陳小芳　馬國(guó)璽　王敏　戚洪飛

摘要： 為解決人機(jī)交互建模只是定性考慮地層缺失的影響，且存在成本高、周期長(zhǎng)、模型無法更新、大面積快速構(gòu)建模型時(shí)精度要求高、以及自動(dòng)建模未考慮地層缺失的影響從而導(dǎo)致模型精度低的問題。針對(duì)以上問題，在當(dāng)前自動(dòng)建模技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用離散化的薄板樣條函數(shù)法插值，精確合理生成地層厚度DEM確定地層邊界，定量分析地層形態(tài)，構(gòu)建多要素復(fù)雜三維地質(zhì)體模型。以廣州1 500 km2邊界范圍為例進(jìn)行實(shí)效性驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)際鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)比，三維地質(zhì)體模型合理、準(zhǔn)確，極大地提高了大面積建模效率，大幅減少了建模時(shí)間和成本，且利于模型的快速更新。

關(guān)鍵詞： 定量分析; 地層厚度DEM; 地層邊界; 自動(dòng)建模; 三維地質(zhì)體模型

中圖分類號(hào)： P642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： 1000－0844（2023）04-0946-08

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220324002

Construction of a 3D geological model based on the accurate division of stratigraphic boundaries

CHEN Xiaofang MA Guoxi2， WANG Min2， QI Hongfei2

Abstract：? Numerous problems are encountered in human-computer interaction modeling. This modeling only qualitatively considers the impact of stratum loss and demonstrates its high cost and long cycle. Moreover， human－computer interaction modeling fails to update the model and quickly build high－precision models in a large area. Automatic modeling disregards the influence of stratum loss. Therefore， the interpolation is still conducted in the area with no target layer， which expands the distribution range of the target layer and causes low model accuracy. First， the discrete thin plate spline function method was used in this paper for interpolation based on the current automatic modeling technology. Then， the stratum thickness DEM was accurately and reasonably generated to determine the formation boundary and analyze the stratum form quantitatively. Finally， a complex 3D geological model for the main urban area of Guangzhou City （1 500 km2） was automatically constructed. The actual drilling proves the reasonability and accuracy of the model. The proposed modeling method can markedly improve the efficiency of large－area modeling and reduce the modeling time and cost， which is conducive to the rapid update of the model.

Keywords： quantitative analysis; stratigraphic thickness DEM; stratigraphic boundary; automatic modeling; 3D geological model

0 引言

我國(guó)是世界上地震活動(dòng)強(qiáng)烈和地震災(zāi)害較多的國(guó)家之一。一旦發(fā)生地震，往往會(huì)帶來十分嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。人們對(duì)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的正確評(píng)估和科學(xué)管理成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)減災(zāi)的最佳途徑［1］。隨著城市快速發(fā)展和建設(shè)用地日益緊缺，城市地上空間趨于飽和，土地開發(fā)利用逐漸由平面走向立體，地上地下空間綜合規(guī)劃、一體化設(shè)計(jì)與統(tǒng)籌開發(fā)已成為城市地下空間發(fā)展的重要戰(zhàn)略［2－7］。如何評(píng)估地震工程場(chǎng)地存在的風(fēng)險(xiǎn)，利用好地下空間，搞清地下結(jié)構(gòu)非常重要［8－9］。三維地質(zhì)體模型構(gòu)建是搞清地下結(jié)構(gòu)，評(píng)估工程場(chǎng)地的地震地質(zhì)條件，為工程建設(shè)提供有效參數(shù)，已成為增強(qiáng)建（構(gòu)）筑物抗震性能，減輕地震災(zāi)害的有效方法之一。

建模過程中準(zhǔn)確地劃分地層邊界是影響模型質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。三維地質(zhì)體模型自動(dòng)構(gòu)建需要基于插值算法，定量分析地層形態(tài)［10］。而地層缺失現(xiàn)象是一種定性的信息［11－12］，無法直接參與建模。目前自動(dòng)建模時(shí)，通常簡(jiǎn)單地把缺失地層的厚度視為0后再插值，則建模時(shí)明顯擴(kuò)大了該地層的分布范圍;或地層分界選在有無該層的鉆孔中間，即遵循最樸素的“二分之一尖滅”規(guī)則［13－15］（圖1），“三分之一尖滅”或“三分之二尖滅”規(guī)則，完全沒有考慮地層厚度對(duì)尖滅位置的影響，可導(dǎo)致靠近尖滅處的地層起伏異常（圖2，圖3中橘黃色）。目前的自動(dòng)建模方法無法考慮地質(zhì)圖對(duì)地層尖滅位置的影響，致使模型精度降低。而地質(zhì)圖數(shù)據(jù)直接指示了出露地表地層的尖滅位置，即地層的邊界，也是地層厚度為0的位置［16－18］。出露地表的地層界線通是經(jīng)過野外實(shí)際調(diào)查得出的較為客觀的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性一般高于鉆孔推測(cè)出來的地層邊界線位置，所以在生成地層邊界線時(shí)，應(yīng)該加入地質(zhì)圖作為約束條件。目前常用的人機(jī)交互建模技術(shù)，通常把地層分界選在有無該層的鉆孔中間［19］，同樣沒有考慮地層厚度對(duì)尖滅位置的影響，也會(huì)導(dǎo)致靠近尖滅處的地層起伏異常。雖然，熟練的專業(yè)人員使用交互建模技術(shù)建模時(shí)，會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)考慮地層厚度、地質(zhì)圖對(duì)地層形態(tài)的影響確定地層尖滅位置，構(gòu)建出精度較高的地質(zhì)體模型，但人機(jī)交互建模是依賴人工操作進(jìn)行，主觀性很強(qiáng)，建模質(zhì)量高度依賴個(gè)人能力，無法給出一個(gè)穩(wěn)定的預(yù)期建模成果，且構(gòu)建高質(zhì)量模型需要較多的專業(yè)人員團(tuán)隊(duì)協(xié)作，建模過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，建設(shè)成本很高，效率遠(yuǎn)低于自動(dòng)建模，現(xiàn)實(shí)條件大多無法滿足高質(zhì)量建模的需要。當(dāng)建模面積大，鉆孔數(shù)量多，且分布不均勻時(shí)，其弊病更加顯現(xiàn)，此外，該方法構(gòu)建的模型無法進(jìn)行更新。如何快速低成本構(gòu)建高質(zhì)量三維地質(zhì)體模型，是目前迫切需要解決的問題。本文提出了一種三維地質(zhì)體模型自動(dòng)構(gòu)建方法，運(yùn)用地層厚度及地形數(shù)據(jù)，基于“二分之一尖滅”規(guī)則，采用離散化的薄板樣條函數(shù)法插值，構(gòu)建地層厚度DEM，其中厚度為0的位置即為地層邊界。將此邊界用于約束構(gòu)建層狀三維地質(zhì)體模型時(shí)的范圍，可以更好地確定地層尖滅位置。將其與目前的自動(dòng)建模技術(shù)相融合，用于模型構(gòu)建中對(duì)大層的約束，便形成了完善的多要素復(fù)雜地質(zhì)體模型構(gòu)建功能模塊。本方法基于地層厚度的定量的精確合理生成地層厚度DEM，更好地確定地層尖滅位置，解決了目前多要素復(fù)雜地質(zhì)體自動(dòng)建模中影響模型質(zhì)量的關(guān)鍵因素，使構(gòu)建的三維地質(zhì)體模型更加精準(zhǔn)，可極大地降低項(xiàng)目的建設(shè)成本，縮短建設(shè)周期，提高模型準(zhǔn)確度，且利于成果的快速更新。

1 技術(shù)要點(diǎn)

劃分地層邊界，模擬地層尖滅位置時(shí)，通常用不同的系數(shù)表示不同的尖滅規(guī)則。如系數(shù)取“-1”，對(duì)應(yīng) “二分之一尖滅”規(guī)則;系數(shù)取“-2”，對(duì)應(yīng)“三分之一尖滅”規(guī)則;系數(shù)取“-0.5”，對(duì)應(yīng)“三分之二尖滅”規(guī)則等。理論上此系數(shù)的值域是（-∞，0）［13－15］。本方法采用最常用的“二分之一尖滅”規(guī)則劃分地層邊界。

如以生成X地層邊界范圍為例，當(dāng)X層出露地表時(shí)，地質(zhì)圖中X層的邊界線實(shí)際是該層在地表尖滅的位置，也就是X層厚度為0的位置，所以可將地質(zhì)圖的約束統(tǒng)一在厚度信息的解決方案之下。有X層的鉆孔，地層厚度為正;沒有X層的鉆孔，則無該層厚度信息。為了統(tǒng)一用厚度信息來表達(dá)地層的有無，沒有X層的鉆孔，地層厚度取負(fù)值表示。因此，問題的關(guān)鍵在于如何給沒有X層的鉆孔取負(fù)值厚度。

X層取負(fù)值厚度有兩種基本方法。方法一，將所有含X層的鉆孔點(diǎn)位信息及其對(duì)應(yīng)的X層厚度作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，并將其作為離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，生成整個(gè)建模區(qū)的X層厚度DEM，未含X層的鉆孔點(diǎn)從該厚度DEM上取值，以取值的絕對(duì)值乘以“-1”表示。方法二，計(jì)算所有含X層鉆孔中X層的厚度平均值，此平均值取負(fù)直接表示所有未含X層鉆孔的X層厚度。方法一側(cè)重于表達(dá)局部鉆孔信息對(duì)無X層厚度取值的影響，方法二側(cè)重于表達(dá)整個(gè)建模區(qū)內(nèi)鉆孔信息對(duì)無X層厚度取值的影響。兩種方式各有利弊，優(yōu)選方法是取兩種方法的負(fù)值厚度的算術(shù)平均數(shù)，從而平衡局部信息和全局信息對(duì)負(fù)值厚度取值的影響。

這里的地層厚度DEM插值采用了一種離散化的薄板樣條函數(shù)法，該方法采用迭代有限差分插值技術(shù)，經(jīng)過優(yōu)化，既具有局部插值方法（例如，反距離權(quán)重IDW插值）的快速計(jì)算效率，又不會(huì)犧牲全局插值方法（例如：克里金法和樣條函數(shù)法）的表面連續(xù)性［20－21］。

采用“二分之一尖滅”規(guī)則，假設(shè)當(dāng)建模范圍內(nèi)只有兩個(gè)鉆孔，第一個(gè)鉆孔X層厚度為3 m，第二個(gè)鉆孔X層缺失時(shí)，傳統(tǒng)方法地層尖滅的位置取兩個(gè)鉆孔的中間，即最樸素的“二分之一尖滅”規(guī)則。而本方法計(jì)算尖滅位置時(shí)，首先給第二個(gè)孔取一個(gè)“負(fù)值厚度”，即“-3 m”，然后用厚度插值方式模擬出尖滅的位置，這時(shí)尖滅的位置也是兩孔的中間（圖1）。但當(dāng)有多個(gè)鉆孔，各個(gè)鉆孔的厚度不均勻，如圖2所示，傳統(tǒng)方法不考慮地層厚度，左右兩孔的厚度差別很明顯，但尖滅距離是一樣的，都是二分之一孔距，不符合最簡(jiǎn)單的“地層厚度越大，尖滅位置距離該孔越遠(yuǎn)”的地質(zhì)規(guī)律。這會(huì)導(dǎo)致地層起伏異常，左側(cè)地層的坡度很大，而右側(cè)地層的坡度很小，模型的合理性、美觀度都有明顯的問題。圖3示出了考慮地層厚度（藍(lán)色）與不考慮地層厚度（橘黃色）的“二分之一尖滅”規(guī)則插值效果對(duì)比。可以看出，本方法考慮了地層厚度，對(duì)厚度插值模擬出尖滅的位置，地層起伏的一致性、均勻性有了明顯地改善，完全符合“地層厚度越大，尖滅位置距離該孔越遠(yuǎn)”的地質(zhì)規(guī)律，地層邊界和地層厚度變化趨勢(shì)都更加合理。并且，無X層孔“厚度”系數(shù)取“-1”時(shí)，建模區(qū)整體上保證了地層覆蓋范圍占整個(gè)建模范圍的一半，符合“二分之一尖滅”規(guī)則。

二者的區(qū)別在于：不考慮厚度的“二分之一尖滅”是定性的劃分，即只基于X層的有無這個(gè)定性的信息劃分地層邊界，而本方法基于厚度劃分地層邊界，不僅考慮了地層的有無，也充分利用了地層厚度信息，是基于地層厚度的定量的精確合理生成厚度DEM而構(gòu)建三維地質(zhì)體模型。顯然，本方法構(gòu)建的地質(zhì)體模型精度要高。

2 具體實(shí)施步驟

按照地層新老順序從1到n，共n個(gè)地層，其中1號(hào)地層最新，n號(hào)最老，任意一個(gè)地層用X表示，即1、2、3…X…n。具體步驟如下：

第1步：基于系統(tǒng)，選取建模區(qū)內(nèi)所有鉆孔，讀取鉆孔信息，包括點(diǎn)位信息（為鉆孔的空間信息），分層信息：地層年代、巖性、埋深等。

第2步：根據(jù)鉆孔分層信息，把所有鉆孔分為：有X層孔、無X層孔、未知孔三類;有X層孔表示此鉆孔的分層信息表中有X層;無X層孔表示鉆孔分層信息表中沒有X層，且當(dāng)前鉆孔最深處的地層已經(jīng)比X層的年代更老，所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地層順序，在沒有特殊構(gòu)造活動(dòng)的情況下，新地層永遠(yuǎn)在老地層的上方，確定此鉆孔沒有X層;未知孔表示此孔當(dāng)前孔深內(nèi)沒有X層，且當(dāng)前鉆孔最深處的地層比X層的地層年代更新，若繼續(xù)鉆探可能會(huì)出現(xiàn)X層，也可能不會(huì)，所以無法確定此孔是否有X層，因此，稱為“未知孔”。后續(xù)步驟中，未知孔不參與任何計(jì)算。

第3步：根據(jù)地層頂?shù)装迓裆?，?jì)算各鉆孔X層厚度，記為厚度TX+，并計(jì)算其平均厚度，記為“T1”;

第4步：將有X層孔的點(diǎn)位信息和其對(duì)應(yīng)的X層厚度TX+作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將其作為離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，構(gòu)建厚度DEM，記為DEM_TX+

第5步：無X層孔的點(diǎn)從DEM_TX+上取對(duì)應(yīng)的厚度值的絕對(duì)值，記為TX2;取T1和TX2的平均值，再乘以負(fù)系數(shù)n，得到最終無X層孔的X層負(fù)值厚度，記為TX-;所有無X層孔都通過本步驟，計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的TX-。

其中，T1和TX2均為正數(shù)。負(fù)系數(shù)n的值域?yàn)椋?∞，0）。按照二分之一尖滅的原則，這里的n取負(fù)系數(shù)，默認(rèn)為“-1”，從而得到最終的無X層孔的X層負(fù)值厚度。

TX2側(cè)重于表達(dá)局部鉆孔信息對(duì)無X層厚度取值的影響，T1側(cè)重于表達(dá)整個(gè)建模區(qū)內(nèi)鉆孔信息對(duì)無X層厚度取值的影響，兩種方式各有利弊。本方法對(duì)兩種方法的負(fù)值厚度再取算術(shù)平均數(shù)，從而平衡局部信息和全局信息對(duì)負(fù)值厚度取值的影響。

第6步：將各孔TX-、TX+和其所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位信息作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將它們與地質(zhì)圖邊界線（賦值厚度為0）作為離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，構(gòu)建厚度DEM，記為DEM_T0，其中，厚度DEM_T0為0的位置即為地層邊界，大于0的部分為有X層的區(qū)域。

第7步：將各孔X層上層層底埋深及其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位信息作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將其作為離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，構(gòu)建上層層底高程DEM，即X層層頂高程DEM，用其減去厚度DEM_T0中大于0的部分，得到X層層底高程DEM。

第8步：將X層層頂、底高程DEM分別轉(zhuǎn)為X層頂、底面。

第9步：對(duì)X層頂、底面與整個(gè)模型的邊界側(cè)面進(jìn)行自動(dòng)構(gòu)體，得到X層三維模型。

第10步：其它地層都通過上述步驟構(gòu)建三維模型，從而完成全區(qū)域三維地質(zhì)體模型構(gòu)建。

將上述步驟編程集成，并與目前的自動(dòng)建模功能模塊相融合（圖4），即構(gòu)成系統(tǒng)中 “自動(dòng)構(gòu)建地層面”功能模塊（圖5）。建模時(shí)選定區(qū)域內(nèi)的鉆孔，點(diǎn)擊“自動(dòng)構(gòu)建地層面”菜單，即可構(gòu)建三維地質(zhì)體模型。

上述步驟中插值方法均采用薄板樣條函數(shù)法。該插值方法采用迭代有限差分插值技術(shù)，經(jīng)過優(yōu)化，既具有局部插值方法的快速計(jì)算效率，又不會(huì)犧牲全局插值方法的表面連續(xù)性。

3 應(yīng)用示例

應(yīng)用上述方法，在廣州市主城區(qū)構(gòu)建三維地質(zhì)體模型，建設(shè)面積1 500 km2，區(qū)內(nèi)分布有22 540個(gè)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的鉆孔，大部分區(qū)域達(dá)到25孔/km2，有些地方，特別是斷層兩側(cè)，達(dá)到幾十米1孔。構(gòu)建時(shí)充分考慮了地層年代、巖性、沉積成因、風(fēng)化程度、巖土狀態(tài)、地層厚度等多種要素。采用戴爾T7920工作站，用時(shí)24 h完成構(gòu)建。經(jīng)實(shí)際鉆孔驗(yàn)證，模型合理、準(zhǔn)確。

為更好地說明構(gòu)建流程，以區(qū)內(nèi)5 km2為例，利用8個(gè)鉆孔地層信息，應(yīng)用本方法自動(dòng)構(gòu)建三維軟土模型。具體步驟操作如下：

（1） 基于系統(tǒng)，獲取八個(gè)鉆孔的點(diǎn)位信息和分層信息。

（2） 根據(jù)鉆孔分層信息，把所有鉆孔分為：有軟土孔、無軟土孔、未知孔。具體分類方法：由地表往下查詢，有軟土孔表示此鉆孔的地層信息表中有軟土;無軟土孔表示鉆孔地層信息表中沒有軟土。目前鉆孔最深處的地層已經(jīng)比軟土的地層年代更老，所以正常情況下，新地層永遠(yuǎn)在老地層的上方，確定此鉆孔沒有軟土。未知孔表示從目前孔深看，此孔沒有軟土，且當(dāng)前鉆孔最深處的地層比軟土地層年代更新，若繼續(xù)鉆探可能會(huì)出現(xiàn)軟土，也可能不會(huì)，所以無法確定該孔是否有軟土，因此，稱為“未知孔”。在后續(xù)步驟中，未知孔不參與任何計(jì)算。

（3） 計(jì)算各孔軟土厚度T軟土+，并計(jì)算有軟土孔的軟土平均厚度，記為“T1”。

（4） 將有軟土孔的點(diǎn)位信息和其對(duì)應(yīng)的軟土厚度T軟土+作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將其作為離散數(shù)據(jù)，采用迭代有限差分插值的離散化的薄板樣條函數(shù)法插值生成厚度DEM，記為“DEM_T軟土+”。

（5） 無軟土孔的點(diǎn)從DEM_T軟土+上取其對(duì)應(yīng)的厚度值的絕對(duì)值，記為T軟土2。

（6） 取厚度T1和T軟土2平均厚度（T1和T軟土2均為正數(shù)），再乘以負(fù)系數(shù)n（n=-1），得到最終的無軟土孔的軟土負(fù)值厚度，記為T軟土-。所有無軟土孔都通過本步驟，計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的T軟土-。

（7） 將各孔T軟土-、T軟土+和其所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位信息作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將它們與地質(zhì)圖邊界線（賦值厚度為0）作為離散數(shù)據(jù)一起進(jìn)行插值生成厚度DEM，記為DEM_T0，其中，DEM_T0大于0的部分為有軟土的區(qū)域。

（8） 將各孔軟土上層層底埋深及其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位信息作為點(diǎn)位數(shù)據(jù)，將其作為離散數(shù)據(jù)插值，構(gòu)建軟土上層層底高程DEM，即軟土層頂高程DEM，用其減去厚度DEM_T0中厚度大于0的部分，得到軟土層底高程DEM。

（9） 將軟土頂、底高程DEM分別轉(zhuǎn)為軟土頂、底面。

（10） 將軟土頂、底面與整個(gè)模型的邊界側(cè)面進(jìn)行自動(dòng)構(gòu)體，得到三維軟土模型。

圖6為本方法自動(dòng)構(gòu)建的軟土厚度DEM，圖7為目前自動(dòng)建模技術(shù)（即未考慮地層厚度對(duì)地層尖滅位置的影響，以下同）構(gòu)建的軟土厚度DEM。對(duì)比兩種方法獲得的結(jié)果，可以看出圖6構(gòu)建的軟土厚度DEM中地層界線符合“地層厚度越大，尖滅位置距離該孔越遠(yuǎn)”的地質(zhì)規(guī)律，且與地質(zhì)圖中的軟土邊界高度吻合，圖7構(gòu)建的軟土厚度DEM中地層界線不符合地質(zhì)規(guī)律，且與地質(zhì)圖明顯沖突。

圖8為本方法自動(dòng)構(gòu)建的軟土厚度的坡度分析圖，從中可以看出平均坡度0.89°，坡度標(biāo)準(zhǔn)差0.38。圖9為目前自動(dòng)建模技術(shù)構(gòu)建的軟土厚度的坡度分析圖，從中可以看出平均坡度0.82°，坡度標(biāo)準(zhǔn)差0.517。對(duì)比兩種方法，本方法生成的軟土厚度，充分考慮了地層厚度的影響，坡度差明顯小于目前自動(dòng)建模方法構(gòu)建的，地層起伏的一致性、均勻性明顯改善，更符合地質(zhì)規(guī)律。

圖10為本方法自動(dòng)構(gòu)建的三維軟土模型，圖11為目前自動(dòng)建模技術(shù)構(gòu)建的三維軟土模型。從這兩張模型中可看出，本方法構(gòu)建的三維軟土模型充分考慮了地層厚度的影響，生成的軟土分區(qū)界線與地質(zhì)圖高度吻合，三維軟土模型更為精準(zhǔn)。

4 結(jié)論與討論

（1） 在三維地質(zhì)體模型自動(dòng)構(gòu)建中，通過分層信息，對(duì)鉆孔進(jìn)行分類，并結(jié)合厚度插值的方式得到三維地質(zhì)體模型，不但考慮了鉆孔是否有目標(biāo)層，也充分利用了地層厚度信息對(duì)地層尖滅距離的影響，實(shí)現(xiàn)了從定性到定量依據(jù)地層信息精確合理地生成地層厚度DEM自動(dòng)建模的目標(biāo)，解決了目前自動(dòng)建模技術(shù)的短板，從而使構(gòu)建的模型更加精準(zhǔn);相較于目前的自動(dòng)、人機(jī)交互建模方法，建模效率與質(zhì)量高，成本降低約70%。

我國(guó)改革開放40多年來，各地完成了大量基建項(xiàng)目，積累了豐富鉆孔數(shù)據(jù)，這為構(gòu)建三維地質(zhì)體模型打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［22］。將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)化處理，導(dǎo)入系統(tǒng)，運(yùn)用系統(tǒng)“自動(dòng)構(gòu)建地層面”功能，即可快速構(gòu)建多要素復(fù)雜三維地質(zhì)體精細(xì)模型。建模面積越大，其優(yōu)越性顯現(xiàn)更大。如1 500 km2范圍，構(gòu)建考慮地層年代、巖性、巖土狀態(tài)、風(fēng)化程度、沉積成因等多要素的高質(zhì)量復(fù)雜三維地質(zhì)體精細(xì)模型，采用戴爾T7920工作站，目前的自動(dòng)建模方法構(gòu)建的模型準(zhǔn)確性很低，無法完成高質(zhì)量模型構(gòu)建;人機(jī)交互建模方法1人需要3年才能完成，本方法只需24 h即可完成 陳小芳，戚洪飛，劉子奇，等.廣州市主城區(qū)地質(zhì)體三維模型建設(shè)技術(shù)報(bào)告.廣州：廣東省地震局，2021.。

（2） 利于成果的快速更新。當(dāng)研究區(qū)增加新鉆孔時(shí)，只需運(yùn)行“自動(dòng)構(gòu)建地層面”功能即可對(duì)模型進(jìn)行更新，解決了人機(jī)交互建模無法更新的難題。

（3） 由于建模效率高、成本低、質(zhì)量高，利于推廣應(yīng)用。

（4） 成果可用于城市規(guī)劃、基坑開挖、隧道設(shè)計(jì)、建筑抗震設(shè)計(jì)、地層波速模擬、地震動(dòng)參數(shù)模擬、斷層活動(dòng)性研究、驗(yàn)證地球物理淺部探測(cè)成果等。

（5） 本建模方法已獲得國(guó)家發(fā)明專利［23］。

本方法適用于地層為正常地層順序情況（即沒有特殊構(gòu)造活動(dòng)的情況下，新地層永遠(yuǎn)在老地層的上方）下的自動(dòng)建模。當(dāng)建模區(qū)域局部出現(xiàn)因構(gòu)造導(dǎo)致地層倒轉(zhuǎn)等情況時(shí)，目前的建模方法是采用自動(dòng)與人機(jī)交互方法建模，即在正常地層順序區(qū)域采用自動(dòng)建模方法，在地層倒轉(zhuǎn)，及過渡區(qū)域采用人機(jī)交互方法。要實(shí)現(xiàn)因構(gòu)造導(dǎo)致地層倒轉(zhuǎn)等情況的區(qū)域自動(dòng)建模，需要作進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］徐中春.中國(guó)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估［D］.北京：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2011.

XU Zhongchun.Comprehensive evaluation of earthquake disaster risk in China［D］.Beijing：University of Chinese Academy of Sciences，2011.

［2］丁志慶，周文，郭燕燕，等.城市地下空間信息管理關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2021，44（8）：129－131，134.

DING Zhiqing，ZHOU Wen，GUO Yanyan，et al.Research and application of key technologies for information management of urban underground space［J］.Geomatics & Spatial Information Technology，2021，44（8）：129－131，134.

［3］榮玥芳，秦蜜.國(guó)內(nèi)基于城市設(shè)計(jì)層面的地下空間開發(fā)研究綜述［J］.建筑與文化，2017（1）：215－216.

RONG Yuefang，QIN Mi.A review of the research on the development of underground space based on the urban design in China［J］.Architecture & Culture，2017（1）：215－216.

［4］盧濟(jì)威，陳泳.地下與地上一體化設(shè)計(jì)：地下空間有效發(fā)展的策略［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，46（1）：1－6.

LU Jiwei，CHEN Yong.Integrated design of under－and above－ground urban space：strategies for effective development of underground space［J］.Journal of Shanghai Jiao Tong University，2012，46（1）：1－6.

［5］KASYANOV V，OKSANA C.Use of underground space in large cities［J］.IOP Conference Series：Materials Science and Engineering，2019，471：112052.

［6］LIN D，BROERE W，CUI J Q.Underground space utilisation and new town development：experiences，lessons and implications［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2022，119：104204.

［7］CUI J Q，BROERE W，LIN D.Underground space utilisation for urban renewal［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2021，108：103726.

［8］雷升祥，申艷軍，肖清華，等.城市地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀及未來發(fā)展理念［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2019，15（4）：965－979.

LEI Shengxiang，SHEN Yanjun，XIAO Qinghua，et al.Present situations of development and utilization for underground space in cities and new viewpoints for future development［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2019，15（4）：965－979.

［9］LIU B，ZHANG D W，LI X，et al.Seismic response of underground structure－soil－aboveground structure coupling system：current status and future prospects［J］.Tunnelling and Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research，2022，122.

［10］劉順昌，李黎，徐德馨，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下高精度三維地質(zhì)建模研究［J］.人民長(zhǎng)江，2021，52（8）：127－132.

LIU Shunchang，LI Li，XU Dexin，et al.High－precision 3D geological modeling under complex geological conditions［J］.Yangtze River，2021，52（8）：127－132.

［11］張進(jìn)，曲軍峰，張慶龍，等.基巖區(qū)構(gòu)造地質(zhì)填圖方法思考、實(shí)踐、探索［J］.地質(zhì)通報(bào)，2018，37（增刊1）：192－221.

ZHANG Jin，QU Junfeng，ZHANG Qinglong，et al.The structural mapping in exposed bedrock areas：methods，practice and exploration［J］.Geological Bulletin of China，2018，37（Suppl01）：192－221.

［12］ROTEVATN A，JACKSON C A L.3D structure and evolution of folds during normal fault dip linkage［J］.Journal of the Geological Society，2014，171（6）：821－829.

［13］李偉杰，石佳賓，周立冰，等.淺談Micromine軟件在東梁金礦三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2017，31（3）：646－651.

LI Weijie，SHI Jiabin，ZHOU Libing，et al.Application of Micromine software in 3D geological modeling in Dongliang gold deposit［J］.Mineral Resources and Geology，2017，31（3）：646－651.

［14］曾夢(mèng)秋.基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地層模型建立及工程應(yīng)用研究［D］.武漢：武漢工程大學(xué)，2014.

ZENG Mengqiu.Research on construction and engineering application of 3D stratum model based on drill data［D］.Wuhan：Wuhan Institute of Technology，2014.

［15］張寶一，尚建嘎，吳鴻敏，等.三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)在固體礦產(chǎn)儲(chǔ)量估算中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)與勘探，2007，43（2）：76－81.

ZHANG Baoyi，SHANG Jian'ga，WU Hongmin，et al.Application of 3D geological modeling and visualization in solid mineral resource estimation［J］.Geology and Prospecting，2007，43（2）：76－81.

［16］張作衡，洪為，蔣宗勝，等.新疆西天山晚古生代鐵礦床的地質(zhì)特征、礦化類型及形成環(huán)境［J］.礦床地質(zhì)，2012，31（5）：941－964.

ZHANG Zuoheng，HONG Wei，JIANG Zongsheng，et al.Geological features，mineralization types and metallogenic setting of Late Paleozoic iron deposits in western Tianshan Mountains of Xinjiang［J］.Mineral Deposits，2012，31（5）：941－964.

［17］尹安.喜馬拉雅造山帶新生代構(gòu)造演化：沿走向變化的構(gòu)造幾何形態(tài)、剝露歷史和前陸沉積的約束［J］.地學(xué)前緣，2006，13（5）：416－515.

YIN An.Cenozoic tectonic evolution of the Himalayan orogen as constrained by along－strike variation of structural geometry，exhumation history，and foreland sedimentation［J］.Earth Science Frontiers，2006，13（5）：416－515.

［18］冉祥金.區(qū)域三維地質(zhì)建模方法與建模系統(tǒng)研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2020.

RAN Xiangjin.The research of method and system of regional three－dimensional geological modeling［D］.Changchun：Jilin University，2020.

［19］許磊.陽(yáng)山金礦帶三維地質(zhì)建模與成礦預(yù)測(cè)［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2018.

XU Lei.3D geological modeling and metallogenic prognosis in the Yangshan gold belt，West Qinling，central China［D］.Beijing：China University of Geosciences，2018.

［20］王寶龍，李青元，賈會(huì)玲，等.正則化薄板樣條函數(shù)擬合地層界面［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2017，45（5）：23－27，32.

WANG Baolong，LI Qingyuan，JIA Huiling，et al.Fitting stratum interface through regularized thin－plate spline function［J］.Coal Geology & Exploration，2017，45（5）：23－27，32.

［21］王寶龍.稀疏不均勻采樣下的儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2017.

WANG Baolong.Research on key technology of three－dimensional geological modeling of reservoirs under sparse non－uniform sampling［D］.Fuxin：Liaoning Technical University，2017.

［22］陳小芳，戚洪飛，俞崗.基于支持向量機(jī)的地震災(zāi)害自動(dòng)成圖方法［J］.災(zāi)害學(xué)，2021，36（1）：117－121.

CHEN Xiaofang，QI Hongfei，YU Gang.Automatic mapping method of earthquake disaster based on support vector machine［J］.Journal of Catastrophology，2021，36（1）：117－121.

［23］廣東省地震局，武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司.一種地質(zhì)體三維模型自動(dòng)構(gòu)建方法及裝置：中國(guó)，ZL 2021 10583138.9［P］.2021－11－26.

Guangdong Earthquake Agency，Wuhan Zhongdi Digital Technology Limited Company.A geological body 3D method and device for automatic model construction：China，ZL202110583138.9[P].2021－11－26.

（本文編輯：任 棟）

收稿日期：2022-03-24

基金項(xiàng)目：廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2018B020207011）;廣東省防震減災(zāi)現(xiàn)代化試點(diǎn)省重點(diǎn)項(xiàng)目（152020000000190003）第一作者簡(jiǎn)介：陳小芳（1966-），女，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈卣馂?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、震害預(yù)測(cè)、震防系統(tǒng)研發(fā)。

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