三维地质建模技术发展现状及建模实例

刘晓芳+田兰芬

摘 要：随着经济水平的快速提高，我国的基础设施建设技术也有了明显的提高。本文首先简单介绍了三维地质建模在国内外的发展现状；然后笔者根据自己的经验总结分析了该技术在实际应用中存在的主要问题；最后对三维地质技术在矿山开采中的应用实例进行介绍，对其在实际应用中的建模流程和适用的范围进行研析，并从数据可视性和三维动态的角度展示三维地质建模技术的整体优势，并针对该项技术在具体应用中的问题和未来的发展趋势进行研究，以期能够促进三维地质建模技术在实际中的应用效能，为该技术今后的应用和发展提供一定的参考。

关键词：三维地质建模 现状 问题 应用

中图分类号：P627 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0126-02

随着全球经济的不断发展，对地球中各项资源和能源的利用程度在不断加深，资源短缺和环境污染已经成为当今社会发展的重要问题，越来越多的国家和研究中心也都对地球空间给予了高度关注。在这种背景下，地球空间信息科学这门学科也逐渐发展起来。该学科中涵盖了各种的技术，比如全球定位系统、遥感技术以及地理信息系统等，技术支撑一般是以计算机技术与通讯技术为主。在该门学科中，三维地质建模技术是非常重要的一部分，该技术将地质理论知识、计算机三维可视化融合在一起，进而在三维条件下通过这些信息技术达到地址空间建模的目的，并对各类地质空间和结构进行解释。近年来，各国的三维技术已经逐渐成熟，具体实践和应用研究也取得了一些成果。

1 三维地质建模国内外的研究现状

1.1 三维地质建模国外的研究现状

20世纪中期，西方研究学者首先开创了对地质统计学的研究，而三维建模理论的提出是在20世纪末期由加拿大学者研究提出的，最早的应用是在油田工程中的油储藏动态模拟建模。20世纪80年代，GALSON.F提出了三维模型应用到地下空间结构的建模中，随后几年的时间里西方学者又解决了不规则轮廓线的三维物体建模技术，到20世纪末期，针对三维技术应用到地质曲面的技术逐渐得到研究和突破，众多研究学者又对空间数据的结构与模型、数据的三维可视化等数据结构进行了大量的研究，为三维地质建模的理论发展和实际应用做出了巨大的贡献[1]。

1.2 三维地质建模国内的研究现状

我国对三维建模技术的研究最早开始于20世纪80年代，随着西方研究的深入，我国众多的研究学者分别在不同的应用领域对三维地质建模技术的方式方法和理论可行性进行研究，为基于三维技术的地下空间描述提出了很多的建模方式。在不同领域开展的三维技术的研究，侧重点也是有所不同的。相关学者对三维地质建模在水利工程中应用进行一系列的研究，天津大学某实验室人员研发了一套水利工程地质三维建模分析系统；黄地龙、柴贺军等人研发出了一套关于岩体结构的三维可视化系统。相关学者根据城市地下空间的具体情况，将三维地质建模应用到城市建设中，并研发出了一套三维地质模拟和可视化的操作系统。此外，也有学者根据各种类工程地质的特点，将三维地质建模应用到地质工程中，并研发出了一套三维可视化分析系统。除了以上提到的领域外，相关研究人员也逐渐将三维地质建模应用到油田开发、矿山开采等各个领域[2]。

2 三维地质建模技术实际应用中存在的问题

三维地质建模技术应用的研究虽然已经取得了很多的成果，但在实际应用中还是面临着很多的困难。目前我国的三维地质建模的研究更多的是对国外三维地质软件的二次开发上，产品结构框架还不是太完整，在数据处理过程、三维建模和分析的过程中同国外技术水平都存在一定的差距，主要体现在以下几个方面：第一，对地质空间进行三维建模时，由于地下各类物体形状的不规则性和多变性，所呈现出来的模型和实际形状往往存在着偏差；第二，对地质空间中各类地质体的三维建模过程工作量繁重，尤其是在各类信息数字化的过程中，工作量更为繁重；第三，对三维地质模型的数据更新耗时长较为困难，在工程开展过程中的实用性能较低；第四，模型的精确度不够，当地质工作进行到中期后期时，数据信息越来越复杂，无论是地质形状的描绘还是各项数据信息的计算，都不够精确。

3 三维地质建模于矿山开采中的应用

在不同领域的工程应用中，面临的实际情况往往都是复杂多变的，而目前市场上存在的建模软件一般都具有专业偏向性，不能兼容所有的地质工程类型，所以，在建模软件的选择过程中，需要根据工作的具体要求和地质问题灵活选择。近年来，随着信息技术的不断发展，矿山的数字化进程正在加快发展脚步，国内外相关的矿业软件数不胜数，将这些软件应用到工程三维模型中，可以实现矿山生产的动态管理，并且对各项资源合理调配与利用。目前市面上成熟的矿业三维软件较多，为矿山的三维可视化建模工程奠定了良好的技术基础。

地下采矿的工程一般都较为复杂，想要利用规则的几何体对地下空间进行描述是比较困难的，需要采用多种方式相结合才能将地质空间完整地描述表达出来。本文以3DMINE、SOLIDWORKS两种建模软件为例，探讨了矿山开采中三维地质模型的建模过程[3]。

3.1 SOLIDWORKS建模过程

采用线框构建三维数字模型，利用该软件可以实现对自然体模型的快速創建，对地下空间各类复杂的矿体都可以较为精准地描述。同时，在SOLIDWORKS软件平台上，将矿体的剖面图输入到平台中，可以形成初步的矿体三维模型，然后根据实际情况进行局部的修改，使模型逐渐贴近矿体的实际情况。比如在石菉矿区某矿体种根据以下流程进行SOLIDWORKS建模。具体流程是：首先，对矿体地下空间的资料进行收集和录入；第二，于软件平台上形成矿体的剖面图；第三，各剖面图逐渐形成矿体的三维模型；第四，依据该矿山实际情况修改建立的三维模型（见图1）。

3.2 3DMINE建模过程

矿体空间建模的原理为：利用各种相邻的三角面，各自包裹成一个内外不透气的实体，从而建立起一个矿体模型。而实际上每个面又是由一系列的点相互连接，构成内外不透气的三角形的网面。比如在大孤山I（主矿体）、II、III矿体中，根据以下流程进行3DMINE建模。首先，将矿体各个水平面的剖面线输入到平台软件中；第二，在众多剖面线条之间连接组成三角网，选择两个需要连接三角网的闭合线（见图2）。这个过程可以依次连接多个线段，连续点击即可完成多个段的组合，按ESC即可完成退出，进而形成完整的矿体模型；第三，对初步完成的矿体模型进行编辑；第四，系统可以模拟出矿体的最小坐标和最大坐标，形成单元块对矿体进行填充；第五，对填充的各个单元块都添加上三维坐标、矿石类型等属性信息。

4 结语

三维地质建模技术可以将复杂的地下空间的各项信息通过模型的方式完整地表达出来，强调了地质成果表达的可视化、立体化和数字化，并逐步实现了地质数据的智能化使用，所呈现出来的模型和图像生动直观，方便非专业人士的应用和理解。伴随着信息技术研究的深入发展，三维地质建模技术可以说是未来地质工程发展的必然趋势。本文主要对三维地质建模技术的研究发展现状进行分析，对三维建模技术实际引用中存在的问题进行研究，结合技术条件提出了该项技术在矿山开采中的应用。未来，对三维地质建模技术的实际应用研究还应继续加强，加强在建模方法的普遍性、模型反映的真实性和地质空间的变化规律、模型信息的准确性等方面的研究。

参考文献

[1] 孙江浩，胡洪飞.三维地质建模技术发展现状及建模实例的分析[J].工程技术：全文版，2016（3）：278.

[2] 张洋洋，周万蓬，吴志春.三维地质建模技术发展现状及建模实例[J].东华理工大学学报：社会科学版，2015（6）：216.

[3] 王亚静.三维地质建模技术发展现状及建模实例[J].石化技术，2015（6）：309.endprint