北京城市區(qū)域三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模方法綜述
分類(lèi)：服務(wù)范圍 發(fā)布時(shí)間：2024-01-14 瀏覽量：5853
城市區(qū)域的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模是對(duì)城市區(qū)域的地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間位置、形態(tài)和拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行三維立體的可視化表達(dá)，為人們深入研究地質(zhì)體、全面分析地質(zhì)現(xiàn)象、科學(xué)利用地質(zhì)資源、有效防治地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題等工作提供直觀的、虛擬的地質(zhì)空間。因此三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模的目標(biāo)就是客觀真實(shí)的刻畫(huà)和模擬地質(zhì)體。但是，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、地質(zhì)現(xiàn)象的不確定性、地質(zhì)信息獲取的有限性和地質(zhì)數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)性，導(dǎo)致地質(zhì)體三維模型的構(gòu)建、表達(dá)和更新十分困難，而且存在著自動(dòng)化程度低、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、集成格式不一致、地上
????地下分離等諸多問(wèn)題（潘懋等，2007）：為了解決這些問(wèn)題，研究者們將工作重點(diǎn)聚焦在復(fù)雜地質(zhì)體的快速自動(dòng)化建模以及建設(shè)統(tǒng)一的地質(zhì)建模標(biāo)準(zhǔn)方面：近年來(lái)，三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的技術(shù)方法已經(jīng)有了長(zhǎng)足進(jìn)步并取得了諸多成果，本文擬討論當(dāng)前三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建模方法、應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
????1、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
????1.1國(guó)外
????歐洲發(fā)達(dá) 對(duì)三維地學(xué)可視化研究起步較早，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)建模技術(shù)相對(duì)比較成熟。從各國(guó)地質(zhì)調(diào)查局整體部署來(lái)看，在引領(lǐng)地質(zhì)三維建模技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用方面，英國(guó)是更具 完整性和系統(tǒng)性的。英國(guó)多年間建設(shè)的不同比例尺基巖地質(zhì)模型和英國(guó) 地質(zhì)模型，旨在構(gòu)造一個(gè)準(zhǔn)確、多比例尺的地理空間模型；德國(guó)哈勒市建立了非常精細(xì)的三維地質(zhì)模型，總面積達(dá)到了135km2，整個(gè)城區(qū)的模型均可以通過(guò)統(tǒng)一的軟件進(jìn)行集成和顯示；不同于上述地質(zhì)模型，老撾采用了基于柵格場(chǎng)的隱式地質(zhì)界面耦合建模方法，由于柵格場(chǎng)的空間值是連續(xù)的，這種建模方式對(duì)結(jié)構(gòu)模型和屬性模型的一體化是很有幫助的。
????從軟件的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，目前國(guó)外已有較多成熟的三維建模軟件，如法國(guó)的GoCAD，美國(guó)的Petrel、EarthVision、EsriCityEngine等。GoCAD是法國(guó)Nance大學(xué)研發(fā)的三維建模軟件，它的優(yōu)勢(shì)是創(chuàng)建了離線光滑插值技術(shù)、三角剖分技術(shù)和四面體剖分技術(shù)，可以用于大規(guī)模復(fù)雜地質(zhì)體的建模；斯倫貝謝公司的Petrel軟件，是集地震解釋、構(gòu)造建模、巖相建模、屬性建模和數(shù)值模擬及虛擬現(xiàn)實(shí)于一體的三維建模軟件，主要應(yīng)用于油氣藏領(lǐng)域，可用于構(gòu)造從結(jié)構(gòu)到力學(xué)的一系列模型；EarthVision在三維表面網(wǎng)格化的方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，也被廣泛地應(yīng)用于油田地質(zhì)當(dāng)中；EsriCityEngine是三維城市建模的 軟件，已應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)的方方面面，但是其對(duì)地層的建模能力有限。
????1.2國(guó)內(nèi)
????國(guó)內(nèi)的三維地質(zhì)建模起始于20世紀(jì)90年代初期，主要應(yīng)用于油田開(kāi)發(fā)、礦山開(kāi)采的數(shù)值模擬，后期許多學(xué)者在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ淅碚摲椒ā?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)行了諸多的研究。例如較早開(kāi)展的三維油氣成藏動(dòng)力學(xué)建模和三維數(shù)字盆地模擬技術(shù)（吳沖龍等，2001；吳沖龍等，2006），中國(guó)地調(diào)局的PRB三維構(gòu)模技術(shù)(吳志春等，2015)和福州的知識(shí)驅(qū)動(dòng)多尺度三維地質(zhì)體建模(陳麒玉等，2016)，均有各自的建模特色和優(yōu)勢(shì)。北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院建立了多個(gè)專(zhuān)題三維地質(zhì)模型，包括巖溶水基巖模型、新生界模型、多參數(shù)基巖模型、通州區(qū)地下空間模型等，分別采用了多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模法、基于網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭娼７ê突诮徊嬲燮拭娼７ǎ煌瑫r(shí)，在模型集成方面也進(jìn)行了很多的研究工作，實(shí)現(xiàn)了北京城市副中心地區(qū)新生代、基巖地質(zhì)模型與核心區(qū)的地下空間地質(zhì)模型在ArcGIS平臺(tái)上的無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)了與同一區(qū)域地面沉降、地下水環(huán)境、砂土液化、地下水動(dòng)態(tài)、土壤地質(zhì)環(huán)境、淺層地?zé)崮艿葘傩阅Ｐ偷某醪郊桑ㄇt剛等，2015；張?jiān)旱龋?015；李敏等，2018）。
????近年來(lái)國(guó)內(nèi)的三維建模軟件也取得了一定的發(fā)展，如MapGISK9平臺(tái)、Creatar平臺(tái)、steampGIS和網(wǎng)格天地平臺(tái)。MapGISK9是國(guó)內(nèi)應(yīng)用歷史最久的GIS軟件，現(xiàn)階段很多的歷史地勘圖件，均采用這個(gè)格式，該平臺(tái)具有比較強(qiáng)的建模功能，支持結(jié)構(gòu)模型和屬性模型的建設(shè)，但是屬性模型和結(jié)構(gòu)模型的耦合程度不高。Creatar平臺(tái)是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的平臺(tái)，可以建立大場(chǎng)景復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，支持多種復(fù)雜地質(zhì)體建模的方法，具有不錯(cuò)的可視化效果。網(wǎng)格天地的平臺(tái)是比較系統(tǒng)化的三維模型平臺(tái)，在城市地質(zhì)建模和油氣藏建模領(lǐng)域有了不少的應(yīng)用，尤其是對(duì)于結(jié)構(gòu)模型和屬性模型可以進(jìn)行耦合方面支持得比較好，甚至初步實(shí)現(xiàn)了有限元剖分后的地應(yīng)力計(jì)算，具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
????1.3存在的主要問(wèn)題
????目前三維地質(zhì)建模尚存在一些問(wèn)題亟待解決。諸如：巖土尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化命名規(guī)則，已有的鉆孔資料巖土命名標(biāo)準(zhǔn)在各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域也不統(tǒng)一，易造成地層分層信息的缺失；鉆孔概化、剖面繪制過(guò)于依賴(lài)于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，此現(xiàn)象增加了模型建設(shè)的主觀性和不確定性，地質(zhì)體分層易受到專(zhuān)家業(yè)務(wù)水平、思維方式的限制；建模程序復(fù)雜，難以為基層的地質(zhì)作圖人員所掌握，目前無(wú)論是國(guó)外的還是國(guó)產(chǎn)的三維地質(zhì)建模軟件，其操作流程仍過(guò)于復(fù)雜，須經(jīng)嚴(yán)格培訓(xùn)才能掌握；約束條件要求嚴(yán)格，實(shí)物工作量大，這主要由于三維地質(zhì)建模的過(guò)程本身是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到用于建模的源數(shù)據(jù)經(jīng)多次的編輯和確認(rèn)，會(huì)導(dǎo)致很多在二維環(huán)境可以敷衍、忽略的微小瑕疵，在三維建模中變得很“敏感”；無(wú)統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)，目前從行業(yè)層面缺乏三維地質(zhì)模型的建模標(biāo)準(zhǔn)，不同軟件構(gòu)建的三維地質(zhì)模型難以共享；無(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型和力學(xué)模型的統(tǒng)一，目前建立的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型僅限于空間分析、鉆孔提取、開(kāi)挖分析等功能，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)與力學(xué)、熱學(xué)模型進(jìn)行集成；模型精度較低，受到地下信息獲取難度的限制，模型建設(shè)精度無(wú)法與地表建筑模型相類(lèi)比，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)地上地下一體化模型的集成；模型的局部更新困難，目前的建模軟件大多不支持模型的局部更新，對(duì)于與人類(lèi)活動(dòng)接觸頻繁的地下空間地層模型來(lái)說(shuō)，其時(shí)效性受到了較大的限制。
????2、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模的技術(shù)方法
????2.1建模方法概述
????三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建設(shè)的主要流程包括建模準(zhǔn)備、模型建設(shè)、模型評(píng)價(jià)和模型應(yīng)用等4個(gè)過(guò)程。模型準(zhǔn)備步驟包括鉆孔數(shù)據(jù)、物化探成果、地質(zhì)圖件和斷裂信息的收集及整理，其中鉆孔數(shù)據(jù)是地層劃分和模型建設(shè)最為基礎(chǔ)的資料，物化探資料對(duì)于鉆孔地層之間如何連接從而形成準(zhǔn)確的地質(zhì)剖面具有指導(dǎo)意義，地形圖對(duì)于地表零層的刻畫(huà)和地上地下一體化的集成具有至關(guān)重要的意義．地質(zhì)構(gòu)造是基巖地質(zhì)建模中必不可少的資料。
????模型建設(shè)步驟主要是通過(guò)普通鉆孔建模法、交叉折剖面建模法、多場(chǎng)耦合建模法等不同的建模方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同地質(zhì)模型的建設(shè)，每一種建模方法均有一定的適用性，涉及的模型包括基巖地質(zhì)模型、第四系地質(zhì)模型、工程地質(zhì)模型和水文地質(zhì)模型。其中基巖地質(zhì)模型是反映基巖面起伏、巖石地層及斷層等構(gòu)造信息的三維模型，可用于研究活動(dòng)斷裂的分布與活動(dòng)規(guī)律；第四系模型是反映第四系松散沉積物層空問(wèn)分布變化情況，常用于地質(zhì)資源評(píng)價(jià)和地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究；工程地質(zhì)三維地質(zhì)模型是用于表達(dá)城市工程建設(shè)層地質(zhì)巖性空間展布的模型，常用于揭示不良地質(zhì)現(xiàn)象和獲取T程地質(zhì)參數(shù)：水文地質(zhì)模型主要用于地下水流場(chǎng)和地下水動(dòng)力學(xué)研究。
????模型的評(píng)價(jià)步驟就是對(duì)建好的模型按照其空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，確定三維地層和地質(zhì)體之間的拓?fù)潢P(guān)系準(zhǔn)確無(wú)誤。
????模型的應(yīng)用就是將建好的三維地質(zhì)模型納入統(tǒng)一的“一張圖”體系中，將模型成果與歷年的地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警成果進(jìn)行比對(duì)和分析，從而輔助決策者對(duì)區(qū)域地質(zhì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析預(yù)報(bào)。
????由于三維地質(zhì)模型具有顯著的多尺度性，因此在不同的比例尺和調(diào)查精度條件下所采的建模方法均不一樣。對(duì)于大比例尺模型，其能夠獲得的數(shù)據(jù)包括鉆孔、物化探、電測(cè)井等詳查資料，采用的建模方法通常為多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模方法，建模精度很高；對(duì)于中比例尺模型，其能夠獲得數(shù)據(jù)包括鉆孔和地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)，采用的方法通常為基于交叉折剖面及網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭娴慕７椒ǎ＞纫话爿^高；而對(duì)于小比例尺模型，能夠獲得的數(shù)據(jù)一般僅有鉆孔數(shù)據(jù)，其采用的方法通常為鉆孔建模法，精度普遍較低。
????2.2模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
????模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作主要包括收集整理鉆孔資料，篩選基準(zhǔn)鉆孔、建立基準(zhǔn)孔網(wǎng)、繪制基準(zhǔn)剖面和建立聯(lián)合剖面等步驟。
????廣泛收集各類(lèi)鉆孔、物化探和測(cè)井成果。根據(jù)不同的三維地質(zhì)模型建設(shè)目標(biāo)，收集、整理各類(lèi)鉆孔數(shù)據(jù)，但由于這些鉆孔的來(lái)源不一，造成資料很難直接被利用。因此，需要按照統(tǒng)一的巖石分類(lèi)命名標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的巖石分層標(biāo)志、統(tǒng)一的鉆孔概化原則對(duì)原有鉆孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和概化處理，從而形成標(biāo)準(zhǔn)鉆孔，以備使用。
篩選、分析鉆孔資料，選出可以利用的基準(zhǔn)鉆孔。在經(jīng)過(guò)上述處理的標(biāo)準(zhǔn)化鉆孔中，根據(jù)建模的目標(biāo)、范圍、深度，優(yōu)選出用于控制整個(gè)地層的基準(zhǔn)鉆孔，這些基準(zhǔn)鉆孔便成為其他鉆孔的標(biāo)尺和基準(zhǔn)，可作為相鄰區(qū)域的地層標(biāo)準(zhǔn)，也可作為短距離橫向巖層對(duì)比的依據(jù)。
????建立基準(zhǔn)孔網(wǎng)。利用優(yōu)選出的基準(zhǔn)鉆孔建立均勻分布于整個(gè)模型區(qū)域的基準(zhǔn)孔網(wǎng)。
????利用基準(zhǔn)孔網(wǎng)編繪基準(zhǔn)剖面圖，形成地層結(jié)構(gòu)骨架。由基準(zhǔn)孔網(wǎng)建立基準(zhǔn)剖面的方法有很多，以第四系松散沉積物為例，包括宏觀分析法、地面電法、古河道法、沖積扇法、沉積韻律法和綜合分析法。
????利用大量鉆孔充實(shí)結(jié)構(gòu)骨架，建立聯(lián)合剖面。聯(lián)合剖面的繪制非常依賴(lài)于專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，此步驟是人工介入最多的步驟，而縱觀眾多的建模方法，若要模型建設(shè)準(zhǔn)確，均離不開(kāi)地質(zhì)專(zhuān)家的宏觀掌控和綜合判斷。
????2.3建模的一般方法
????建模的一般方法包括普通鉆孔建模法、基于層位標(biāo)定的鉆孔建模法、基于網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭婧徒徊嬲燮拭娴姆椒ā⑷S地質(zhì)多場(chǎng)耦合建模法、多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模法和地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地應(yīng)力模擬一體化建模法。其中普通鉆孔建模法是最為基礎(chǔ)、最為快速的建模方法(DeDonatis2001；Lemonetal．，2003)，這種方法具有通用性，適用于第四系、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)模型；基于層位標(biāo)定的鉆孔建模法是利用基于層位標(biāo)定的鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)鉆孔地層進(jìn)行快速解譯的方法，其實(shí)現(xiàn)了基于解譯后鉆孔數(shù)據(jù)的自動(dòng)建模（明鏡，2012）。交叉折剖面建模法是一種基于交叉折剖面的三維地質(zhì)模型自動(dòng)構(gòu)建方法，重點(diǎn)解決模型構(gòu)建中“高精度”和“快速”的難題（Sirakoveta1．，2002；Xueta1．，2003；屈紅剛等．2008）。基于網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭娼７椒朔四Ｐ徒ㄔO(shè)中常遇到的多值問(wèn)題，可用于建立復(fù)雜的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型（明鏡，2009;Mingeta1．，2010）。三維地質(zhì)多場(chǎng)耦合建模法是將結(jié)構(gòu)模型和屬性模型集成的一種方法，其屬性邊界依靠結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行約束；多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模法可不依賴(lài)于單純的鉆孔和剖面，是將各類(lèi)物探、剖面、斷裂等數(shù)據(jù)集成起來(lái)聯(lián)合建模的方法，非常適合于基巖地質(zhì)建模；地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地應(yīng)力模擬一體化模型是未來(lái)發(fā)展的方向，是將結(jié)構(gòu)模型，屬性模型、地應(yīng)力計(jì)算模型一體化的方法，尚處于探索階段。
????2.3.l鉆孔建模法
????鉆孔建模法是通過(guò)對(duì)鉆孔坐標(biāo)和鉆孔分層信息的解譯而快速建立起地層分層關(guān)系，建模流程包括選擇鉆孔數(shù)據(jù)集、鉆孔解譯、水平自動(dòng)分區(qū)、生成主層面和自動(dòng)成體這幾個(gè)步驟。其優(yōu)勢(shì)是建模速度快，適合建立典型層狀結(jié)構(gòu)的地質(zhì)模型；自動(dòng)化程度高，解譯完成后，后續(xù)工作基本依靠自動(dòng)化；方法流程簡(jiǎn)單易于理解，操作簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)快速更新。劣勢(shì)是不適合構(gòu)建具有交互關(guān)系復(fù)雜的地質(zhì)體，無(wú)法解決“透鏡體”和“螺旋體”地質(zhì)現(xiàn)象；建模主觀性較大，對(duì)鉆孔不同的理解會(huì)建立截然不同的模型；鉆孔資料獲取的難度較高，成本較大，鉆孔解譯的效率低、專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求高。
????2.3.2基于層位標(biāo)定的鉆孔快速建模方法
????本方法是在普通鉆孔建模的基礎(chǔ)上，為解決鉆孔解譯方法效率低、易出錯(cuò)的現(xiàn)象而提出的基于層位標(biāo)定的潮透解譯方法，可以輔助鉆孔解譯者實(shí)現(xiàn)相對(duì)快速、準(zhǔn)確的鉆孔解譯。其建模流程主要包括鉆孔解譯、解譯后鉆孔自動(dòng)建模和交互式調(diào)整更新等步驟，其中鉆孔解譯是為鉆孔上的地層分界點(diǎn)賦予準(zhǔn)確的地層編號(hào)：解譯后鉆孔自動(dòng)建模是使用解譯好的鉆孔完成模型的自動(dòng)構(gòu)建過(guò)程；交互式更新是在用戶(hù)不改變鉆孔解譯方案的條件下實(shí)現(xiàn)模型信息的動(dòng)態(tài)修改，從而實(shí)現(xiàn)模型局部的自動(dòng)更新。其優(yōu)勢(shì)是在一定程度上克服了傳統(tǒng)鉆孔建模方法中鉆孔解譯難度大、效率低的問(wèn)題；在地層交互方面，可以通過(guò)建立虛擬層面來(lái)處理多值問(wèn)題；在地質(zhì)體刻畫(huà)方面，可以對(duì)“地層尖滅”問(wèn)題進(jìn)行很好的表達(dá)；建模過(guò)程中采用交互式操作，可以對(duì)地層形態(tài)進(jìn)行人工調(diào)整。劣勢(shì)是不適合構(gòu)建具有交互關(guān)系復(fù)雜的地質(zhì)體，無(wú)法解決對(duì)“螺旋體”地質(zhì)現(xiàn)象的刻畫(huà)；鉆孔資料獲取的難度較高，成本較大；無(wú)法利用地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)圖、地形圖等現(xiàn)有多源資料，不支持?jǐn)鄬酉到y(tǒng)的建模。
????2.3.3基于交叉折剖面及網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭娴慕７椒?/span>
????基于交叉折剖面的方法是通過(guò)引入剖面中空間要素（多邊形-弧段-結(jié)點(diǎn)）之間的拓?fù)潢P(guān)系（鄰接、關(guān)聯(lián)和包含），生成基于邊界表達(dá)的三維地質(zhì)模型的方法（屈紅剛等，2008）。在用戶(hù)少量干預(yù)下，可以建立絕大多數(shù)復(fù)雜地質(zhì)模型。
????基于網(wǎng)狀含拓?fù)淦拭娴姆椒ê徒徊嬲燮拭娣ǖ闹饕枷胍恢拢际峭ㄟ^(guò)引入剖面中空間要素之間的拓?fù)潢P(guān)系來(lái)生成基于邊界表達(dá)的三維地質(zhì)模型(屈紅剛等．2008)。通過(guò)建立多剖面間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)模型的構(gòu)建。
????上述2種剖面建模法的優(yōu)勢(shì)是擴(kuò)大了建模的數(shù)據(jù)源．建模的自動(dòng)化程度較高，建模速度較快，可實(shí)現(xiàn)模型的擴(kuò)展和復(fù)用；能夠針對(duì)大范圍的區(qū)域進(jìn)行高精度的復(fù)雜地質(zhì)模型快速構(gòu)建，可以處理“地層尖滅”問(wèn)題；可進(jìn)行多體建模，地質(zhì)體之間的數(shù)據(jù)一致性較好，建好的模型可進(jìn)行拓?fù)浞治觥Ａ觿?shì)是對(duì)于斷層、褶皺這種地質(zhì)現(xiàn)象處理起來(lái)相對(duì)繁瑣，需要較大的工作量；建模需要剖面的數(shù)量較多，需要制作封閉的剖面網(wǎng)絡(luò)。
????2.3.4多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模方法
????多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模方法是將地質(zhì)圖、剖面、地層線、輪廓線等地質(zhì)資料和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)添加到模型構(gòu)建過(guò)程中的建模方法，可實(shí)現(xiàn)斷層約束下的地質(zhì)體建模，從而建成復(fù)雜地質(zhì)體模型。其優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了建模數(shù)據(jù)的多樣化，建模數(shù)據(jù)包括但不限于鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、平面地質(zhì)圖和等值線；建模過(guò)程伴隨著地質(zhì)解譯過(guò)程，交互程度高，能處理各類(lèi)復(fù)雜地質(zhì)情況，如復(fù)雜斷層系統(tǒng)、倒轉(zhuǎn)褶皺、侵入巖體等。劣勢(shì)是多源數(shù)據(jù)的處理較為復(fù)雜，建模過(guò)程需要人T干預(yù)；建模時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)更新較為繁瑣；需要大量的人工交互，在各地質(zhì)界面間可能會(huì)出現(xiàn)互相交切的現(xiàn)象。
????2.3.5多場(chǎng)耦合建模方法
????理想的三維地質(zhì)模型應(yīng)充分考慮地質(zhì)屬性參數(shù)場(chǎng)對(duì)幾何結(jié)構(gòu)框架的指示意義及幾何結(jié)構(gòu)框架對(duì)屬性參數(shù)場(chǎng)的約束作用，將地質(zhì)數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)體幾何結(jié)構(gòu)框架、地質(zhì)屬性參數(shù)場(chǎng)、三維可視化空間分析作為一個(gè)整體加以研究，才可能實(shí)現(xiàn)真正意義上的地質(zhì)空間多場(chǎng)耦合構(gòu)模（朱良峰等，2012）。其優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了模型結(jié)構(gòu)場(chǎng)和屬性場(chǎng)的耦合，可以直接用于工程地質(zhì)計(jì)算；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可具備基于大數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)挖掘能力。劣勢(shì)是地質(zhì)屬性參數(shù)場(chǎng)三維重構(gòu)方法有待完善，多場(chǎng)耦合模型生成機(jī)制有待提高。
????2.3.6三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地應(yīng)力模擬一體化模型
????本方法將實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型與地應(yīng)力分析計(jì)算模型的耦合，在結(jié)構(gòu)模型建好后，直接將其轉(zhuǎn)換為有限元方法所需的計(jì)算網(wǎng)格，通過(guò)定義各個(gè)地層斷塊的介質(zhì)屬性分布以及必要的載荷邊界條件，來(lái)實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜構(gòu)造的應(yīng)力模擬。其優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模型和地應(yīng)力模型的耦合，可完成各類(lèi)地應(yīng)力學(xué)的計(jì)算；地應(yīng)力模塊可以直接繼承構(gòu)造建模成果，獲得有限元計(jì)算所需網(wǎng)格，極大地減少了網(wǎng)格編輯的工作量；模塊可以直接繼承 的構(gòu)造模型，提高了地應(yīng)力計(jì)算和結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。劣勢(shì)是對(duì)于建模人員的專(zhuān)業(yè)技能要求較高，能夠支持本項(xiàng)功能的一體化軟件較少，結(jié)構(gòu)模型和有限元模型之間的接口不統(tǒng)一。
????2.3.7不同建模方法的比較
????對(duì)上述6種三維地質(zhì)模型建設(shè)方法的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)和適用范圍進(jìn)行總結(jié)。
????3、城市區(qū)域三維地質(zhì)建模的發(fā)展趨勢(shì)
????3.1大數(shù)據(jù)方向
????未來(lái)三維地質(zhì)建模體系中應(yīng)引入基于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析技術(shù)，以及云計(jì)算、多維時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘等新一代信息技術(shù)，使得建好的三維地質(zhì)模型具備大數(shù)據(jù)分析能力，從而可將各類(lèi)多源、多類(lèi)型、多時(shí)相、多用途的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、成果圖件都集成在真實(shí)的三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景下的地質(zhì)“一張圖”。
????3.2大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合方向
????未來(lái)的三維模型應(yīng)可直接接入地質(zhì)資源環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如地面沉降、地下水動(dòng)態(tài)、淺層地?zé)崮堋⒌V山地質(zhì)環(huán)境、突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、重大線性工程等監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)，并可以在三維場(chǎng)景中對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、監(jiān)測(cè)曲線的真實(shí)狀態(tài)和演化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)地處理、分析、評(píng)價(jià)和應(yīng)用，從而將靜態(tài)的三維模型轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的三維地質(zhì)“一張圖”，讓三維模型更具活力。
????3.3地上地下一體化方向
????城市三維模型主要包括地表建筑模型、地下管線模型和地質(zhì)三維模型，這些模型均服務(wù)于不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，具備不同的建模格式和編碼標(biāo)準(zhǔn)，這造成了相互之間無(wú)法集成。另外，城市地表建筑模型和地質(zhì)三維模型即便是轉(zhuǎn)換為相同的格式，在集成過(guò)程中也需要處理大量的相交、穿插、重疊、縫隙等空間拓?fù)溴e(cuò)誤。因此，未來(lái)基于地上地下一體化的三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地上地下一體化的模型建設(shè)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。
????4、結(jié)論
????本文介紹了交叉折剖面建模法、多源交互復(fù)雜地質(zhì)體建模法、三維地質(zhì)多場(chǎng)耦合建模法等多種三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建設(shè)方法，每種方法在城市地質(zhì)三維模型建設(shè)中都有其適用范嗣。未來(lái)建模的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、屬性模型耦合化，結(jié)構(gòu)、力學(xué)模型集成化，地上、地下模型一體化建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)“基于多源異構(gòu)的矢柵一體化三維地質(zhì)模型”。在三維地質(zhì)模型集成方面，借助于Ge03DML三維數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)多種建模軟件之間數(shù)據(jù)格式的交換共享，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)多種不同比例尺、用途的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的邏輯集成，還可以實(shí)現(xiàn)模型的可持續(xù)更新，更好地為地質(zhì)資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。
