淺談計算機科學在地質學的應用

許林龍

摘 要：同物理、化學等基礎科學比較，地質學研究具有較強的地域性、歷史性和綜合性。只有根據足夠的實際資料，特別是根據足以充分說明空間和時間變化因素的豐富資料總結出來的地質學理論，才能較廣泛的使用其結論。本文主要介紹了計算機科學在地質學中運用的現狀，計算機科學在地質學中應用的方法以及發展趨勢。

關鍵詞：計算機科學；數學地質學；應用

一、計算機科學在地質學的現狀

伴隨著技術機科學與技術的發展，計算機及其應用已滲透到社會的各行各業，正改變著人們傳統的工作、學學習和生活方式，推動著社會的發展。以往，不少人把地質學看作是和電子計算機不相關的科學?？嫠畨?、背背包、拿鎯頭、翻山越岑找石頭就是地質工作的形象。但隨著電子計算機的普及，地質學領域中引進了數學方法，另其發展迅速。可分為兩個發展階段： 其一：是有關地質學中數據的統計處理方面。這一發展階段的目的，是使地質學中的主要工作，諸如記錄、分類等工作客觀化，高效化。其二：用電子計算機模擬地質現象。在地質學中引入數學方法，創造新的研究領域。在這個蓬勃的發展過程中。這個新研究領域稱為數學地質學（1969年出版了以此為名的雜志）。

這種需要電子計算機技術的數學地質，使地質科學產生了明顯的變化，即從傳統的定性估價向精確的數量計算發展。 一臺現代化的電子計算機，已發展為配備多臺外圍設備和終端設備的計算機系統。其歷史雖短、但未來的發展值得人期待。用地球物理（即物理數學）方法研究地球表面部分（從地表到數千米深處），也就是處理地質學現象的學科，叫做“地球物理勘探”。是廣義地質學的一個分科，其目的是解釋地質現象。地球物理勘探中使用電子計算機正在常規化。

二、計算機在地質學的使用方法

1. 在地質探測中，依靠計算機進行復雜的計算工作量大、數值變化范圍大的運算；辦公自動化、企業管理、情報檢索、報刊編排處理等原始數據信息處理；科學技術、軍事、工業、農業等各個領域的自動化過程控制；計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助測試、計算機集成制造等應用軟件的開發和利用；基于計算機的多媒體技術：把數字、文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多種每體有機組合起來；計算機通信和網絡應用，來提高地質的工作效率和工作精確度。

2.在地質學中普遍應用的3S技術即RS（遙感）、GIS（地理信息系統）和GPS（全球定位系統）中。GPS主要獲得單點3維或4維數據，RS主要獲得區域大面積的圖像數據，他們作為GIS的數據源，為GIS提供必要的空間決策分析數據，GIS作為一個處理這些空間數據的平臺，對這些數據進行轉換，分析，查詢，顯示等操作，輔助決策者進行決策。3S技術可應用在軍事、交通、農業、林業、公共安全、城市規劃、海洋漁業等一系列領域。在地質工作中，3S技術在能源調查、水文地質調查、地質災害調查及災害預警與預報等方面也應用廣泛。

3. 為了更便利的進行地質研究，美國一公司創建了使Surfer 軟件進行圖形繪制，實現地質數據可視化，Golden Software Surfer 8. 0 是美國 GOLDEN 軟件公司一套在 Windows 操作環境下運行 的二維和三維圖形繪制軟件。該軟件具有強大的繪圖能力， 能將離散數據經過插值生成規則的 格網數據，繪制豐富多彩的等值線圖、3D 立體圖、矢量圖、影像圖、陰影地貌圖、地貌暈 渲圖等，而且能很方便標注、修改繪制好的圖件。具有簡單的數學運算、數據統計、平滑、 濾波、微分、積分、傅立葉和譜分析等多種數據分析功能。也具有趨勢面分析、體積、面積 計算、地形分析、剖面計算等三維空間分析功能。

并且該軟件對中、小離散數據進行插值處理具有絕對的優勢。正是因為其強大的插值功能，已 經使它成為用來處理數據首選的軟件， 能迅速地將離散點的測量數據通過插值轉換為連續的 數據曲面。

三、計算機科學在地質學的發展趨勢

1. 地質學研究的精度和深度隨著多學科的合作不斷上升。數學、物學、化學、生物學、天文學等其他學科的發展和向地質學的進一步滲透，先進技術在地質工作中的使用，同精細、深入的野外地質工作相結合，會使人們有可能對更多的地質現象和規律做出科學的解釋，進行更深入和本質性的研究。

2. 實驗與模擬成為地質學研究的重要手段，實驗地質學的發展使地質學的研究從以野外觀察、描述、歸納為主，發展到歸納與演繹并重的階段。實驗技術的進一步改進，計算機模型的應用，使得一些極端地質條件可以在實驗室中獲得，如高溫高壓環境，從而可以模擬更為復雜的多種可變因素的地質作用，并把時間因素也納入模擬實驗之中。

3. 資源與環境是地質學服務社會的重要方面，其中有關礦產資源和新能源的研究，仍處于最重要的地位，因而將繼續深入。海底含油、氣地層，以及洋底多金屬結核和現代成礦作用等的形成機理研究會有新的進展，從中國以及各大洲的成礦帶、成礦區的區域地質發展歷史全過程出發，按不同成礦時代分別研究區域成礦的規律性，尤其是不同地質背景下所形成的礦組或跨礦組的成礦系列的發生、發展規律，也將取得新的成就。

4. 國際合作成為現代地質學研究的必然趨勢。地球是一個整體，區域地質過程是在全球的背景條件下進行的，區域地質作用也對全球環境有所影響。板塊構造理論建立起新的全球構造觀念，更顯示出地質學全球宏觀研究的重要性。

四、結語

在計算機科學與地質學越來越密不可分的同時，任重而道遠行業信息化、企業信息化、勘察信息化正在向前推進，三維設計、協同設計、協同辦公、網絡辦公、資源共享等概念逐漸被大家所接受，并正在成為現實。工程地質計算機應用是工程勘察信息化建設的重要組成部份，其應用范圍仍在不斷拓展，難度也在增加，許多新的課題需要探索研究。計算機技術應用于工程勘察已經二同物理、化學等基礎科學比較，地質學研究具有較強的地域性、歷史性和綜合性。只有根據足夠的實際資料，特別是根據足以充分說明空間和時間，我們最需要最緊迫的是系統化的基礎研究和標準制定，這一命題雖然早已提出，但卻沒有多少系統性的規劃，更談不上有多少實質性的進展。如果基礎研究不深入，就制定不出具有前瞻性的技術標準。

基礎和標準研究是一個疑難命題，長期困惑著行業的技術開發。工程勘察信息化建設是永遠繞不過基礎和標準這個坎的，或許還需要更高層次的技術權威和高層首腦來認識和權衡這一命題。

參考文獻：

[1] 韋港. 第三十屆國際地質大會展出的計算機三維地質模型. 工程地質，1996年第4期.

[2] 韋港. 水利水電工程地質計算機應用綜述. 第二屆全國巖土工程計算機應用研討會論文集，2001年11月杭州.endprint