維地質(zhì)模型與可視化

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1、三維地質(zhì)模型與可視化吳強(qiáng)、徐華1.中國礦業(yè)技術(shù)大學(xué)，中國資源開發(fā)工程，中國，北京10083.2.北京化學(xué)工程學(xué)院，中國，北京102617.回信請寄往吳強(qiáng)(郵箱：wuqiang@cumtb.edu.cn)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、過程與展示方法上帶來巨大變化.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)展以至于能夠展示復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間地址構(gòu)

2、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，圖形庫和知識(shí)庫的動(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)問題是解決“數(shù)字地球”實(shí)施計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù).

3、目前，三維地質(zhì)模型主要存在以下困難[1-5]：(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)模型依賴于原始數(shù)據(jù).當(dāng)簡單數(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

4、區(qū)域映射運(yùn)動(dòng)和包含地質(zhì)對象多樣性的復(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，和模擬的地質(zhì)對象和保持其連續(xù)性之間的結(jié)構(gòu)的關(guān)系.(3)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.前者通過應(yīng)用其本質(zhì)特征，如：發(fā)生、規(guī)模，來展示其結(jié)

5、構(gòu)；而后者通過展示從不同復(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)物體的任意復(fù)雜形狀能夠通過明確的簡單形狀來處理，依賴于超大數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型在論文中得以設(shè)計(jì).如果問題的對象是由依賴于地質(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，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)，那么稱反應(yīng)這兩個(gè)集合的空間類的為空間.定義如下：這里，即：最

6、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)來自子集，集合，這里，是開集中所有界點(diǎn)構(gòu)成，是開集中所有內(nèi)點(diǎn)構(gòu)成.因而就可以精確的確定.綜上，空間域可以定義為：也就是說：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

7、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，斷層表面通過每一交叉的斷層線和斷層點(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程，例如，逆斷層是不可用的.此外，沒有什么方法可以預(yù)測斷層在抽樣范圍內(nèi)的斷層的連續(xù)性.為解決這些問題，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)

8、的深度可以得到縱向處理.也就是說，這兩個(gè)斷層點(diǎn)應(yīng)滿足條件：在這個(gè)區(qū)域里不難滿足此要求.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