隨著地球系統(tǒng)科學、大數據、人工智能和人地關系、生態(tài)文明的發(fā)展，我國對地質勘查工作提出了新的要求，即利用信息技術建立透明地球，以實現礦體或地質體的逐步透明化和可視化，這將為地質勘探帶來巨大變革。建設“數字地球”、“玻璃地球”、“透明地球”的關鍵之一是三維地質建模（3D Geoscience Modeling）技術，它是在多維環(huán)境下，利用空間信息管理、地質解譯、空間分析與預測、地學統(tǒng)計、實體內容分析以及圖形可視化等工具用于地質分析的技術，也是隨著地球空間信息技術的不斷發(fā)展，由地質勘探、數學地質、地球物理、礦山測量、礦井地質、GIS、圖形圖像和科學計算可視化等學科交叉而形成了一門新興學科。
大海則透明礦井地質信息系統(tǒng)是中煤集團重大科技專項“大海則智能化煤礦關鍵技術與工程示范”項目下設科研課題，該課題由中煤能源研究院有限責任公司聯(lián)合北京龍軟科技股份有限公司承擔。課題研究以大海則井田勘探和礦建揭露資料為基礎，通過地質資料深度挖掘與分析整理，面向大海則煤礦智能化建設構建礦區(qū)真三維全地層精細地質模型。項目構建了礦區(qū)二三維一體化綜合地質數據庫，提出并實現了礦井全要素多維時空地質-水文-礦壓精細建模的方法，搭建了透明礦井地質信息系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的二維地質保障工作逐漸轉向三維和多維。智能透明礦井地質信息系統(tǒng)總體基于時態(tài)地理信息系統(tǒng)（TGIS/4DGIS）的透明化礦井關鍵技術，實現了高精度動態(tài)地質模型建模和自動處理，構建基于C/S的自主分布式協(xié)同4DGIS，為煤礦開采過程提供地質數據存儲、轉換、管理、查詢、分析和可視化服務。
大海則煤礦位于陜北榆橫礦區(qū)的西北部，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)管轄，西部與內蒙古自治區(qū)接壤，井田面積約265.66km2。在地質建模方面，大海則礦地層結構復雜、相變頻繁、砂體展布連續(xù)性差，為滿足礦方生產實際需求以及全地層三維地質建模的技術難題，結合鉆孔和沉積相、沉積旋回分析成果數據，對礦區(qū)地質體巖性段主要煤層、主要含水、隔水層等進行精細建模。建模過程中，對地層中砂巖單獨刻畫，既保證了巖性保真度又保證了系統(tǒng)和模型的運行效率；為防止模型中地層連通出現穿層交叉問題，地層按照從下到上順序編號，按照同一旋回內砂體聯(lián)通的原則，中間存在尖滅的砂體采用賦予極小值厚度的處理方式。此外，三維地質模型具備了定量化智能分析功能，研發(fā)了煤層沖刷帶和含水層發(fā)育高度分析、涌水量分析、礦壓分析、儲量分析、虛擬鉆孔、空間預警分析等功能。地質模型的更新通過數據庫后臺在三維模型系統(tǒng)模塊中自動實現。此外，還實現了三維地層和巷道模型的一體化任意線剖切、分層隱藏透明顯示、距離體積量測等功能。
本項目通過原始創(chuàng)新以及借鑒國際先進的三維地質建模技術，攻克了復雜精細化地質建模技術、二三維模型動態(tài)更新技術、模型剖切與自動成圖等一系列瓶頸問題，利用三維可視化和地質模擬等技術，將地下礦井變得“像玻璃一樣的透明”，充分表達出井下真實的地質情況，并結合監(jiān)測數據進行模擬計算，從而支撐智能礦山地質保障的深度應用，實現對水害等隱蔽地質災害的評估、監(jiān)測和預警。
圖1 大海則高精度全地層三維地質模型
圖2 大海則高精度延安組三段模型（砂巖含水層和煤層）
圖3 大海則鉆孔模型和鉆孔柱狀圖
圖4 大海則高精度透明綜采工作面模型
研究成果緊扣標準中的智能地質保障系統(tǒng)國家標準，采用最新的空間信息、云計算、大數據、物聯(lián)網、移動互聯(lián)網、4DGIS等技術，構建具有自主知識產權的 “透明化礦山”基礎平臺，以沉積學、層序地層學、巖石力學等理論為指導，進行礦井全要素多維時空地質-水文-礦壓精細建模，實現了三維地質建模、水文地質環(huán)境建模、強礦壓環(huán)境建模、動態(tài)監(jiān)測數據實時更新全場景融合四維模型構建。該項研究成果為后續(xù)智能地質保障的建設打下了堅實的基礎，最終為安全生產、地測保障、智能開采、智能管控等提供空間數據和業(yè)務數據的集成與應用，達到大海則礦山建設智能礦山、綠色礦山、透明礦山的總體要求。
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