三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议

李青元，张洛宜，曹代勇，董前林，崔 扬，陈春梅

(1.中国测绘科学研究院地理信息工程重点实验室，北京100830，2.中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京 100083；3.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,辽宁阜新123000)



三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议

李青元1,2,3，张洛宜2，曹代勇2，董前林2，崔 扬3，陈春梅2

(1.中国测绘科学研究院地理信息工程重点实验室，北京100830，2.中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京 100083；3.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,辽宁阜新123000)

文章论述了三维地质建模技术的用途、现状、存在问题、发展趋势和几点建议。笔者认为三维地质建模的用途是:①真三维的立体场景；②精准的储量计算；③平、剖面构造形态相容并联动编辑；④多源、异构数据的集成与同化；⑤各种三维空间分析与过程模拟；⑥便于向客户与领导介绍复杂的地质条件。从行业应用和国内软件发展两个方面论述了当前三维地质建模的应用现状，该技术应用中存在的问题:①软件操作太复杂，难以为基层广大地质作图人员所掌握；②三维建模约束条件太严苛，编辑工作量巨大；③没有三维地质模型数据标准，模型数据难以交换与共享；④勘探规范没有要求，地质队积极性不高；⑤三维地质模型的建模成本由谁支付。三维地质建模的发展趋势:①软件将更加成熟、稳定、易用；②由早期的注重形态建模向形态与属性建模并重的方向发展；③与地震、测井等物探数据结合更加紧密；④与矿藏描述、成藏模拟、沉积环境分析、构造演化分析、构造演化模拟等专业应用结合更加紧密；⑤融入大数据、云计算、物联网等IT主流技术。向国家相关主管部门、企业用户和软件开发商提出了几点建议:①国家应继续支持三维地质建模领域；②三维地质建模要与专业应用紧密结合；③加强相关标准的制定与维护；④逐步在勘探规范中增加对三维建模的要求；⑤软件开发者设法降低软件的操作复杂度，提高容错能力。

三维地质建模 地质调查 矿产资源勘查 数字矿山

0 引言

三维地质建模(3D Geology Modeling)是运用计算机技术，在虚拟三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析与预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术。三维地质建模的相关技术在20世纪80年代就开始研究，加拿大学者在20世纪90年代初提出“三维地质建模”这个概念(Houlding，1993)；法国学者提出的离散光滑插值方法促进了这一技术走向成熟(Mallet,2003；2008)。

三维地质建模在强大的应用需求牵引以及计算机硬/软件、三维几何造型等相关学科发展的促进

下，在这二十多年的时间里得到了飞速发展。三维地质建模在油气勘探领域最先得到应用，然后向其他相关领域扩展应用。该技术是中国“三维地质填图”以及“玻璃地球”国家战略的支撑技术之一(陈应军等，2014;吴冲龙等,2015)，是地质大数据时代多源异构数据的整合平台。

国内学者也对三维地质建模的理论与技术进行了不懈的探索。三维地质建模从软件开发到应用实践近年来都出现了较好的发展势头，但也存在很多急需解决的问题。本文旨在讨论三维地质建模的应用领域、具体作用、应用现状、存在困难、发展趋势与改进建议，以期促进三维地质建模技术的发展以及在国内的应用范围与深度。

1 三维地质建模的用途

三维地质建模技术具有广阔的应用领域，包括区域地质调查、矿产资源勘探、矿井设计、矿井生产管理、城市地质勘探与城市区地下空间管理、水文地质、工程地质、环境地质、地震预报等众多在国民经济中起支撑作用的行业。凡是与地下探测、地下工程、地下空间管理有关的行业与领域都可借助于三维地质建模工具，提升该学科领域的科学技术能力。

三维地质建模的优点如下所述：

1.1 真三维的立体场景

三维立体场景，以及在三维立体场景中所能清楚地展现三维要素之间的三维空间关系(相离、相邻、组成、包含、被包含)。在传统的二维环境中，三维地质要素(例如矿层被断层切割)间稍微复杂一点的空间关系就难以区分与表达；而在三维立体环境中可以关闭不感兴趣的界面，开启所关注的界面，并借助不同界面设置不同的颜色、纹理、透明度等方法,直观、清晰、立体地表达地质要素与人工要素之间的三维空间关系与相互切割关系。地质模型的三维可视化是三维地质建模软件的基本功能，但又远远不止于三维可视化，真三维的立体场景中，可以轻松地实现以前难以进行的计算与操作。

1.2 精准的储量计算

传统的矿床储量计算方法是分块段，然后用各个块段采样点的厚度取平均值乘以块段面积，得到块段的体积，再以块段内采样点品位的平均值，这样处理工序繁杂，效率低下，计算的矿石储量常常会有20%～30%的误差，对于油/气矿藏的误差更大。在真三维场景下借助三维建模工具,可以根据采样点进行广义三棱柱剖分或四面体剖分后再统计，其自动化程度高、速度快、精度高。若再配合高精度三维地震、测井等物探数据，便可以精细地表达矿藏的构造形态与品质分布。设定不同的边界品位，可以方便地计算出不同市场价格下的不同级别的矿床储量与开采回报。

1.3 平、剖面构造形态相容并联动修改

在三维地质建模软件的真三维环境下，可以保证平面图与剖面图所表达的构造形态相容，并且可以平、剖面三维联动修改(陈国旭等,2010；李青元等,2014)。现行手工作图环境或者传统的MapGIS、CAD二维作图环境，往往需要耗费地质工程师大量的精力和时间使平面图与剖面所表达的构造形态的协调一致。三维地质建模软件可以方便地质工程师在真三维环境下进行观察与编辑，使地质工程师的三维空间想象力受勘探工程(钻孔、地震剖面)资料与三维几何造型数学法则的精准控制与约束。目前大多数三维地质建模软件都还没有实现平、剖面三维联动编辑，或者实现得还不够好，但这一功能将会稳步成熟。

1.4 多源、异构数据的集成与同化

对不同来源(不同勘探单位、不同时期的数据)、不同维度(二维、点、线、面，三维的点、线、面、体)、不同类型(如地面遥感数据、野外观测数据、钻探数据、测井数据、人工地震数据剖面数据、重/磁数据)、不同精度数据进行无缝整合与同化，是大数据时代对地质勘探信息处理的必然要求。地质空间数据是典型的结构化、半结构化数据；同时，地质勘探数据中也存在大量的非结构化数据。因此，地质大数据并不是像短信数据、互联网网页数据、图片数据那样易于采用常规的大数据分析工具进行处理与分析(缪谨励等,2014;李朝奎等,2015)，经典的大数据分析工具与解决方案对于地质大数据都显得无能为力。可以预见，能对地质大数据进行分析处理的工具一定是在三维地质建模软件平台上开发的，因为形态上的三维性、属性上的多维性是地质大数据区别于普通大数据的显著特点。

1.5 进行各种三维空间分析与过程模拟

地理信息科学的经典的三维空间分析包括三维缓冲区分析、三维连通性分析、三维叠加分析、三维布尔操作(交、并、差、切割、开挖)。这些基本的三维空间分级方法再辅以神经元网络算法、蚁群算法、遗传算法、模拟退火算法等人工智能算法，以及实时监测、远程通讯、物联网等新型信息技术，再与地质勘探、矿山设计与生产管理、安全监控等业务流程相结合就可以派生出钻孔间层位自动对比、断层匹配方案优选、构造演化模拟、沉积环境分析、成矿过程模拟、采矿方案对比、矿井实时安全监控等更复杂、更高级别的应用。三维地质建模也只有与各种专业模型相结合才能真正体现出其巨大的使用价值。

1.6 便于向客户与领导介绍复杂的地质条件

三维地质建模软件便于以形象、直观的方式向非地质专业的用户、领导介绍矿产的空间形态与开采技术条件。姜作勤(2013)认为三维地质建模大大提高了非专业用户对地质知识的认知、理解能力。如何使用户理解地质知识，加强与用户的交流沟通一直是困扰地质专业人员的问题。许多潜在的非专业用户及决策者不会去解释基础的地质数据，不会去评价不同解释方案的优劣，不会去区分理论与事实，他们需要结论，而不是数据，即以容易理解的方式表达的信息，3D模型就是一种易于理解的信息表达方式。

2 三维地质建模的应用现状

三维地质建模在发达国家已经得到了成功应用，在中国也已经有了一些成功的应用尝试。但总体而言，它在中国地质勘探与矿井设计与生产管理中的应用还并不普及、并不理想，距它应该达到的程度还有很大差距。

2.1 行业应用情况

国内三维地质建模技术在油气勘探领域的应用程度最高，有色贵金属矿山次之，城市地质也已经起步，煤炭行业中一些大型企业也开始起步，普通地质勘探队的三维地质建模基本处于空白或起步试验阶段。

中国的油气勘探行业是三维地质建模技术应用面最广、应用程度最深的行业。中石油、中石化、中海油所属的油气勘探企业都在使用国外的Petrel、RMS、Skua/GoCAD软件进行三维油藏描述。虽然国产三维地质建模与油藏描述软件已经开始崭露头角，但油气勘探行业仍然以国外软件占统治地位。

有色金属矿床的勘探与矿山开采行业是国内三维地质建模技术应用程度仅次于油气勘探的行业。前些年以国外的Surpac软件与Micromine软件为主，近年来国产的三维地质建模与数字矿山软件迅速成熟，已经在有色金属矿山行业占据主导地位。

“十二”五期间国家开展了北京、上海、武汉、南京、重庆等重点城区的地下工程地质勘查与三维地质建模试点(田小甫等，2012；张院等，2015；明镜等，2015)。

煤炭行业在国内是较早开展三维地质建模研究的行业之一，但近些年其信息化程度落后于有色金属矿山，仅少数大型煤矿企业开展了三维地质建模与三维数字矿山的建设，大部分的矿企业仍以二维信息系统为主。

国土资源部中国地质调查局所属的六大地质中心前些年都引进了GoCAD软件，并在一些大型地质项目中进行了应用。

国内大多数的质勘探队都已经采用计算机辅助技术提交地质报告。在国土资源部所属的地质勘探单位大多使用MapGIS，煤炭地质勘探队大多使用AutoCAD绘制地质图件(地形地质图、勘探线剖面图、钻孔柱状图、底板等高线与储量计算图)，用Excel存储钻孔岩性数据与分析化验数据。在固体矿产资源勘探行业，虽然已有不少三维地质建模的成功范例，除有色金属矿以外的绝大多数勘探项目仍然没有对勘探成果进行三维地质建模，可以说三维地质建模在固体矿产勘探领域仍然处于起步阶段。

2.2 国产软件发展现状

国内学者在20世纪90年代中期就开始进行三维地质建模的数据模型、核心算法研究与软件开发(毛善君,1998；李青元等，2000；曹代勇等,2001；吴立新等，2002；2003；杨钦，2005；王李管等,2006；潘懋等,2007,武强等，2011)。

北京网格天地软件公司依托北京航空航天大学开发的“深探(DeepInsight)”软件在曲面造型与断层处理、油藏描述方面有很多独到的技术(杨钦，2005)，并在国内若干油田得到了成功应用，结束了国外软件独霸油气勘探的局面。

武汉中地数码公司开发的MapGIS对于中国测绘、地质、地理信息行业从手工制图时代进入到机助制图时代发挥了不可磨灭的作用。MapGIS也对三维地质建模功能进行了持续的研究(朱良峰等，2004；张宝一等，2007；花卫华，2010)，其三维地质建模模块MapGIS K9在几个三维地质填图试点项目中得到了应用。

北京超维创想公司依托北京大学的研究成果(潘懋等,2003；2007)研发的Creatar软件在北京等城市地质三维建模领域得到成功的应用(明镜等，2015)，并向油气勘探、固体矿床勘探领域扩展。

长沙迪迈公司的Dimine软件、北京三地曼公司的3DMine软件在有色金属矿山的勘探与数字矿山建设中得到了成功的应用(余璨等，2016；余牛奔等，2015)，并已占据金属矿山的大部分份额。

北京龙软公司、山东蓝光软件公司、西安集灵公司的产品则在煤炭勘探与数字煤矿中得到了应用。

中国地质科学研究院矿产资源研究所开发的“探矿者(MinExplorer)”软件在云南澜沧老厂银铅矿床、西藏甲玛铜矿、大冶铁矿等矿产资源三维地质建模中得到应用(孙莉等,2011；肖克炎等，2012；祝嵩等,2015)。

武汉地大坤迪公司开发的GeoView、QuantyMine在三峡库区地质灾害管理、若干城市地质勘查与油田勘探中得到了应用(陈国旭等,2010;吴冲龙等，2011)。

国内的三维地质建模软件已经从无到有，虽然距国外顶级的产品仍然有明显的差距，但国内软件发展迅速，发展势头良好。

3 三维地质建模软件应用面临的主要问题

三维地质建模技术在应用中遇到技术方面、标准规范方面以及经济管理方面的问题，总结如下。

3.1 建模程序复杂，难以为基层的地质作图人员所掌握

目前无论是国外的三维地质建模软件还是国产的三维地质建模软件，其操作程序仍然过于复杂，很多只能由开发者或经过专门培训的专业操作人员才能使用，难于为地质队、矿山的地质制图工程师所掌握与使用。由于不能为基层的广大作图人员所掌握，因此数据的采集与实时更新就存在很大问题。另外，三维地质建模的工序流程还没有一个较为统一的认识，因此各家软件的建模流程各不相同，这固然是由于三维地质建模的行业各异、原始数据源相差很大等客观原因，还由于人们对三维地质建模过程的一些共性的关键点讨论、抽象、总结不够。三维地质建模软件何时变得像现在的MapGIS(二维版)、与AutoCAD(二维版)一样经济、简单、易用，其大面积推广使用的条件就真正成熟了。

3.2 约束条件要求严格，导致编辑工作量大

很多在传统的二维制图中可以敷衍、忽略的瑕疵在三维建模中变得不可接受。这一方面是由于三维地质建模的过程本身确实是一个复杂的过程，涉及到作图元素的多次嬗变，从二维的点、线要素，转变为三维的点、线要素，再转变为三维的三角网。这其中的三维曲面构建中的求交与约束，导致很多在二维环境可以敷衍、忽略的微小瑕疵，在三维建模中变得很“敏感”。例如，地层界面等高线与断面交线或地层界面边界线相交的“未及线(undershot)”与“过伸线(overshot)”，在二维制图中可以容忍，但在三维建模中可能导致通过断面交线与等高线求交获取断面交线高程的操作失败，或致使所生成的地层界面三角网与断层面三角网出现“病态”。因此三维地质建模软件要求作业员在进行数据预处理时尽可能“干净”。

在二维制图中，以出图为目的的制图与以信息系统建设为目的的制图有很大区别，在三维建模中的制图要求比二维信息系统建设的制图规则还要严苛。

3.3 没有三维地质建模标准，数据难以交换共享

困扰三维地质建模技术应用推广的另一大障碍来自于目前从国家层面缺乏三维地质模型的建模标准，不同软件构建的三维地质模型难以共享。二维GIS的地理空间数据的交换本身就还没有彻底解决，三维地质模型的复杂度远远高于二维GIS，因此三维地质建模数据的交换与共享标准是三维地质建模软件应用推广中应该下大力气解决的一个技术问题。不过这个问题最近有了好的消息。由国土资源部中国地质调查局发展研究中心牵头，中国地质科学研究院水文地质环境地质研究所、中国矿业大学(北京)、中国地质大学(武汉)、北京大学、北京航空航天大学、中国地质科学院矿产资源研究所等参加，联合制定的《三维地质模型数据交换格式》(简称Geo3DML)标准已经制定完毕，经征求意见、试用、评审，已经作为中国地质调查局标准颁布实施。该标准旨在为三维地质模型在地质调查、矿产资源勘查、矿井设计、数字矿山建设中交换、流转提供一个中立、可操作的数据交换标准(屈红刚等，2014；李青元等，2015；中国地质调查局，2016)。

3.4 勘探规范没有要求，地质队积极性不高

目前，国家地质勘探规范中没有要求提交三维地质模型。因此，对于地质队来说，构建三维地质模型只是增加其生产成本。如果没有其他的补偿机制，地质队没有对勘探成果进行三维地质建模的积极性。虽然现行地质勘探规范中没有要求三维地质建模确实落伍，但国家储量管理部门认为，传统的地质报告审查标准是地质勘探、矿山设计/建设/生产企业经过几十年磨合中共同认可的，照此规范执行，不会出现大的差错。地质勘探技术人员对传统地质报告的标准规范烂熟于心，虽然他们也在不知不觉中由传统的手工描图过渡到了计算机辅助作图。国土资源部《成果地质资料电子文件汇交格式》标准也已经颁布执行多年，但勘探成果的三维地质建模目前对于他们来说，还没有自身的要求。

虽然地质队也认识到三维地质建模能够给平面图、剖面图协调一致以及储量计算带来方便，但三维地质建模所需要的软件购买、人员培训、工作量投入所需要的代价与风险还是大于三维地质建模所能带来的便利。这种局面也许需要三、五年甚至七、八年才会根本改变。就如同大部分的地质队都经历了较为漫长的过程才由手工作图转移到计算机作图上来，但三维地质建模软件要在地质队普遍使用可能要经历比手工作图转移到计算机作图更漫长的过程。因为，三维地质建模带给地质队的好处远没有当年由手工作图进化到计算机作图的好处那样直接与明显。

3.5 三维地质模型的成本由谁支付

地质报告的直接用户是矿井设计院。矿井设计院应该是勘探成果三维地质建模的受益者，三维地质模型能够使矿井设计工程师更直观、精准地把握矿区的矿床赋存与开采条件，使他们能够避开软弱破碎岩层，将大巷、硐室等服务年限长的工程部署在坚固的岩体内。矿井设计院希望地质勘探队在提交传统地质报告的同时能提供三维地质模型，但是他们并不愿意为三维地质模型支付额外的费用，因为矿井设计费用是国家或业主承包给他们的。虽然现在很多矿井设计院也引进或自己开发了三维设计平台，但由于数据源(地质报告)没有进行地质建模，且由传统的地质报告进行三维地质建模的代价很大，因此大多数的矿井设计院仍然是采用传统的二维设计平台(虽然绘图工作已经交给计算机做了)，但设计出来的矿井模型大多还是传统的二维模型，致使现在大多数“数字矿山”、“智慧矿山”仍然是二维的，致使其功效大打折扣。

矿山设计工程师认为：在不久的将来，设计部门向矿山移交的不仅仅是图纸和文字资料，而很可能还会提供地质资料数据库、矿体三维模型和应用软件。矿山经营者则可以在这个软件基础上更新数据、改进设计、编制生产计划并进行经济效益试算(魏长长，2010)。显然，设计、生产部门对矿产资源勘探成果三维建模有强烈的需求。

三维地质建模确实是需要付出额外成本的，这个成本怎样量化，由谁来承担，是一个还没有解决的问题。这对于不同的项目可能有不同的机制来解决。

4 发展趋势

尽管三维地质建模发展应用中还存在多种问题，这项技术终究还是会不断发展的，笔者认为其发展趋势如下：

4.1 三维地质建模软件将更加成熟，应用更为广泛

三维地质建模软件将更加成熟，在性能上更加稳定，操作上更加简单、灵活。人们将更深入地探讨三维地质建模流程中的共性，抽象出三维地质建模中更一般、更通用的工作流程，使得三维地质建模软件像人们用WORD/WPS那样只需要很少的学习与培训就能上手。随着业主对地质勘探三维可视化成果的要求，地质勘探队将逐渐地对勘探成果进行三维建模。

4.2 由早期的注重形态建模向形态与属性并重的方向发展

早期的三维地质建模软件注重地质体三维形态的表达，这是由于三维几何构造形态的表达是基础。没有几何形态的表达，更高级的应用都无从谈起。随着三维地质建模应用的深入，越来越多的应用除了要求地质体几何形态的三维表达外，还要求对地质体内的属性变化情况(例如岩性、某种物质含量、密度、孔隙度、弹性模量等等，在数学上抽象地称之为属性场)进行表达。人们还认识到形态与属性的表达在一定条件下是可以相互转化的，形态表达中的界面往往就是某种或多种属性的由渐变到突变的一个突变带。在金属矿勘探中，“矿”与“非矿”的区分界面就是据其品位达到规定的指标。在油气勘探中，有机质含量、脆性矿物含量、孔隙度、连通性等细微属性的变化的探测与表达对于油气开采意义重大。

4.3 与地震、测井、电法、重、磁等物探数据结合更加紧密

高精度三维地震勘探技术极大地提高了地质勘探的精度，测/录井数据对于岩性物性参数的表达是对钻井取芯采样的极好补充，在很多场合甚至取代了取芯；电法勘探对于金属矿、含水层等特殊目的层具有针对性强、成本低的优势。重、磁勘探也具有其特有的优势。三维地质建模将越来越依赖于各种物探数据的应用。地球物理勘探方法中新技术的采用、精度的提高、成本的降低是地质勘探技术进步的重要方面。因此，直接使用各种物探数据成果，甚至参与物探数据的解释，将成为三维地质建模软件的发展趋势之一。

4.4 与各种专业模型与应用结合更加紧密

三维地质建模软件将向矿藏描述(包括油藏描述、气藏描述、金属矿描述、煤矿藏描述)(余璨等，2016)、成藏模拟、重磁场三维反演(何敬梓等，2015)沉积环境分析、构造演化分析、构造演化模拟、矿井设计、矿井通风设计、矿井安全监控等专业模型与应用的结合方向发展，因为这些专业应用中的基本环境与框架就是三维地质模型。三维地质建模技术将悄然无声地进入这些专业应用，在不知不觉中支撑、引领各种专业应用模型的进步与升级。

4.5 融入大数据、云计算、物联网等IT主流技术

三维地质建模本质上是信息技术的一个分支，三维地质建模技术在其发展中将融入大数据、云计算、物联网等IT主流技术。三维地质建模软件将引入大数据的存储、处理、分析技术，以及并行计算、人工智能、云计算、物联网、多维时空数据挖掘等IT主流技术。三维地质建模平台将成为地质大数据的处理平台。能处理地质大数据的三维地质建模技术也将从一个侧面丰富、拓展大数据技术的内函与外延。

5 几点建议

5.1 国家应继续对三维地质建模领域的支持

虽然国产的三维地质建模软件已经从无到有，若干国内公司已经具有自我造血功能，但从国家层面一定要清醒地认识到三维地质建模是一项涉及到众多国民经济关键行业的基础性的技术，该技术对于众多行业的技术进步具有控制作用。三维地质建模的很多关键技术问题还没有真正解决。发达国家在该领域还具有明显的优势，这些优势有可能在“市场自由竞争”的幌子下扼杀国产软件的生长和发展。因此在国家自然科学基金委、科技部、国土资源部地质调查局等部门还应该继续加强对三维地质建模方向的支持，除了支持高等院校、研究所的基础理论研究，还应适当支持公司对实用技术的研究。只有理论与技术并重，才能打造出能为广大用户接受的三维建模软件产品。

5.2 三维地质建模要与专业应用紧密结合

从国际和国内的经验来看，三维地质建模应与专业应用结合起来，例如与沉积环境分析、构造分析、油藏描述、地球物理勘探、数字矿山、地上下一体化的数字城市管理等专业应用相结合，这样做出来的具三维地质建模功能的产品才有用户愿意付钱，产品也才能具有自我造血功能。

需要三维地质建模功能的行业很多，不同行业都有自身的专业特点，一个公司将一个行业做精做透就会有自己的生存空间，不要指望一款软件适用所有行业。

5.3 加强相关标准的制定与维护

由中国地质调查局组织，中国地质调查局发展研究中心牵头制定的《三维地质数据模型交换格式(Geo3DML)》是一个正确的发展方向。但鉴于三维地质模型的复杂性和应用行业的多样性，这个标准还不可能一出台就十分完善，需要在应用中不断地修改与完善。另外，中国地质调查局以及及各专业部门的地质局应该组织一批应用示范工程，在应用示范工程中增加对勘探成果三维地质建模的要求，对该标准进行广泛的应用试验，并给予一定的专项经费支持，在应用中发现问题，及时组织对标准的修改完善，或者根据本行业的勘探工作特点制定既与该标准总体风格、基本内容一致，又适合本行业专业特点的专用标准。

在国家层面还应组织实施几个项目吸引矿井设计部门、矿山生产单位与数字矿山软件开发企业的参与，使得地质勘探成果的三维模型能够直接为中、下游企业所使用，使得三维地质建模成果的社会效益最大化。

5.4 逐步在勘探规范中增加对三维建模的要求

在上述应用示范项目进行的同时，国土资源部矿产储量管理司及其相关部门应当组织有关单位考虑在地质勘探规范中增加对成果三维地质建模方面的要求，并考虑给三维地质建模工作设置一定的专项费用。在勘探规范中增加三维地质建模要求将是一项涉及面广、政策性强的工作，它与现在地质报告审查中强调市场规则、尊重用户(出资者)的要求的原则怎样协调，可以调研、借鉴国际上在这个方面的处理方式。国外很多矿权交易市场要求挂牌交易矿权的区块提供三维地质模型，很多国外勘探项目都被要求提供三维地质建模成果。将行政手段与市场需求结合起来促使地质勘探成果的三维地质建模。

5.5 软件开发者设法降低软件的操作复杂度提高软件的容错与集成能力

虽然三维地质建模工作本身确实很复杂，但软件开发商还是要想方设法降低软件的操作复杂性，增强软件的健壮性与容错功能，用鲁棒、智能的算法容忍“未及”、“过伸”等瑕疵。在大数据时代，各种不同来源、不同类型、不同精度数据的集成与整合在所难免。三维地质建模软件需要“容忍”各种数据的不精确、操作的不准确。

6 结束语

技术的进步不可逆转，但同时又是一个缓慢的、渐进的、由局部到全局的过程。2002～2005年，国土资源大调查项目中设立了一个工作项目，开展地质体三维建模的现状调研、示范研究后，得出的结论是“三维地质建模从数据模型到技术方法仍然没有成熟”(杨东来等,2007)，虽然10年过去了，国产的三维地质建模软件从无到有，但上述结论总体情况仍然没有改变。正如姜作勤所指出的那样，地质专家早在80年代末提出三维地质建模的功能需求，20多年过去了，结果并不令人满意，将3维建模纳入地质调查流程还有很长的路要走(姜作勤，2013)。中国三维地质建模从研究学者到软件厂商都任重而道远，国家相关部门需要给他们创造一定的条件，勘探项目的负责人应积极地在项目中使用三维地质建模技术。

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Usage,Status,Problems,Trends and Suggestions of 3D Geological Modeling

LI Qing-yuan1,2,3,ZHANG Luo-yi2,CAO Dai-yong2,DONG Qian-lin2,CUI Yang3,CHEN Chun-mei2

(1.KeyLaboratoryofGeo-Informatics,ChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100830;2.CollegeofGeoscienceandSurveyingEngineeing,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083;3.SchoolofMappingandGeographicalScience,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin,Liaoning123000)

This paper summarizes the usage,status,problems,trends of 3D geological modeling and proposes some recommendations.The usages of this technology are：(1) displaying real 3D scenes;(2) accurate calculation of reserves;(3) making planar and profile structural forms compatible and linkage editing;(4) integration and assimilation of multi-source and heterogeneous data;(5) various 3D spatial analysis and process simulation;and (6) facilitating introduction of complex geological conditions to the customer and leadership.The current status of 3D geological modeling is discussed from two aspects of application and domestic software development.The existing problems in the application of this technique include：(1) The operation of software is too complex and difficult for the makers of geological maps;(2) Constraint conditions of 3D modeling are too harsh and manual editing work is extremely huge;(3) There is no standard of 3D geological modeling and model data to exchange and share;(4) Exploration specification is not required and the enthusiasm of geological teams is not high;and (5) It is unclear who should pay the cost of modeling.The development trends of 3D geological modeling are predicted as follows：(1) Software will be more mature,stable and easy to use.(2) It will develop from the early focusing on shape modeling to both shape and property modeling.(3) It will be more closely combined with seismic,logging and other geophysical data.(4) It will be more closely linked with professional application models of mineral deposit description,reservoir simulation,sedimentary environment analysis,tectonic evolution and tectonic modeling and so forth.(5) It will integrate the IT mainstream technologies of big data,cloud computing,the internet of things and others.Several suggestions are put forward to the relevant authorities of the state,enterprise users and software developers：(1) The country should continue to support the 3D geological modeling;(2) The 3D geological modeling should be closely combined with the professional application;(3) To strengthen the development and maintenance of relevant standards;(4) To increase requirements for 3D modeling in exploration specification step by step and (5) Software developers should try to reduce the complexity of the operation of the software and improve the ability of fault tolerance.

3D geology modeling,geology exploration,mineral resource exploration,digital mine

2015-04-24；

2016-03-11；[责任编辑]郝情情。

国家自然科学基金项目(41272367，41572141)资助。

李青元(1958年-),男,研究员,从事三维地质建模软件研究与应用。E-mail:liqy@casm.ac.cn。

P287

A

0495-5331(2016)04-0759-09

Li Qing-yuan,Zhang Luo-yi,Cao Dai-yong,Dong Qian-lin,Cui Yang,Chen Chun-mei.Usage,status,problems,trends and suggestions of 3D geological modeling [J].Geology and Exploration,2016,52(4):0759-0767.