一种基于增强型矩形网格的正逆断层等值线自动生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明为石油物探地震地质构造解释成图配套技术，目的在于解决目前构造解释 成图中存在正逆掩断层尤其是多次逆掩断层时无法自动高效生成构造等值线图以及三维 构造建模的问题。
【背景技术】
[0002] 在石油物探地震地质构造解释中，复杂构造下的正逆断层，尤其是多次逆掩断裂 的网格化等值线自动成图历来是地学成图领域的一大难点。目前主流的地震解释构造成图 系统大多数只能解决正断层成图问题，解释人员对于逆断层成图问题主要采用手工分片再 组合的技术，费工费时，只能针对贯穿工区的逆断层进行处理。对大量的非通透逆断层或者 多次逆掩的复杂构造情况仍然无法解决。尤其是无法适应逆掩断裂带和山前带复杂构造下 的逆断层构造成图。
[0003] 含正逆断层的网格化成图当只存在正断层时比较简单，但存在逆断层时，由于断 裂区域在平面上同一位置存在多个高程值，如图1所示，导致地震解释中的层位表示、成图 中层面表示和等值线追踪变得非常复杂。
[0004] 目前对于存在逆断层时的层位解释主要支持分片解释和分段解释两种。对于正逆 断层的成图方式在数据结构上主要采取两种方式：一种是基于矩形网格的表示；一种是基 于三角网格的表示，两种方法各有优缺点。
[0005] 楚万长在中国专利200510066109号中批露了一种绘制含正断层地质体构造等值 线图的矩形网网格化方法，很好的解决了正断层存在下的网格化和等值线绘制。这一方法 在网格化插值时采取了通常采用的八象限局部数据搜索插值方式，对于分布均匀数据效率 和效果较好，但对于分布极不均匀的数据，比如二维测线数据，数据搜索的效率低而且外推 效果较差，此外这一方法无法处理逆断层情况。
[0006] 巫俊等在中国专利201010582907号中批露了一种基于空间网格化算法的含逆断 层等值线绘图方法，这一方法采用空间断面来区分逆断层多边形内部的上下盘多值数据， 并采用分片三角剖分的方法实现重叠域的构网再与重叠域外的网格部分合并，然后采取常 规的克里金局部数据搜索插值实现逆断层层面构建实现等值线的追踪。这一方法的缺点是 通常准备成图的正逆断层多边形是没有高程值的，对此种情况无法区分上下盘数据，此外 采取局部搜索数据插值方法无法处理。如图2所示的多次逆掩网格化问题，即对于上盘待 插值点A来讲，由于断层F2没有完全与断层Fl相交，还存在连通区域，那么在插值时搜索 上盘数据的时候可能会搜索到错误的下盘数据导致附近层面插值错误，此外也同样具有局 部搜索数据方法的缺陷。
[0007] 中国环波解释软件中实现了一种逆断层等值线绘图技术，但存在的问题是对于多 次逆掩的情况需要用户交互确定辅断层在主断层的那一盘的，只能够处理分段数据，对于 数据需要在解释时记录上下盘信息，此外后期追踪的等值线无法直接终止并严格交到断层 多边形上下盘线上。
[0008] 蔡强和杨钦在2004年提出了一种基于三角网格表示的正逆断层等值线绘制。主 要采取了如图3所示加桥边分片处理的方式（蔡强、杨钦、陈其明.地质结构重叠域的限定 Delaunay三角剖分研究，计算机辅助设计与图形学学报/16卷/6期/2004/766-771):对于 没有贯穿绘图区域边界的逆断层多边形，通过在其灭点P引一条桥边线到绘图边界或者另 一条内部断层多边形边界上，将存在局部多值断裂部分的区域分解成单值区域，然后再单 独三角剖分和插值，共享桥边线的区域在剖分和插值时要确保在桥边处几何和拓扑一致。 这一方式也采用了局部数据搜索插值方法，和上面的方法一样存在同样的缺点。此外，从三 角网格计算的等值线形态要比矩形网格的差，尤其是加桥边方式无法有效解决如图2所示 的多次逆掩问题。
【发明内容】
[0009] 本发明目的是提供一种基于增强型矩形网格的正逆断层等值线自动生成方法，以 解决现有技术在包含大量逆断层尤其是多次逆掩断裂下构造成图时需要大量手工交互或 难以生成满足精度的构造等值线图，从而克服了现有技术中精度不高，效率较低，无法处理 多次逆掩复杂情况或者结果不正确的问题。
[0010] 本发明通过以下步骤实现：
[0011] 1)根据已知地震层位和断层多边形数据建立断层多边形之间的交切拓扑关系；
[0012] 步骤1)所述的地震层位数据是基于规则矩形网格数据结构保存的分片层位数据 点集或是基于分段数据结构的层位数据。
[0013] 所述的基于规则矩形网格数据结构保存的分片层位数据点集，在逆断层时需要分 成多片表示一个逆掩断裂的层位，每一片数据之间没有拓扑关系，片内的数据点之间也没 有拓扑信息；基于分段数据结构的层位数据是在每一地震测线上按照逆断层线将层位分解 为多段，用有序段集表示逆掩断裂的多值情况，无需分片。
[0014] 步骤1)所述的断层多边形数据支持正逆断层多边形，且都是无高程值的二维闭合 多边形，其中逆断层多边形上下盘具有不同的标记，正断层无需设置上下盘标记。
[0015] 步骤1)所述的建立断层多边形交切拓扑关系的过程是：
[0016] 计算断层多边形之间的交点，当两个逆断层多边形之间或者正逆断层多边形之间 在绘图区域内存在重叠部分时，应用逆断层上下盘标记符号和交点确定其中重叠区域断层 多边形的主辅叠置关系，利用叠置关系裁剪相应的断层多边形。
[0017] 2)在断层多边形交切拓扑关系基础上构造增强型矩形网格；
[0018] 步骤2)所述构造增强型矩形网格具体过程如下：
[0019] (1)在绘图区域按照给定尺度划分初始规则矩形网格单元，其中网格区域的水平 网格线与笛卡坐标系的X轴对应，垂直网格线与笛卡儿的坐标系的Y轴对应，网格的高程值 对应的是笛尔卡坐标系的Z轴方向；
[0020] (2)按照断层多边形之间的叠置关系，建立断层多边形求交顺序表，先发育的断层 多边形优先级高；
[0021] (3)按照顺序表递归计算X方向的网格线与断层多边形的交点集；
[0022] (4)对交点集按照X方向由小到大排序，如果相邻的两个交点分别属于同一个逆 断层的上下盘线上的交点，则需要交换这两个交点的在X方向的位置，但序号不变，并按照 交点序号将网格线递归分段并保存这些最终的X方向网格段；
[0023] (5)与步骤（4)相同，按照顺序表递归计算Y方向网格线与断层多边形的交点集， 并按照排序调整后的交点集递归的将Y方向的网格线分段并保存这些最终的Y方向网格 段；
[0024] (6)对于落在正断层多边形内的网格段，标记为无效网格段；
[0025] ( 7)在X和Y方向网格段集数据结构建立基础上，按照逆断层叠置关系递归计算每 个网格节点位置是否落在逆断层多边形内或者两个逆断层叠置区域内，按照该处层位逆掩 断裂重叠的次数设置Z方向上有几个Z值以及每一个值对应断层多边形的那一盘；
[0026] (8)按照每个网格节点位置处的Z值个数创建对应个数的网格节点指针并保存到 该网格节点位置，然后依据网格节点上下盘信息将这些节点指针分配到X和Y方向网格段 上；
[0027] (9)按照网格节点所在的X和Y方向的网格段号，建立各网格节点之间的联通标 记，如果两个节点在同一盘或者同一网格线段上，为连通，否则是被断层多边形打断的。
[0028] 3)基于断层多边形交切拓扑关系以及增强型矩形网格数据结构对层位数据点集 进行分盘以及投影数据到计算网格单元；
[0029] 步骤3)所述的对层位数据进行分盘的过程如下：
[0030] (1)对于分片层位数据，直接沿Z方向投影点到增强型网格单元内并标记是否落 入逆断层多边形区域内，落入逆断层多边形内的数据点在第一次插值时不参与计算，在后 期的插值中按照第一次插值的趋势将这些剩余的数据点进一步分盘处理并参与计算；
[0031] (2)对于分段解释的数据，首先递归计算每一条测线与断层多边形的交点并按照 交点递归分割为线段集，测线线段集与该测线上的层位数据段集对应，但纪录了该测线段 是断层多边形的那一盘的标记；按照段集对应关系将数据点分配到计算的线段集上并标记 断层上下盘标记；最后利用上述标记将线段上的数据点投影到增强型网格单元内并记录；
[0032] 4)用增强型矩形网格拓扑结构以及数据点集建立离散光滑插值方程，将所有节 点处的局部离散光滑插值方程组成一个全局的离散光滑插值线性方程组，迭代求解得到增 强型网格表示的插值层面；
[0033] 步骤4)所述建立离散光滑插值方程的过程如下：
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