随着地球系统科学、大数据、人工智能和人地关系、生态文明的发展，我国对地质勘查工作提出了新的要求，即利用信息技术建立透明地球，以实现矿体或地质体的逐步透明化和可视化，这将为地质勘探带来巨大变革。建设“数字地球”、“玻璃地球”、“透明地球”的关键之一是三维地质建模（3D Geoscience Modeling）技术，它是在多维环境下，利用空间信息管理、地质解译、空间分析与预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具用于地质分析的技术，也是随着地球空间信息技术的不断发展，由地质勘探、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像和科学计算可视化等学科交叉而形成了一门新兴学科。

   大海则透明矿井地质信息系统是中煤集团重大科技专项“大海则智能化煤矿关键技术与工程示范”项目下设科研课题，该课题由中煤能源研究院有限责任公司联合北京龙软科技股份有限公司承担。课题研究以大海则井田勘探和矿建揭露资料为基础，通过地质资料深度挖掘与分析整理，面向大海则煤矿智能化建设构建矿区真三维全地层精细地质模型。项目构建了矿区二三维一体化综合地质数据库，提出并实现了矿井全要素多维时空地质-水文-矿压精细建模的方法，搭建了透明矿井地质信息系统，将传统的二维地质保障工作逐渐转向三维和多维。智能透明矿井地质信息系统总体基于时态地理信息系统（TGIS/4DGIS）的透明化矿井关键技术，实现了高精度动态地质模型建模和自动处理，构建基于C/S的自主分布式协同4DGIS，为煤矿开采过程提供地质数据存储、转换、管理、查询、分析和可视化服务。

   大海则煤矿位于陕北榆横矿区的西北部，行政区划隶属榆林市榆阳区管辖，西部与内蒙古自治区接壤，井田面积约265.66km2。在地质建模方面，大海则矿地层结构复杂、相变频繁、砂体展布连续性差，为满足矿方生产实际需求以及全地层三维地质建模的技术难题，结合钻孔和沉积相、沉积旋回分析成果数据，对矿区地质体岩性段主要煤层、主要含水、隔水层等进行精细建模。建模过程中，对地层中砂岩单独刻画，既保证了岩性保真度又保证了系统和模型的运行效率；为防止模型中地层连通出现穿层交叉问题，地层按照从下到上顺序编号，按照同一旋回内砂体联通的原则，中间存在尖灭的砂体采用赋予极小值厚度的处理方式。此外，三维地质模型具备了定量化智能分析功能，研发了煤层冲刷带和含水层发育高度分析、涌水量分析、矿压分析、储量分析、虚拟钻孔、空间预警分析等功能。地质模型的更新通过数据库后台在三维模型系统模块中自动实现。此外，还实现了三维地层和巷道模型的一体化任意线剖切、分层隐藏透明显示、距离体积量测等功能。

   本项目通过原始创新以及借鉴国际先进的三维地质建模技术，攻克了复杂精细化地质建模技术、二三维模型动态更新技术、模型剖切与自动成图等一系列瓶颈问题，利用三维可视化和地质模拟等技术，将地下矿井变得“像玻璃一样的透明”，充分表达出井下真实的地质情况，并结合监测数据进行模拟计算，从而支撑智能矿山地质保障的深度应用，实现对水害等隐蔽地质灾害的评估、监测和预警。

图1 大海则高精度全地层三维地质模型

图2  大海则高精度延安组三段模型（砂岩含水层和煤层）

图3 大海则钻孔模型和钻孔柱状图

图4 大海则高精度透明综采工作面模型

   研究成果紧扣标准中的智能地质保障系统国家标准，采用最新的空间信息、云计算、大数据、物联网、移动互联网、4DGIS等技术，构建具有自主知识产权的 “透明化矿山”基础平台，以沉积学、层序地层学、岩石力学等理论为指导，进行矿井全要素多维时空地质-水文-矿压精细建模，实现了三维地质建模、水文地质环境建模、强矿压环境建模、动态监测数据实时更新全场景融合四维模型构建。该项研究成果为后续智能地质保障的建设打下了坚实的基础，最终为安全生产、地测保障、智能开采、智能管控等提供空间数据和业务数据的集成与应用，达到大海则矿山建设智能矿山、绿色矿山、透明矿山的总体要求。