三维地质模型的建模方法及系统与流程

本发明涉及地震勘探领域，更具体地，涉及一种三维地质模型的建模方法及系统。

背景技术：

在地震勘探领域，正演模拟技术贯穿地震数据采集、地震资料处理和地震资料解释的各个环节，是进行地震反演的基础，是认识和研究地下地质结构最为有效的手段。正演模拟包括物理模拟和数值模拟，物理模拟具有直观性强、与实际情况更为接近的优点，但模型修改较难，而数值模拟的计算效率较高，参数修改方便，成本比物理模拟有很大优势，故使用更为广泛。

地震数值模拟技术就是对实际的复杂地球介质作适当的简化，对地震波的传播规律也作适当的简化，然后用数学的或物理的方法研究地震波在某种具体的简化模型中传播的特点，用来模拟地震波在地质模型中的传播特征，进而指导地震勘探的野外采集、处理和解释等各方面的理论研究和生产工作。由于三维更接近实际，并且实际地震勘探往往都是三维，因此尽管三维地震正演模拟计算量和工作复杂程度大，但是其实际需求更强。

地质模型的建立是地震正演模拟过程中的第一个环节。它是一般是基于人机交互，将简化的地质概念模型转化为计算机可识别的几何模型，然后再转化为带有物理属性的实体模型或者网格模型。也就是说一般的建立网格模型的做法一般都是基于几何模型，即借鉴层状模型的思想，将几何框架模型视为简化的地层模型，并且认为几何框架模型中各封闭单元为均匀介质，然后将各封闭单元中设置不同的速度、密度等属性，得到实体模型。最后对实体模型进行网格化获得网格模型。

在这个过程中，几何模型的建立或者说几何建模又是最关键的一步。它根据地质、地球物理解释以及其他数据，利用数学、几何等分析方法构建地质对象的空间几何形态，并利用点、线、面、体等基本几何元素及其组合来表示地质对象的过程。但是相同的地质体或者几何形态可以采用不同的表示方法。例如线框表示方法、边界表示法等。线框表示法直接用一系列顶点与线段组成线框或者封闭的多边形来表示地质体的边界与轮廓，地质体由这些封闭体构成，类似于搭积木，用户绘制出的是一个个封闭体。这种方法模型结构简单，数据量小，而且已经形成了一个个封闭的单元，有利于以后的属性填充与网格化，另外，线框法的封闭单元就是实体单元，因此修改封闭单元就完成了实体单元的修改。但是难以表示出复杂的形体。边界表示法也采用点、线、面、体定义实体，与线框法不同的是，用户只绘制点、线。若干点顺序连接而成边，由边构成封闭体的边界，封闭体内剖分为若干三角面片，三角面片形成实体模型。这种方法准确表达地质体边界，但是数据量比较大。更重要的是由点、线形成空间曲面程序实现难度大，而且断层面与地层面、断层面与断层面、地层面与地层面，这种求交运算不仅程序实现难度大，而且当模型结果复杂时，求交运算量也大，因此效率不高。

发明人发现，现有的三维地质模型的建模方式较为复杂，建模效率较低。因此，有必要开发一种高效的三维地质模型的建模方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种三维地质模型的建模方法及系统，其能够利用点和线段构建几何模型框架，获得二维地质几何模型、实体模型和网格模型，进而获得三维地质网格模型，实现高效的三维地质模型的建模。

根据本发明的一方面，提出了一种三维地质模型的建模方法。所述方法可以包括：基于地质模型的地质体分界面，构建几何模型框架；基于所述几何模型框架，识别封闭单元，获得二维地质几何模型；基于所述二维地质几何模型，对封闭单元填充地质属性参数，获得二维地质实体模型；对所述二维地质实体模型矩形网格化，获得二维地质网格模型；以及基于纵横向分布的多个二维地质网格模型，获得三维地质网格模型。

根据本发明的另一方面，提出了一种三维地质模型的建模系统，所述系统可以包括：用于基于地质模型的地质体分界面，构建几何模型框架的单元；用于基于所述几何模型框架，识别封闭单元，获得二维地质几何模型的单元；用于基于所述二维地质几何模型，对封闭单元填充地质属性参数，获得二维地质实体模型的单元；用于对所述二维地质实体模型矩形网格化，获得二维地质网格模型的单元；以及用于基于纵横向分布的多个二维地质网格模型，获得三维地质网格模型的单元。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的二维地质剖面的示意图。

图3示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的构建几何模型框架的 示意图。

图4示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的获得二维地质几何模型的示意图。

图5示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的三维插值的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

图1示出了三维地质模型的建模方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的三维地质模型的建模方法可以包括：步骤101，基于地质模型的地质体分界面，构建几何模型框架；步骤102，基于所述几何模型框架，识别封闭单元，获得二维地质几何模型；步骤103，基于所述二维地质几何模型，对封闭单元填充地质属性参数，获得二维地质实体模型；步骤104，对所述二维地质实体模型矩形网格化，获得二维地质网格模型；以及步骤105，基于纵横向分布的多个二维地质网格模型，获得三维地质网格模型。

该实施例通过利用点和线段构建几何模型框架，获得二维地质几何模型、实体模型和网格模型，进而获得三维地质网格模型，实现高效的三维地质模型的建模。

下面详细说明根据本发明的三维地质模型的建模方法的具体步骤。

构建几何模型框架

在一个示例中，可以基于地质模型的地质体分界面，构建几何模型框架。

在一个示例中，构建几何模型框架可以包括：基于地质模型的地质体分界面，利用点和线段构建几何模型框架；以及在线段中间增加、删除或者拖拽控制点，以使整个线段更加逼近地质体分界面。

具体地，与通常的做法类似，本发明对三维模型的构建也是分别从纵横两个方向的二维剖面上进行人机交互绘制。但是不同的是，通常的三维建模是由二维剖面上某个层位、或者断层等具有明确相同地质意义的拾取点(绘制结果)插值或者拟合形成三维空间的一个个层位面或者断层面，然后由这些层位面以及断层面组合形成三维几何框架模型，再由三维几何框架模型形成三维实体模型，最后对实体模型填充属性并网格化。在这个过程中点、线形成空间曲面程序实现难度大，而且断层面与地层面、断层面与断层面、地层面与地层面，这种求交运算不仅程序实现难度大，而且当模型结果复杂时，求交运算量也大，因此效率不高。

本发明采用层状结构，利用点、线段来建立模型的几何框架(几何模型框架)。其中，层状结构是指按一定的顺序，由下至上，地层成层状分布，每层具有统一的地层属性，如速度、密度等，即地层内部是均匀的。在地震正演模拟中，多数情况下是按照空间位置从上到下的顺序依次标定层位序号，而不考虑其具体的地质年代和形成次序。因此，二维层状结构模型可以描述为由贯穿模型左右边界的地层分界线分隔成许多单连通的条带状区块，并且同一区块内具有统一属性的地层。

本发明仅仅利用点、线段来构建几何模型框架，这类似于用笔在纸上勾画。本发明首先由用户定义一个模型范围，这个范围就相当于纸。然后用户可以用鼠标在此模型范围内随意勾画任何图形，鼠标就相当于笔。当然在实际工作中，用户不可能随意勾画，而是按照一定的地质构造勾画。这时用户面对的仅仅是具有两个端点的线段，即用线段来表示地质体的分界面，而随意性表示这种勾画能适应任何复杂的构造界面，即一个分界面可以由若干首尾相接的线段组成，也可以在一个线段中间增加、删除或者拖拽控制点来使得整个线段更加逼近界 面形态。在这个过程中用户可以随时保存结果，以便下次在此基础上继续勾画，或者在勾画成功后保存为几何模型框架。在这个过程中，用户不必非常关心这些界面的地质意义，只要勾画的几何形态与地质模型的形态一致就行。

通过上述方式，可以利用点和线段，分别从纵横两个方向的二维剖面上构建出二维地质模型的几何模型框架。

获得二维地质几何模型

在一个示例中，可以基于所述几何模型框架，识别封闭单元，获得二维地质几何模型。

在一个示例中，获得二维地质几何模型可以包括：应用三角剖分方法自动识别封闭单元；以及检查各个封闭单元是否与地质模型一致，并在封闭单元与地质模型不一致的情况下，相应修改几何模型框架。

具体地，在几何模型框架构建好以后，可以利用三角剖分方法自动识别封闭单元，从而将几何模型框架快速转化为几何模型，提高了几何模型建模效率。由于三角剖分算法非常快，并且没有遗漏，因此使用三角剖分算法自动识别封闭单元效率非常高。此外，可以检查各个封闭单元是否与地质模型一致，如果不一致，可以对几何模型框架进行相应修改。但是检查与修改的过程比传统人工直接绘制封闭单元要快捷，尤其是模型复杂时，效率比人工直接绘制封闭单元要高很多。

通过上述方式，可以获得纵横两个方向的二维剖面上的二维地质模型的几何模型。

获得二维地质实体模型

在一个示例中，可以基于所述二维地质几何模型，对封闭单元填充地质属性参数，获得二维地质实体模型。在建好二维地质几何模型以后，可以对封闭单元填充属性，即可生成二维地质实体模型。优选地，所述地质属性参数可以 包括纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、流体饱和度，以及thomsen(汤姆森)各向异性参数等。

本领域技术人员应当理解，所填充的地质属性参数并不限于此，可以采用本领域常用的各种常规地质属性参数，生成二维地质实体模型。

获得三维地质网格模型

在一个示例中，可以对所述二维地质实体模型矩形网格化，获得二维地质网格模型；并且，可以基于纵横向分布的多个二维地质网格模型，获得三维地质网格模型。

在一个示例中，获得三维地质网格模型可以包括：对纵横向分布的多个二维地质网格模型进行三维插值，从而获得三维地质网格模型。

可以输出根据本发明的三维地质模型的建模方法所获得的三维地质网格模型，用于不同的用途的地震正演模拟。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

图2示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的二维地质剖面的示意图；图3示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的构建几何模型框架的示意图；图4示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的获得二维地质几何模型的示意图。在图2-图4中，x轴表示水平方向的距离，z轴表示竖直方向的距离，单位为米(m)。

如图2所示，首先，确定出该二维剖面的范围，即x、z两个方向的范围。然后，如图3所示，根据该二维剖面上的地质剖面，用点和线段的方式建立与此地质剖面相应的几何框架模型。对于图3所示的几何框架模型，用三角剖分 算法快速地进行剖分，从而自动识别出其中的封闭体，如图4所示。此时可以对比图4与图2是否一致，如果不一致，可以对图3进行修改以使二者一致，从而获得与地质剖面一致的几何模型。对于已识别出的封闭块体，即地质体，可以将其激活进行操作，即填充属性，例如纵波速度和横波速度等。将所有块体都填充完毕以后，就可以将此二维剖面用dx，dz进行网格化，获得该二维剖面上的二维地质网格模型。

首先，可以输入x、y、z三个方向的范围，以及这三个方向的采样步长dx，dy，dz。前面已经获得了二维地质网格模型，基于纵横向(其中，纵向可以为xz方向，横向可以为yz方向；或者纵向可以为yz方向，横向可以为xz方向)分布的多个二维地质网格模型，利用多个二维地质网格模型上的网格点上的数据进行三维插值，以获得多个二维地质网格模型范围附近的网格点上的值。

图5示出了根据本发明的三维地质模型的建模方法的三维插值的示意图。如图5所示，可以用纵向相邻的两个面和横向相邻的两个面(一共4个面)上的点进行插值，也即，用点c000，c100，c010，c110，c001，c101，c011，c111得到点c。从而，可以获得用于基于有限差分法的三维波动方程正演模拟的网格模型。

可见，根据本发明的三维地质模型的建模方法，能够利用点和线段构建几何模型框架，获得二维地质几何模型、实体模型和网格模型，进而获得三维地质网格模型，实现高效的三维地质模型的建模。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

实施例2

根据本发明的实施例，提供了一种三维地质模型的建模系统，所述系统可以包括：用于基于地质模型的地质体分界面，构建几何模型框架的单元；用于 基于所述几何模型框架，识别封闭单元，获得二维地质几何模型的单元；用于基于所述二维地质几何模型，对封闭单元填充地质属性参数，获得二维地质实体模型的单元；用于对所述二维地质实体模型矩形网格化，获得二维地质网格模型的单元；以及用于基于纵横向分布的多个二维地质网格模型，获得三维地质网格模型的单元。

该实施例通过利用点和线段构建几何模型框架，获得二维地质几何模型、实体模型和网格模型，进而获得三维地质网格模型，实现高效的三维地质模型的建模。

在一个示例中，获得三维地质网格模型可以包括：对纵横向分布的多个二维地质网格模型进行三维插值，从而获得三维地质网格模型。

在一个示例中，构建几何模型框架可以包括：基于地质模型的地质体分界面，利用点和线段构建几何模型框架；以及在线段中间增加、删除或者拖拽控制点，以使整个线段更加逼近地质体分界面。

在一个示例中，获得二维地质几何模型可以包括：应用三角剖分方法自动识别封闭单元；以及检查各个封闭单元是否与地质模型一致，并在封闭单元与地质模型不一致的情况下，相应修改几何模型框架。

在一个示例中，所述地质属性参数可以包括纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、流体饱和度，以及thomsen各向异性参数等。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。