地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南xxx公司地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度內(nèi)

容簡

介

本書系統(tǒng)分析了目前國內(nèi)外地質(zhì)體三維模擬技術(shù)和應(yīng)用軟件開發(fā)的現(xiàn)狀，由此提出了不同領(lǐng)域地質(zhì)體

三維建模的數(shù)據(jù)需求、技術(shù)流程和主要建模軟件的數(shù)據(jù)接口；詳細(xì)闡述了Micmmine、surpac、Mapgis、

3D-Grid等三維地質(zhì)體模擬軟件在礦山、地下水、城市地質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐和示范工作，以及提交的相

應(yīng)三維模型成果；并對今后如何展開相關(guān)工作提出了建議。

本書可作為開展三維地質(zhì)建模工作的指導(dǎo)用書，同時(shí)亦可作為地質(zhì)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)參考書。【節(jié)選】

(一)地下水三維地質(zhì)建模所需數(shù)據(jù)類型

在地下水三維地質(zhì)建模中，會(huì)涉及的地質(zhì)現(xiàn)象主要有：地貌(或地形)、地層、褶

皺、斷裂、透鏡體及侵人體等，為刻畫這些地質(zhì)現(xiàn)象，就需要用到地表數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)

(DEM)、遙感影像數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)及剖面數(shù)據(jù)等。具體來說，為刻畫三

維模型中的各種地質(zhì)現(xiàn)象，需要的相關(guān)數(shù)據(jù)包括以下幾種：

1．地表數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)

地表數(shù)學(xué)高程模型數(shù)據(jù)用于生成三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型頂面(地表面)，此部分?jǐn)?shù)據(jù)可以

從測繪主管部門獲取或向國家測繪局基礎(chǔ)地理信息中心購買，從基礎(chǔ)地理信息中心購買的

數(shù)據(jù)屬于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以ARCINFO數(shù)據(jù)格式存放。DEM數(shù)據(jù)比例尺有多種，其中，全

國的1：25萬數(shù)據(jù)庫在空間上包含816幅地形圖數(shù)據(jù)，覆蓋整個(gè)國土范圍，國外部分沿國

界外延25公里采集數(shù)據(jù)。地貌統(tǒng)一在TERLK層中存放，包括等高線、等深線、沖溝等，

DEM等高線的等高距，在全國范圍內(nèi)共分40m、50m、100m三種，使用時(shí)可參照等分

布圖確定。對于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、比例變換、投影變換等多種

處理。

另外，如果不能獲取現(xiàn)成的DEM數(shù)據(jù)，也可以自己使用專門的地理信息系統(tǒng)軟件用

地形圖生產(chǎn)。即把紙質(zhì)地形圖數(shù)字化及幾何糾正校準(zhǔn)，然后進(jìn)行高程信息的提取——對等

高線進(jìn)行屏幕矢量跟蹤并對等高線標(biāo)賦高程值，同時(shí)編輯、檢查、拼接以生成各種拓?fù)潢P(guān)

系，最后用軟件進(jìn)行內(nèi)插值、裁剪生成DEM數(shù)據(jù)。

2．遙感影像數(shù)據(jù)

遙感影像是地球空問數(shù)據(jù)最直接、時(shí)效性最強(qiáng)的數(shù)據(jù)形式，模型的表面需要用影像數(shù)

據(jù)進(jìn)行貼圖，來表達(dá)真實(shí)的地表景觀。由于影像數(shù)據(jù)的容量大，為了能夠快速、高質(zhì)量地

進(jìn)行顯示，需要根據(jù)顯示的范圍、顯示的比例選擇分辨率最合適的影像進(jìn)行紋理映射。一

個(gè)模型可以有不同分辨率的多套衛(wèi)星／航測影像數(shù)據(jù)，某些影像數(shù)據(jù)有可能只局限于某個(gè)

局部。因此，在顯示時(shí)，所有的影像數(shù)據(jù)都需要讀入內(nèi)存，以實(shí)現(xiàn)多分辨顯示。這就需要

在技術(shù)上做一些處理，比如圖像格式的轉(zhuǎn)換，根據(jù)顯示分辨率和比例的不同，轉(zhuǎn)換為不同

分辨率的圖像如BMP、TIFF、GIF等圖像格式。

對遙感影像數(shù)據(jù)的處理主要包括對遙感影像的幾何精糾正和不同分辨率影像數(shù)據(jù)的融

合。一般使用遙感處理軟件ERDAS和ENVI軟件進(jìn)行處理。遙感影像幾何精糾正的目的

是對圖像地物象元進(jìn)行坐標(biāo)匹備，經(jīng)過轉(zhuǎn)換運(yùn)算和重采樣，使得遙感影像帶上地圖投影和

地理坐標(biāo)進(jìn)行配準(zhǔn)。遙感影像數(shù)據(jù)融合是將多波段低分辨率影像數(shù)據(jù)的光譜信息與單波段

高分辨率影像數(shù)據(jù)的分辨率信息進(jìn)行融合，以獲取在盡量不減少光譜信息的基礎(chǔ)上，提高

遙感影像的空間分辨率。

一個(gè)地表衛(wèi)星／航測影像數(shù)據(jù)是一幅圖像和一些坐標(biāo)配準(zhǔn)參數(shù)。對于具體的影像圖片，

要根據(jù)高程數(shù)據(jù)和相關(guān)軟件進(jìn)行集成融合，精度匹配，即解決投影變換、比例縮放、范圍

裁減、坐標(biāo)匹配等問題。為此，在專門的數(shù)據(jù)庫中應(yīng)記錄不同分辨率、不同區(qū)域的影像

數(shù)據(jù)。

3．地表地理信息數(shù)據(jù)

地表地理信息數(shù)據(jù)，可以根據(jù)專業(yè)要求在三維模型的表面進(jìn)行各種圖元的標(biāo)注，不僅

可以繪制點(diǎn)、線、區(qū)的圖元，而且可以標(biāo)注文字及圖形圖像，來表達(dá)與模型地表幾何模型

有關(guān)的屬性信息，如河流、鐵路、公路、湖泊、城市、政區(qū)、居民地、鐵路、公路、水

系、土地覆蓋等信息，并且可以簡單管理這些信息。這些數(shù)據(jù)可以是野外采集而來，也可

由專用GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。這些圖元信息要在模型頂面展現(xiàn)。

4．鉆孔數(shù)據(jù)

鉆孔數(shù)據(jù)是地質(zhì)技術(shù)人員在野外鉆探現(xiàn)場記錄并整理的第一手技術(shù)資料，它對于模型

的生成起直接或間接校正的作用，鉆孔數(shù)據(jù)一般在EXCEL表或ACCESS數(shù)據(jù)庫中存放。

存放于EXCEL表的鉆孔數(shù)據(jù)，一般是區(qū)域數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量不大，鉆孔信息分存于不同的表

單中；存放于ACCESSS數(shù)據(jù)庫中的鉆孔數(shù)據(jù)，一般數(shù)據(jù)量大，為某一區(qū)域或區(qū)塊的鉆探

數(shù)據(jù)。鉆孔數(shù)據(jù)從ACCESS數(shù)據(jù)庫中讀入后，并不是直接應(yīng)用，還需要進(jìn)行人工或系統(tǒng)按

照一定規(guī)則進(jìn)行概化處理，才能參與建模，在進(jìn)行模型編輯生成時(shí)，還可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)

將鉆孔軌跡以圖形方式顯示在屏幕上。

不論是以EXCEL表還是ACCESS數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的鉆孔數(shù)據(jù)信息，它必須包含以下幾種

基本信息：鉆孔編號、地理位置、孔口標(biāo)高、終孔深度、分層信息及巖性等。其中，鉆孔

編號字段類型為字符型，用于唯一標(biāo)識一個(gè)鉆孑L，方便鉆孔對象的查找和數(shù)據(jù)的訪問；地

理位置信息是為了記錄鉆孑L所處的空間位置，它包含兩個(gè)字段類型，均為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，若

為經(jīng)緯度形式的，則一個(gè)字段記錄經(jīng)度，另一字段記錄緯度，若為大地坐標(biāo)形式的，則一

個(gè)字段記錄x坐標(biāo)，另一字段記錄Y坐標(biāo)；孔口標(biāo)高用于記錄鉆孔起始位置，字段類型

為浮點(diǎn)型；終孔深度字段類型為浮點(diǎn)型，用于記錄鉆孔在垂向上的長度；分層信息字段類

型為浮點(diǎn)型，用于記錄鉆孔所經(jīng)過地層的分層情況(一般記錄各分層的頂界面標(biāo)高)；巖

性字段類型為字符型，主要用于描述各個(gè)層位的巖性。

5．地質(zhì)平面數(shù)據(jù)

地質(zhì)平面數(shù)據(jù)即地質(zhì)平面圖，它主要反映各地層在地表出露的情況，對于控制三維模

型中地層在地表的分布狀況起著至關(guān)重要的作用。在各種GIS軟件中存放的數(shù)字形式的地

質(zhì)平面圖中，要求對于剝蝕線數(shù)據(jù)或地層出露線數(shù)據(jù)賦予高程屬性，否則無法在三維空間

中定位這些線信息。

6．剖面數(shù)據(jù)

剖面是地質(zhì)專業(yè)人員根據(jù)工作要求，依據(jù)鉆孔信息繪出的地層斷面圖，需要說明的

是，剖面圖也許不是地質(zhì)情況的真實(shí)反映，但它包含著技術(shù)人員的推理和經(jīng)驗(yàn)，可以說是

地層情況最接近真實(shí)的反映。

剖面圖的存放格式，由于各技術(shù)隊(duì)伍作圖采用軟件不同，圖形存放的文件格式也不盡

相同，主要有MAPGIS圖形數(shù)據(jù)格式和AUTOCAD圖形數(shù)據(jù)格式，地下水三維地質(zhì)建模系

統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入可留出這兩種圖形文件數(shù)據(jù)接口。具體地說，若是MAPGIS-圖形格式，采用

把圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MAPGIS明碼文件文本數(shù)據(jù)格式，再讀入系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)原即可；若是AU—

TOCAD圖形數(shù)據(jù)格式，可把DWG圖形文件格式轉(zhuǎn)換成DXF標(biāo)準(zhǔn)圖形文件格式，讀人系

統(tǒng)即可。還可把MAPGIS和AUTOCAD兩種圖形文件混合輸入，例如需在剖面圖上添加巖

性顏色，即可在MAPGIS中調(diào)用剖面，做巖性顏色區(qū)文件，再輸出MAPGIS明碼文件，可

很好地解決剖面圖剖面數(shù)據(jù)輸入問題。對于三維建模系統(tǒng)來說，這種方式可很好地解決地

下各含水層的表達(dá)問題。

在剖面數(shù)據(jù)中必須包含橫向比例尺、縱向比例尺、圖例等信息，方便系統(tǒng)對不同來源

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的剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

7．地層等值線數(shù)據(jù)

地層等值線數(shù)據(jù)是根據(jù)鉆孔資料、物探資料等，由專業(yè)技術(shù)人員繪制出的，反映地層

界面在空間中的變化情況。由于鉆孔只能反映一個(gè)點(diǎn)上的信息，剖面只能反映一條線上的

信息，而地層等值線數(shù)據(jù)可以表達(dá)一個(gè)面的信息，因此等值線數(shù)據(jù)對于精確建立各個(gè)地層

面位置及幾何形態(tài)具有很大的幫助作用。

在GIs軟件存放地層等值線數(shù)據(jù)，需要在其屬性中賦上每條等值線代表的高程(或

厚度、埋深等）數(shù)值。

8．?dāng)鄬訑?shù)據(jù)

斷層是地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)物，表示地層的斷裂和錯(cuò)動(dòng)，它對于地質(zhì)研究、地質(zhì)資源勘探、

地下水流場分布都有重要的意義，另外，斷層在地質(zhì)建模中對于地質(zhì)體的生成、工區(qū)邊界

的確定起重要的作用，因此，逼真地刻畫斷層對于地質(zhì)建模來說，是一項(xiàng)重要的工作。

斷層作為刻畫地下水系統(tǒng)模型空間面的一種數(shù)據(jù)類型，在建模過程中需要明確：斷層

面的空間展布，斷層不同點(diǎn)的產(chǎn)狀，斷層的水理性質(zhì)。

斷層數(shù)據(jù)主要是以圖形的方式輸入，然后用來建模的。平面上斷層的表達(dá)方法有兩

種，一種是在平面圖上繪制斷層走向及標(biāo)注傾角，如平面圖或地質(zhì)圖；另一種是在剖面圖

上繪制斷層線。結(jié)合這兩種圖件，斷層在空間的展布情況就會(huì)一目了然，斷層產(chǎn)狀可由系

統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)或人工給定。斷層的水理性質(zhì)對于后期地下水模擬計(jì)算是必須的，可存

放在數(shù)據(jù)庫中或直接存放于模型斷層屬性中。

9．物探數(shù)據(jù)

物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中具有重要作用，勘探方法主要有地震、電法、磁法、重力等，

從物探數(shù)據(jù)中可得到：點(diǎn)位資料、層位劃分及其屬性。在地下水系統(tǒng)建模中，物探數(shù)據(jù)和

鉆孔數(shù)據(jù)具有相同的作用，根據(jù)物性的差異提供含水層的劃分情況，表達(dá)地層具有相同的

物理力學(xué)參數(shù)或位置，如地下含水層頂板、底板、地下水位等值線信息。使用這些等值線

數(shù)據(jù)，建模系統(tǒng)可以插值擬和地層面或斷層面。

10．動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是監(jiān)測到的地下水位、水質(zhì)、水溫等波動(dòng)過程的信息，這種波動(dòng)不同程度地

反映了河流徑流在時(shí)空上分布的特征。影響地下水變動(dòng)的主要因素是河川徑流、蒸發(fā)蒸騰

和人類的灌溉過程。隨著大批水利工程的建設(shè)和井灌的發(fā)展，人類活動(dòng)對地下水動(dòng)態(tài)過程

的干擾逐漸加劇。因此，利用地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，或系統(tǒng)模擬分析某時(shí)刻的水位數(shù)據(jù)，生

成指定含水層指定時(shí)刻的地下水流場圖。建立地下水水位變化模型，實(shí)現(xiàn)地下水移動(dòng)的動(dòng)

態(tài)仿真。在地下水三維地質(zhì)建模過程中，需建立專門的數(shù)據(jù)庫存放此類數(shù)據(jù)。

11．相關(guān)文檔資料

文檔資料為建模區(qū)的勘探、科研報(bào)告，包括各種項(xiàng)目匯報(bào)書、區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)

告、專題研究報(bào)告等。這些資料為模型的建立具有重要的參考價(jià)值。

(二)數(shù)據(jù)概化預(yù)處理

建立地下水三維可視化模型所需要的數(shù)據(jù)資料既有原始數(shù)據(jù)資料，又有模型所生成的

次生數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)可分為地表數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)。地表數(shù)據(jù)主要為衛(wèi)星影像和地表地理信

息數(shù)據(jù)，地下數(shù)據(jù)有鉆孔、剖面等反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)的圖文數(shù)據(jù)。

63【目錄】目

次

第一章緒言……………………(1)

一、必要性與可行性……………………(1)

二、主要工作……………(1)

三、主要成果……………(3)

第二章地質(zhì)體三維建模技術(shù)與軟件的現(xiàn)狀分析…………………(5)

第一節(jié)地質(zhì)體三維建模技術(shù)的現(xiàn)狀分析…………(5)

一、基于體的建模方法…………………(5)

二、基于面的建模方法…………………(9)

三、混合建模方法……………………(10)

四、泛權(quán)建模方法……………………(11)

第二節(jié)地質(zhì)體三維建模軟件的現(xiàn)狀分析………(13)

一、國外主要地質(zhì)體三維模擬軟件…………………(14)

二、國內(nèi)主要地質(zhì)體三維模擬軟件…………………(38)

三、國內(nèi)外地質(zhì)體三維模擬軟件現(xiàn)狀的探討分析…………………(48)

第三章地質(zhì)體三維建模技術(shù)的應(yīng)用體系研究……(51)

第一節(jié)地質(zhì)體三維建模的數(shù)據(jù)需求與數(shù)據(jù)組織…………………(51)

一、礦區(qū)三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)需求與數(shù)據(jù)組織……………………(51)

二、城市地質(zhì)三維建模的數(shù)據(jù)需求與數(shù)據(jù)組織……………………(53)

三、地下水三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)需求與數(shù)據(jù)組織…………………(60)

第二節(jié)地質(zhì)體三維建模的技術(shù)流程……………(65)

一、礦區(qū)三維地質(zhì)建模的技術(shù)流程…………………(65)

二、城市地質(zhì)三維建模的技術(shù)流程…………………(69)

三、地下水三維地質(zhì)建模的技術(shù)流程………………(92)

第四章主要地質(zhì)體三維建模軟件的數(shù)據(jù)接口……(97)

第一節(jié)Micromine軟件的數(shù)據(jù)接口……………(97)

一、地形等高線轉(zhuǎn)換…………………(97)

二、剖面圖轉(zhuǎn)換………………………(99)

三、探礦工程數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換……………(109)

第二節(jié)

surpac軟件的數(shù)據(jù)接口………………(113)

一、地形等高線轉(zhuǎn)換…………………(113)

二、剖面圖轉(zhuǎn)換………………………(115)

三、探礦工程數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換……………(117)

第三節(jié)3D—Grid胡軟件的數(shù)據(jù)庫接口……………(121)

一、地形圖……………(121)

二、地表等高線DEM數(shù)據(jù)…………(121)

三、地表衛(wèi)星圖片……………………(122)

四、剖面接口…………………………(122)

五、鉆孔接口…………………………(124)

第四節(jié)Mapgis三維地質(zhì)軟件的數(shù)據(jù)庫接口……(127)

一、三維數(shù)據(jù)管理體系結(jié)構(gòu)…………(127)

二、輸入輸出數(shù)據(jù)基本格式…………(128)

三、二維矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口…………(129)

四、三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口…………(129)

五、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)入庫接口…………(130)

六、鉆孔類屬性數(shù)據(jù)入庫接口……………………(133)

第五章主要地質(zhì)體三維建模軟件的應(yīng)用示范研究………………(137)

第一節(jié)鶴慶北衙金礦三維地質(zhì)建模示范(Micromine)

………(137)

一、示范區(qū)概況………………………(137)

二、數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)組織………………(140)

三、建模流程…………………………(142)

四、小結(jié)………………(162)

第二節(jié)迪慶普朗銅礦三維地質(zhì)建模示范(Micromine)

………(166)

一、示范區(qū)概況………………………(166)

二、數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)組織………………(168)

三、建模流程…………………………(170)

第三節(jié)迪慶普朗銅礦三維地質(zhì)建模示范(Surpac)

…………(175)

一、數(shù)據(jù)庫的建立與操作……………(175)

二、創(chuàng)建輪廓線………………………(176)

三、創(chuàng)建實(shí)體模型…………(176)

四、創(chuàng)建塊體模型……………………(176)

五、資源量估算……………………(182)

六、剖面分析…………………………(184)

第四節(jié)基于Mapgis三維地質(zhì)軟件的上海城市地質(zhì)三維建模示范………………(184)

一、上海人民廣場地區(qū)三維地質(zhì)建模研究…………(184)

二、上海臨港新城區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模研究………(193)

Ⅱ

第五節(jié)基于3D-Grid胡的上海城市地質(zhì)三維建模示范…………(194)

一、結(jié)構(gòu)模型…………………………(194)

二、屬性模型…………………………(196)

第六節(jié)基于3D-Grid的華北地下水三維地質(zhì)建模示范…………(197)

一、建模所需資料概況……………(197)

二、建模流程………………………(198)

三、華北平原三維地質(zhì)分析…………(217)

第七節(jié)基于Mapgis的華北地下水三維地質(zhì)建模示范…………(218)

一、數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量………………(219)

二、水文地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)整理…………(219)

三、等值線與高程點(diǎn)數(shù)據(jù)整理………………………(224)

四、水文地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)整理…………(225)

五、立體剖面構(gòu)建……………………(225)

六、實(shí)體模型的構(gòu)建……………………