三维地质填图教学探索

刘星 王兴阵

摘要：本文以本校地质工程专业地质填图实习为例，从三维地质填图内容、实施、考评、教学效果4个方面进行阐述，并结合专业发展对实习建设进行展望，可为同类院校提供参考。

关键词：透明矿山;三维地质填图;教学实习

引言

当前，大部分高校地质填图实习已进入平面电子填图阶段，但地质信息本质都是三维的，学生难以理解深部地质体延展及其相互关系[1]，成果难以融入大数据的共享，因而进行三维地质填图教学，对于拓展学生知识面和就业途径，有较大作用。

一、基地概况

实习基地坐落在巢湖市北郊凤凰山区域，面积30余平方公里，褶皺山脉走向10°-40°呈平面“M”型展布，剖面上似“W”，适合中等难度三维地质填图。

二、课程建设与发展

1.课程组织，实习队配备手持gps，罗盘，GIS软件和三维地质建模软件，在实习前进行室内教学。学生5-6人一组，三维填图在数字填图完成之后进行，以1：2.5万形底图为基础，利用MAPGIS软件完成平面图制作，为完成三维地质填图教学任务，编写了《三维地质填图实习指导书》。

2.实习过程，相比二维地质填图，三维地质体模型的构建需更多来自地表以下的地质信息[2]。由于本区域地质构造切割复杂，利用钻孔分层方式进行三维建模难以实施，必须通过剖面图方式进行，因而需要进行剖面制作和地质推断。可按照三个阶段进行。（1）熟悉三维填图软件构建的基本过程，本校通过开设“数字三维地质建模”课程来完成。（2）路线地质、实测剖面、独立填图部分。确定填图单位，本次填图单位划分为：S1g，S2f，D3w，C，P1q，P2+3，T，J1m，Q。传统的实测剖面、图切剖面主要用于表达近地表信息，三维地质填图需要表达更深的地下信息，剖面制作的下限要达到200米。（3）基于电子平面地质图，沿主构造方向，进行若干图切地质剖面图的制作（图1）。由于剖面地质图的坐标是二维的，并且不一定是与x或y轴平行的，必须进行三维坐标的转换，是三维地质填图的第1个关键技术，其原理如下：

式中： X3d， Y3d， Z3d，为转换后的三维点坐标，X0，Y0为剖面图上左端某固定点，θ为剖面线与X轴的夹，固定点右侧用加号，左侧为减号。剖面线段在进入三维建模软件之前进行连接封闭[3]，形成地质体轮廓（图1）。第2个难点是同类地质体边界连接，生成闭合地质体面。逐个完成三维地质体面元构建，然后进行整体拓扑检查，形成3dMODEL，如图1.

3.考评方法，考评目的是激励学生学习的动力和对新技术的应用[4]。考核加入三维填图部分，即综合成绩=表现（0.2）+记录簿（0.2）+图件（0.2）+报告（0.2）+三维模型（0.2）。

三、课程教学总结

从学科发展和毕业生反馈来看，该教学是有必要的，表现为：（1）满足了生产需要，学生反映到单位后可以直接参加三维地质建模工作。（2）拓展了学生就业和发展途径。由于三维数字地质模型与国土、建设、规划等行业结合紧密，学生可拓展就业领域。由于总学时受限，建议适当增加三维建模时间。

参考文献：

[1]吴志春，张树明，姜勇彪，三维地质建模在地质教学中的应用，当代教育实践与教学研究，2017：53-55.

[2]McGaughey J， Milkereit B. Geological Models， Rock Properties， and the 3D Inversion of Geophysical Data[C].In Proceedings of Exploration 07： Fifth Decennial International Conference on Mineral Exploration，2007：473-483.

[3]王国灿，徐义贤，陈旭军等，基于地表地质调查剖面网络基础上的复杂造山带三维地质调查与建模方法，地球科学：中国地质大学学报，2015，40（3）：397-406.

[4]方乙，王挽琼，朱玉娣，数字地质填图教学建设与探索，教育教学论坛，2018，3（12）：19-20.

本文受2020年安徽理工大学省级质量工程项目（2020jyxm0449）资助。

作者简介：

刘星，1974年12月出生，性别：男，民族：汉，籍贯：江西高安，毕业院校：中国地质大学（武汉），毕业专业：地球探测与信息新技术，学历：研究生，职称：副教授，研究方向：矿产资源勘查。