第4章　城市环境下多尺度三维地质建模方法和技术

城市环境下多尺度三维地质模型的构建过程可以划分为三个阶段：区域尺度三维地质建模阶段、工程尺度三维地质建模阶段、模型评价阶段。

本书提出的三维地质建模过程包括三个一般步骤：①建立构造断层面，将建模区域划分为多个断块；②根据各个断块的特点，通过不同的方法建立地质界线；③将断层面和地质边界结合在一起，以构建一个基于六面体单元的三维立体模型。整个建模过程是一个综合性的过程，需要将异构格式的地质数据整合为一个模型。由此建立的模型不仅能描绘完整的地下结构，而且还能被用来数值分析离散的水文地质和岩土工程属性，以促进实际应用的进一步发展，如构建三维岩土参数模型，以及模拟地下水和污染物的流动。在本书中，“地质界面”这一表述用于表达地层界线、断层面、不整合面或入侵界线。

三维地质建模过程主要是数据的处理过程，计算机可以识别的只是人为做好的数据文件。目前构建三维地质模型的方法可分为两大类：基于面模型的构建方法和基于体模型的构建方法。基于面模型的构建方法侧重于用地质实体分界面（如地层面、接触面和边界面）来形成地质实体的空间轮廓；基于体模型的构建方法则侧重于三维空间中地质实体边界与内部的整体表示，通过对三维空间进行体元分割来实现地质实体的真三维表达和分析。在实际建模过程中，经常将这两种方法结合起来，例如，可先利用基于面模型的构建方法形成地质实体的分界面，然后再对其进行体分割。因此，无论是用面模型还是用体模型，都需要先构建出地质体的分界面。

利用钻孔数据建立地层界面（层面），有两种常用方法：①先建立钻孔（well），利用钻孔模型中的分层数据（marker）直接相连生成层面；②利用已划分好层面的钻孔点数据生成网格。第一种方法比较快捷，但是由于它的生成过程不受人为控制，对于面积小、层位清楚简洁的区域，使用这种方法可以减少很多工作量，但是，当建模区域面积较大，且地层条件较复杂时，则不能直接用层位相连生成层面，必须要先人为划分好层面，再利用第二种方法建立模型。使用第二种方法时，若是直接由原始数据点生成不规则三角网格，由于原始的采样点往往是离散的、不均一的，在采样点较密的区域模拟的地层就比较符合实际情况，但在采样较稀疏的区域生成的三角网格棱角分明，比较粗糙，很难真实地反映实际的地层结构，空间数据的插值是三维模拟与可视化过程中的一个非常重要的环节。

插值就是通过一定的方法，由原始采样点计算待求点的值，实现空间数据有规则地加密，来满足显示的要求。空间数据的插值可描述为：给定一组已知空间数据，它们可以是离散点，也可以是分区数据，从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已知的空间数据，并根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。简言之，就是通过有限的已知点或分区数据，推求任意点或分区数据，从而在平面上或在三维空间重构一个连续的变化。