三維地質(zhì)填圖教學(xué)探索

劉星 王興陣

摘要：本文以本校地質(zhì)工程專業(yè)地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)為例，從三維地質(zhì)填圖內(nèi)容、實(shí)施、考評(píng)、教學(xué)效果4個(gè)方面進(jìn)行闡述，并結(jié)合專業(yè)發(fā)展對(duì)實(shí)習(xí)建設(shè)進(jìn)行展望，可為同類院校提供參考。

關(guān)鍵詞：透明礦山;三維地質(zhì)填圖;教學(xué)實(shí)習(xí)

引言

當(dāng)前，大部分高校地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)已進(jìn)入平面電子填圖階段，但地質(zhì)信息本質(zhì)都是三維的，學(xué)生難以理解深部地質(zhì)體延展及其相互關(guān)系[1]，成果難以融入大數(shù)據(jù)的共享，因而進(jìn)行三維地質(zhì)填圖教學(xué)，對(duì)于拓展學(xué)生知識(shí)面和就業(yè)途徑，有較大作用。

一、基地概況

實(shí)習(xí)基地坐落在巢湖市北郊鳳凰山區(qū)域，面積30余平方公里，褶皺山脈走向10°-40°呈平面“M”型展布，剖面上似“W”，適合中等難度三維地質(zhì)填圖。

二、課程建設(shè)與發(fā)展

1.課程組織，實(shí)習(xí)隊(duì)配備手持gps，羅盤，GIS軟件和三維地質(zhì)建模軟件，在實(shí)習(xí)前進(jìn)行室內(nèi)教學(xué)。學(xué)生5-6人一組，三維填圖在數(shù)字填圖完成之后進(jìn)行，以1：2.5萬形底圖為基礎(chǔ)，利用MAPGIS軟件完成平面圖制作，為完成三維地質(zhì)填圖教學(xué)任務(wù)，編寫了《三維地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)指導(dǎo)書》。

2.實(shí)習(xí)過程，相比二維地質(zhì)填圖，三維地質(zhì)體模型的構(gòu)建需更多來自地表以下的地質(zhì)信息[2]。由于本區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造切割復(fù)雜，利用鉆孔分層方式進(jìn)行三維建模難以實(shí)施，必須通過剖面圖方式進(jìn)行，因而需要進(jìn)行剖面制作和地質(zhì)推斷?？砂凑杖齻€(gè)階段進(jìn)行。（1）熟悉三維填圖軟件構(gòu)建的基本過程，本校通過開設(shè)“數(shù)字三維地質(zhì)建模”課程來完成。（2）路線地質(zhì)、實(shí)測(cè)剖面、獨(dú)立填圖部分。確定填圖單位，本次填圖單位劃分為：S1g，S2f，D3w，C，P1q，P2+3，T，J1m，Q。傳統(tǒng)的實(shí)測(cè)剖面、圖切剖面主要用于表達(dá)近地表信息，三維地質(zhì)填圖需要表達(dá)更深的地下信息，剖面制作的下限要達(dá)到200米。（3）基于電子平面地質(zhì)圖，沿主構(gòu)造方向，進(jìn)行若干圖切地質(zhì)剖面圖的制作（圖1）。由于剖面地質(zhì)圖的坐標(biāo)是二維的，并且不一定是與x或y軸平行的，必須進(jìn)行三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，是三維地質(zhì)填圖的第1個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其原理如下：

式中： X3d， Y3d， Z3d，為轉(zhuǎn)換后的三維點(diǎn)坐標(biāo)，X0，Y0為剖面圖上左端某固定點(diǎn)，θ為剖面線與X軸的夾，固定點(diǎn)右側(cè)用加號(hào)，左側(cè)為減號(hào)。剖面線段在進(jìn)入三維建模軟件之前進(jìn)行連接封閉[3]，形成地質(zhì)體輪廓（圖1）。第2個(gè)難點(diǎn)是同類地質(zhì)體邊界連接，生成閉合地質(zhì)體面。逐個(gè)完成三維地質(zhì)體面元構(gòu)建，然后進(jìn)行整體拓?fù)錂z查，形成3dMODEL，如圖1.

3.考評(píng)方法，考評(píng)目的是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用[4]?？己思尤肴S填圖部分，即綜合成績(jī)=表現(xiàn)（0.2）+記錄簿（0.2）+圖件（0.2）+報(bào)告（0.2）+三維模型（0.2）。

三、課程教學(xué)總結(jié)

從學(xué)科發(fā)展和畢業(yè)生反饋來看，該教學(xué)是有必要的，表現(xiàn)為：（1）滿足了生產(chǎn)需要，學(xué)生反映到單位后可以直接參加三維地質(zhì)建模工作。（2）拓展了學(xué)生就業(yè)和發(fā)展途徑。由于三維數(shù)字地質(zhì)模型與國土、建設(shè)、規(guī)劃等行業(yè)結(jié)合緊密，學(xué)生可拓展就業(yè)領(lǐng)域。由于總學(xué)時(shí)受限，建議適當(dāng)增加三維建模時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳志春，張樹明，姜勇彪，三維地質(zhì)建模在地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用，當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017：53-55.

[2]McGaughey J， Milkereit B. Geological Models， Rock Properties， and the 3D Inversion of Geophysical Data[C].In Proceedings of Exploration 07： Fifth Decennial International Conference on Mineral Exploration，2007：473-483.

[3]王國燦，徐義賢，陳旭軍等，基于地表地質(zhì)調(diào)查剖面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的復(fù)雜造山帶三維地質(zhì)調(diào)查與建模方法，地球科學(xué)：中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，40（3）：397-406.

[4]方乙，王挽瓊，朱玉娣，數(shù)字地質(zhì)填圖教學(xué)建設(shè)與探索，教育教學(xué)論壇，2018，3（12）：19-20.

本文受2020年安徽理工大學(xué)省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2020jyxm0449）資助。

作者簡(jiǎn)介：

劉星，1974年12月出生，性別：男，民族：漢，籍貫：江西高安，畢業(yè)院校：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），畢業(yè)專業(yè)：地球探測(cè)與信息新技術(shù)，學(xué)歷：研究生，職稱：副教授，研究方向：礦產(chǎn)資源勘查。