地质空间认知与多维动态建模结构研究

地质空间建模本质上是通过有限的地质空间数据,重构地质空间对象和格局,以恢复或模拟特定地质空间相关特征供
人感知的过程和工具。从空间认识的角度分析讨论了地质空间的本质特征,提出了三维地质建模的5个技术层次结构、对应的模
型层次划分和三维地质建模生命周期。实际应用表明,该体系结构能够有效支持地上地下一体化三维地质建模。这将有助于多
维地质空间建模理论体系的建立与完善。      

地质大数据可视化关键技术探讨

详述了地质大数据可视化的研究内容,从应用角度可将其分为:表达三维可视化、分析三维可视化、过程三维可视化、设计三维可视化和决策三维可视化5类。针对地质大数据这5类可视化中涉及到的几方面关键技术进行了深入探讨,包括:地质体三维可视化动态精细建模技术;基于CUDA+GPU集群的地质体属性场数据并行可视化技术;针对地质大数据的可视化分析技术;基于地质大数据的虚拟现实和增强现实技术等。对这几方面关键技术的现状、技术路线以及实现效果进行了论述和展示。      

滑坡透明化研究与应用:以黄土坡滑坡为例

以自主研发的三维可视化平台(QuantyView)为支撑,建立了三峡库区黄土坡滑坡及其中大型野外试验洞的三维地质
模型,以虚拟的滑坡模型为透明的载体,集成了地质勘察与试验洞设计数据,可以为滑坡研究提供全面的数据支持,也增强了滑坡
研究的直观性与洞察力,研究结果表明在地质灾害勘察、治理领域开展“玻璃地灾”建设是必要和可行的。      

论中国“玻璃国土”建设

“玻璃国土”是在一个国家范围内对“玻璃地球”的称谓。这是一个地质信息和地理信息相结合并存储于计算机网络上
的、可供多用户访问和开展决策分析的三维可视化虚拟浅层地壳。其目的是便于矿产资源的发现和评价,同时揭示地质灾害孕育
背景和机理并实现预警和减灾。“玻璃国土”建设不仅涉及理论、方法论和高功能三维地质信息系统的研发,还涉及获取深部探测
新资料能力、新资料综合和解译能力的建设,以及矿产资源勘探、工程地质勘察和地质灾害预警等模式的建立,核心是地质信息科
学和技术。“玻璃国土”建设的目标与各地质矿产部门所进行的信息化建设目标一致,但更系统、更完整、更完善,需要多部门联合
行动。      

“玻璃国土”建设中的矿山高精度三维地质建模方法

“玻璃国土”最终成果的表达应该是多分辨率的三维模型的集成。一般地区是用物探、化探、遥感资料解译成果建立的
小比例尺的地表和地下三维地质框架模型,而对于有丰富勘探资料的矿集区和正在开采的矿山,应该建立分辨率更高的高精度三
维模型。包括矿山三维地表模型、三维钻孔模型、三维矿体模型、三维岩层模型、三维构造模型和三维井巷模型等,建立这些高精
度模型所需的数据、所需采用的方法、建模过程及模型结果各不相同。多分辨率模型的集成及应用涉及建模数据的一体化问题,
包括坐标系统、边界对接和数据结构的一体化问题,需要在“玻璃国土”建设的统一框架下,事先制定分类标准来解决。      

数字城市三维模型的地上下一体化剪切方法

三维数字城市模型中地上下三维模型的数据种类复杂,多种数据的自适应性剪切技术是个难点。依据各种GIS三维模
型的特点,定义地理和地质实体的语义模型,并针对不同对象使用基于空间分区二叉树(BSP树)的剪切算法,自适应地完成了数
字城市地上下集成数据模型的一体化剪切和拓扑重建。最后结合南京市三维数字城市示范区地上下模型数据进行了应用试验分
析,验证了该方法的有效性和实用性。      

基于钻井数据的地质体3维可视化研究

地质体3维可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题,利用可视化的结果,可以将地质体的结构特征直观形象地展现在用户面前,使之可以非常直观地、清楚地对地质体进行各种观察和分析。笔者在综合考虑各种建模方法的基础之上,结合本文的建模数据——钻井数据的特点,采用广义三棱柱(Generalized tri-prism,简称GTP)作为建模的体元对地质体进行3维建模,并对传统的基于钻井数据的3维地质建模的方法做了一些改进,使GTP可以自动地、快速地剖分成四面体,以此来解决由于GTP的侧面不是平面所带来的问题。最后,利用VTK(Visualization Toolkit,简称VTK)可视化技术,开发了一个3维地质可视化系统,并利用该系统对本文建模方法的实际建模效果进行了展示和验证。     

虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法

在三维地质体模型构建过程中所采用的数据多为钻孔数据,而研究区域内原始钻孔数据通常数量有限且分布不均,难以构建出既能够准确地反映研究区域地质构造,又具有良好可视化效果的三维地质体模型。针对此问题,本文对虚拟钻孔概念进行延伸,提出了用于三维地质体建模不同阶段的三种虚拟钻孔概念,并基于此设计了一种虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法。首先,根据原始钻孔数据空间分布特征,自适应地确定插值点位,并采用克里金插值算法构建插值加密虚拟钻孔;其次,根据尖灭规则构建尖灭处理虚拟钻孔,采用改进的自适应蝴蝶细分算法构建细分光滑虚拟钻孔;最后,利用原始钻孔、插值加密虚拟钻孔、尖灭处理虚拟钻孔,以及细分光滑虚拟钻孔构建研究区域内符合地统计学规律且具有C¹几何连续性,可视化效果良好的三维地质体模型。与将虚拟钻孔作为专家知识补充手段的传统建模方法不同,该建模方法将虚拟钻孔引入三维地质体构建的各个环节中作为核心的算法中间单元,有效简化了建模算法的实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。      

基于t-SNE降维算法的区域化探数据中地质体空间分布信息可视化:以英格兰西南部为例

区域化探数据中包含了丰富的地质信息，提取出蕴含在这些数据中的地质体空间分布信息，对于区域地质研究和找矿勘查具有重要意义。区域化探数据通常包括数十个元素，属于高维数据，隐藏在这些高维数据中的地质体空间分布信息无法直接从数据中观察到。针对这个问题，构建了一个基于t分布随机近邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding，简称t-SNE)算法的高维区域化探数据降维可视化模型。t-SNE算法是一种非线性降维方法，特别适用于高维数据集的降维和可视化。选择对岩性鉴定比较稳定的元素，通过t-SNE算法将高维化探数据降维到人眼可观察的一、二、三维，把降维之后的变量表达为栅格图，通过三原色混合等方法进行可视化，从而把隐藏在高维化探数据中的地质体空间分布信息可视化表达出来。以英格兰西南部某地区水系沉积物区域化探数据为例进行研究来检验t-SNE算法在高维化探数据可视化上的实际应用效果。结果显示:①通过t-SNE算法对高维化探数据进行可视化得到的结果能够很好地反映研究区的地质体空间分布情况；②可视化的效果与t-SNE算法的目标维度和复杂度两个参数密切相关。在t-SNE算法中设定要降维到的目标维度越高，所显示的地质体信息越详细。③基于t-SNE算法的化探数据降维可视化效果比基于主成分分析(PCA)的化探数据降维可视化效果更好。本文研究表明基于t-SNE算法的化探数据降维可视化方法能够很好地将地质体空间分布信息可视化表达出来，对于推断地质体的空间分布有一定的指导意义。      

叠覆式浅水三角洲沉积特征与沉积模拟

在系统回顾传统三角洲成因模式基础上,介绍了一种发育于低可容纳空间背景条件下,由内部结构相对简单、规模相对
局限的多个朵体相互叠置而成的叠覆式浅水三角洲。以现代浅湖沉积过程分析、实验模拟等为基础探讨了此类三角洲的形成过
程、内部结构特征与解剖思路、连片性与连通性及沉积发育条件等。结果表明,叠覆式浅水三角洲发育过程分为2个阶段:单一朵
体发育与复合朵体发育。单一朵体发育又可分为舌状向前伸展式和帚状侧向加积式,复合朵体发育则表现为进积、退积、侧积等
多种叠置方式,进而以不同时期分流河道为纽带叠合成大面积的沉积体;朵体发育过程中遵循“填洼”原理,即优先沉积于可容纳
空间发育的低洼处,一旦有效可容纳空间被填满,朵体或复合朵体将会迁移至其他低洼处;叠覆式浅水三角洲不具有传统三角洲
以分流河道为骨架的层状结构特征,而是由不同时期三角洲朵体相互叠置而成,具有典型的"同层不同期"特征;不同时期三角洲
朵体受可容纳空间与动态地貌控制而呈三维叠置,而非简单的层状叠加,使得三角洲内部呈现出立体拼合的结构特征,单一朵体
是地层对比的基本单元,展布范围有限,与相邻朵体发育于不同时间单元,只能在复合朵体约束下小范围追踪。不同时期朵体之
间的连通性受控于分流河道下切能力、沉积物供给沙泥比、湖平面升降周期等因素;沉积物供给充足、地形坡度低、湖平面长距离
迁移造成的河道稳定性弱是此类三角洲发育的重要条件。叠覆式浅水三角洲成因模式的提出为此类发育于低可容纳空间背景下
大型河流-湖泊三角洲提供了一种合理的地质成因解释模型,进一步深入分析其内部结构特征将为提高此类三角洲的勘探开发
效率提供有益指导。      

山东招远夏甸金矿深部三维成矿可视化定位预测

招远夏甸金矿床位于华北板块之胶北隆起区内的招远-平度断裂带(简称招平断裂)中。招平断裂沿玲珑花岗岩体与前寒武纪结晶基底岩系的接触面展布,既是控矿构造,又是导矿和容矿构造,夏甸金矿床主要产于断裂下盘的碎裂状玲珑花岗岩中,在其上盘的基底岩系亦有分布,为一典型的破碎带蚀变岩型金矿床。该文以夏甸金矿田为研究对象,引入三维地质建模(3DGM)及三维可视化技术,研究探索隐伏矿体预测的三维化、定量化及可视化技术,重点突破了复杂地质体三维形态分析、控矿地质因素场模拟、成矿信息三维定量提取等关键技术,初步形成了隐伏矿体三维可视化预测的方法。依据勘探工程数据、矿体圈定规范并结合地质规律进行了矿体三维建模,结合已知的地震、重力、大地电磁等方法获得的各类数据作为研究深部地质构造的基本资料,对深部成矿构造进行了三维重构,对夏甸金矿深部进行了矿化空间分析和三维成矿信息提取,开展了三维定量成矿预测,在此基础上建立了三维定量成矿预测模型。在夏甸金矿田共圈定了Ⅰ号、Ⅱ号两个可视化立体找矿靶区,为今后深部工作优选区位提供了信息资料。     

真3维地学构模的若干问题

以科学可视化、3维GIS、3维地学模拟及其在地质采矿与岩土工程中的应用为背景。系统分析了国内外3维地学领域面元构模、体元构模和混合构模方法的优缺点及其适用范围,指出了其存在的基本问题。介绍了广义三棱柱(GTP)的真3维地学构模原理、方法与技术特点,及其基于采样数据、本质开放与内合拓扑关系等性能优势,进而分析了基于GTP的真3维地学构模中亟需研究解决的核心问题和主要内容。指出：海量地学空间数据组织是3DGMS的心脏;在真3维地学模拟系统研发方面需要吸取科学可视化技术与3维GIS的营养,并充分利用VC 和OpenGL的图形函数,实现灵活方便、用户友好和可交互的地学可视化操纵。     

从层序地层学到地震沉积学:三维地震技术广泛应用背景下的地震地质研究发展方向

随着三维地震采集、处理、解释技术水平的提高及其广泛应用,在高精度等时层序地层格架内利用三维地震的属性切片
技术刻画沉积体的三维几何形态及其沉积演化过程,已成为地震地质研究越来越受到关注的一个研究方向,并逐渐衍生为一门新
的学科──地震沉积学。地震沉积学的应用一方面要充分理解地下沉积体宽厚比的“不均衡性”,另一方面又要客观辩证地评价
地震沉积学对于“薄层”沉积体的分辨能力。陆相地层地震沉积学应用要比海相地层复杂,陆相地震沉积学研究应该形成其自身
的特点和技术方法体系。地震沉积学应用的关键是建立高精度等时层序地层格架、以正确的沉积相模式为指导及精细标定地震
属性的地质含义,要强调多学科、多因素、多技术手段的联合应用与约束。      

一种基于地球物理数据格网的三维地质填图方法及其实现

地球物理方法（重力、地震、电法等）是地质调查及填图工作中的重要手段。相对于二维地质填图,三维地质填图/建模更迫切地需要借助地球物理数据来获取大量与深度有关的地质信息,因此本文提出了一种基于地球物理数据的地质体三维填图方法。首先,将不同地球物理手段所获取到的数据格网进行可视化建模综合;然后,在有限的地质采样约束下进行解释并直接映射为地质三维模型。实践证明,该方法自动化程度较高,并能在地质调查工作中针对性地解决一些地球物理资料较丰富而地质采样相对匮乏的三维地质填图问题。此外,它也可应用于传统三维地质填图工作中,以极大地提高地球物理数据处理效率。     

基于Kriging算法的三棱柱地质体三维可视化实现

采用了一种基于Kriging算法的三棱柱三维可视化方法对地质体进行了可视化,其基本思想是首先用Kriging算法将空间任意的离散的数据点生成规则的点数据,将点数据划分成多个三棱柱,然后以三棱柱为基本单元进行地质体可视化。本系统是在Visual C++/OpenGL平台上开发而成,具有精度高、交互好的特点,经过实践运行,切实可行。     

真三维地质模型构建的球体测地线八叉树网格方法

三维地质空间表达可以准确揭示地质现象与过程的空间结构与分布规律。传统三维地质建模方法广泛存在着面向局部小区域、基于投影数据、表面静态建模、难以进行3D空间查询与分析、不利于时空大数据的组织与管理等缺陷。地球剖分网格以其全球全方位视角、循环递归剖分机制和有机灵活的编解码策略为解决上述问题、构建新一代数字地球平台提供了新的技术方案。本文以郑州航空港经济区为例,利用实测地质数据,基于球体测地线八叉树剖分瓦块（SGOG网格）,建立区域真三维地质模型框架,并进行空间分析。在对原始数据进行预处理的基础上,将SGOG特定剖分层次的瓦块节点与地质体外包络体特征点数据进行匹配,构建真三维地质框架;通过漏洞修补和着色渲染,建立多尺度多地层三维地质体模型;在此基础上,进行真三维地质空间分析,包括地质体真三维剖面、数字钻孔以及几何特征参数计算。实验结果表明：本文的建模方法,不但结构简单,操作方便,适用于复杂不规则的地质体,而且可以利用SGOG瓦块的多尺度特性,灵活实现精度与尺度的自适应表达,方便进行多角度真三维空间分析。地球剖分网格是数字地球发展的必然趋势。     

基于3维可视化环境的地质体空间形态分析

针对3维矿床地质体既具有复杂的几何形态特征,又具有连续的矿化分布与控矿作用分布等空间分布场特征,结合3维地质建模软件Datamine的可视化环境,基于线框模型研究了地质体实体建模与3维可视化过程;在此基础上将实体模犁离散化输出为体素模型,提出采用趋势面分析方法和基于数学形态学的分析方法进行地质体空间形态分析,比较和研究了这两种方法提取地质体空间趋势形态和形态起伏特征的过程.实例研究和论证了基于数学形态学滤波的地质体空间形态因素分析和提取方法处理某方向上存在有超覆现象的可行性.     

胶西北上庄金矿断裂—岩体控矿规律

采用GeoMine3D软件对胶西北上庄金矿进行了三维地质建模。三维地质模型全面展现了矿体、望儿山断裂带及下伏
郭家岭岩体的空间关系:金矿体受望儿山断裂带控制,在断裂带中具有丛聚性、似等距性、侧伏性的分布特征,其主要赋存在断裂
带产状变化大的位置;郭家岭岩体与金矿的成岩成矿关系密切,岩体顶界面控制主要矿体的产出,其转折端或岩突处为金矿富集
的有利位置。研究结果显示:上庄金矿深部仍具有较大的找矿潜力。      

四川盆地油气勘探三维地理信息系统与应用

本文在三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式分析的基础上,以ArcSDE作为空间数据引擎,利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库,基于三维可视化软件平台Skyline TerraDeveloper设计、开发了全球三维模型的四川盆地油气勘探三维地理信息系统。同时集成基础地理数据、区域地质数据、油气勘探空间数据、多尺度遥感影像、勘探数据库,这不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形建模以及模型的可视化功能,还为专业技术人员提供了一个可视化的设计、分析平台。