岩溶区三维地质建模及可视化研究

向 峰，罗太近

（贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队（贵州地质工程勘察设计研究院），贵州 贵阳 550081）

随着中国经济、社会和科技发展，虚拟现实技术作为高新技术迅速崛起。虚拟现实技术就是利用电脑模拟产生一个立体的三维空间的虚拟场景，给使用者提供视觉、听觉、触觉等感官上的现实模拟。因此虚拟现实技术的应用受到了地震预报、矿产资源勘探、地理信息系统等领域的广泛关注[1]。我国地域辽阔，地貌复杂，地质也各不相同，通过三维的数字化虚拟现实技术可以提升地质调查的信息化水平，能有效地解决地质环境问题和城市地质、政府规划决策问题。这一技术为今后岩溶区城市地质工作的三维地质建模和可视化发展提供了重要的技术支持。

1 建立三维地质模型

（1）收集资料。针对岩溶区大区域三维模型的建立，我们首先要得到岩心数据，它包括岩心照片、岩心描述和岩心钻孔分析数据，这是识别当前地质情况的首要资料，也是进行下一步工作的基础。

（2）构造模型。①建立控制性实测剖面。绘制控制性实测剖面是进行三维地质建模的基础，剖面的布置密度决定了三维地质模型的精度，利用制图系统产状剖面图功能绘制剖面图，结合地质专家的专业知识进行修改完善。按照“单元格构建～单元格合并～整个地质体”的思路，利用交互三维建模。②建立层模型。建立层面模型可以通过断层面中线投影在二维视图中，设置网格大小、趋势线、分割线、边界线来建立骨架网格；关键层面的插值建模可以通过数理统计法设置层面参数和断层影响范围；最后再通过样条插值法和最小曲率法进行层面内插。由此反映的是储存层面的基本构架，通过断层数据建立断层模型，再根据断层模型建立各个地层顶底的层面模型，再以此为基础，建立有一定网格分辨率的等时三维地层网格模型[2]。③建立参数模型。建立目的是定量的给出储存体中各类属性参数的空间分布。采用确定性建模方法，开始进行地质趋势线性内插。根据已有岩心钻孔的控制点和原始样本点的参数，进行合理内插、外推未钻孔测试点的同一参数值，内插值越小，精确度越高。通过测量得到地层压力、孔隙度等有效参数，采用简单线性内插、趋势面作图法进行。在通过地震振幅、波阻抗等于岩心测井孔隙度确定关系，反演孔隙度，通过孔隙度推出渗透率。

2 可视化操作

可视化技术即为通过数字化概念，建立起一个多分辨率、三维模式表达的虚拟技术，是由三维空间中的构造、地层振幅组合形成。通过上述的三维地质建模，可视化技术通过把空间地质环境数据转换到虚拟的计算机环境中，在保证实时获取图像数据的前提下提高图像质量，展示更多更详细的立体化细节。具体操作步骤如下：首先根据测试到的有效插值提取地质的边界轮廓线，构造几何图形；然后设置图形变换函数参数，生成新的图像数据；最后把数据送入帧缓存中进行储存，实现可视化显示。需要注意的是对局部区域的绘制。具体操作为在距离十视点近的数据区域内增加点的数量，提高覆盖密度；对投影等值线进行填充时采用不同的色彩加以区分；在观测井的抽水排水动态模拟过程中，改变岩层的透明度。通过对局部区域数据特征优化控制，使得到的图像效果更加逼真。再者由于绝对定向要实现影像坐标到地面坐标的转换，因此在绝对定向时利用数字摄影在影像上选取地面控制点，并且尽量让选取的控制点是均均匀分散在测量区域各处的。选取好连接点后建立同名核线，进而形成线影像。同时我们还需要数字正射影像数据。我们运用卫星对影像数据进行纠正，并让影像融合镶嵌，最后再进行影像裁剪，最终形成数字正射影像成果。

3 有效性测试

为了让大家直观立体的了解岩溶地区的地表状况、地下地质形态以及勘测点的布置位置等相关信息，运用三维地质建模可视化模型对岩溶地区进行实际检测，需要用到的机器设备如表1所示。

表1 三维建模可视化设备

通过合理运用上述表格中的设备设施，来绘制岩溶地区的剖面图，进行三维建模，对模型进行合并、纹理、赋色、赋属性等相关工作，实现可视化的目的。

4 结果分析

为了论证三维地质建模可视化模型对获取工作数据准确率有效性的影响，进行实验分析，对岩溶地区采用了三维地质建模可视化模型和传统方法进行实验对比，其验证结果如图1所示。

通过图1的实验结果可以看出，在多次试验的过程中，本文提到的三维地质建模可视化模型条件下，工作数据的精确率在多次试实验下都远远高于传统方法工作下的精确率，这充分论证了岩溶区城市地质发展离不开三维地质建模及可视化模型。

图1 实验论证结果曲线

5 结语

岩溶区城市地质的发展，离不开三维地质建模和可视化模型的建立。与传统技术相比，运用现代化科技形成先进的三维地质建模和可视化技术，不仅提高了工作的精确度，同时也提高了工作效率。这是社会发展的需求，也是科技现代化发展的必然产物。但就目前来说，三维地质建模和可视化技术是复杂的，操作起来不仅需要大量的优秀人才供给，还需要有庞大的建设使用资金的支持，这些条件在三维地质建模和可视化上是不可忽视的。