三維地質(zhì)模型與可視化培訓(xùn)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三維地質(zhì)模型與可視化-三維地質(zhì)模型與可視化吳強(qiáng)、徐華中國(guó)礦業(yè)技術(shù)大學(xué)，中國(guó)資源開(kāi)發(fā)工程，中國(guó)，北京10083.北京化學(xué)工程學(xué)院，中國(guó)，北京102617.回信請(qǐng)寄往吳強(qiáng)(郵箱：HYPERLINKmailto:)于2003年8月收到回信.摘要三維地質(zhì)模型技術(shù)將在地址數(shù)據(jù)的獲得方法、存儲(chǔ)方法、過(guò)程與展示方法上帶來(lái)巨大變化.但是，自從反應(yīng)地質(zhì)實(shí)體的地址數(shù)據(jù)承受住多樣性、不確定性和復(fù)雜性特征后，不夠完善和不夠便捷的軟件系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)得到迅速發(fā)展.一些超大規(guī)模的模型、斷層的數(shù)學(xué)模型和褶皺的地質(zhì)模型已經(jīng)得到發(fā)展以至于能

2、夠展示復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間地址構(gòu)成.以三維地質(zhì)模型為目的的應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造已經(jīng)確定；隨著土壤模型和模型應(yīng)用與核心一樣的確定，基于空間數(shù)據(jù)處理的一個(gè)新穎設(shè)計(jì)概念也已提出.三維地質(zhì)模型技術(shù)的理論與方法有望得到進(jìn)一步的豐富和發(fā)展.鑒于這些理論與方法，基于特征的可視化導(dǎo)航技術(shù)得以提出.隨著地理數(shù)據(jù)庫(kù)，圖形庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的整合，地質(zhì)學(xué)家將能夠獲得以直觀、形象和精確地方式融入的部分特征和全部特征.關(guān)鍵字：三維地質(zhì)模型，地質(zhì)模型，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可視化數(shù)字資源的條形碼：10.1360/02ydo475三維地質(zhì)模型與可視性關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是解決“數(shù)字地球”實(shí)施計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù).目前，三維地質(zhì)模型主要存在以下困難1-

3、5：(1)三維空間數(shù)據(jù)難以獲得：目標(biāo)與形象復(fù)雜的三維地質(zhì)模型依賴(lài)于原始數(shù)據(jù).當(dāng)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)是稀少、不充分，地震剖面數(shù)據(jù)的能力和分辨率不足以及遙感數(shù)據(jù)模糊時(shí)，建立復(fù)雜的三維地質(zhì)模型是很困難的.因此要精確的描述地質(zhì)實(shí)體的空間屬性的變化是不可能的.(2)地質(zhì)實(shí)體之間的空間關(guān)系是特別復(fù)雜的.由于斷層引起了地層的不連續(xù)分布，巖塊巖性各不相同，時(shí)間的動(dòng)態(tài)本質(zhì)和地質(zhì)過(guò)程也體現(xiàn)了這一特征.由于地質(zhì)實(shí)體包含多值面的地質(zhì)現(xiàn)象，如斷層、褶皺、數(shù)據(jù)特征、拓?fù)潢P(guān)系和相關(guān)計(jì)算程序更加復(fù)雜.此外，多年生的地質(zhì)勘探研究和區(qū)域映射運(yùn)動(dòng)和包含地質(zhì)對(duì)象多樣性的復(fù)雜離散模型已經(jīng)得到很大程度上的發(fā)展.但是這些模型不能確定空間，時(shí)間，和模擬

4、的地質(zhì)對(duì)象和保持其連續(xù)性之間的結(jié)構(gòu)的關(guān)系.空間分析能力有限.客觀因素(如幾何復(fù)雜度)、不連續(xù)性和不確定性都存在與幾何模型中，客觀因素如應(yīng)用于三維地質(zhì)模型過(guò)程的多樣性等已經(jīng)導(dǎo)致了用于建立三維地質(zhì)模型的成熟的理論和技術(shù)的缺失和在空間分析能力上現(xiàn)有系統(tǒng)的限制.一三維地質(zhì)模型的設(shè)計(jì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，如褶皺，節(jié)理，斷層和裂縫，以如下兩種基本方法展示：特征描述和空間分布.前者通過(guò)應(yīng)用其本質(zhì)特征，如：發(fā)生、規(guī)模，來(lái)展示其結(jié)構(gòu)；而后者通過(guò)展示從不同復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中提取的幾何圖元的點(diǎn)，段、表面和體素.這種方法能夠給數(shù)學(xué)分析和地質(zhì)結(jié)構(gòu)形狀的空間描述提供支持.1.1超大數(shù)據(jù)模型根據(jù)空間劃分原則，即：一個(gè)物體的任意

5、復(fù)雜形狀能夠通過(guò)明確的簡(jiǎn)單形狀來(lái)處理，依賴(lài)于超大數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型在論文中得以設(shè)計(jì).如果問(wèn)題的對(duì)象是由依賴(lài)于地質(zhì)層位的離散點(diǎn)組成，那么一個(gè)超大數(shù)據(jù)模型是根據(jù)這些點(diǎn)的空間聚類(lèi)，而且能根據(jù)如下方法確定：如果一個(gè)空間域，集合，即是的一個(gè)離散點(diǎn)，而且由中的點(diǎn)組成.集合，包含了這兩個(gè)集合中的點(diǎn)，那么稱(chēng)反應(yīng)這兩個(gè)集合的空間類(lèi)的為空間.定義如下：這里，即：最小細(xì)胞的形成和空間層次.中的值的合并可以代表整個(gè)空間分布.每個(gè)組成三組分等等.代表分別形成上部和下部的視野和封閉邊界的.為了減少冗余以保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性，子集中的所有點(diǎn)來(lái)自子集，集合，這里，是開(kāi)集中所有界點(diǎn)構(gòu)成，是開(kāi)集中所有內(nèi)點(diǎn)構(gòu)成.因而就可以精確的確定.

6、綜上，空間域可以定義為：也就是說(shuō)：所研究的區(qū)域可被分成幾個(gè)大數(shù)據(jù)子集，一個(gè)基于模型的可利用構(gòu)造的.所有的固體模型的合并將能夠完整的描述空間幾何形狀復(fù)雜地質(zhì)體.1.2描述斷層的數(shù)學(xué)模型在回顧現(xiàn)有的在3維斷層的建模技術(shù)，最受歡迎的應(yīng)用技術(shù)是由布萊寧等描述的.圖1.大數(shù)據(jù)模型關(guān)于三維地質(zhì)模型與可視化是基于幾何數(shù)據(jù)，如區(qū)域研究中地震反射數(shù)據(jù)和觀測(cè)，斷層表面通過(guò)每一交叉的斷層線(xiàn)和斷層點(diǎn)可以相應(yīng)的形成.在三維地質(zhì)模型中一個(gè)故障的網(wǎng)格模型的可視化的實(shí)現(xiàn).但是，這些方法可獲取構(gòu)造模型的大量數(shù)據(jù)，而且處理超大表面的有效過(guò)程，例如，逆斷層是不可用的.此外，沒(méi)有什么方法可以預(yù)測(cè)斷層在抽樣范圍內(nèi)的斷層的連續(xù)性.為解決

7、這些問(wèn)題，在三維地質(zhì)模型中一種新穎的處理的斷層模型的方法在論文中的已處理.如果兩個(gè)故障點(diǎn)的坐標(biāo)，如：，斷層面的傾角和方向可以得到、預(yù)測(cè)和演繹端層面的三維空間幾何結(jié)構(gòu).當(dāng)收集足夠的相關(guān)時(shí)，確保形成端層面的梁斷層點(diǎn)的深度可以得到縱向處理.也就是說(shuō)，這兩個(gè)斷層點(diǎn)應(yīng)滿(mǎn)足條件：在這個(gè)區(qū)域里不難滿(mǎn)足此要求.因此，只要相應(yīng)橫層地質(zhì)、傾角的斷層面上的兩斷層點(diǎn)是斷層面賦予的，其一能精確地?cái)鄬用娴墓铝⒎匠?當(dāng)一個(gè)故障平面方程計(jì)算利用三維坐標(biāo)等參數(shù)斷層的性質(zhì)和一系列的內(nèi)插的斷層實(shí)體的故障.一系列的內(nèi)插的故障點(diǎn)可以自動(dòng)推導(dǎo)，然后根據(jù)對(duì)斷層的位移，這些內(nèi)插的故障點(diǎn)可以隨著斷層面得到一系列的三維坐標(biāo)插值性質(zhì)掛上下盤(pán)塊調(diào)整

8、.性質(zhì)2是利用最大面來(lái)近似一個(gè)基于拓?fù)潢P(guān)系的斷層，地質(zhì)實(shí)體的每一水平面可以被斷層分割成.為了更容易的觀察，筆者僅僅展示斷層和水平面斷層和內(nèi)插直線(xiàn).圖2(a)展示了一些發(fā)生在水平面4和8的斷層的性質(zhì)特點(diǎn).我們可以看到斷層深度轉(zhuǎn)化成45度到60度，然后轉(zhuǎn)至80度.因?yàn)檫M(jìn)一步的信息在幾何上斷層和褶皺之間的關(guān)于斷層點(diǎn)的的獲得.斷層面可近似為圖2中的一條直線(xiàn).斷層面的地質(zhì)數(shù)學(xué)描述也能構(gòu)造數(shù)學(xué)模型去形成預(yù)測(cè)參數(shù)(圖2(c)集斷層的連續(xù)性,而且提供樣條方法、克里格法、反距離加權(quán)插值、多項(xiàng)式，這些允許地質(zhì)學(xué)家來(lái)做對(duì)比不同的參數(shù)方法，因而斷層的三維模擬更加現(xiàn)實(shí)，誤差也相應(yīng)的變小.北東東南圖2.斷層近似平面1.3

9、褶皺的幾何模型雖然現(xiàn)有的自動(dòng)映射系統(tǒng)己經(jīng)成功建立了地址表面的簡(jiǎn)單模型，事實(shí)上，他們能夠建立復(fù)雜曲面模型和復(fù)雜的地質(zhì)對(duì)象（卷）如推力、逆斷層，褶皺，褶皺等.發(fā)生在地質(zhì)內(nèi)部的曲線(xiàn)現(xiàn)象稱(chēng)為褶皺，褶皺的地質(zhì)表面可以通過(guò)從鉆孔、截面和/或地質(zhì)圖進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬.對(duì)沒(méi)有值表面的褶皺，上面提到的方法可以應(yīng)用到三維模擬的實(shí)施.這是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，模擬了將多值表面褶皺.具體的方案描述如下：正如圖顯示，邊界和發(fā)生褶皺可以從其地質(zhì)圖相關(guān)信息.為了準(zhǔn)確地代表褶皺的空間形狀，一組的輪廓被認(rèn)為構(gòu)成反映空間分布特征基于不同發(fā)生褶皺.那里有一些（例如）的輪廓線(xiàn)，這里，即:每個(gè)輪廓線(xiàn)由三維有序點(diǎn)集歐氏空間.一些特征點(diǎn)(如鉸鏈點(diǎn)

10、)使冠折合的地方，應(yīng)選擇來(lái)表達(dá)的兩個(gè)翅膀的形狀背斜或向斜.輔助約束邊(如約束邊在圖)需要分割輪廓線(xiàn)的過(guò)程中添加的，所以為使他們的視覺(jué)在網(wǎng)格模型保持褶皺的形狀不會(huì)丟失.在錫模型把褶皺是由連接、基于同步行進(jìn)之間分的輪廓(圖).為使平面更加光滑，有必要對(duì)每個(gè)子表面的有效方法處理地質(zhì)界面.圖顯示了一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)模型隨著設(shè)計(jì)空間地質(zhì)構(gòu)造的方法計(jì)量模型.它準(zhǔn)確地表示三維模型在其中一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)體包括一個(gè)倒轉(zhuǎn)褶皺、逆斷層和一個(gè)折疊的右翼正斷層.一個(gè)倒轉(zhuǎn)褶皺模型的建立過(guò)程.地質(zhì)圖和倒轉(zhuǎn)褶皺;約束邊緣輪廓:一TIN模型.圖4.復(fù)雜地質(zhì)模型三維地質(zhì)建模系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在過(guò)去的三年里，三維地質(zhì)模型建模技術(shù)得到了不斷的發(fā)展和逐漸成熟.許多技術(shù)提供使用不同的路徑地質(zhì)學(xué)家通過(guò)建模過(guò)程和不同的能力，以獲得可用的地質(zhì)和地球物理觀測(cè).在3D實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的集成和一個(gè)三維地理信息系統(tǒng)5.筆者提出了一個(gè)前瞻性的三維模型的構(gòu)造方法，一個(gè)單純的、復(fù)雜的方法呈現(xiàn)了Breunig塔特斯的不規(guī)則地理對(duì)象的統(tǒng)一表示，建立了地質(zhì)映射和基于垂直數(shù)據(jù)提取技術(shù)卡爾和傾斜測(cè)量法10.一個(gè)開(kāi)放的基于CORBA的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)展示：連接兩個(gè)現(xiàn)有的地學(xué)軟件工具地質(zhì)三維建模和可視化工具GOCAD地質(zhì)和地球物理三維建模工具的免疫球蛋白MAS通過(guò)三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核的優(yōu)勢(shì).這種方法是3D模型工具不僅能遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)，也