一种地质剖面自然网格的剖分方法与流程

本发明属于油气地层分析模拟技术领域，具体涉及一种地质剖面自然网格的剖分方法。

背景技术：

地质剖面油气运移输导体系的刻画与定量表征，是油气成藏研究、含油气系统分析及盆地模拟领域的关键技术，地质剖面网格剖分为刻画和定量表征油气运移输导体系提供重要的研究手段。自然网格剖分方法可以最大限度地保持地质剖面原形，自然网格剖分方法创新的边网格技术为断层、裂缝及不整合带内的油气运移精细模拟奠定基础，从而提高油气藏分布预测水平。

用于地质、地形等领域的网格剖分方法，主要包括Delaunay三角形剖分方法、PEBI网格生成方法、有限元剖分方法、角点网格剖分方法、自由网格剖分方法和六面体网格剖分方法等。近年来，主要有以下研究进展。段进(剪力墙结构的自由网格划分[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(2):57-62.)提出了一种新的自由网格划分方案，以铺砌法自由网格算法为核心并联合几何拆分法和映射网格法，使得剪力墙结构的有限元离散模型更加合理，从而提高有限元分析的精确性和可靠性。王煜等(考虑三维地形的水工建筑物有限元网格剖分[J].水电与新能源,2010,第3期,总第89期,p:4-5.)以三维地形等高线作基础，采用近点距离加权平均法对各高程点进行插值，生成水工建筑物数值计算需要的有限元计算网格，结合实际工程进行网格剖分。李小娟等(三角网格剖分方法及其在河道水流模拟中的应用[J].江西水利科技,2013,39(1):48-51.)结合波前推进法的思想和Delaunay三角形剖分方法的优点，提出一种适用于平面二维河道水流模拟的网格自动剖分方法。孙章庆等(CN 104123449A)提供一种针对复杂山地区域的分区局部变加密不等距双重网格剖分方法。陈睿智等(几何特征的六面体网格剖分方法.北京航空航天大学学报.2014.)提出了几何特征的六面体网格剖分方法。刘刚等(CN 105513131A)充分考虑了褶皱的空间形态特征，采用角点网格为基本数据模型，通过平面趋势线和垂向细划分数目的控制，实现了空间体元的局部加密，可对需详细研究区域进行更加细致的剖分。杨艳林等(多相流数值模拟中复杂地质体网格剖分实现技术[J].吉林大学学报(工学版),2015,45(4):1281-1287.)考虑到复杂地质体的网格化剖分建模技术对多相流体数值模拟精准度的影响，提出了基于布点法构建任意多边形、任意约束的PEBI网格多约束、交互式网格剖分，实现技术与网格生成算法。

但是，上述网格剖分方法都未能很好的实现对断层、裂缝和不整合面通道连通关系方面的刻画。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种地质剖面自然网格的剖分方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种地质剖面自然网格的剖分方法，该方法包括生成地层网格的步骤，以及在划分所述地层网格的基础上进一步形成的用于反映断层、裂缝和不整合面通道连通关系的边网格和点网格的步骤；

所述地层网格由地质剖面中的地层界线和断裂线之间，以及与人工插入线相交所形成的若干封闭的第一网格单元组成；所述地层界线包括地层整合接触线和地层不整合接触线，所述断裂线包括断层和裂缝；所述人工插入线包括贯穿于地质剖面的若干垂直线，以及地层细分线。

本发明提供的地质剖面自然网格的剖分方法中所涉及网格的几何形态，是一种保留地质剖面自然现状的网格形态，是一种复杂的凹多边形、凸多边形或三角形；涉及的网格种类，除了具有地层网格之外，还引入了边网格和点网格。本发明提供的地质剖面自然网格的剖分方法重点考虑了网格边(边网格)是否连通，即考虑了断层、裂缝和不整合面通道，是一种适用于刻画断层、裂缝和不整合面输导体系的地质剖面自然网格的剖分方法。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，所述边网格包括不整合边网格和断裂边网格；所述不整合边网格由形成所述地层网格时对地层不整合接触线进行长度分段的基础上，进一步综合地层不整合接触层的风化壳厚度，对地层不整合层面进行网格划分后形成的若干封闭的第二网格单元组成；所述断裂边网格由形成所述地层网格时对断层或裂缝进行长度分段的基础上，进一步综合断层宽度或裂缝宽度，对断层层面或裂缝层面进行网格划分后形成的若干封闭的第三网格单元组成；

所述点网格由边网格中各地层不整合层层面、断层层面以及裂缝层面之间的交汇点组成。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，所述地层细分线为地层的等分线所述垂直线为地质剖面的垂向等分线。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，所述地质剖面自然网格为经数字化处理后的矢量图，其中，在矢量图中显示所述地层网格实体，且不显示边网格和点网格的网格实体。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，所述矢量图中的边网格与地层网格之间的联系通过边网格的长边位置进行确定；边网格与边网格之间的交叉关系通过点网格进行确定。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，该方法具体包括以下步骤：

S1：生成地层网格

在地质剖面上插入若干人工插入线，在此基础上，地层界线和断裂线之间，以及与人工插入线相交后形成了若干封闭的第一网格单元；构成所述第一网格单元的边线和交点，经数字化处理后得到所述地层网格；所述人工插入线包括贯穿于地质剖面的若干垂直线，以及地层细分线；所述地层细分线为地层的等分线；所述垂直线为地质剖面的垂向等分线；

S2：生成边网格

不整合边网格的生成：根据形成所述地层网格时地层不整合接触线各分段线设置不整合边网格的长边长度，并根据该段分段线的地层不整合接触线风化壳的厚度设置不整合边网格的短边长度，在此基础上形成若干封闭的第二网格单元；构成所述第二网格单元的边线和交点经数字化处理后获得所述不整合边网格；

断裂边网格的生成：根据形成所述地层网格时断层或裂缝的各分段线设置断裂边网格的长边长度，并根据该段分段线的断层宽度或裂缝宽度设置断裂边网格的短边长度，在此基础上形成若干封闭的第三网格单元；构成所述第三网格单元的边线和交点经数字化处理后获得所述断裂边网格；

S3：生成点网格

计算各第二网格单元、第三网格单元中短边的交点，并对获得的交点数据整理后形成所述点网格；

S4：获得所述地质剖面自然网格

将所述地层网格显示于矢量图中，并将所述边网格和点网格经虚拟化处理，输出获得的地质剖面自然网格。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，在所述S1步骤中，生成地层网格的具体过程包括：

(1)形成地质剖面自然网格图形

在地质剖面上插入若干垂直线使之与地层界线和断裂线相交，构成地质剖面自然形态的地层网格图形；

(2)将地质剖面数字化，形成矢量剖面

分别对上述地层网格图形中的地层界线、断裂线和垂直线进行数字化处理，形成矢量剖面；所述矢量剖面包括若干条线构成的线组合数据体，其中每条线由若干个折线段组成；

(3)插入小层界线，加密地层网格

在所述矢量剖面上，对需要细分的地层采用等分插入的方法，插入若干地层等分线；该地层等分线等同于地层界线，将新增的线加入原有的线组合数据体；

(4)生成地层网格

网格化预处理：对所述线组合数据体中所有折线求交，并将交点插入各自的折线中；合并重复点，计算各点的连通度(连通度指与该点连接的折线段数，连通度为1代表只有一条折线段与该点连接，即该点为线段的端点)；将折线两端中连通度为1的端点删除；连接交点之间的线段为边线，环线作为边线，删除重复边；

生成地层网格：计算边线两端线段的外方向角，外方向角逆时针排序，从交点沿边线顺序追踪，直至回到起点，即生成一个新网格，同时计算该网格中心位置；继续追踪下一个地层网格，直至生成全部地层网格；

所述地层网格包含地层线边、断裂线边和垂直线边三种边类型；所述地层线边包括整合边、不整合边和插入的小层等分线。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，在所述S2步骤中，生成边网格的具体过程包括：

生成不整合边网格：对于不整合层面上的地层网格边，根据不整合风化壳的厚度h_j，h_j>0m，设定每个地层网格不整合边的厚度，形成不整合边网格，共4个边，同时计算该网格中心位置；边网格的两个长边边长相等，长度为该地层网格不整合边的长度；两个短边边长也相等，宽度为给定的厚度；遍历所有地层网格边，直至生成所有不整合边网格；

生成断裂边网格：对于断层或裂缝上的地层网格边，根据断裂带的宽度w_k，w_k>0m，设定每个地层网格断裂边的宽度，形成断裂边网格，共4个边，同时计算该网格中心位置；边网格的两个长边边长相等，长度为该地层网格断裂边的长度；两个短边边长也相等，宽度为给定的宽度，短边为虚边，不记录该边，但记录与短边相连的其他边网格或点网格；遍历所有的地层网格边，直至生成所有断裂边网格；

其中，每个边网格的两个长边各与一个地层网格相邻，长边是边网格与地层网格的共用边；通过长边找到边网格与地层网格的位置关系。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，在所述S3步骤中，生成点网格的具体过程包括：

计算边网格短边中心点与其他边网格短边中心点的位置关系，判断边网格是否存在分叉聚连；如果存在，则在交点处生成点网格，同时记录与点网格相连的边网格号，一个点网格至少连接3个边网格；采用上述方法生成全部点网格；所述的点网格是虚构网格，在图形上不显示；

其中，被点网格记录的边网格通过点网格查找与其他边网格的分叉聚连关系；对于没有发生交叉的边网格，记录通过短边相邻的其他边网格；对于发生交叉的边网格，如果交叉点位于某短边上，则相应记录该交叉点网格，通过点网格建立与其他边网格之间的关系。

在上述地质剖面自然网格的剖分方法中，优选地，在所述S4步骤中，在输出获得的地质剖面自然网格步骤之前，该方法还包括用五色填图方法区分边网格属性值的大小的步骤。

本发明提供的一种地质剖面自然网格及其剖分方法与现有技术相比，具有以下几方面的区别和优势：

(1)网格几何形态的差异

现有的三角形剖分方法、PEBI网格生成方法、有限元剖分方法、角点网格剖分方法、自由网格剖分方法、六面体网格剖分方法等，生成的网格为三角形、四边形、其他多变形(或多面体)，以凸多边形为主；本发明中地质剖面自然网格的网格主体是左右两侧为垂直边，上下为地层自然界线或断裂线，是一种保留地质剖面自然现状的网格形态，是一种复杂的凹多边形、凸多边形或三角形。

(2)网格种类不同

在地质剖面网格剖分方面，现有的网格剖分方法只形成一类网格，即只生成地层网格；本发明的除了生成主体网格——地层网格之外，还引入了边网格和点网格。其中，边网格和点网格在图形上可以没有实体，但可用于油气运移计算。

(3)用途的差异

在油气运移模拟方面，现有网格剖分主要侧重于地层网格之间的流体传导性模拟；本发明地质剖面自然网格剖分方法突出考虑网格边(边网格)是否连通，即考虑了断层、裂缝和不整合面通道，是一种适用于断层、裂缝和不整合面输导体系的剖分方法。

本发明提供的地质剖面自然网格及其剖分方法依托边网格特有的自然网格形态特征——保留断层、裂缝和不整合层的原始形态，更好地刻画油气输导体系的分布与输导能力的特征，为开展油气运聚模拟、含油气系统分析和油气成藏研究提供重要的手段。

附图说明

图1为实施例1中地质剖面自然网格剖分方法的流程示意图；

图2为实施例1中地质剖面自然网格示意图；

图3为实施例1中地层网格追踪流程图；

图4为实施例1中地质剖面矢量化结果图；

图5为实施例1中地层网格加密结果图；

图6为实施例1中的用五色填图方法绘制的地层网格图；

图7为实施例1中的地层网格、边网格属性显示图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种地质剖面自然网格剖分方法，并将该剖分方法实际应用于某研究区建立地质剖面自然网格。该研究区的基本地质情况是：长度10000米、深度2000米的地质剖面，包括4个地层(即4条地层界线，其中第一条为地层不整合线，其余为地层整合线)、3条断层线和6条裂缝线。具体地，本实施例中采用的地质剖面自然网格剖分方法包括以下步骤(流程图见图1)：

(1)形成地质剖面自然网格图形

在地质剖面上插入若干垂直线使之与地层界线和断裂线相交，构成地质剖面自然形态的地层网格图形；其中，地层界线包括地层整合接触线和地层不整合接触线，断裂线包括断层和裂缝。

具体地，在研究区地质剖面图上，等距离插入12条垂线，使之与4条地层接触线相交，同时部分垂线和部分断裂线相交，形成地质剖面自然网格图形(如图2所示)。

(2)将地质剖面数字化，形成矢量剖面

分别对地层网格图形中的地层界线、断裂线和垂直线进行数字化处理，形成矢量剖面；矢量剖面包括若干条线构成的线组合数据体，其中每条线由若干个折线段组成。

具体地，将地质剖面图中的4条地层界线、3条断层线、6条裂缝线和12条垂直线各类不同的线进行数字化处理，将地层不整合线的厚度设为2米，将断层的厚度设为2-4米，将裂缝的厚的设为1米，形成若干条线构成的线组合数据体(电子剖面)，其中每条线由若干个折线段组成(如图4所示)。

(3)插入小层界线，加密地层网格

在矢量剖面上，对需要细分的地层采用等分插入的方法，插入若干地层等分线；该地层等分线等同于地层界线，将新增的线加入原有的线组合数据体。

具体地，在电子剖面上，等分插入小层界线，加密地层网格，其中地层1插入1个小层，地层2分不同断块分别插入3个和4个小层，地层3根据不同断块分别插入3个和5个小层，地层4没插入小层，形成新的电子剖面(如图5所示)。

(4)生成地层网格

a)网格化预处理：对线组合数据体中所有折线求交，并将交点插入各自的折线中；合并重复点，计算各点的连通度；将折线两端中连通度为1的端点删除；连接交点之间的线段为边线，环线作为边线，删除重复边。

b)生成地层网格：计算边线两端线段的外方向角，外方向角逆时针排序，从交点沿边线顺序追踪，直至回到起点，即生成一个新网格，同时计算该网格中心位置；继续追踪下一个地层网格，直至生成全部地层网格(地层网格追踪流程图如图3所示)。

(5)生成边网格

a)生成不整合边网格：对于不整合层面上的地层网格边，根据不整合风化壳的厚度h_j，h_j>0m，设定每个地层网格不整合边的厚度，形成不整合边网格，共4个边，同时计算该网格中心位置；边网格的两个长边边长相等，长度为该地层网格不整合边的长度；两个短边边长也相等，宽度为给定的厚度；遍历所有地层网格边，直至生成所有不整合边网格。

b)生成断裂边网格：对于断层或裂缝上的地层网格边，根据断裂带的宽度w_k，w_k>0m，设定每个地层网格断裂边的宽度，形成断裂边网格，共4个边，同时计算该网格中心位置；边网格的两个长边边长相等，长度为该地层网格断裂边的长度；两个短边边长也相等，宽度为给定的宽度，短边为虚边，不记录该边，但记录与短边相连的其他边网格或点网格；遍历所有的地层网格边，直至生成所有断裂边网格。

(6)建立边网格与地层网格之间的联系

每个边网格的两个长边各与一个地层网格相邻，长边是边网格与地层网格的共用边；通过长边可以找到边网格与地层网格的位置关系。

(7)生成点网格，通过点网格确定边网格与边网格之间的交叉关系

a)生成点网格：通过计算边网格短边中心点与其他边网格短边中心点的位置关系判断边网格是否存在分叉聚连。如果存在，则在交点处生成点网格，同时记录与点网格相连的边网格号，一个点网格至少连接3个边网格。通同样的方法生成全部点网格。

b)通过点网格确定边网格与边网格之间的交叉关系：被点网格记录的边网格可以通过点网格查找与其他边网格的分叉聚连关系。

(8)建立其他边网格与边网格之间的关系：对于没有发生交叉的边网格，记录通过短边相邻的其他边网格，对于发生交叉的边网格，如果交叉点位于某短边上，则相应记录该交叉点网格。

(9)用五色填图方法绘制地层网格(如图6所示)；用颜色区分边网格属性(如孔隙度等)值的大小，并在剖面上显示出来。

具体的，对网格属性(以孔隙度为例)进行赋值，地层1给定2％-4％，地层2给定10％-12％，地层3给定8％-10％，地层4给定3％-5％，裂缝给定5％-15％，断层给定5％-25％。设定颜色表，显示属性(如图7所示)。