巖溶區三維地質建模及可視化研究

向 峰，羅太近

（貴州省地質礦產勘查開發局111地質大隊（貴州地質工程勘察設計研究院），貴州 貴陽 550081）

隨著中國經濟、社會和科技發展，虛擬現實技術作為高新技術迅速崛起。虛擬現實技術就是利用電腦模擬產生一個立體的三維空間的虛擬場景，給使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官上的現實模擬。因此虛擬現實技術的應用受到了地震預報、礦產資源勘探、地理信息系統等領域的廣泛關注[1]。我國地域遼闊，地貌復雜，地質也各不相同，通過三維的數字化虛擬現實技術可以提升地質調查的信息化水平，能有效地解決地質環境問題和城市地質、政府規劃決策問題。這一技術為今后巖溶區城市地質工作的三維地質建模和可視化發展提供了重要的技術支持。

1 建立三維地質模型

（1）收集資料。針對巖溶區大區域三維模型的建立，我們首先要得到巖心數據，它包括巖心照片、巖心描述和巖心鉆孔分析數據，這是識別當前地質情況的首要資料，也是進行下一步工作的基礎。

（2）構造模型。①建立控制性實測剖面。繪制控制性實測剖面是進行三維地質建模的基礎，剖面的布置密度決定了三維地質模型的精度，利用制圖系統產狀剖面圖功能繪制剖面圖，結合地質專家的專業知識進行修改完善。按照“單元格構建～單元格合并～整個地質體”的思路，利用交互三維建模。②建立層模型。建立層面模型可以通過斷層面中線投影在二維視圖中，設置網格大小、趨勢線、分割線、邊界線來建立骨架網格；關鍵層面的插值建模可以通過數理統計法設置層面參數和斷層影響范圍；最后再通過樣條插值法和最小曲率法進行層面內插。由此反映的是儲存層面的基本構架，通過斷層數據建立斷層模型，再根據斷層模型建立各個地層頂底的層面模型，再以此為基礎，建立有一定網格分辨率的等時三維地層網格模型[2]。③建立參數模型。建立目的是定量的給出儲存體中各類屬性參數的空間分布。采用確定性建模方法，開始進行地質趨勢線性內插。根據已有巖心鉆孔的控制點和原始樣本點的參數，進行合理內插、外推未鉆孔測試點的同一參數值，內插值越小，精確度越高。通過測量得到地層壓力、孔隙度等有效參數，采用簡單線性內插、趨勢面作圖法進行。在通過地震振幅、波阻抗等于巖心測井孔隙度確定關系，反演孔隙度，通過孔隙度推出滲透率。

2 可視化操作

可視化技術即為通過數字化概念，建立起一個多分辨率、三維模式表達的虛擬技術，是由三維空間中的構造、地層振幅組合形成。通過上述的三維地質建模，可視化技術通過把空間地質環境數據轉換到虛擬的計算機環境中，在保證實時獲取圖像數據的前提下提高圖像質量，展示更多更詳細的立體化細節。具體操作步驟如下：首先根據測試到的有效插值提取地質的邊界輪廓線，構造幾何圖形；然后設置圖形變換函數參數，生成新的圖像數據；最后把數據送入幀緩存中進行儲存，實現可視化顯示。需要注意的是對局部區域的繪制。具體操作為在距離十視點近的數據區域內增加點的數量，提高覆蓋密度；對投影等值線進行填充時采用不同的色彩加以區分；在觀測井的抽水排水動態模擬過程中，改變巖層的透明度。通過對局部區域數據特征優化控制，使得到的圖像效果更加逼真。再者由于絕對定向要實現影像坐標到地面坐標的轉換，因此在絕對定向時利用數字攝影在影像上選取地面控制點，并且盡量讓選取的控制點是均均勻分散在測量區域各處的。選取好連接點后建立同名核線，進而形成線影像。同時我們還需要數字正射影像數據。我們運用衛星對影像數據進行糾正，并讓影像融合鑲嵌，最后再進行影像裁剪，最終形成數字正射影像成果。

3 有效性測試

為了讓大家直觀立體的了解巖溶地區的地表狀況、地下地質形態以及勘測點的布置位置等相關信息，運用三維地質建模可視化模型對巖溶地區進行實際檢測，需要用到的機器設備如表1所示。

表1 三維建模可視化設備

通過合理運用上述表格中的設備設施，來繪制巖溶地區的剖面圖，進行三維建模，對模型進行合并、紋理、賦色、賦屬性等相關工作，實現可視化的目的。

4 結果分析

為了論證三維地質建模可視化模型對獲取工作數據準確率有效性的影響，進行實驗分析，對巖溶地區采用了三維地質建模可視化模型和傳統方法進行實驗對比，其驗證結果如圖1所示。

通過圖1的實驗結果可以看出，在多次試驗的過程中，本文提到的三維地質建模可視化模型條件下，工作數據的精確率在多次試實驗下都遠遠高于傳統方法工作下的精確率，這充分論證了巖溶區城市地質發展離不開三維地質建模及可視化模型。

圖1 實驗論證結果曲線

5 結語

巖溶區城市地質的發展，離不開三維地質建模和可視化模型的建立。與傳統技術相比，運用現代化科技形成先進的三維地質建模和可視化技術，不僅提高了工作的精確度，同時也提高了工作效率。這是社會發展的需求，也是科技現代化發展的必然產物。但就目前來說，三維地質建模和可視化技術是復雜的，操作起來不僅需要大量的優秀人才供給，還需要有龐大的建設使用資金的支持，這些條件在三維地質建模和可視化上是不可忽視的。