1.3 多尺度三维地质建模
一段时期以来，无论在国内还是在国外，与多尺度相关的研究热度和成果数量呈逐渐增长的趋势，这表明多尺度作为一个主要的研究课题已经被应用到了多个研究领域，研究人员对多尺度问题的关注度逐渐提高，多尺度在多个领域的研究深度也在不断增加。随着地学信息技术应用领域的不断扩展和需求层次的多样化，多尺度问题在地学中的应用不断深入。近年来围绕制图多尺度、多尺度空间数据构建、地形多尺度建模、城市空间多尺度建模、地质空间多尺度表达等主题的研究方兴未艾，其中，地学空间的多尺度表达问题为当前地球信息科学研究的热点，地质空间的多尺度建模刚刚起步。
多尺度三维地质建模本质是对地学空间对象进行多尺度的几何表达，即采用不同比例尺的勘测资料和不同的建模方法建立具有多层次细节特征的三维地质模型。随着地质信息在多个领域应用的不断扩展和需求层次的多样化，多尺度三维地质建模问题已经成为当前地质信息科学研究的热点和难点。在地质信息领域，尺度不仅可以用来表达研究区域的空间范围，还可以用于表示研究对象的详细程度，也可以用来表明时间的长短和频率。人们不可能观察到地质空间的所有细节，地质模型对地下空间的描述总是“近似”的，近似的程度反映了人们对地质现象及其过程的理解程度。尺度是所有地质信息的重要特征，它定义了人们观察地质对象的一种约束，只有经过合理的尺度抽象的地质信息才具有利用价值。不同的尺度不仅在所表达的信息密度上有很大的差异，而且还会影响所表达的地质信息是否正确，因为不少地质现象和规律只在一定的尺度出现（陈麒玉等，2016）。为城市规划和工民建服务的城市环境下多尺度三维地质模型应能有效地反映目标地质现象的本质特征，帮助人们进行科学综合分析和决策。
用于油田开发的深层地质模型具有分辨率低、精度低、地层起伏小、均质性的特点，而用于城市环境内的浅层地质模型具有分辨率较高、精细化、快速更新、异质性的特点。这两种截然不同的模型均需要用多尺度的方法来构建，如图1-1所示。
图1-1 深层地质模型（a）和浅层地质模型（b）
在城市范围内，很多模型是多种尺度混合的。一典型的混合尺度三维地质模型如图1-2所示，在该模型中，较深的层基于地震数据建模（如625k基岩建模），较浅的层基于地球物理勘探数据，地质剖面、钻孔信息，采用地质统计学方法建模（如10k～50k地质模型）。
图1-2 混合尺度三维地质模型示例
依据城市环境地质问题的特点，本书提出的城市环境下多尺度三维地质建模的概念，其外在表现形式是利用城市环境中不同比例尺的勘测数据建立多分辨率集成的三维地质模型，实现多尺度地质数据的表达，满足城市环境下地质分析对地质信息不同精度的需求。从实际应用的角度来看，多尺度表达是进行多尺度地质问题分析的基础。针对不同层次的需求，需要不同分辨率和精确度的数据支持。地质问题分析一般总是针对一定的空间尺度和一定的空间等级进行的，即地质现象和过程通常是依赖于比例尺的。
本书在探讨城市环境下多尺度三维地质建模方法和技术时，将主要从空间多尺度入手。在空间多尺度方面，将度量的力度划分为区域级别和工程级别。其中，区域级别是指一个城市及其周边一定范围的区域范围，该范围的研究对象主要有地形表面，区域性的断层、地层、岩性信息等；工程级别是指某一具体工程建设的范围，也是土木工程领域重点关注的尺度，主要的研究对象有基岩面、岩层界面、构造面、地质曲面、透镜体、地层单元、勘探对象、岩土体物理力学性质、水文地质信息、工程地质信息等。
区域尺度数据和工程尺度数据是地质条件在不同尺度的体现。区域尺度三维地质建模、工程尺度三维地质建模是对不同尺度地质数据的三维表达，是基于多尺度地质数据进行地质认知和地质分析的基础。两个建模尺度的范围由大到小，建模粒度由粗及细，单独某一尺度的三维地质模型都只能满足某一具体的需求。