三維地質填圖教學探索

劉星 王興陣

摘要：本文以本校地質工程專業地質填圖實習為例，從三維地質填圖內容、實施、考評、教學效果4個方面進行闡述，并結合專業發展對實習建設進行展望，可為同類院校提供參考。

關鍵詞：透明礦山;三維地質填圖;教學實習

引言

當前，大部分高校地質填圖實習已進入平面電子填圖階段，但地質信息本質都是三維的，學生難以理解深部地質體延展及其相互關系[1]，成果難以融入大數據的共享，因而進行三維地質填圖教學，對于拓展學生知識面和就業途徑，有較大作用。

一、基地概況

實習基地坐落在巢湖市北郊鳳凰山區域，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填圖。

二、課程建設與發展

1.課程組織，實習隊配備手持gps，羅盤，GIS軟件和三維地質建模軟件，在實習前進行室內教學。學生5-6人一組，三維填圖在數字填圖完成之后進行，以1：2.5萬形底圖為基礎，利用MAPGIS軟件完成平面圖制作，為完成三維地質填圖教學任務，編寫了《三維地質填圖實習指導書》。

2.實習過程，相比二維地質填圖，三維地質體模型的構建需更多來自地表以下的地質信息[2]。由于本區域地質構造切割復雜，利用鉆孔分層方式進行三維建模難以實施，必須通過剖面圖方式進行，因而需要進行剖面制作和地質推斷。可按照三個階段進行。（1）熟悉三維填圖軟件構建的基本過程，本校通過開設“數字三維地質建模”課程來完成。（2）路線地質、實測剖面、獨立填圖部分。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。傳統的實測剖面、圖切剖面主要用于表達近地表信息，三維地質填圖需要表達更深的地下信息，剖面制作的下限要達到200米。（3）基于電子平面地質圖，沿主構造方向，進行若干圖切地質剖面圖的制作（圖1）。由于剖面地質圖的坐標是二維的，并且不一定是與x或y軸平行的，必須進行三維坐標的轉換，是三維地質填圖的第1個關鍵技術，其原理如下：

式中： X3d， Y3d， Z3d，為轉換后的三維點坐標，X0，Y0為剖面圖上左端某固定點，θ為剖面線與X軸的夾，固定點右側用加號，左側為減號。剖面線段在進入三維建模軟件之前進行連接封閉[3]，形成地質體輪廓（圖1）。第2個難點是同類地質體邊界連接，生成閉合地質體面。逐個完成三維地質體面元構建，然后進行整體拓撲檢查，形成3dMODEL，如圖1.

3.考評方法，考評目的是激勵學生學習的動力和對新技術的應用[4]。考核加入三維填圖部分，即綜合成績=表現（0.2）+記錄簿（0.2）+圖件（0.2）+報告（0.2）+三維模型（0.2）。

三、課程教學總結

從學科發展和畢業生反饋來看，該教學是有必要的，表現為：（1）滿足了生產需要，學生反映到單位后可以直接參加三維地質建模工作。（2）拓展了學生就業和發展途徑。由于三維數字地質模型與國土、建設、規劃等行業結合緊密，學生可拓展就業領域。由于總學時受限，建議適當增加三維建模時間。

參考文獻：

[1]吳志春，張樹明，姜勇彪，三維地質建模在地質教學中的應用，當代教育實踐與教學研究，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，基于地表地質調查剖面網絡基礎上的復雜造山帶三維地質調查與建模方法，地球科學：中國地質大學學報，2015，40（3）：397-406.

[4]方乙，王挽瓊，朱玉娣，數字地質填圖教學建設與探索，教育教學論壇，2018，3（12）：19-20.

本文受2020年安徽理工大學省級質量工程項目（2020jyxm0449）資助。

作者簡介：

劉星，1974年12月出生，性別：男，民族：漢，籍貫：江西高安，畢業院校：中國地質大學（武漢），畢業專業：地球探測與信息新技術，學歷：研究生，職稱：副教授，研究方向：礦產資源勘查。