近日，省自然资源厅印发了《广东省城市地质工作实施方案》，对全省城市地质工作作出全面部署，《方案》中明确指出构建城市三维地质结构模型。

那么三维地质模型是什么？什么样的三维地质模型才能满足城市规划、管理和建设的需求？城市三维地质建模有什么关键技术？应该用什么方法建立三维地质模型？下面为你一一解答。

一、什么是三维地质模型？

三维地质模型是用来描述地质体的几何形状及其内部各种物理化学参数的分布情况的计算机模型。

图：三维地质构造模型

三维地质建模就是将地质，测井，地球物理资料和各种解释结果或者概念模型综合在一起生成三维定量随机模型。

图：三维地质属性模型

二、应该建立怎样的三维地质模型？

城市地质工作要支持城市空间开发利用、地质资源的调查、地质环境的监控、地质灾害防治等多个方面。传统的城市地质建模模式是根据某一特定需求进行数据采集，然后按需求建成相应的专业模型，如水文地质模型、地热地质模型、工程地质模型等。这一工作模式的主要弊端是要进行大量的重复性工作，浪费了人力资源，降低了效率，提高了成本。

因此，新兴的城市地质建模工作模式是利用采集的所有数据为每个城市建立一个尽可能完备的基础三维地质模型，并存储于云端，通过web进行可视化，服务于各个专业领域的应用。

由于每个专业领域的需求都不太一样，所遇地质情况或复杂或简单，所需描述程度或简单或精细，所研究的目标区域或大规模或小尺度。所以此基础三维地质模型应具备以下特点：

• 完备：

  可以将已有多源数据中蕴含的地质信息充分的表达出来；可以满足各专业领域的需求。

• 大规模高精度：

  满足各专业领域对于任意区域大小、任意网格规模以及任意精细程度的需求。

• 维护成本低，可以进行局部更新：

  当数据有所更新时，将整个模型进行更新是非常耗时耗力的，所以整个基础模型需要支持局部更新。

图：基础三维地质模型

三、三维地质模型7大关键技术

多源数据融合技术：

要能利用各种来源的数据进行地质建模，无论是地球物理数据、地球化学数据还是钻孔数据。

复杂地层、断层建模技术：

处理任意复杂地质情况，如地层歼灭、透镜体、复杂逆断层等，建立完备的三维地质基础模型。

网格剖分技术：

能够在复杂地质构造模型约束下进行大规模三维体网格生成，作为属性模型的基础。所生成的网格需要准确匹配地质构造模型的几何形状，在地层断裂和尖灭处不能出现锯齿效应等严重偏离构造模型几何形态的现象。

高精度网格拼接技术，支持多人并行工作：

一个人建一个城市的基础地质模型是要耗费大量时间的且几乎不可行，所以需要高精度网格无缝拼接技术，从而支持多人并行工作，并使整个模型支持任意局部的调用。

与地下建筑物融合技术：

若想支持城市规划中的应用，则需要对自然物体与人造物体进行统一建模，将人造物网格与地质模型网格进行融合，使数值模拟技术的普及应用成为可能。

可视化技术：

通过LOD多分辨率显示，满足用户对不同尺度、不同精度的模型需求。能够支持互联网用户通过浏览器对大规模的构造模型和属性模型进行三维可视化，不能要求用户安装插件，可支持主流浏览器；实现自由观察、自由剖切和挖取等交互功能。

分布式数据库大规模模型网格数据管理技术：

基于云平台，通过分布式数据库管理大规模高精度的地质构造模型和基于三维体网格的属性模型，实现任意局部的下载和更新。

四、三维地质模型建模方法

常见的三维地质建模方法主要有：基于钻孔数据的建模方法、基于剖面数据的建模方法、基于多源数据交互建模方法等。

基于这些建模方法，通过局部的、精细的地质描述数据约束进行构建相应的地质界面模型，基于这些地质界面模型可以从区域地质格架中剥离出来各个地质体模型。

钻孔建模：

钻孔是最常见的地质勘察技术手段，从钻孔数据出发建立地质模型也是最常见和最基本的三维地质建模方法之一。对经过标准化的 excel 格式的钻孔数据进行入库，建立钻孔模型。通过钻孔坐标及分层数据，快速建立起地层分层的基本参考信息，建立地层面及地质体。本方法自动化程度极高，可用于大规模钻孔的快速建模。但这种建模方式交互程度低，一般只适用于简单的工程类模型，无法处理断层或倒转褶皱等复杂地质现象。

交叉折剖面建模：

通过引入剖面中空间要素之间的拓扑关系来生成基于边界表达的三维地质模型的方法，在用户少量干预下，可以建立绝大多数复杂地质模型。该方法主要包括剖面数据准备、地质界面建模、建模区边界面建模、地质界面修正及光滑、封闭成体五个步骤，不但实现了高精度三维地质模型的自动、快速构建，而且扩大了建模可利用的数据源，由更多的资料参与建模，构建的模型质量得以提高。

多源交互复杂地质体建模：

实际专业成果包括钻孔数据、剖面数据、平面地质图、等值线等多样化数据，因此不同地质体应采用不同建模方法，最后进行多模型融合，实现多源交互复杂地质体建模。具体方法，是从地质图、剖面图中提取断裂数据，生成的断层面控制着地层界线的伸展位置及范围。将复杂褶皱、透镜体、岩体等轮廓线插值填充生成体模型，嵌入在地质模型中，从而形成合理的复杂地质体模型。建模过程伴随着地质解译过程，数据丰富，模型精度高，交互程度高，能处理各类复杂地质情况，建模结果符合建模者设想。但该种建模方法处理数据较为复杂，建模过程需要较多的人工干预。

通讯员（广东省地质环境监测总站 卢咏恩）

编辑（蔡小媛）