三维地质模型数据库建设的质量控制——以透视山东项目为例

马瑜宏，刘春华，郭晶，朱恒华，郭艳，马国玺

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250014；2.山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心，山东 济南 250014；3.武汉中地数码科技有限公司，湖北 武汉 430073)

0 引言

三维地质建模是利用计算机三维可视化技术，在虚拟三维空间将勘探钻孔、地质剖面图、地质平面图、DEM、物探资料等多源地学信息基于统一空间参照系与地质认识进行空间插值、实体化构建，并进行立体、直观展示的地质研究方式[1-6]。三维地质模型的构建，深化了深部地质构造的认识，可以更直观地认识和了解主要目标地质体的深部形态、空间展布特征及其他地质体的相互关系，为矿产资源开发评价、地下空间开发利用、地下水模拟和工程地质勘查等工作提供了重要基础地质信息，应用越来越广泛。

数据的质量是数据分析应用的基础，是数据库的关键，直接影响到数据库的可用性和准确性。错误的或不准确的信息或数据必定产生错误的或不准确的处理结果和决策[7-10]。因此，数据库的质量控制和质量检查非常重要。数据质量问题伴随数据的采集、转换、处理和应用过程而产生，数据库生产的每个环节所产生的质量问题都将直接影响到最终的数据质量，因此在三维地质模型数据库生产的每一个阶段、每一环节都必须进行严格的质量控制，通过优化工作流程，最大限度地减少各环节的误差，以提高三维地质模型构建的速度与精度，确保数据的准确性和数据更新的连续性。

1 数据录入阶段的质量控制

三维地质模型建设用到的基础数据主要是钻孔资料。为了规范钻孔资料录入操作，保证录入数据的质量，编制了《钻孔资料录入工作指南》。指南规定了钻孔资料的录入内容、钻孔数据的存放格式、数据表字段类型及长度、填写要求、人员配置、工作流程等方面的内容，确保钻孔数据录入工作在统一规范的框架内正常有序的开展。

钻孔数据录入完成后，需要对数据进行质量检查，将错误消除在标准化工作之前。根据检查内容的不同，数据检查采用人工检查和软件检查2种方式。

1.1 人工检查

人工检查包括自检、互检和抽检，其中自检和互检率要求100%，抽检率15%，每一个检查步骤都需要填写质量检查记录表。人工检查贯穿三维地质模型数据库建设的全过程。

1.2 软件检查

软件检查主要检查钻孔的坐标位置是否合理，对钻孔分层信息里的数据进行逻辑查错，筛选出各数据项的异常值和重复值。

(1)钻孔的坐标数据直接决定剖面的位置，钻孔坐标的准确性直接影响剖面的准确性，钻孔坐标一旦修改，剖面图就需要重新绘制，因此钻孔坐标的质量控制是数据录入阶段的重中之重。用GIS软件将钻孔坐标进行投影，检查钻孔位置分布是否和工作部署图一致，有没有落到其他城市；通过GIS软件筛选出某一项目或某一矿区的钻孔，检查该项目或矿区的所有钻孔是否都在相近范围；将投影后的钻孔点位图与对应坐标系的地理底图套合，详细检查各类型钻孔是否沿部署规律分布，通过判断有无离群钻孔点来判断钻孔位置是否合理、正确。

(2)用EXCEL软件检查钻孔的分层信息数据是否存在逻辑错误，如钻孔上一层的底板埋深与下一层的顶板埋深数据是否一致，钻孔分层信息表里的最大厚度是否等于钻孔基本信息表的钻孔深度等。

2 钻孔标准化阶段的质量控制

参照原山东省国土资源厅印发《关于印发〈山东省地层侵入岩构造单元划分方案〉的通知》(鲁国土资字〔2014〕185号)，编制了三维地质模型地层分层标准(表1)，并针对地层标准化工作展开集中培训。

表1 三维地质模型地层分层标准表

对已完成标准化的钻孔分层数据，用EXCEL软件检查钻孔的地层编码是否和地层分层标准表的编码一致，地层厚度是否满足区域地质规律，同一岩性描述对应的第四级编码是否相同。

3 剖面绘制阶段的质量控制

为规范剖面图的用色与花纹填充，参照《山东省地质勘查技术要求与项目管理规程》《地质图用色标准及用色原则(1∶50000)》(DZ/T 0179—1997)、《综合工程地质图图例及色标》(GBT 12328—1990)等标准编制了三维地质模型系统库设计(图1)。制作了数据字典(表2)，将地层编码与图案、颜色一一对应，剖面成区后，通过连接数据字典，实现对颜色与花纹的填充，既提高了效率，也规避了手动输入造成的错误。

图1 三维地质模型系统库设计图

表2 数据字典

为了确保剖面图的成图质量，绘制时还需要从以下几点加以注意：

(1)在剖面绘制之前，统一多源地质资料的坐标系，建立原始资料数据库。为便于各种数据信息的读取与管理，设置数据库的椭球参数为2000国家大地坐标系，投影类型为兰伯特等角圆锥投影(m)。

(2)地层之间的界线需要结合产状绘制，岩体之间的界线需要反映新老关系。

(3)虚拟孔和下推钻孔各地层厚度的推断，应参照周边钻孔，基岩地质图以及各比例尺地质图对地层厚度的限定。

(4)任意相交的2条剖面在交叉钻孔处的分层信息必须完全一致，包括分层层数、各层的厚度和地层编码等，指定一人提交交叉孔的分层数据。

(5)拓扑造区之前，先自动剪断成区线，用GIS软件的“线拓扑查错”工具进行微短线、线上重叠点、自相交、重叠线等检查，局部放大查找原因、修改，直至错误清除。再线拓扑造区，用“区拓扑查错”功能检查拓扑问题，对查出的问题进行修改后再重新拓扑查错，直至拓扑关系正确。

(6)剖面区需要重新拓扑时，通过“创建Label”和“Label点归并”操作实现剖面区文件图形与属性数据的自动赋值。

(7)剖面图两端的地层区应向外延伸一段，保证钻孔轨迹线在地层区内并与之相交。

(8)用统一的参数对地表线进行抽稀，再对地层线上的节点进行加密，以保证每条地层线上节点之间的间距基本一致。

4 三维建模阶段的质量控制

构建三维地质模型是三维地质建模工作的核心内容[11-14]。建模的基础数据是地质剖面，为提高模型精度，还应将普通钻孔、地质图、基岩地质图、断层、地表高程等能够揭示地质体或地质构造信息的数据导入三维操作平台，在交互建模过程中作为约束数据，为地质模型的搭建提供地质支撑。

地质建模是由点连线，再由线造面，最后由面构体复杂的交互式建模过程，建模的操作流程如图2所示，为提高模型建设质量，应从设置建模参数、构建辅助线、构建地质面、构建地质体等操作上对模型质量加以把控。

图2 建模操作流程

4.1 设置合理的建模参数

建模相关参数设置直接影响建模质量、建模效率和建模人员的操作及可视化体验，因此建模人员需统一标准，对三维场景、交互模式、构线、构面和构体参数进行合乎模型要求的设置，以保障模型质量。

4.2 构建辅助线

画辅助线时，应首先观察单元格内所有地层面、地层线，找出线段连接规律，再用“两点造线”“输入折线”“输入曲线”等功能对同一地层进行连线。

4.3 构建地质面

(1)当断层切穿整个地层面时，断层两侧的地层界面分别构建；断层只切割地层面的局部时，将断层两侧的地质界线顺势相连，形成地质面[15-17]。断层面单独建在断层辅助面中。

(2)构建地表面时，需加入地表曲面的约束，使构建地表面的起伏符合真实的地表形态。

(3)若建立的地质面形态近直立或八字形，那么构面时需勾选投影，这样才能构面成功。

4.4 构建地质体

选择构建一个独立地质体需要的所有面，判断界面封闭性，如果提示当前体封闭，就直接构体。如果提示当前体不封闭，需解决错误后再构体，直至待构的地质体满足界面封闭性原则。

界面交互构体时，第一个构体的面一定要选择剖面上的面，这样构建的地质体才能继承剖面上地质面的属性。

地质体的构建过程，也是对已经构建的地质界面再一次进行检查的过程，若发现问题，二维与三维数据应同时修改。

5 三维地质模型的质量检查

三维地质模型建设完成后，应对模型进行质量检查，判断其是否与已有资料及地质认识相符合，是否满足软件质量要求，符合地层演化规律。

5.1 地质体封闭性检查

三维地质模型构建完成后，需要进行地质体封闭性检查。造成地质体不封闭的原因有地质界面之间不完全密封、地质界面中存在漏洞、“坏”三角等，如果提示不封闭，需根据错误原因重新编辑构体的面和线，解决错误后再重新构体。

5.2 剖面切割检查

三维地质模型经过地质体封闭性检查后，还需进行剖面切割，对地质块体进行全面检查。如果存在重影、漏面等问题，就进行修改，直至剖面切割检查没有问题为止。

6 结语

地质工作进行到一定程度，三维地质建模的精度对后期空间分析、储量计算、数值模拟等地质应用的影响就显得尤为重要，因此三维地质模型建设的质量控制研究具有较强的现实意义[18]。高精度的三维地质模型是地质成果综合应用表达的重要保障，也是加深认识地下地质现象的重要手段，它将进一步推动地球科学的发展[19-20]。

钻孔数据是三维地质模型建设的主要来源，模型想要更精确、可更新，有持续的生命力就必须补充更多的钻孔资料，融合更多的地质资料。随着大数据、云计算等信息技术的快速发展，三维地质建模应考虑分区、分块建立和数据存储，打造高精度网格模型。