[发明专利]三维地质模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维建模技术，特别涉及一种三维地质模型的构建方法。

背景技术

获取准确的工程区地质条件是水利水电设计工作中必不可少的基础环节。但是，地质体是埋在地下的，在完全开挖之前是未知的；另一方面，地质体又是在漫长的地质历史发展过程中天然形成的，是特定的原生建造与后期地质作用的改造相叠加的综合产物，是极端复杂的，其复杂性主要表现在：各种地质单元在空间上的分布具有不均匀性，几何空间形态的变化具有差异性，不同单元在空间上相互交切具有一定的随机性等方面。地质工程师在勘察阶段认识和描述地下地质条件的唯一办法是通过勘探手段获取局部的地质资料，再依据这些并不充分的地质证据去推测工程区广大范围内的地质体空间分布特征。由于地质勘探的昂贵，因此，确凿的地质证据是少量的，对于描述整个地质体而言这些离散的采样数据是远不够充分的。于是，为了获得尽可能准确的地质条件，就离不开地质工程师对收集到的所有勘察资料（测绘、勘探、试验等各种信息）进行深入细致的综合分析。在这个分析过程中，既需要严格吻合确凿的地质证据，也需要参考地质工程师按照地质一般（普遍）规律进行定性分析得到的总体趋势判断。而水利水电工程地质的工作即是将上述地质资料（定量、定性）通过分析形成在时效上、精度上满足的设计需求的成果。

在地质分析过程中，基础资料的利用程度以及辅助手段的有效性、及时性直接制约着水利水电工程地质工作效率和成果质量；同时，由于水利水电工程设计的整体性和连续性，地质工作的效率和质量，必然也影响到水利水电工程的设计周期和设计成果的科学性。

长期以来，地质资料的解译都是在包含勘探的断面上进行二维的分析进而绘制二维剖切地质图。即使为了工程形象展示或者计算分析的需要而构建三维地质模型，也是在二维分析得到确切的二维剖面图后，通过对同一分界曲面上由二维剖面线构成的三维线框进行扫描而形成地质分界曲面，并进而封闭得到地质体的空间展布形态。目前，在工程地质行业内的三维建模手段实质上是从二维角度去凑三维空间的地质体；为了得到符合地质认识的三维模型，由于二维视角的固有限制不可避免地需要多次的修改和拼凑，并按照工作流程对二维剖面图和相应的三维地质曲面进行反复的校核、审查。同时，由于三维地质曲面的形成是依据静态的插值、拟合算法，每一次二维的变更都需要重新生成，地质工程师不能控制曲面的更新范围，因此，难以确保三维地质成果作为设计依据的时效性、延续性。

国外的三维地质分析与建模研究虽然较早，并已开发了一系列较为成熟的商业软件包，如GOCAD、EarthVision、Geocom等，但其主要面向油气藏、矿山等工程，与我国水利水电工程工作流程和应用习惯存在较大出入。

由于三维地质模型反映地质体信息的直观性、全面性，国内众多高校和科研院所重视研究三维地质模型的构建方法，并开发或在通用图形处理系统上二次开发了一些三维地质建模软件包，通过对二维分析结果的二维剖切图进行插值、拟合并构建三维地质模型，实现了从二维地质成果到三维展示、演示模型甚至信息管理系统的进步。但是，纵观截至目前的探索工作和开发的系统，归纳起来，它们都存在以下问题：

(1)由于缺乏有效的曲面控制调整手段，地质曲面的建立过分依赖二维分析成果，虽然也能实现地质成果的三维可视化，但代价较大。为了建立复杂区域的三维地质模型，往往需要进行大量辅助的二维分析，并反复修改以解决二维、三维视图的冲突。

(2)由于缺乏有效解决地质资料三维解译分析的手段，基础数据的采集、管理与分析过程存在脱节的现象，数据的二维分析与三维模型的构建过程相分离，数据的分析结果与数据库的分析相分离。

(3)由于每一次新增地质资料都需要先返回二维视图调整二维成果，并进行相应的校核、审查过程，然后重新构建三维地质模型，整个建模流程冗长、繁杂。因此，随工作进度、勘探深度、地质认识深化修改模型的工作量很大，以至于模型难以及时更新。

(4)由于采用静态的曲面插值、拟合算法，地质曲面缺乏局部变形控制能力，当局部地质认识发生改变时，需要重新构造地质曲面，而完全自动进行的静态算法可能导致对不是必须改动的区域进行了自动的修改，进而可能导致下游专业的设计参照发生改变。

基于上述几条原因，工程地质专业在实际生产过程中需要在进度和质量（精度）方面进行取舍，难以及时提交有效的三维模型，水利水电工程多专业三维协同设计难以实现。

发明内容