资源的保护和管理，帮助制定地下水资源开发利用的规划和管理措施，预防地下水污染和过度开采等问题的发生，对于保障城市水资源的供应、改善城市水环境和推进城市可持续发展具有重要的意义。此外，在地热资源、固体矿产开发方面，三维地质模型都起到了清晰指导开发利用的作用。例如，一些矿山已经建立了Dimine、Hightopo等智慧数字矿山系统，同物联网相结合，以三维地质建模为基础，围绕以数字化开采、高速掘进、智能通风排水供配电、筛选工艺等内容为主体的三维立体可视化管理系统。

2.4在地质灾害监测与防治中的应用

地质灾害是一种自然灾害，也在一定程度上受人类活动的干扰，因此一般建设工程都会对其开展评估和防治，在地质灾害的监测预警和防治方面开展三维建模也已经比较常见。再如，地质调查院通过遥感技术模型，提前预警了大型滑坡灾害，保护了人民生命财产安全。一般可以采用地质模型和数字模拟技术来开展建模。通过对地质模型进行分析，结合历史地质灾害事件及其分布规律，建立地质灾害风险评估模型，对潜在的地质灾害隐患进行分析和评估。通过数字模拟技术可以预测地质灾害的规模、形态及发生的时间等，为地质灾害预防和应急管理提供决策依据。另外，围绕地下水流和地质构造的动态变化特征，以及地下水与地下工程的相互作用关系，开展建模，可制定工程地质灾害防治方案。在防治实施过程中，数字模拟技术可以用于监测地下水位变化和地质构造演化情况，对地质灾害隐患及时进行预警和预测，防止灾害的发生或扩大。

结束语

三维地质模型作为地质基础直观有效的表达手段，自20世纪90年代初来，在国内外得到了广泛关注，并进行了深入研究。随着近年来新一代信息技术的蓬勃发展，三维地质建模领域也产生了新的变化。为了让地质学者、地质从业者为三维地质建模的发展情况形成完整系统的认识，三维地质建模的研究应用现状进行了归类盘点，针对当前的研究应用热点和未来发展趋势进行了预判。

参考文献

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