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泛权算法在地质三维领域的应用
（一堂之见／陈树铭）
一、地质重构的本质问题
地质三维重构是一个复杂重构问题，进行分析时往往不知如何下手。通过多年的潜心研究，我将地质三维重构抽象为两个典型问题，希望以此来反映地质重构的本质问题。这两个典型问题可称之为标准水平分层和标准竖直分层。
1、标准水平分层
所谓标准水平分层就是这种问题：某个分析区域有而且只有一个钻孔，该钻孔有而且只有两个不同的土层S-A和层S-B（见图1），两层的厚度相等；而且假定不存在其它任何背景和条件约束信息。无论是从统计学的观点，而是从专业背景看，其得到的分析结果应该与图2所显示的重构结果相吻合。
 
图 1 图
2
不要瞧不起这个简单问题，任何一个地质三维重构算法能够较好的解决了这个问题，那么它就有可能解决复杂的三维地质重构问题。这个问题是对水平冲积地层，或者水平铺填土层的一种最简单的数学描述，其实这是一种最为普遍而又复杂的地质构造背景。
2、标准竖直分层
所谓标准竖直分层就是这种问题：某个分析区域有而且只有二个钻孔，两钻孔的顶标高和底标高均相等，两个钻孔分别为土S-A层和S-B土层B（见图3），而且假定不存在其它任何背景和条件约束信息。无论是从统计学的观点，而是从专业背景看，其得到的分析结果应该与图4所显示的重构结果相吻合。
图 3
图 4
同样不要瞧不起这个简单问题，任何一个地质三维重构算法能够较好的解决了这个问题，那么它就有可能解决复杂的三维地质重构问题。这个地层是对竖向掩埋填土层的一种最简单的数学描述，其实这是一种变化最为急剧的地质构造运动。
二、地质重构问题的确定性规律
有人说地质问题是非常不确定性的问题，这种说法不假。但是剥开地质重构的神秘面纱，地质三维重构还是可以提炼出两个经典的规律，其一可称之为年代顺序沉积排斥规律，其二是地质构造运动地层趋同规律。
1、年代顺序沉积排斥规律
所谓年代顺序沉积排斥规律是指，当不存在特殊的地质构造运动（如褶皱）时，更早年代的土层一定在更晚地层的底下，土层分布具有较强的年代顺序规律。
这条规律对于地质三维重构很重要，它是地质三维重构中的一个重要的约束条件。
2、地质构造运动地层趋同规律
所谓地质构造运动地层趋同规律是指，在某种地质构造作用下，具有空间态势的地层应具有较强的地层属性趋同性。比如离冲积源较远的平原地区，地层构造呈水平冲积状态，也就是说，在同一标高高度地层具有较大的相似性，事实上，目前很多的工程地质专业人员的分层思想就是基于此。再比如山口斜坡冲积带地层，其地层构造趋同性表现为基本与斜坡平均坡度相平行的层面上具有相同地层。
这条规律对于地质三维重构同样是非常的重要，是三维重构实现智能化分析的一个重要基础。
三、泛权算法解决思路
针对地质三维重构问题，泛权算法的解决思路共包括四大步骤：
1、已知信息标准化，形成待分析属性空间。泛权算法在解决地质问题时可以是离散点已知地质信息，也可以是一维、甚至二、三维的连续空间已知地质信息。通过综合对这些已知信息的标准标准化，来形成待求分析空间所包含的属性空间。
2、地质背景参数分析。泛权算法在进行地质三维重构时，可以在重构的同时耦合考虑各种背景因素的影响，如待分析区基本是属于水平冲积地层，还是属于坡向冲积地层，是不是发生过复杂的剧烈地质构造运动。对于这些背景信息，泛权算法用几个参数就可以在重构算法中进行深入和全面的反映。
3、应用泛权算法实现三维地质建模。泛权算法具有具有很强的人工智能性，并能很好的体现专家的意志。
4、在地质三维建模的基础上，还结合泛权算法可以实现各种各样的三维地质应用分析。比如利用泛权算法进行四维地下水分析、四维地温场分析等等。
四、泛权算法对典型地质重构问题的模拟
下面针对一个典型夹层地层开展分析
某场区只有1、2号两个钻孔，其中1号钻孔分3层，分别为土层2、1、2；2号钻孔分3层，分别为土层1、2、1；1号钻孔顶标高为A1m，各土层底标高分别为A2、A3、A4m；2号钻孔顶标高为B1m，各土层底标高分别为B2、B3、B4m；且有A1＝B1，A4＝B4，具体见图
3。这是一个复杂的典型工程地质问题，问题的关键是；不知道钻孔1中的第2层土与钻孔2中哪层土是同一层，同样不知道钻孔2中的第2层土与钻孔1中哪层土是同一层。此时应用一般插值拟合方法是很难进行下一步分析的。
但应用本算法，该问题是很容易得到求解的。选择不同的控制参数，可以计算出各种可能的解。当A1＝49，A2＝47，A3＝44，A3＝40，B1＝49，B2＝46，A3＝43，A4＝40，并假定两个钻孔的背景影响因素相等，两个钻孔的可信度相等，考虑水平冲积，就可以得到经过两钻孔连线剖面上的一组解，见图
4。
但同样针对以上情况，只要将水平冲积改为45度角坡向冲积，得到的结果将完全不同。结果将如图5所示。很显然结果与图4完全不同，这是由于其完全不同的背景因素所导致的。
图3：钻孔柱状图
图4：水平冲积下的剖面分层图
图5：坡向冲积下的剖面分层图
不要瞧不起这个看似简单的复杂问题，很难说还能找到其它的算法能对此问题进行如此赏心悦目的分析和解答。
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