地质建模软件介绍

地质建模软件介绍

康文彬

摘要：随着信息技术手段的高速发展，传统工程地质学领域在地勘成果信息化设计方面渐渐形成了初步的理论与方法体系，并在此基础上对工程勘察全过程提出了一体化设计需求。实现工程三维地质信息建模与分析的目标，对工程全生命周期以三维地质模型作为支撑，将能够实现各方面的多种需求，而其最大的优势就是可以更为快速和准确、方便、直观的体现地质体的三维信息，还可以利用其剖切的功能实现二维图件的快速绘制。本文主要对地质建模理论和现有地质建模软件相关情况进行简要客观的介绍。

关键词：地质软件

1 三维地质建模的必要性

长久以来，对于地学信息的表示和处理都是基于二维的，通常将垂直方向的信息抽象成一个属性值，其实质就是将三维地质环境中的地质现象投影到某一平面（XY平面、XZ平面或YZ平面）上进行表达，称为2.5维或假三维，它描述空间地质构造的起伏变化直观性差，往往不能充分揭示其空间变化规律，难以使人们直接、完整、准确地理解和感受具体的地质情况，越来越不能满足工程设计和分析的需求，因此，真三维处理显得愈来愈迫切。与此同时，众多新型勘探手段的应用，诸如地震勘探、探地雷达、遥感，以及地球化学勘探等，致使各种地质资料急速膨胀，迫使地质工作者不得不采用新的手段来综合利用这些信息。因此，空间三维地质建模及可视化技术的研究是计算机在工程地质领域应用的一个必然趋势。

1994年加拿大学者Houlding最早提出了三维地学建模（3D Geosciences Modeling）的概念，即在三维环境下将地质解译、空间信息管理、空间分析和预测地质统计学、实体内容分析以及图形可视化等结合起来，并用于地质分析的技术。工程地质三维建模及可视化技术借助于计算机和科学计算可视化技术，直接从3D空间角度去理解和表达地质对象的几何形态、拓扑信息和物性信息，这对工程决策和灾害防治意义重大，已经成为岩土工程科学、工程地质学、数学地质学和计算机科学等多学科交叉领域研究的前沿和热点。

三维地质建模体系大致概括为地质数据处理、地质体建模和模型应用三个阶段。为充分了解现有三维地质建模软件的相关情况，选取满足当前工作使用需求的软件进行地质模型的创建，有必要对相关理论及各软件的相关情况进行简要介绍。

2 相关理论介绍

2.1 理论要求

一个完善的三维地质建模理论必须具备以下几个基本元素：

（1）需要一个适宜进行三维地质建模，并能表达地质对象的拓扑结构、几何结构，以及属性信息的三维数据模型。拓扑结构表达的是地质对象之间的联结关系，它描述的是地质对象的相对位置，可以隐式的存在于模型的几何描述中，也可以显式的存储，即实现拓扑结构和几何结构的分离；几何结构描述的是地质对象在三维欧式坐标系统中的绝对位置，为了方便建模也往往采用局部坐标系统。拓扑结构定义了三维模型的“骨架”，而几何结构则是附着在“骨架”上的“肌肉”。属性特征表示地质对象的各种性质特征，如地质对象的年代、岩性、空隙率、含水性、力学参数等。

（2）具备融合多源数据构建复杂三维地质体的能力。三维地层建模的准确性很大程度上依赖于原始的地质勘探数据。然而，一方面由于经费和勘探方法的限制，只能获取一些非常不全面，有时甚至是冲突的信息；另一方面却是众多地质勘探资料不能得到充分的利用，这些资料多以表格、文字、图表、图纸等格式保存，能直接利用的仅仅是一些数据库和一些表格文件。因此，必须对现有勘探数据格式进行调查分析，研究多源数据的集成技术，以提高对现有数据的利用程度。

（3）具备模型的动态更新能力。岩土工程活动也是一个地质资料不断积累、丰富的过程，因此三维地质建模技术必须支持三维模型的动态更新能力。

（4）三维可视化。在设计和分析模型时，对模型进行有效的可视化是保证几何对象正确性的前提条件。其中三维可视化的内容包括透视投影或正射投影显示，隐藏面、线的消隐，光照模型显示，纹理（贴图）模型显示等多种可视化模型的显示。

2.2 数据模型

空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立地质空间数据库的理论基础。而地质数据库是整个可视化仿真系统的核心，它直接关系到数据的输入、存储、查询、分析处理和输出等各个环节，它的好坏直接影响到整个系统的性能。空间数据结构是空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视化表现的基础。经过漫长的发展，大致形成了三类数据模型：基于面（Surface-based）表示的数据模型、基于体（V oxel-based）表示的数据模型，混合结构数据模型以及泛权建模方法。

基于面表示的数据模型以物体边界为基础定义和描述空间实体，模型主要表达空间对象的

边界或“表皮”。基于面表示的数据模型主要有：格网模型，不规则三角网模型，边界表示模型，参数函数模型，解析模型，形状结构。基于体表示的数据模型是用体信息代替面信息来描述对象的内部，它将三维空间物体抽象为一系列邻接但不交叉的三维体元的集合，其中体元是最基本的组成单元。根据体元的不同，可以建立起不同的数据模型。其优点是数据结构简单，便于实现空间分析；缺点是表达空间位置的几何精度低，数据量大，三维图形输出效果较差。目前，基于体表示的数据模型主要有：3D栅格模型、八叉树模型、结构实体模型、不规则四面体模型，以及类三棱柱模型等。

2.3 插值拟合方法

插值算法决定没有数据位置几何体的长相，与数据密度有很大的关系。空间插值实现了在离散采样点的基础上进行连续表面建模，同时对未采样点处的属性值进行估计，是分析地理数据空间分布规律和变化趋势的有力工具。地质勘探结果大多反映在一些离散不规则分布的数据点上，为了通过这些离散数据建立起区域性连续的整体模型，需要利用插值和拟合方面的曲面处理方法。曲面插值是严格通过给定的数据点来构造曲面，并根据原始数据点值来插补空白区的值，这类方法不改变原始数据点值。而曲面拟合则是利用相对简单的数学曲面来近似构造复杂的地学曲面，根据一定的数学准则，使所给出的数学曲面最大限度地逼近地质曲面；通过拟合处理的曲面，原始数据点一般有所改变，所以曲面拟合的结果往往会取得平滑的效果。在地质曲面构造中运用较多的插值和拟合方法包括按近点距离加权平均法、按方位取点加权法、双线性插值法、移动曲面插值法、二元三点插值法、Kriging插值法和三次样条函数拟合法、趋势面拟合法、加权最小二乘拟合法等。以下对目前应用于三维地质建模中的几个插值方法做简单介绍。

2.3.1 线性内插

线性内插是首先使用最靠近插值点的三个已知数据点确定一个平面，继而求出内插点的高程值的方法。基于TIN的内插广泛采用这种简便的方法，可以对三角网进行插值加密。在实际应用过程中为了保证解的稳定可靠性，常采用双线性内插方法。

2.3.2 克里金插值方法

克里金插值方法最早是由法国地理学家Matheron和南非矿山工程师Krige提出的，用于矿山勘探，它首先考虑的是空间属性在空间位置上的变异分布，确定对一个待插点值有影响的距离范围，然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。根据样品空间位置不同、样品间

相关程度的不同，对每个样品品位赋予不同的权，进行滑动加权平均，以估计中心块段平均品位。克里金法类型分常规克里金插值（常规克里金模型/克里金点模型）和块克里金插值。克里金插值的精妙之处在于它不仅考虑了已知点和预测点的距离关系，还考虑了这些已知点之间的自相关关系。克里金将点插值成面时，需要先将插值平面网格化，然后根据变差函数，求出原始数据点之间的相关系数，将这个系数及网格点x，y坐标，代入插值公式计算出网格点的z值，将这些z值用三角剖分画出面来就可以了。

该方法在数学上可对所研究的对象提供一种最佳线性无偏估计（某点处的确定值）的方法。它是考虑了信息样品的形状、大小及与待估计块段相互间的空间位置等几何特征以及品位的空间结构之后，为达到线性、无偏和最小估计方差的估计，而对每一个样品赋予一定的系数，最后进行加权平均来估计块段品位的方法。但它仍是一种光滑的内插方法，在数据点多时，其内插的结果可信度较高。采用克里金插值方法得出的某水电站工区地质模型见图2.1（从上到下依次代表各风化层）。

图2.1 某水电站地质模型（克里金插值）

2.3.3 离散光滑插值

法国Nancy大学的J.L.Mallet教授提出了离散光滑插值（Discrete Smooth Inter-polation，DSI）技术，该技术基于对目标体的离散化，用一系列具有物体几何和物理特性的相互连接的节点来模拟地质体，目前已经成为地质模型计算机辅助设计系统（GoCAD）的核心技术，并在国际上受到极大重视。该内插方法适用于复杂模型的创建和处理模型表面不连续的情况。DSI方法具有一定的优点：如自由选择格网模型，自动调整个格网模型的特征，实时交互操作，能够处理一些不确定的数据，对于地质领域的应用非常有用，但是在构造模型的可信度方面还需要进一步的研究。

DSI技术的基本内容是，对于一个离散化的自然体模型，建立相互之间联络的网络，如果

网络上的点值满足某种约束条件，则未知结点上的值可以通过一个线性方程得到。DSI主要根据已知点递归求出未知点数值，通过控制递归计算步数可以控制曲面的精度。地学模拟研究中采用了适应能力很强的三角网和四面体剖分，这对于模型的修改和三维可视化十分方便。

2.3.4 反距离加权法

反距离加权法是以插值点与样本点之间的距离为权重进行加权平均的一种空间插值方法，插值点越近的样本点赋予的权重越大，其权重贡献与距离成反比。是基于“地理第一定律”的基本假设：即两个物体相似性随他们间的距离增大而减少。此种方法在已知点分布均匀的情况下插值效果好，插值结果在用于插值数据的最大值和最小值之间，但缺点是易受极值的影响。

此法主要依赖于反距离的幂值，幂参数可基于距输出点的距离来控制已知点对内插值的影响，通过定义更高的幂值，可进一步强调最近点。因此，邻近数据将受到最大影响，表面会变得更加详细（更不平滑）。指定较小的幂值将对距离较远的周围点产生更大影响，从而导致更加平滑的表面，将所产生的最小平均绝对误差最低的幂值视为最佳幂值。反距离插值生成地质体情况见图2.2。

图2.2某水电站地质模型（反距离加权法）

2.3.5 样条插值法

样条插值是使用一种数学函数，对一些限定的点值，通过控制估计方差，利用一些特征节点，用多项式拟合的方法来产生平滑的插值曲线。这种方法适用于逐渐变化的曲面，如温度、高程、地下水位高度或污染物浓度等。该方法优点是易操作，计算量不大，缺点是难以对误差进行估计，采样点稀少时效果不好。样条插值法又分为张力样条插值法（Spline with tension）和规则样条插值法（Regularized Spline）。为避免产生极值的现象一般选用张力样条插值法。

2.3.6 自然临近点法

自然邻近点插值法（Natural Neighbor Interpolation）是Surfer才有的网格化新方法，该法广泛应用于一些研究领域中，也称为Sibson或“区域占用（area-stealing）”插值。其基本原理是对于一组泰森（Thiessen）多边形，当在数据集中加入一个新的数据点（目标）时，就会修改这些泰森多边形，而使用邻近点的权重平均值将决定待插点的权重，待插点的权重和目标泰森多边形成比例。自然邻近点插值法在数据点凸起的位置并不外推等值线（如泰森多边形的轮廓线）。该插值方法不会推断趋势且不会生成输入样本尚未表示的山峰、凹地、山脊或山谷。该表面将通过输入样本且在除输入样本位置之外的其他所有位置均是平滑的。

2.3.7 最近临近点法

最近邻近点插值法（Nearest Neighbor Interpolation）又称泰森多边形方法，是荷兰气象学家A.H.Thiessen提出的一种分析方法。最近邻近点插值的一个隐含的假设条件是任一网格点p （x，y）的属性值都使用距它最近的位置点的属性值，用每一个网格节点的最邻点值作为待的节点值。找到距查询点最近的输入样本子集，并基于区域大小按比例对这些样本应用权重来进行插值，可在地质建模前期直观的展现钻孔疏密情况，自然临近点法插值生成模型情况见图2.3。

图2.3 某水电站地质模型（最近临近点法）

地质数据有其特殊的性质，在进行空间数据插值时，不能简单地套用现成的自动插值方法，必须考虑许多制约因素及相关的地质学原理。首先，不同的插值方法有各自的优势，而不同的地质现象具有不同的特点，必须选择合适的方法来模拟，才能形成准确可靠的模型。再者，许多地质现象都有一定的趋势，如某一地区有其占优势的构造走向，这种趋势就称为各向异性。在进行数据插值时应加入这种各向异性，这样可形成与现有地质解释相一致的模型。另外，由于条件的限制，数据的分布极不均匀，某些层数据较多，而某些层数据很少，难以形成合理的模型，在这种情况下，可运用相邻层的形态或数据的相似性及相关关系修正或完善这些数据偏

少的层的模型。

3 GeoBIM

3.1 软件概况

水利水电工程三维地质系统GeoBIM是电建集团昆明院委托吴冲龙教授团队为“工程三维CAD设计系统”联合研制开发的一个子系统，其主要目的是实现在建立三维实体模型基础上进行各种三维分析和相关图件的绘制以及数据的提取功能。软件主要包括了以下5大模块：1、数据库模块；2、软件接口模块；3、地质建模模块；4、图件编绘模块；5、模型分析模块。各模块间关系见图3.1。

图3.1 GeoBIM软件整体框架图

水电工程三维地质系统可以划分为三个子系统：数据管理子系统、辅助绘图子系统、分析计算与查询子系统。主要内容包括：文件管理、流程管理、数据采集、制图标准、三维编辑、模型创建、模型分析、文字和符号标注、工程计算、工程查询和部分二维图纸的生成等。系统总体结构见图3.2。

图3.2 系统总体结构图

各子系统情况如下：

1、数据管理子系统，包括文件管理、流程管理、数据表设计和数据采集四部分。

（1）文件管理部分，包括目录树设计、新建工程文件模板、DXF文件导入工具、地质面模型导出工具、JPG图像输出工具、A VI播放文件输出和文件标准路径设计；

（2）流程管理部分，包括版权控制设计、精简版设计和文件使用控制设计；

（3）数据表设计，包括属性表设计和数据录入窗口设计；

（4）数据采集部分，包括构造地表迹线工具、绘覆盖层等厚线工具和辅助剖面插值工具。

2、辅助绘图子系统，包括制图标准、三维编辑、模型创建和应用扩展四部分。

（1）制图标准部分，包括地质标准库设计和线型和纹理修改工具；

（2）三维编辑部分，包括立剖面工具、线条垂直投影工具、生成地形DEM工具、地形DEM构体工具、DXF曲面转3D工具和一般曲面多种算法建模；

（3）模型创建部分，包括构造面模拟工具、模拟覆盖层下底面工具、风化面模拟工具、钻孔平硐构模工具、基岩面生成工具和曲面趋势面生成工具；

（4）应用扩展部分，包括极射赤平投影工具、节理等密图工具和节理玫瑰图工具。

3、分析计算与查询子系统，包括模型分析、文字标注、工程计算和工程查询四部分。

（1）模型分析部分，包括钻孔数据分析工具、平硐数据分析工具、显示模式定义设计、单截面分析工具、折线垂向切割工具、数据剖面工具、地表开挖工具、地下开挖工具、勘探布置工具、等高线分析工具、等深线分析工具和等厚线分析工具；

（2）标注部分，对三维模型进行文字标注；

（3）计算部分是求体积输出算稿工具；

（4）查询部分，包括数字查询工具、数字到图形查询工具、右键图形查询工具、线长查询工具、线方位角查询工具、空间线投影角查询工具、平面积查询工具、坡面积查询工具和体积查询工具。

系统采用目前流行的软件操作方式，集成了常用CAD软件、数据库软件、GIS软件和三维可视化与三维分析软件的功能，实现了水利水电工程地质勘察、设计的三维可视化和网络化。软件具有较好的人机交互性，而利用数据驱动几何的功能不是很完善，所带来的缺点是人为因素会有一定的误差。GeoBIM软件操作界面见图3.3。

图3.3 GeoBIM软件操作界面

3.2 数据流转格式

3.2.1 数据处理

软件可以方便地应用现有地质资料，可以直接应用野外罗盘所测数据进行建模也是软件较大的优点之一，这就可以较为准确的勾勒出断层几何情况，且后期变更也很方便。对于建模的基础资料钻孔岩性分层相关数据，有相关的Excel数据模板可以实现较为方便的一键式导入。钻孔数据模板见图3.4。

图3.4 GeoBIM钻孔导入数据模板

3.2.2 数据转换格式

软件可导入的数据格式见图3.5，软件可导出的数据格式见图3.6，且最新版本可以支持更多种类的文件格式。值得注意的是，可以导出MicroStation相关格式文件，较适用于我院采购的系列软件。

图3.5 导入数据格式图3.6 导出数据格式其中：DT0文件为主要与Primarily DTED Level 0（National Geospatial-Intelligence Agency）相关联的GIS文件；.3ds是一种通用导出格式，保留的是各软件统一使用的相对空间信息，但是比如材质、单位等不同软件有不同的机制，所以会造成导出为3ds再导入后丢失材质、位置错误、方向错误等情况出现，其更像是通用储存文件格式，使用的范围更宽，可被更多的软件识别，使用；.wrl文件是一种虚拟现实文本格式文件，也是VRML的场景模型文件的扩展名。wrl文件是纯ASCII文件，所以可以用文本编辑器打开和编辑。最新版本的支持IFC标准数据格式以及犀牛数据。

3.3 建模流程

软件建模遵循一些基本的流程，主要是按照点-线-面-围合面-体的流程来进行建模。将地质的基础资料进行整理得到一些零散的地质点数据（包括地质界线数据、综合物探面模型等），

将点数据经过地质原理基本分析得到各类能表达地质对象空间几何特征的线数据，通过拟合的方法将线数据转换为面模型，通过对面模型进行围合处理得到围合面模型，根据设计专业要求将围合面模型重拟合后得到体模型。具体建模流程见图3.7。

图3.7 GeoBIM基本建模流程图

3.4 插值算法

GeoBIM软件内置了多种插值方法可供选择，具体见图3.8，根据实践效果，推荐克里金法。

图3.8 GeoBIM所含插值方法

3.5 成果展示

软件剖切生成的三维剖面图成果见图3.9。

图3.9 某水电站地质模型剖面图

4 EVS

4.1 软件概况

EVS（EarthV olumetricStudio）环境可视化系统是由美国CTech公司开发的适用于地球科学领域的可视化3D建模分析软件，现已更新到2018版。软件采用类似于Dynamo的可视化面向对象编程方法，可进行参数化建模。有约200个功能模块，每个模块对应于某种数据分析或者可视化功能，模块之间相互连接形成的逻辑网格即为可以实现某一功能的应用程序。可自行通过组织模块之间的逻辑关系来创建自定义的应用程序，也可以使用EVS自带的已经组建好的应用程序，或在已有程序上修改。EVS软件大致建模流程见图4.1～4.3。

图4.1 导入钻孔基础信息图4.2 生成地质层面信息图4.3 插值生成地质实体模型软件可实现地球科学建模与分析的真三维（体积）可视化及动画，矢量数据的可视化（风力或地下水径流），环境领域：土壤、地下水、地表水和空气等地质数据分析，分析性的场地评估与优化，采用合理的方法来确定适合停止的地下水监测井，钻孔布置优化，可与ArcGIS

实现无缝数据交互，结合遥感影像展示，可进行工程计算。可实现真三维模型动画展示。EVS 建立的模型真实反映地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律；可对模型进行任意形式的切割，以便多角度观察；对于尖灭、透镜体及溶洞有很好的处理能力。

主要模块或者功能有：高级网格模块、建模工具、输出选项、地质统计分析、动画分析、GIS功能、高级动画输出、实时地形漫游、高级地质结构建模、交互式分析、4DIM & VRML II 输出等。不支持直接对几何图形的人工编辑，需对不满足的地方进行数据修改，从而实现几何的变化。支持地层建模和岩性建模两种建模方法，其中岩性建模方法为EVS所独有，外插时会从外向内去趋近于平均层厚。软件默认上层层面优先于下层层面，可以导入或者绘制剖面线进行剖切（支持fence剖切，即折线剖），这样就保证了剖切的任意性，可以和常规剖面图进行对比。支持Python语言的二次开发。采用纯数据驱动的手段，个别模块支持交互修改，支持对体布尔运算。EVS相关情况见表4.1。

表4.1 EVS概况

4.2 数据流转格式

软件自带格式有：代表地质信息的pgf（pre geology file地质数据预处理格式，存储钻孔岩性），这种格式表示原始的3D钻孔编录。borehole（.geo）为经过解释的来自垂直钻孔的地层数据，当地质数据有多重来源比如地面调查、有限钻孔、地震数据时就使用Geology Multi-File （.gmf）格式。apdv（点数据，可存储多种数据），aidv（段数据）。

输入文件格式：ASCII码，CAD，航空影像，arcgis，栅格数据，有限元和有限差分模型

数据。输出文件格式：3D渲染位图图形，矢量动画，位图动画，矢量输出（shapefiles，cad，dxf，vrml），txt，shp，gmt，tab，tif，elf，gvg。

4.3 软件建模流程

4.3.1 与地质建模相关模块

（1）Krig_3D Geology模块。使用克里格在钻孔之间插值并创建连接的地质面。

（2）Spline_Geology模块。使用薄板样条技术在钻孔之间插值并创建连接的地质面。

（3）3D_Geology_Map模块。使用Krig_3D Geology模块从地质表面创建3D地质模型。

（4）Geologic_Surfaces模块。用来可视化Krig_3D Geology创建的表面。

（5）Explode_and_Scale模块。用来对形成的三维地层进行分离操作。

（6）Viewer，Output_Images模块。用来显示所创建的三维图形。

另外，Krig_3D Geology和Spline_Geology模块也提供化学克里格模块的输入接口，允许将化学富集图叠加于地质结构中。

4.3.2 建模流程

评估数据形式、内容与数据源。对数据进行格式处理，使其符合系统要求。利用系统模块，建立网络，处理数据，完成可视化。

1.数据库整理：运用钻孔数据，可利用Access建立地质钻孔数据库并通过数据提取等操作自动筛选出建模所需要的数据，在既保证效率的情况下，也保证结果的准确。

2.EVS建模：数据整理完毕后连接EVS的各类功能的模块形成逻辑网来完成建模。在构建出三维地质模型之后返回数据资料中，根据已收集的二维地层剖面图，进行模型剖面与已知剖面的拟合，找出软件在构建模型时与实际不符合的地方，根据实际情况进行参数的修改和适当的增减钻孔数据（虚拟钻孔）。

3.导入结构构件：三维地质模型创建完成后，可以导入设计部门做好的结构构件，从而更好的对模型进行展示，并判断设计方案在地层中的准确位置和周围的地质情况，为设计方案是否合理提供更直观更快捷的参考。

4.4 成果展示

EVS软件生成的深圳地铁12号线创业路站地质模型见图4.4，利用Shape Cut模块可以方便的对体进行剪切以实现方量的统计。

图4.4 创业路站地质模型

应用软件中的V olumetrics模块，可以方便的实现任意体相关数据的结果输出，相关情况见图4.5和图4.6。

图4.5 体数据输出图4.6 模块逻辑关系应用软件的Read CAD模块，可以

实现三维结构物的导入功能，方便查看

地质体与上部结构的空间位置关系。导

入情况见图4.7。

由图4.7内容可以清楚直观地了解

到地质体与地下管线之间的空间位置关

系，为以后的布管做参考。

图4.7 导入工程结构物

5 GoCAD

5.1 软件概况

5.1.1 基本情况

GoCAD地质建模软件是法国Nancy大学开发的主要应用于地质领域的三维可视化建模软件，是国际上公认的主流建模软件，在众多石油公司和服务公司得到了广泛的应用。GoCAD 软件具有强大的专业级三维建模、可视化、地质解译和分析功能。既可以进行表面建模，也可以进行实体建模；既可以设计空间几何对象，也可以表现空间属性分布。内置有建模平台、地质结构、模拟网络、结构分析、盆地模拟等多种类型的设计方案，能够让地质学家与工程队更好的分析各种地质的构造，对于研究地理环境或者道路施工非常有用。

软件是以工作流程为核心的新一代地质建模软件，达到了半智能化建模的世界最高水平，具有功能强，界面友好，易学易用的特点。软件能够针对油井规划、裂缝建模、水库建模、盆地分析等不同的地理环境进行设计，其建模速度也较快，能够利用不同的数据分析地质的走向趋势。网络上有相关论坛提供资料以及讨论平台，有相关售后服务群提供技术支持。与EVS 软件同样采用离散光滑插值技术，不同的是Gocad可实时交互操作。软件操作界面见图5.1。

图5.1 GoCAD软件操作界面

5.1.2 软件特点

1、构造建模和油藏属性建模都由相应的工作流程驱动，用户只要回答工作流程中的问题和提供相应的参数，就可顺利完成相应的建模工作，大大提高了建模工作的效率。

2、能够建立极为复杂的构造模型以及具有丰富的属性模型建模算法。

3、独特的油藏不确定性分析以及独特的软件开发工具。

4、极为灵活的硬件平台环境，可运行在Sun，SGI等UNIX平台，或PC-Linux和PC-Windows 环境。

5.1.3 主要模块

1、油藏建模，包括如下模块：Gocad Base Module－数据加载与管理，构造建模；Reservoir Modeling－生成三维油藏模型网格，油藏属性与相建模。

2、地震解释与地震属性分析，包括以下模块：Seismic Interpretation－地震解释与可视化，地震属性计算；Velocity Modeling－速度模型建立与时深转换。

3、地质解释，包括以下模块：Geologic Interpretation－单井解释，联井剖面，平面图等。

4、井位优化与钻井工程，包括：Drilling Planner－井位优化设计，井轨迹设计，防撞计算等。

5、油藏不确定性分析－分析建模成果的不确定性，更好的决策。

6、软件开发工具－Gocad的开发工具包。

5.2 数据格式

作为一款老牌的地质建模软件，其所支持的数据文件格式也较多，从传统的ASCII文件到多数地质建模软件都较难应用的剖面图均可在软件中得到充分的利用。此外，还支持C语言的二次开发。Gocad支持的数据转换格式见图5.2。

图5.2 数据转换格式

5.3 建模流程

构造建模流程大致总结为：断层—断层间关系—层面—层面间关系—约束—实体。具体地，构造建模流程分以下几步：

1、添加断层和层数据；

2、定义工区范围（感兴趣区域）；

3、断层面模型建立；

4、层面模型建立；

5、井分层约束断层面；

6、修改断层之间接触关系；

7、修改层面与断层之间的接触关系；

8、用井分层约束层面；

9、检查修改各层面之间的交叉关系；10、利用定义的地质层序建立中间层。

三维地质模型网格建立方法：面建立，已经存在的二维网格建立，或者对加载进来的网格进行编辑。共分为以下几步：

1、选择顶底面，分别设置顶、底面；

2、设置顶底面之间的连接；

3、设置平面网格方向；

4、设置纵向网格方向；

5、创建中间层单元（可选），构造建模做过可以跳过；

6、定义纵向上网格数；

7、定义平面上网格数；

8、创建三维地质模型网格。采用工作流驱动方式，软件几大模块功能见图5.3。

图5.3 功能模块概览

建模方法：构造模型建模，主要采用线面模型，重在模拟对象的形态及其相互间位置关系。三维储层栅格结构建模，是对构造建模的进一步应用。三维数据结构：边界表示结构，对模型精度，存储量和实时分析有重要影响。

地层属性具有遗传性，因此可实现利用离散平滑内插技术对属性进行内插操作。因为软件最初主要是应用于石油领域，所以有些模块是专门针对石油行业所做，有些地质勘探的概念也

地质体三维可视化表达的现状与趋势

地质体三维可视化表达的现状与趋势 地质体的三维建模与可视化融合基础的地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据，利用相关技术构建三维空间数据场，采用硬件技术实现立体化。它运用可视化技术揭示了地下世界，是地质学的前沿课题之一。以可视化技术为基础，地学问题为核心，通过地质专家的逻辑和形象思维，地质信息的三维动态的反馈来分析相关的地学问题。由于地质构造比较复杂，同时又缺乏时势性的实际问题，这也致使地质三维建模技术成为了国内外研究的热点。 1 地质体的三维可视化 1）可视化。可视化是一个心智处理过程，主要是促进对事物的观察力及建立概念等。 2）地质体三维可视化。是地学可视化的一个分支，它的主要内容是进行地下地质矿体的三维空间可视化实现。 3）地学可视化。地学可视化是关于地学数据的视觉表达与分析，是科学计算可视化与地球科学结合而形成的概念，是关于地学数据的视觉表达与分析。 2 现状

2.1 国内研究现状 随着数据可视化的发展，应用计算机技术，使得地质三维技术在国内取得了一定的研究成果。地质体的可视化在国内基本上都是以2D的形式出现的，很少有3D。目前，真正的地质体可视化还不很成熟。目前国内的三维地质系统有：地大的GeoView 以及东方泰坦有限公司的TitanT3m，南京大学与胜利油田合作研发的SLGRAPh以及中国油田大学的RDMS关于高校的发展有：成都理工大学黄润秋教授等人结合大型水利工程研制开发岩体结构三维建模，建立了一套岩体结构信息管理信息系统。还有曹代勇等人基于Ope nGL提出了相关方法并应用在了三维地质模型的可视化研究上。国内的地质三维可视化技术软件在功能的实现以及功能的完备性上差于国外的技术，比如空间分析和配色方案上仍然不能解决实际问题。 当前国内主要是对在三维可视化技术的实现过程上对一些具体的算法的研究。由于现在地质工作在不断的深化，实际中出现的问题越来越复杂化，国内研发地质信息系统已经无法满足目前的研究与需求，而国外三维建模的软件对我国地质研究的针对性不强，无法满足地质生产和研究。国内开发的软件在地质工程中的应用较少，对复杂的工程地质结构体的建模能力的缺失，具体算法的实现的缺乏，导致 在很多工作中无法解决复杂多变的实际问题 2.2 国外研究现状

GOCAD 软件三维地质建模方法

GOCAD 软件三维地质建模方法 1建模方法 GOCAD 三维地质建模主要包括两类：一类是构造模型（structural modeling）建模，一类是三维储层栅格结构（3D Reservoir Grid Construction）建模。 （1）构造模型（structural modeling）建模建立地质体构造模型具有非常重要的意义。通过建立构造模型能够模拟地层面、断层面的形态、位置和相互关系；结合反映地质体的各种属性模型的可视化图形，还能够用于辅助设计钻井轨迹。此外，构造模型还是地震勘探过程中地震反演的重要手段。 （2）三维储层栅格结构（3D Reservoir Grid Construction）建模根据建立的构造模型，在3D Reservoir Grid Construction 中可以建立其体模型；同时地质体含有多种反映岩层岩性、资源分布等特性的参数，如岩层的孔隙度、渗透率等，可对这些物性参数进行计算和综合分析，得到地质体的物性参数模型。 当采样值在地质体内密集、规则分布时，可以直接建立采样值到应用模型的映射关系，把对采样值的处理转化为对物性参数的处理，这样可以充分利用计算机的存储量大、计算速度快的特点。 当采样值呈散乱分布，并且数据量有限时，需要采用数学插值方法，拟合出连续的数据分布，充分利用由采样值所隐含的数据场的内部联系，精确的模拟模型中属性场的分布。 图1-1孔隙度参数模型分布图 2 建模流程 2.1数据分析 （1）钻孔、测井分布及数据分析 支持三维建模的数据主要为钻孔和测井。由于对区域范围和建立三维地质建模的精度要求不同，得对所得到的钻孔、测井的分布和根据其取得的数据进行分析和处理是的必要。根据钻孔、测井的分布范围和稠密程度可以大致确定地层的分布界限，对钻孔较少区域采取补充钻探或者采用其它方法进行处理。 （2）地质剖面

地质体三维建模方法与技术指南

内容简介 本书系统分析了目前国内外地质体三维模拟技术和应用软件开发的现状，由此提出了不同领域地质体 三维建模的数据需求、技术流程和主要建模软件的数据接口；详细阐述了Micmmine、surpac、Mapgis、3D-Grid等三维地质体模拟软件在矿山、地下水、城市地质等领域的应用实践和示范工作，以及提交的相 应三维模型成果；并对今后如何展开相关工作提出了建议。 本书可作为开展三维地质建模工作的指导用书，同时亦可作为地质及相关专业学生的专业参考书。 【节选】 (一)地下水三维地质建模所需数据类型 在地下水三维地质建模中，会涉及的地质现象主要有：地貌(或地形)、地层、褶 皱、断裂、透镜体及侵人体等，为刻画这些地质现象，就需要用到地表数字高程模型数据 (DEM)、遥感影像数据、地理信息数据、钻孔数据及剖面数据等。具体来说，为刻画三 维模型中的各种地质现象，需要的相关数据包括以下几种： 1．地表数字高程模型(DEM)数据 地表数学高程模型数据用于生成三维地质结构模型顶面(地表面)，此部分数据可以 从测绘主管部门获取或向国家测绘局基础地理信息中心购买，从基础地理信息中心购买的 数据属于标准数据，数据以ARCINFO数据格式存放。DEM数据比例尺有多种，其中，全 国的1：25万数据库在空间上包含816幅地形图数据，覆盖整个国土范围，国外部分沿国 界外延25公里采集数据。地貌统一在TERLK层中存放，包括等高线、等深线、冲沟等， DEM等高线的等高距，在全国范围内共分40 m、50 m、100 m三种，使用时可参照等分 布图确定。对于标准数据，可以根据需要进行数据格式转换、比例变换、投影变换等多种 处理。 另外，如果不能获取现成的DEM数据，也可以自己使用专门的地理信息系统软件用 地形图生产。即把纸质地形图数字化及几何纠正校准，然后进行高程信息的提取——对等 高线进行屏幕矢量跟踪并对等高线标赋高程值，同时编辑、检查、拼接以生成各种拓扑关 系，最后用软件进行内插值、裁剪生成DEM数据。 2．遥感影像数据

地质建模软件介绍

地质建模软件介绍 康文彬 摘要：随着信息技术手段的高速发展，传统工程地质学领域在地勘成果信息化设计方面渐渐形成了初步的理论与方法体系，并在此基础上对工程勘察全过程提出了一体化设计需求。实现工程三维地质信息建模与分析的目标，对工程全生命周期以三维地质模型作为支撑，将能够实现各方面的多种需求，而其最大的优势就是可以更为快速和准确、方便、直观的体现地质体的三维信息，还可以利用其剖切的功能实现二维图件的快速绘制。本文主要对地质建模理论和现有地质建模软件相关情况进行简要客观的介绍。 关键词：地质软件 1 三维地质建模的必要性 长久以来，对于地学信息的表示和处理都是基于二维的，通常将垂直方向的信息抽象成一个属性值，其实质就是将三维地质环境中的地质现象投影到某一平面（XY平面、XZ平面或YZ平面）上进行表达，称为2.5维或假三维，它描述空间地质构造的起伏变化直观性差，往往不能充分揭示其空间变化规律，难以使人们直接、完整、准确地理解和感受具体的地质情况，越来越不能满足工程设计和分析的需求，因此，真三维处理显得愈来愈迫切。与此同时，众多新型勘探手段的应用，诸如地震勘探、探地雷达、遥感，以及地球化学勘探等，致使各种地质资料急速膨胀，迫使地质工作者不得不采用新的手段来综合利用这些信息。因此，空间三维地质建模及可视化技术的研究是计算机在工程地质领域应用的一个必然趋势。 1994年加拿大学者Houlding最早提出了三维地学建模（3D Geosciences Modeling）的概念，即在三维环境下将地质解译、空间信息管理、空间分析和预测地质统计学、实体内容分析以及图形可视化等结合起来，并用于地质分析的技术。工程地质三维建模及可视化技术借助于计算机和科学计算可视化技术，直接从3D空间角度去理解和表达地质对象的几何形态、拓扑信息和物性信息，这对工程决策和灾害防治意义重大，已经成为岩土工程科学、工程地质学、数学地质学和计算机科学等多学科交叉领域研究的前沿和热点。 三维地质建模体系大致概括为地质数据处理、地质体建模和模型应用三个阶段。为充分了解现有三维地质建模软件的相关情况，选取满足当前工作使用需求的软件进行地质模型的创建，有必要对相关理论及各软件的相关情况进行简要介绍。

矿床三维地质模型构建

前言 三维地质建模技术是三维地理信息系统技术的一个重要分支。三维建模技术旨在利用对地质实体的三维建模实现地质实体三维可视化，使抽象的矿体数据转化为清晰的三维模型，从而更明显的揭示矿体的形态分布规律，方便研究工作的进行。同时，通过三维建模可以使得传统的二维平面上的工程设计清晰直观的展现在三维空间中，有利于矿床生产，也有利于环境评估。因此矿体三维建模技术在国外的矿山工作、学生教育、科研工作中有着极其广泛的使用。但是国内的矿山建设大部分依然停留在二维平面设计的基础上，很少利用三维可视化建模技术辅助生产研究工作，在国内同样也没有合适的国产三维建模软件适用于矿山实体建模。因此研究地质实体三维可视化技术与国内矿山科研生产相结合具有重大的理论和实践意义。 本文研究区域西起阿尔金断裂，东止于哇洪山—温泉断裂，北与柴达木盆地相交，南以昆南断裂为界与可可西里巴颜喀拉造山带相邻。东西长约1500km，南北宽100—210km，总面积约为17万km2。为了更直观的提现矿床的形态分布以及变化特征，帮助矿山研究，辅助矿山生产、设计工作。解决大规模矿山的生产难题，提高生产效率，本文将以夏日哈木铜镍矿床为例利用国外软件surpac，展现整个模型的建立过程，并利用软件功能进行矿体储量估算，为该矿床今后的工作提出建议。最后，归纳总结surpac在矿山建设中的方法，展现具体的操作过程，以及三维可视化矿山的成果。既作为夏日哈木铜镍矿工作的一部分，同时也以此为例说明surpac在矿山建设中的应用，同时找出研究中的问题，为surpac在国内的完善提出建议，促进国内三维可视化矿山的普及。 摘要 三维地质建模技术是三维地理信息系统技术的一个重要分支。三维建模技术旨在利用对地质实体的三维建模实现地质实体三维可视化，使抽象的矿体数据转化为清晰的三维模型，而更明显的揭示矿体的形态分布规律，方便研究工作的进行。同时，通过三维建模可以使得传统的二维平面上的工程设计清晰直观的展现在三维空间中，有利于矿床生产，也有利于环境评估。 在Surpac中，地质数据库的建立是基础，矿体及地质体的三维建模是核心，块体模型的建立和矿体储量的估算是推广和应用。本文对青海省夏日哈木铜镍矿床进行了三维可视化研究，并建立了

S-GeMs软件基本原理及三维地质建模应用

目录 第一章 S-Gems软件简介及建模工区概况 (2) 1.1 S-GeMs软件的基本概况 (2) 1.2 建模工区及地质背景简介 (2) 第二章数据的导入及基本分析 (3) 2.1 数据的格式及导入操作 (3) 2.2 数据分析及处理（正态变换） (4) 第三章各变量的变差函数分析 (8) 3.1 变差函数的基本原理 (8) 3.2 S-GeMs软件变差函数分析模块及基本操作简介 (8) 3.3 变差函数分析结果 (10) 第四章三维沉积相建模 (14) 4.1 三维沉积相确定性建模（指示克里金方法） (14) 4.2 三维沉积相随机建模（序贯指示模拟方法） (15) 第五章三维储层参数建模 (20) 5.1 协同克里金方法（cokriging）三维储层参数确定性建模 (20) 5.2 协同序贯高斯模拟方法（cosgsim）三维储层参数随机建模 (22) 第六章 S-GeMs软件建模的优越性与局限性 (26) 6.1 S-GeMs软件建模的优越性 (26) 6.2 S-GeMs软件建模的局限性（约束条件） (26) 参考文献 (27)

S-GeMs软件基本原理与三维地质建模应用 ——《地质与地球物理软件应用》课程报告第一章 S-Gems软件简介及建模工区概况 1.1 S-GeMs软件的基本概况 S-GeMS（Stanford Geostatistical Modeling Software）是Nicolas Remy在斯坦福大学油藏预测中心（SCRF：The Stanford Center for Reservoir Forecasting）开发的一套开源地质建模及地质统计学研究软件。2004年首次发布，其后进行了更新和升级。该软件包括传统的经典地质统计学算法和新近发展的多点地质统计学方法。由于操作简单、源代码公开，而且有二次开发的接口，因此日益成为继Gslib之后又一重要的地质统计学研究和应用软件。 1.2 建模工区及地质背景简介 已知建模工区的范围沿x、y、z方向为1000×1300×20米。三维网格数为100×130×10，网格大小为10×10×2米。主要沉积的砂体为发育在泛滥平原泥岩上的河道砂体，且河道砂体近东西向展布。另有部分河道发育决口扇砂体。工区第6网格层的沉积相切片如图1所示。 图1-1 建模工区中部沉积相分布图 本次实验共提供350口井的井数据，所有350井均为直井。垂向上每口井分为10个小层，每层厚度为2米，如图 2 所示。

三维地质自动建模与可视化

三维地质自动建模与可视化 北京国遥新天地信息技术有限公司遥感应用第一事业部柳蛟 （转载请注明出处和作者，侵权必究） 一、前言 1.1项目背景 数字城市建设方兴未艾。现在的数字城市建设正处于基础建设阶段，为完成该阶段的任务，必须采集包括地上、地表和地下等部分的三维数据，并实现其可视化。同时，各城市因其所处地质带的不同而不同程度地受到地震、地面沉降、滑坡、岩溶塌陷等地质灾害的影响。为此，一些城市正在进行有关地质灾害的预警和防治工作。其他很多领域，如城建工程、地下工程、水电工程、交通工程、环境工程、资源开发等都贯穿有地质问题。上述工作的开展和问题的解决迫切需要借助三维可视化技术对地质数据进行可视化，从而为相关工作提供帮助。因而，三维城市地质信息可视化受到很多学者和相关工作者的重视。 基于目前地下管网和地下建构筑物信息的基础，增加地质数据的收集整理，并进行直观的可视化三维建模分析，可更好的为地下工程建设，城市规划等问题提供决策信息支持，使地下空间信息管理单位对相关数据进行有效的管理。 基于现有地质数据采集、处理的成果，结合EV-Globe大型三维地理信息平台，从三维地质数据结构、三维地质钻孔数据展示、三维地质自动建模、三维城市地质信息可视化系统的功能设计等方面对三维城市地质信息可视化进行研究和应用。 1.2历史回顾 2002年开始，当时在海外工作的朱焕春博士和李浩博士试图将他们所应用的一些地质体三维可视化技术推广到国内，即便是在发达国家，当时这项技术也才刚刚开始应用。但是，因为这些国家已经具备了调研和开发过程的积累，以及技术市场商业化体制的优势，推广过程相对很快，到2005年，大部分已经全部采用三维可视化资料，包括地质体几何形态、测试资料、监测数据等全部打包在一个三维计算机图形和信息系统中，电子化和图形化为专业

地质体三维建模方法与技术指南

地质体三维建模方法与技术 指南 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

内容简介 本书系统分析了目前国内外地质体三维模拟技术和应用软件开发的现状，由此提出了不同领域地质体 三维建模的数据需求、技术流程和主要建模软件的数据接口；详细阐述了Micmmine、surpac、Mapgis、 3D-Grid等三维地质体模拟软件在矿山、地下水、城市地质等领域的应用实践和示范工作，以及提交的相 应三维模型成果；并对今后如何展开相关工作提出了建议。 本书可作为开展三维地质建模工作的指导用书，同时亦可作为地质及相关专业学生的专业参考书。 【节选】 (一)地下水三维地质建模所需数据类型 在地下水三维地质建模中，会涉及的地质现象主要有：地貌(或地形)、地层、褶 皱、断裂、透镜体及侵人体等，为刻画这些地质现象，就需要用到地表数字高程模型数据(DEM)、遥感影像数据、地理信息数据、钻孔数据及剖面数据等。具体来说，为刻画三 维模型中的各种地质现象，需要的相关数据包括以下几种： 1．地表数字高程模型(DEM)数据 地表数学高程模型数据用于生成三维地质结构模型顶面(地表面)，此部分数据可以 从测绘主管部门获取或向国家测绘局基础地理信息中心购买，从基础地理信息中心购买的 数据属于标准数据，数据以ARCINFO数据格式存放。DEM数据比例尺有多种，其中，全

国的1：25万数据库在空间上包含816幅地形图数据，覆盖整个国土范围，国外部分沿国界外延25公里采集数据。地貌统一在TERLK层中存放，包括等高线、等深线、冲沟等，DEM等高线的等高距，在全国范围内共分40 m、50 m、100 m三种，使用时可参照等分布图确定。对于标准数据，可以根据需要进行数据格式转换、比例变换、投影变换等多种处理。 另外，如果不能获取现成的DEM数据，也可以自己使用专门的地理信息系统软件用 地形图生产。即把纸质地形图数字化及几何纠正校准，然后进行高程信息的提取——对等高线进行屏幕矢量跟踪并对等高线标赋高程值，同时编辑、检查、拼接以生成各种拓扑关系，最后用软件进行内插值、裁剪生成DEM数据。 2．遥感影像数据 遥感影像是地球空问数据最直接、时效性最强的数据形式，模型的表面需要用影像数 据进行贴图，来表达真实的地表景观。由于影像数据的容量大，为了能够快速、高质量地进行显示，需要根据显示的范围、显示的比例选择分辨率最合适的影像进行纹理映射。一个模型可以有不同分辨率的多套卫星／航测影像数据，某些影像数据有可能只局限于某个局部。因此，在显示时，所有的影像数据都需要读入内存，以实现多分辨显示。这就需要在技术上做一些处理，比如图像格式的转换，根据显示分辨率和比例的不同，转换为不同分辨率的图像如BMP、TIFF、GIF等图像格式。 对遥感影像数据的处理主要包括对遥感影像的几何精纠正和不同分辨率影像数据的融合。一般使用遥感处理软件ERDAS和ENVI软件进行处理。遥感影像几何精纠正的目的

三维可视化建模技术在地质勘查中的应用

三维可视化建模技术在地质勘查中的应用 摘要：根据地质勘查的数据特点，利用三维可视化建模技术。实现了以真三维模型来恢复地表以下地质体的结构、形态特征以及空间展布，能对其进行旋转、漫游、切片分析、虚拟钻探等操作，动态地研究其内部细节，了解目标对象与周围地质环境之间的关系，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供了强有力的支持。 关键字：地质勘查三维可视化建模技术虚拟钻探 引言 在地质勘查工作中，地质工作者越来越迫切地希望建立一套完善的地质体三维可视化与分析系统，实现对地质体信息的三维可视化仿真，丰富地质勘查成果的表现形式，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供强有力的支持。随着计算机软件和硬件的飞速发展，针对地质体的三维建模与可视化，综合运用三维仿真、数学地质、计算机图形学、虚拟现实、科学计算可视化、计算机软件开发等成熟的理论方法与技术，实现复杂地质条件下的三维地质建模。 二．三维地质建模数据来源与特点分析 在三维地质建模中，用来反映地质体特征的数据来源多种多样，包括地质勘探数据、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据、工程地质数据等等。 由于地质原始数据的多源性、离散性和定性特征在很大程度上阻碍了三维地质建模研究的发展。因此，在三维地质建模工作中需要耦合多源信息，对场区地质构造进行分析、解译，将定性描述的数据定量化，尽量以数值型数据和图形数据来进行表达，将离散不确定的数据通过各种插值拟合的手段转化为连续确定的数据，为三维地质建模提供合适的数据源。 三．三维地质建模的难点与关键技术问题分析 通过对三维地质建模数据来源与特点的分析可知，建立一个客观准确的三维地质模型必须满足三个条件：足够多的原始地质采样数据、能够真实反映复杂地下空间关系的地质解译分析、合适的数据结构。就目前复杂地质体的三维建模主要面临的困难可归纳为以下3点： （1）原始地质数据获取艰难。地质体通常位于地表以下，人们无法直接全面地观察到地质体的各种特征，往往只能通过物探、化探等手段获得地质体的部分特征信息，并通过对这些信息的分析、解释、推断来获得地质体的基本信息。 （2）地下地质体及其空间关系极其复杂。地质条件和地质作用复杂多变，在其影响下，地层被切割成不连续的空间分布，岩体内复杂的岩性变化，以及地

城市地质三维建模流程

三维地质结构建模 二，数据分析 1.了解当地情况：根据甲方提供的数据，了解当地的地质情况。特别是当地有断层、 软弱层、夹层等复杂地质体时，要根据文字报告，地质图，剖面图等确定复杂地质 体的范围，大小，以及切割地层的上盘，下盘。 2.确认甲方要求，反馈数据的有效性：在了解了当地的地质情况以后，还要进一步确 定甲方的要求。一般甲方的要求包括：模型要尽量多的利用甲方提供的数据；做出 的模型做切面，切块，要与原数据保持一致；模型的轮廓要满足甲方的要求；特殊 地质体的位置，范围，大小等要满足甲方的要求；模型体内不能有空的部分。另外，不同的客户还会有一些不同的要求。 明确了甲方要求以后，要重新审核一下甲方提供的数据，有异议的地方要尽快给甲方反馈，沟通，以免耽误下一步的工作进程。 3.构想模型：在明确了甲方的要求，并且熟悉了提供的数据之后开始构想模型。主要 包括对地质情况的理解（特别是一些复杂地质体的理解）：一般从甲方提供的剖面 图中可以确定在特定区域内地质体的分层情况，同时参考地质图（剖面图）可以确 定一些复杂地质体的分布范围。建模的目的：一般城市地质结构建模分急促和地质 建模，工程地质建模和水文地质建模等等。在建模工作开始之前要确定甲方的目的。 总之，在完成了以上的工作就开始建模了，建模过程中要多思考，与甲方多沟通， 保证模型既精确又美观。 三，确定建模方法 按照方向（城市地质和矿山地质），以项目为例，简单分析几种建模方法，确定用哪种方法构建模型；包括其他平台 五，构建模型 1.基于约束剖面的钻孔建模 基于约束剖面的钻孔建模是根据钻孔和一些二维的约束剖面，来构建三维地质结构 模型的方法。其建模的操作和步骤可大致分为二维操作和三维操作两各部分。 （1）二维操作：二维操作的目的是为后面的三维操作做准备。通过二维系统将甲方提供的原数据转化为可以满足三维系统操作的点面数据。具体包括钻孔文 件（.drl文件）的生成；虚拟钻孔文件（.drl文件）的生成；剖面文件（.sec 文件）的生成；引导剖面（.sec文件）文件的生成；边界剖面（.sec文件） 的生成；剖面的修改和编辑。 a.钻孔文件的生成：理正数据（excel、access）格式的，可以通过二维系统操 作直接生成钻孔（.dll）文件。如果甲方提供的数据是mapgis或者CAD的 剖面图，可以根据剖面图的分层情况编写需要的钻孔文件。 b.虚拟钻孔文件的生成：在建模的过程中，有时我们需要添加一些虚拟的钻 孔来控制地层或者解决尖灭。虚拟钻孔的生成方法：先确定虚拟钻孔的坐 标和所在的剖面——在二维系统中打开剖面图——剖面图输入控制点坐标 完成坐标转换——在剖面图上添加虚拟钻孔——保存虚拟钻孔文件 c.剖面文件（.sec）的生成：一般甲方提供的剖面图多位mapgis或者CAD格 式的。将这些剖面图导入二维系统——剖面编辑——保存成二维剖面—— 编辑多边形，输入多边形属性（x-x-x格式）——给多边形的线赋属性—— 输入控制点坐标转换为三维坐标——另存为sec文件格式 d.引导剖面（.sec）的生成：为了解决地层的尖灭问题，有时需要添加一些引 导剖面。生成引导剖面的步骤：在合适的剖面上添加虚拟钻孔——将虚拟

三维地质建模

三维地质建模技术在定边油田中的应用 petrel软件 自上个世纪九十年代，建模软件诞生以来，建模软件得到了不断的发展。从刚开始的简单构造建模到现在的精细、复杂的建模，产生了很多建模软件。根据本设计要求，我选择斯伦贝谢公司的petrel 2009建模软件(如下图4-1)。 图4-1 petrel 软件模型建立界面 Petrel是一种三维可视化建模软件，在众多建模软件中它在国际上占主导有十分重要的地位。Petrel软件在地质建模方面得到了比较广泛的应用，如地震解释、构造建模、岩相建模、油藏属性建模和油藏数值模拟显示等，因而使从事地质工作者可以获得更多的信息，为石油工业做出更大的贡献。同时为了满足油藏和地质工作者定位要求，Petrel中也采用了一些先进技术：有效的构造建模技术、精确的三维网格化技术、沉积相模型建立技术和虚拟现实技术等。 Petrel软件能够给开发工作提供详细的信息来使开发成本最大化地降低。它不仅能使人们对油藏内部细节的认识得到提高，而且能够准确描述透视油藏属性的空间分布、计算储层地质储量、估算开发的风险、设计井位和钻眼轨迹，发现隐蔽性油藏和剩余油藏[26]。同样重要的是，Petrel使管理者不再局限于传统的方式来做开发决策，他们根据软件所提供的数字模拟及虚拟现实技术和专业人员一起通过现实资料与虚拟技术结合，认真研究目的层的储油物性和岩性，运用不同思路的模型建立和模拟结果，降低开发风险优化生产方式。Petrel软件能够为地

质模型的精细研究提供更快、更精确和更经济等优良的特性。 储层地质建模的步骤 储层三维建模过程一般包括以下环节：数据准备、构造模型、储层属性建模、图形显示，具体的储层建模的基本步骤（见图4-2）。基本数据一般有： (1)坐标数据：包括井位坐标、地震测网坐标等； (2)分层数据：包括各井的砂组、油组、小层、砂体的划分对比数据，地震资料解释的层面数据等； (3)断层数据：包括断层位置、断点、断距等； (4)储层数据：储层数据是储层建模中最重要的数据，其中包括井眼储层数据、地震储层数据和试井储层数据。 图4-2 储层建模流程图

gms软件在三维地质建模中的应用

前言 GMS（Groundwater Modeling System）是种综合性的图形界面软件，是一个各种软件于一体的，能够从钻孔到地层结构、从平面到空间、从单元到系统的综合性、系统性、全面性的软件。不仅具有地下水模拟、地下水溶质运移模拟的功能，其在实现地质结构可视化方面功能亦同样突出。经过10多年的发展，GMS软件的功能越来越完善，并在各个领域中取得广泛应用。本文重点介绍了GSM软件在工程地质方面的应用情况，与其他三维地质建模软件对比。对比显示GMS软件在当前广泛应用的三维建模软件软件中，如：GIS、FEFLOW、MOFDFLOW、FFMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SFFP2D，以其强大的功能明显优于其他三维地质建模软件。在本文最后的工程实例中对3D GMS软件在三维地质建模中的应用有更详尽的阐述。

1三维地质建模基本问题概述 1.1三维地质建模概述 三维地质建模技术在上世纪60年代被国外学者提出，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80年代末开始引入EsrthVision以来，也已经发展了快二十年。 近10年来，地学领域将其理解为地理Geography、地质Geology、地球物理Geophysics和大地测量Geodesy等地学相关学科的统称,因其英文名称之前缀均（Geo-)关于三维空间信息的研究与日俱增,形成了两大并行发展的支流:一是三维地理信息系统 (3D GIS),二是三维地学模拟系统(3D Geosciences Modeling System,3D GMS)。真3D地学模拟、地面与地下空间的统一表达、陆地海洋的统一建模、三维拓扑描述、三维空间分析、三维动态地学过程模拟等问题,已成为地学与信息科学的交叉技术前沿和攻关热点。 三维地质建模(3D Geological Modeling)又称为三维地学建模(3D Geoscience Modeling)、三维地质数字化建模等，一般对其过程进行了概括：三维地质建模是指在原始的地质勘探数据基础上，在地质工程师的专家知识和经验指导下经过一系列的解译、修改后，以适当的数据结构建立地质特征的数学模型，通过对实际地质实体对象的几何形态、拓扑信息(地质对象间的关系)和物性三个方面的计算机模拟，由这些对象的各种信息综合形成的一个复杂整体三维模型的过程[1]。 1.2三位地质建模的研究目的和意义 近十几年来，中国经济的高速发展，极大地带动了土木建设领域的发展，大型工程活动数量之多、规模之大、速度之快，举世瞩目，如南水北调、青藏铁路、三峡工程、西气东输、龙滩水电工程、小湾水电工程、锦屏水电工程等。这些巨大型工程所处地区大多地质构造复杂、地质信息众多，给工程场址选择、枢纽布置、地下工程设计与施工，以及灾害防治等方面带来了极大的困难，这些问题的解决必须建立在对有关地质信息全面分析和把握的基础之上。工程勘察部门提交的遥感数据、地形测量数据、现场踏勘资料、地球物理勘探资料、钻孔资料、探槽和探洞资料

三维地质建模技术的作用

三维地质建模技术在开发阶段 油藏描述中的地位与作用
吴键
中国石油勘探开发研究院
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三维地质建模的基本概念
? 三维地质建模（3D Geological Modeling）：就是运用计算机技术，在三维 环境下，将空间信息管理、地质解译、空间 分析和预测、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－Simon W.Houlding (加拿大) 1993 。 ? 三维地质建模技术就是综合地质学、地球物 理学、地质统计学、计算机技术对地质体进 行综合研究的一种技术方法。
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三维地质建模的基本概念
? 根据油田勘探和开发的不同阶段、资料的丰 富程度以及研究的任务的不同把储层地质模 型分为概念模型、静态模型和预测模型－裘 怿楠 ? 地质模型大致包括构造模型、相（沉积相、 岩相等）模型、储层物性参数模型、流体参 数模型等多种模型。 ? 三维地质建模以井资料为基础，通过地质统 计学方法进行井间参数的预测和插值。
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三维地质建模技术的发展简况
? 地质统计学是三维地质建模的主要基础，是法国巴黎国立高等 矿业学院马特隆教授(G．Matheron)于1962年创立的。他将传统统 计学理论与区域化变量的概念相结合，发展出一套以变差函数 为工具研究矿产特征区域分布的数学技术。 ? 目前在地质统计学上，多点地质统计是最新的研究领域。 ? 自上世纪80年代后期随着计算机技术的飞速发展逐步开发出应 用于三维地质建模的计算机软件。美国DGI公司开发的 EarthVision软件是较早的大型建模软件，目前已经有多种大 型建模软件被广泛的应用于三维地质建模工作，其中比较某种 的有RMS、GoCad、Petrel等。 ? 目前应用最为广泛，发展前景也最为良好的是Schlumberger公 司的Petrel。
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三维地质建模软件

三维地质建模软件 真三维的体数据建模、分析以及可视化工具--CTECH C Tech软件是可以在PC上运行适用于地球科学领域的高级可视化分析工具，它可以满足地质学家、地质化学家、环境学家、探矿工程师、海洋学家以及考古学家等多方面的需求。C Tech提供真三维的体数据建模、分析以及可视化工具用以揭开数据的秘密。随着产品的不断丰富，我们的技术可以适用于各个可视化方面的应用。我们功能强大的工具可以大大降低您的工程成本，提高工作效率。另外C Tech能够和ARCGIS/VIEW进行无缝拼接，地表模型能够加载高精度的遥感影象和CAD模型！，现在的软件已经成系列了，其中包括EVS for Arcview , MAS, EVS,EVS-PRO,MVS EVS for ArcView 是C Tech最早推出的产品，它可以将三维应用和分析与ESRI's ArcView? GIS 、ArcGIS? 进行无缝集成，成为该领域中突破性的进步。主要特征：★ 钻井数据和采样点数据的置入处理分析；★ 绘制体数据和等值线数据；★ 利用专家系统对参数进行评价,使2D和3D的kriging算法达到最优的变量图；★ 具备通过对浓度、矿物质、污染等属性进行颜色显示来激发地质土层的三维可视能力。综合了对于土壤、地下水污染和含有金属岩石的体积或土石方计算的能力。 EVS Standard 是C Tech 的主线产品，是一套完整的可视化分析系统。EVS-Standard 包含EVS for ArcView所有功能，同时，还增加建模工具、针对地质学家和环境学家工作的模块。增加特征：★ 有限差和有限元素栅格模型的产生；★ 3D 栅栏图的生成；★ 多种分析物同时进行分析的能力；

三维地质建模技术及在工程中的应用

三维地质建模技术及在工程中的应用 三维地质模型是计算机在工程地质应用中的一个前沿课题，它是将工程地质的分析由平面延伸到立体，由二维发展到三维空间的一个飞跃。三维地质建模软件开发的基础思路是：充分利用工程地质勘察的基本资料，构建所研究地质对象（如：地层、断裂、滑坡）的空间形态和相互关系的实体模型，并利用三维可视化技术和虚拟现实技术将实体模型显示在三维场景中，从而实现地质对象的三维显示，为分析问题提供直观的技术手段。 三维地质模型包括地表地形和地下地层、软弱夹层、断层及裂隙等地质面。它们的空间形态，由于数据源类型和数据精度各不相同，不能用单一的数学模型表达，需根据实际情况区别对待，为此建模软件提供了多种方法，满足建模的需要。软件开发的平台为美国RSI 公司可视化开发语言IDL。IDL立足于交互式分析，实现目标的操作可视化。它以面向对象的编程方法，提供强大的三维可视支持，以及与多种商业数据库联接的公用接口ODBC接口。在IDL上开发三维地质建模软件可以避免大量的底层开发，将编程的重点放在地质对象的构建，不失为一种好的选择。我们正是基于这样的思路开发三维地质可视化软件（3D-GVS），该软件具有建立模型、三维动态显示、对象属性编辑及切剖面等功能。软件已在多个工程中应用，先后建立了水电站坝址、工程地段的三维地质模型，给工程地质分析和CAD成图带来极大的方便，提高了工作效率和水平。 三维地质建模软件的主要功能 １软件界面 软件主菜单包括文件、数据管理、对象编辑、建模方法、对象显示控制、模型处理、特技显示、切剖面及系统设置等，窗口栏左右分为三维窗口和二维窗口，分别用于三维模型和二维剖面图的显示。 ２文件操作 文件菜单中包括用于模型操作的打开、添加、保存模型菜单；将模型存为ＶＲＭＬ格式文件，将当前模型视图保存为图像文件，将切割的剖面图输出为ＤＸＦ格式文件。 ３数据管理 数据管理菜单提供了联接数据库、读取数据、编辑数据，输入建模边界等功能。 ４建模方法 在选择建模方法前需读入钻孔数据和平面图、剖面图和编录图数据，经转化为同一坐标系相同地层的数据后再选择建模方法建模。 ５三维模型的动态显示 三维地质模型是由多种对象构成的，为了方便对象显示、编辑的操作按照地质内容将相关对象分层管理，构成明确的父子关系，每一图层可包括多个对象，但一个对象只能属于一个图层。 ６自动切剖面 在三维地质模型上任意切地质剖面图是建立模型的重要目的之一，它与常规绘制地质剖面图相比不仅速度快，而且不需要校核剖面交点处地层的位置是否一致，大大提高了工作效率。自动切剖面功能提供了４种方式给出剖面参数：①给出水平面高程，生成平切面地质图； ②给出剖面两端坐标生成垂直剖面图；③给出剖面起点、剖面方向和剖面长度生成垂直剖面图；④给出折线剖面端点和拐点坐标生成垂直剖面图。切割后的剖面位置显示在三维视图区，剖面图立即显示在软件的二维视图区。如作为成果提交，可用文件菜单中的输出ＤＸＦ文件，经简单的编辑后作为正式图件提交给用户。

三维地质建模的作用

三维地质建模的作用是什么？ 严格的讲，地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80 年代末开始引入EsrthVision 以来，也已经发展了快二十年。但回顾一下地质建模在油田开发中的作用，我们不难发现，目前的三维地质建模主要有两个作用：一个是为数值模拟提供基础模型，第二是用于油藏的整体评价，例如油藏勘探开发的风险评价。但三维地质建模一直没能深入到油田的生产中。就像许多搞生产的人评价的：好看，但不中用。 在另一方面，油田开发地质研究工作中，目前还没有十分有效、先进的技术。油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。十分需要新的技术的补充与提高。在整个开发阶段地质研究工作中，唯一可以称为新技术的就是三维地质建模。因此三维地质建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。实际上，三维地质建模应该，也完全可以成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。 自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来，地质统计学就成了地质建模的核心。但是几十年的实际应用也表明，单纯依靠地质统计学是不能把三维地质建模更深入的引入到油田的开发生产中的。 如何更多的发挥三维地质建模技术的作用，真正使其成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术是每一个从事三维地质建模工作的人必须经常琢磨的问题。 三维地质模型中的不确定性：由于地质体的复杂性，三维地质模型中的不确定性是固有的，不可回避的。面对不确定性，擅长地质统计学的专家更喜欢从统计的角度对不确定性进行分析和评价。这在油藏整体评价阶段是正确的，但当我们把三维地质模型直接应用于生产的时候，又是远远不够的。例如从统计学的角度，可以利用随机模拟技术得到多个实现，通过多个实现的分析，对不确定性进行分析和评价。但对于生产来说，我们有可能根据多个实现钻探多套开发井网吗？生产需要的是一个确定的模型。因为生产方案只能有一个，生产措施方案只能有一套，钻探井位也只能有一套。我们也可以计算出一个最大概率的模型做为最终的结果。但这个最大概率模型就真的更接近于地质体的实际状况吗？有生产经验的人都可以很容易的给与否定的回答。因此要想让地质模型能够被直接从事油藏开发生产的技术人员所接受，更合理的出路是想办法（通过更为充分的基础地质研究和基础数据的应用）尽量降低模型的不确定性。从而为生产方案提供一个更为合理可靠的（而不是多个等概率的）参考依据。要想做到这一点，出路显然不在于更为合理的计算方法和计算参数上，而是更为充分合理的应用地质、物探基础数据。 三维地质建模与基础地质研究的结合 若要将三维地质建模技术直接应用到油藏开发生产，必须也能够与油藏地质研究相结合。

三维地质建模的几点认识

严格的讲，地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80年代末开始引入EsrthVision以来，也已经发展了快二十年。但回顾一下地质建模在油田开发中的作用，我们不难发现，目前的三维地质建模主要有两个作用：一个是为数值模拟提供基础模型，第二是用于油藏的整体评价，例如油藏勘探开发的风险评价。但三维地质建模一直没能深入到油田的生产中。就像许多搞生产的人评价的：好看，但不中用。 在另一方面，油田开发地质研究工作中，目前还没有十分有效、先进的技术。油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。十分需要新的技术的补充与提高。在整个开发阶段地质研究工作中，唯一可以称为新技术的就是三维地质建模。因此三维地质建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。实际上，三维地质建模应该，也完全可以成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。 自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来，地质统计学就成了地质建模的核心。但是几十年的实际应用也表明，单纯依靠地质统计学是不能把三维地质建模更深入的引入到油田的开发生产中的。 如何更多的发挥三维地质建模技术的作用，真正使其成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术是每一个从事三维地质建模工作的人必须经常琢磨的问题。 三维地质模型中的不确定性： 由于地质体的复杂性，三维地质模型中的不确定性是固有的，不可回避的。面对不确定性，擅长地质统计学的专家更喜欢从统计的角度对不确定性进行分析和评价。这在油藏整体评价阶段是正确的，但当我们把三维地质模型直接应用于生产的时候，又是远远不够的。例如从统计学的角度，可以利用随机模拟技术得到多个实现，通过多个实现的分析，对不确定性进行分析和评价。但对于生产来说，我们有可能根据多个实现钻探多套开发井网吗？生产需要的是一个确定的模型。因为生产方案只能有一个，生产措施方案只能有一套，钻探井位也只能有一套。我们也可以计算出一个最大概率的模型做为最终的结果。但这个最大概率模型就真的更接近于地质体的实际状况吗？有生产经验的人都可以很容易的给与否定的回答。因此要想让地质模型能够被直接从事油藏开发生产的技术人员所接受，更合理的出路是想办法（通过更为充分的基础地质研究和基础数据的应用）尽量降低模型的不确定性。从而为生产方案提供一个更为合理可靠的（而不是多个等概率的）参考依据。 要想做到这一点，出路显然不在于更为合理的计算方法和计算参数上，而是更为充分合理的应用地质、物探基础数据。 三维地质建模与基础地质研究的结合 若要将三维地质建模技术直接应用到油藏开发生产，必须也能够与油藏地质研究相结合。

三维地质建模和储量估算

三维地质建模软件与储量估算 三维地质建模服务于勘查地质、矿山地质、工程地质和水文地质专业。主要通过建立地质数据库、利用三角网建模技术，创建矿区地层模型、矿体模型、构造模型或其他类型模型。按照国际矿业领域通用块体模型概念，运用地质统计学估值方法，完成品位模型的创建。通过数据库和三维模型叠加显示，可对矿体空间展布、储量计算、动态储量报告、品位和不同属性的分布特点进行综合运用，为找矿和生产服务。 地质工作应用中突出的特点是不仅可以通过数据库和三维模型对矿床进行空间分析和品位计算，而且对于所有的地质信息（如地质界线，工程位置和分析数据）的提取，不再是手工绘制来实现制图和计算，这将是地质工作的一项变革。 三维地质建模的软件有很多，国外的有Surpac,Micromine,国内的有超维创想、3DMine、恩地等，但每个软件产品除了功能特点以外在具体应用领域或目标方向上有所差异，以储量估算为目标的3DMine更适合国内地勘和矿山的环境，技术服务比起国外软件也更完善。下面具体介绍一下三维地质建模软件的具体应用和资源储量估算的各种方法。 1）地质数据库 通过Excel将工程（探槽、坑道或坑道）编录的数据、物化探数据或水文数据和煤质数据按照规则的表格录入，并通过简单的步骤创建和存储在数据库（如Access）中。3DMine软件核心可以将数据库与中心图形系统紧密相联，通过菜单选择或者鼠标右键功能可以迅速的浏览钻孔的图形，可以通过不同属性的颜色设置显示单个或多个工程的地质岩性、品位、轨迹和深度等数据信息。在屏幕上可以选择容差范围内的数据按照标高生成平面或沿勘探线形成剖面。轻松辅助用户进行数据查询、矿岩界线（夹石）圈定和剖面品位计算。操作简单直观、错误信息即时呈现报告。