地质体及地质结构的三维可视化表征可以提供对地下地质现象及构造更加真实、直观的描述,已经成为推动“玻璃地球”、“智慧城市”建设的关键与核心技术之一。随着三维地质建模技术的发展以及在各个地质领域的深入应用,对三维模型的要求已经更多地从定性描述转向了定量评价。多点地质统计学随机建模方法已经成为复杂三维地质模型自动构建与模拟领域的一个重要分支,其基本理论的发展以及各种算法的提出为各向异性的地下复杂地质结构的三维重建和定量分析提供了技术方法支持。但是,面对实际的三维地质建模实践,尤其针对沉积松散、分布不均、厚度较薄、多碎片化结构的第四纪沉积体系,获得一个完整、可靠的用于多点地质统计学随机模拟的三维训练图像非常困难,而且基于规则网格的模拟结果不能准确地反映地质沉积及构造结构在客观世界中的真实形态与分布特征。概括地讲,目前三维地质建模方面存在的主要挑战包括:(1)地下各向异性的复杂地质体结构模型的高效、自动重构问题。(2)地质格架模型与精细属性模型的一体化建模与表达。(3)所建模型是否能够为地质定量分析、评价以及可视化决策提供支持。第四纪松散沉积层对人类活动影响最大,我国各大、中城市都分布于平原地区或高原地区的第四纪沉积层之上。而且,各类地质灾害问题都与第四纪浅层地下地质体及地质结构的空间分布及地质现象的动力学过程相关。由此可见,三维地质模型的构建已经成为城市地下空间利用和地质环境定量评价的基础性工作。以典型的第四纪沉积体系建模为例开展三维地质体随机建模方法研究,提出具有针对性的新策略、新方法、新模型,构建从数据处理、建模方法到模型可视化表达的全流程解决方案,具有重要的理论和现实意义。本文针对以上问题和挑战,提出了基于多点地质统计学的三维地质建模关键技术、优化方法以及完整的基于多点地质统计学的三维随机建模流程。针对实际地质勘查数据分布不均衡的问题,重点研究了多点地质统计学随机模拟方法中模拟路径、搜索邻域以及后处理技术的优化方法;面对三维训练图像获取困难以及其对平稳性假设的高度依赖问题,研发了一种基于低维数据的三维地质体模型自动重构方法;为了实现地质格架模型与精细属性模型的一体化建模与精确表达,开展了地质结构模型约束下的精细三维体元模型的自动生成方法研究。在此基础上,以闽江口地区第四纪复杂沉积地层精细建模为例进行了方法的验证。通过综合实验和实际三维建模应用证实了本文提出的方法的有效性和优越性。而且,本文所提出的方法具有较好的可移植性和扩展性,能够被应用到其它类似领域。这将为复杂地质结构的建模乃至更广泛的三维地质建模实践提供方法借鉴和技术支持,使得三维地质建模能够切实服务于资源勘查开发、地质环境模拟评价等科学研究和实际应用。本文的主要创新之处在于:(1)提出了针对多点地质统计学随机模拟方法中关键技术的优化策略和改进方案,包括密度敏感的模拟路径优化方法、基于空间分区的数据事件构建方法和基于空间连通性分级的后处理方法,使得多点地质统计学随机模拟方法能够适应第四纪复杂沉积结构的三维建模要求。(2)提出了一种基于局部搜索策略的多点地质统计学三维地质模型自动重构方法,实现了基于低维数据的三维地质模型的快速、自动构建,而不再依赖于一个完整的三维训练图像。(3)提出了一种顾及复杂构造条件约束的三维模型网格剖分方法,实现了基于多点地质统计学随机建模结果的构造与属性一体化精细建模与可视化表达,并在此基础上给出了详细的基于多点地质统计学的三维地质体随机建模流程。