浅谈计算机科学在地质学的应用

许林龙

摘 要：同物理、化学等基础科学比较，地质学研究具有较强的地域性、历史性和综合性。只有根据足够的实际资料，特别是根据足以充分说明空间和时间变化因素的丰富资料总结出来的地质学理论，才能较广泛的使用其结论。本文主要介绍了计算机科学在地质学中运用的现状，计算机科学在地质学中应用的方法以及发展趋势。

关键词：计算机科学；数学地质学；应用

一、计算机科学在地质学的现状

伴随着技术机科学与技术的发展，计算机及其应用已渗透到社会的各行各业，正改变着人们传统的工作、学学习和生活方式，推动着社会的发展。以往，不少人把地质学看作是和电子计算机不相关的科学。挎水壶、背背包、拿鎯头、翻山越岑找石头就是地质工作的形象。但随着电子计算机的普及，地质学领域中引进了数学方法，另其发展迅速。可分为两个发展阶段： 其一：是有关地质学中数据的统计处理方面。这一发展阶段的目的，是使地质学中的主要工作，诸如记录、分类等工作客观化，高效化。其二：用电子计算机模拟地质现象。在地质学中引入数学方法，创造新的研究领域。在这个蓬勃的发展过程中。这个新研究领域称为数学地质学（1969年出版了以此为名的杂志）。

这种需要电子计算机技术的数学地质，使地质科学产生了明显的变化，即从传统的定性估价向精确的数量计算发展。 一台现代化的电子计算机，已发展为配备多台外围设备和终端设备的计算机系统。其历史虽短、但未来的发展值得人期待。用地球物理（即物理数学）方法研究地球表面部分（从地表到数千米深处），也就是处理地质学现象的学科，叫做“地球物理勘探”。是广义地质学的一个分科，其目的是解释地质现象。地球物理勘探中使用电子计算机正在常规化。

二、计算机在地质学的使用方法

1. 在地质探测中，依靠计算机进行复杂的计算工作量大、数值变化范围大的运算；办公自动化、企业管理、情报检索、报刊编排处理等原始数据信息处理；科学技术、军事、工业、农业等各个领域的自动化过程控制；计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试、计算机集成制造等应用软件的开发和利用；基于计算机的多媒体技术：把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种每体有机组合起来；计算机通信和网络应用，来提高地质的工作效率和工作精确度。

2.在地质学中普遍应用的3S技术即RS（遥感）、GIS（地理信息系统）和GPS（全球定位系统）中。GPS主要获得单点3维或4维数据，RS主要获得区域大面积的图像数据，他们作为GIS的数据源，为GIS提供必要的空间决策分析数据，GIS作为一个处理这些空间数据的平台，对这些数据进行转换，分析，查询，显示等操作，辅助决策者进行决策。3S技术可应用在军事、交通、农业、林业、公共安全、城市规划、海洋渔业等一系列领域。在地质工作中，3S技术在能源调查、水文地质调查、地质灾害调查及灾害预警与预报等方面也应用广泛。

3. 为了更便利的进行地质研究，美国一公司创建了使Surfer 软件进行图形绘制，实现地质数据可视化，Golden Software Surfer 8. 0 是美国 GOLDEN 软件公司一套在 Windows 操作环境下运行 的二维和三维图形绘制软件。该软件具有强大的绘图能力， 能将离散数据经过插值生成规则的 格网数据，绘制丰富多彩的等值线图、3D 立体图、矢量图、影像图、阴影地貌图、地貌晕 渲图等，而且能很方便标注、修改绘制好的图件。具有简单的数学运算、数据统计、平滑、 滤波、微分、积分、傅立叶和谱分析等多种数据分析功能。也具有趋势面分析、体积、面积 计算、地形分析、剖面计算等三维空间分析功能。

并且该软件对中、小离散数据进行插值处理具有绝对的优势。正是因为其强大的插值功能，已 经使它成为用来处理数据首选的软件， 能迅速地将离散点的测量数据通过插值转换为连续的 数据曲面。

三、计算机科学在地质学的发展趋势

1. 地质学研究的精度和深度随着多学科的合作不断上升。数学、物学、化学、生物学、天文学等其他学科的发展和向地质学的进一步渗透，先进技术在地质工作中的使用，同精细、深入的野外地质工作相结合，会使人们有可能对更多的地质现象和规律做出科学的解释，进行更深入和本质性的研究。

2. 实验与模拟成为地质学研究的重要手段，实验地质学的发展使地质学的研究从以野外观察、描述、归纳为主，发展到归纳与演绎并重的阶段。实验技术的进一步改进，计算机模型的应用，使得一些极端地质条件可以在实验室中获得，如高温高压环境，从而可以模拟更为复杂的多种可变因素的地质作用，并把时间因素也纳入模拟实验之中。

3. 资源与环境是地质学服务社会的重要方面，其中有关矿产资源和新能源的研究，仍处于最重要的地位，因而将继续深入。海底含油、气地层，以及洋底多金属结核和现代成矿作用等的形成机理研究会有新的进展，从中国以及各大洲的成矿带、成矿区的区域地质发展历史全过程出发，按不同成矿时代分别研究区域成矿的规律性，尤其是不同地质背景下所形成的矿组或跨矿组的成矿系列的发生、发展规律，也将取得新的成就。

4. 国际合作成为现代地质学研究的必然趋势。地球是一个整体，区域地质过程是在全球的背景条件下进行的，区域地质作用也对全球环境有所影响。板块构造理论建立起新的全球构造观念，更显示出地质学全球宏观研究的重要性。

四、结语

在计算机科学与地质学越来越密不可分的同时，任重而道远行业信息化、企业信息化、勘察信息化正在向前推进，三维设计、协同设计、协同办公、网络办公、资源共享等概念逐渐被大家所接受，并正在成为现实。工程地质计算机应用是工程勘察信息化建设的重要组成部份，其应用范围仍在不断拓展，难度也在增加，许多新的课题需要探索研究。计算机技术应用于工程勘察已经二同物理、化学等基础科学比较，地质学研究具有较强的地域性、历史性和综合性。只有根据足够的实际资料，特别是根据足以充分说明空间和时间，我们最需要最紧迫的是系统化的基础研究和标准制定，这一命题虽然早已提出，但却没有多少系统性的规划，更谈不上有多少实质性的进展。如果基础研究不深入，就制定不出具有前瞻性的技术标准。

基础和标准研究是一个疑难命题，长期困惑着行业的技术开发。工程勘察信息化建设是永远绕不过基础和标准这个坎的，或许还需要更高层次的技术权威和高层首脑来认识和权衡这一命题。

参考文献：

[1] 韦港. 第三十届国际地质大会展出的计算机三维地质模型. 工程地质，1996年第4期.

[2] 韦港. 水利水电工程地质计算机应用综述. 第二届全国岩土工程计算机应用研讨会论文集，2001年11月杭州.endprint