淺談計(jì)算機(jī)科學(xué)在地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用

許林龍

摘 要：同物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)比較，地質(zhì)學(xué)研究具有較強(qiáng)的地域性、歷史性和綜合性。只有根據(jù)足夠的實(shí)際資料，特別是根據(jù)足以充分說明空間和時(shí)間變化因素的豐富資料總結(jié)出來的地質(zhì)學(xué)理論，才能較廣泛的使用其結(jié)論。本文主要介紹了計(jì)算機(jī)科學(xué)在地質(zhì)學(xué)中運(yùn)用的現(xiàn)狀，計(jì)算機(jī)科學(xué)在地質(zhì)學(xué)中應(yīng)用的方法以及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)科學(xué)；數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)；應(yīng)用

一、計(jì)算機(jī)科學(xué)在地質(zhì)學(xué)的現(xiàn)狀

伴隨著技術(shù)機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用已滲透到社會的各行各業(yè)，正改變著人們傳統(tǒng)的工作、學(xué)學(xué)習(xí)和生活方式，推動著社會的發(fā)展。以往，不少人把地質(zhì)學(xué)看作是和電子計(jì)算機(jī)不相關(guān)的科學(xué)?？嫠畨?、背背包、拿鎯頭、翻山越岑找石頭就是地質(zhì)工作的形象。但隨著電子計(jì)算機(jī)的普及，地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中引進(jìn)了數(shù)學(xué)方法，另其發(fā)展迅速?？煞譃閮蓚€發(fā)展階段： 其一：是有關(guān)地質(zhì)學(xué)中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方面。這一發(fā)展階段的目的，是使地質(zhì)學(xué)中的主要工作，諸如記錄、分類等工作客觀化，高效化。其二：用電子計(jì)算機(jī)模擬地質(zhì)現(xiàn)象。在地質(zhì)學(xué)中引入數(shù)學(xué)方法，創(chuàng)造新的研究領(lǐng)域。在這個蓬勃的發(fā)展過程中。這個新研究領(lǐng)域稱為數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)（1969年出版了以此為名的雜志）。

這種需要電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)學(xué)地質(zhì)，使地質(zhì)科學(xué)產(chǎn)生了明顯的變化，即從傳統(tǒng)的定性估價(jià)向精確的數(shù)量計(jì)算發(fā)展。 一臺現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī)，已發(fā)展為配備多臺外圍設(shè)備和終端設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其歷史雖短、但未來的發(fā)展值得人期待。用地球物理（即物理數(shù)學(xué)）方法研究地球表面部分（從地表到數(shù)千米深處），也就是處理地質(zhì)學(xué)現(xiàn)象的學(xué)科，叫做“地球物理勘探”。是廣義地質(zhì)學(xué)的一個分科，其目的是解釋地質(zhì)現(xiàn)象。地球物理勘探中使用電子計(jì)算機(jī)正在常規(guī)化。

二、計(jì)算機(jī)在地質(zhì)學(xué)的使用方法

1. 在地質(zhì)探測中，依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算工作量大、數(shù)值變化范圍大的運(yùn)算；辦公自動化、企業(yè)管理、情報(bào)檢索、報(bào)刊編排處理等原始數(shù)據(jù)信息處理；科學(xué)技術(shù)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域的自動化過程控制；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助測試、計(jì)算機(jī)集成制造等應(yīng)用軟件的開發(fā)和利用；基于計(jì)算機(jī)的多媒體技術(shù)：把數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多種每體有機(jī)組合起來；計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，來提高地質(zhì)的工作效率和工作精確度。

2.在地質(zhì)學(xué)中普遍應(yīng)用的3S技術(shù)即RS（遙感）、GIS（地理信息系統(tǒng)）和GPS（全球定位系統(tǒng)）中。GPS主要獲得單點(diǎn)3維或4維數(shù)據(jù)，RS主要獲得區(qū)域大面積的圖像數(shù)據(jù)，他們作為GIS的數(shù)據(jù)源，為GIS提供必要的空間決策分析數(shù)據(jù)，GIS作為一個處理這些空間數(shù)據(jù)的平臺，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分析，查詢，顯示等操作，輔助決策者進(jìn)行決策。3S技術(shù)可應(yīng)用在軍事、交通、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、公共安全、城市規(guī)劃、海洋漁業(yè)等一系列領(lǐng)域。在地質(zhì)工作中，3S技術(shù)在能源調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及災(zāi)害預(yù)警與預(yù)報(bào)等方面也應(yīng)用廣泛。

3. 為了更便利的進(jìn)行地質(zhì)研究，美國一公司創(chuàng)建了使Surfer 軟件進(jìn)行圖形繪制，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)可視化，Golden Software Surfer 8. 0 是美國 GOLDEN 軟件公司一套在 Windows 操作環(huán)境下運(yùn)行 的二維和三維圖形繪制軟件。該軟件具有強(qiáng)大的繪圖能力， 能將離散數(shù)據(jù)經(jīng)過插值生成規(guī)則的 格網(wǎng)數(shù)據(jù)，繪制豐富多彩的等值線圖、3D 立體圖、矢量圖、影像圖、陰影地貌圖、地貌暈 渲圖等，而且能很方便標(biāo)注、修改繪制好的圖件。具有簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、平滑、 濾波、微分、積分、傅立葉和譜分析等多種數(shù)據(jù)分析功能。也具有趨勢面分析、體積、面積 計(jì)算、地形分析、剖面計(jì)算等三維空間分析功能。

并且該軟件對中、小離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理具有絕對的優(yōu)勢。正是因?yàn)槠鋸?qiáng)大的插值功能，已 經(jīng)使它成為用來處理數(shù)據(jù)首選的軟件， 能迅速地將離散點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)通過插值轉(zhuǎn)換為連續(xù)的 數(shù)據(jù)曲面。

三、計(jì)算機(jī)科學(xué)在地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢

1. 地質(zhì)學(xué)研究的精度和深度隨著多學(xué)科的合作不斷上升。數(shù)學(xué)、物學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等其他學(xué)科的發(fā)展和向地質(zhì)學(xué)的進(jìn)一步滲透，先進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)工作中的使用，同精細(xì)、深入的野外地質(zhì)工作相結(jié)合，會使人們有可能對更多的地質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律做出科學(xué)的解釋，進(jìn)行更深入和本質(zhì)性的研究。

2. 實(shí)驗(yàn)與模擬成為地質(zhì)學(xué)研究的重要手段，實(shí)驗(yàn)地質(zhì)學(xué)的發(fā)展使地質(zhì)學(xué)的研究從以野外觀察、描述、歸納為主，發(fā)展到歸納與演繹并重的階段。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，計(jì)算機(jī)模型的應(yīng)用，使得一些極端地質(zhì)條件可以在實(shí)驗(yàn)室中獲得，如高溫高壓環(huán)境，從而可以模擬更為復(fù)雜的多種可變因素的地質(zhì)作用，并把時(shí)間因素也納入模擬實(shí)驗(yàn)之中。

3. 資源與環(huán)境是地質(zhì)學(xué)服務(wù)社會的重要方面，其中有關(guān)礦產(chǎn)資源和新能源的研究，仍處于最重要的地位，因而將繼續(xù)深入。海底含油、氣地層，以及洋底多金屬結(jié)核和現(xiàn)代成礦作用等的形成機(jī)理研究會有新的進(jìn)展，從中國以及各大洲的成礦帶、成礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)發(fā)展歷史全過程出發(fā)，按不同成礦時(shí)代分別研究區(qū)域成礦的規(guī)律性，尤其是不同地質(zhì)背景下所形成的礦組或跨礦組的成礦系列的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，也將取得新的成就。

4. 國際合作成為現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究的必然趨勢。地球是一個整體，區(qū)域地質(zhì)過程是在全球的背景條件下進(jìn)行的，區(qū)域地質(zhì)作用也對全球環(huán)境有所影響。板塊構(gòu)造理論建立起新的全球構(gòu)造觀念，更顯示出地質(zhì)學(xué)全球宏觀研究的重要性。

四、結(jié)語

在計(jì)算機(jī)科學(xué)與地質(zhì)學(xué)越來越密不可分的同時(shí)，任重而道遠(yuǎn)行業(yè)信息化、企業(yè)信息化、勘察信息化正在向前推進(jìn)，三維設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同辦公、網(wǎng)絡(luò)辦公、資源共享等概念逐漸被大家所接受，并正在成為現(xiàn)實(shí)。工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用是工程勘察信息化建設(shè)的重要組成部份，其應(yīng)用范圍仍在不斷拓展，難度也在增加，許多新的課題需要探索研究。計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工程勘察已經(jīng)二同物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)比較，地質(zhì)學(xué)研究具有較強(qiáng)的地域性、歷史性和綜合性。只有根據(jù)足夠的實(shí)際資料，特別是根據(jù)足以充分說明空間和時(shí)間，我們最需要最緊迫的是系統(tǒng)化的基礎(chǔ)研究和標(biāo)準(zhǔn)制定，這一命題雖然早已提出，但卻沒有多少系統(tǒng)性的規(guī)劃，更談不上有多少實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。如果基礎(chǔ)研究不深入，就制定不出具有前瞻性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)研究是一個疑難命題，長期困惑著行業(yè)的技術(shù)開發(fā)。工程勘察信息化建設(shè)是永遠(yuǎn)繞不過基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)這個坎的，或許還需要更高層次的技術(shù)權(quán)威和高層首腦來認(rèn)識和權(quán)衡這一命題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韋港. 第三十屆國際地質(zhì)大會展出的計(jì)算機(jī)三維地質(zhì)模型. 工程地質(zhì)，1996年第4期.

[2] 韋港. 水利水電工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用綜述. 第二屆全國巖土工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用研討會論文集，2001年11月杭州.endprint