一种三维地质建模的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维建模方法及装置，涉及地质建模领域，改进了已有整体法的主要不足，兼具局部法的优点，并且可以利用地质原始数据快速地建立多层复杂三维地质体。本发明的主要方法为从已采集的地质数据中获取断层控制数据，利用地层反演法拟合断层面，并为断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层；利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；利用断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。本发明主要用于断层显示的三维建模中。
【专利说明】一种三维地质建模的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质建模领域，尤其涉及一种三维地质建模方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对于断层的三维表示与模拟技术尚处于研究和探索阶段，主流的断层构模可分为两类:基于地质成因的断层构模方法，又称整体法；基于分区插值的断层构模方法，又称局部法。
[0003]整体法需要对地质场地进行深入的勘察了解，需要掌握详尽的精确的地质资料，包括地形图、平面剖面地质图、钻孔信息等，并且需要用户拥有较高的地质背景专业知识，所以该方法是一种比较复杂专业的构模方法，主要适用于地质专业和科研工作者的专业分析。整体法的优势是可以用较少的数据建立较高精度的模型，建模的效率较高。不足之处是不适合复杂形状的和多次构造运动产生的断层的建模，需要依赖较多的数学地质专业知识。
[0004]局部法可以看作是一种地质分区(分块)方法，首先把地质体分割成不同的块体，三维地质体是不同的三维块体的组合。局部法构模适用于同沉积断层，即一些走滑断层和大型倾滑断层，同沉积断层两侧数据的关联性不大，同时也与分区分片插值的基本思想一致。局部法的优点在于适合于任何复杂的断层建模，不需要太多的用户干预和地质专业背景知识。缺点是需要较多的能对每个块体进行限定的详细地质资料，最好包括地形图、平面剖面地质图、钻孔信息等等，建模的效率低，模型修改和编辑的工作量大。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种新的三维地质建模方法及装置，以解决上述问题。
[0006]为此，本发明的实施例提供如下技术方案:
[0007]—方面，本发明的实施例提供了一种三维地质建模方法，包括:
[0008]采集地质数据，所述地质数据包括地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；
[0009]从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；
[0010]利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；
[0011]利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
[0012]另一方面，本发明的实施例还提供一种三维地质建模装置，包括:
[0013]地质数据采集单元，用于采集地质数据，所述地质数据包括地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；[0014]三维断层建模单元，用于从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；
[0015]三维地质体建模单元，用于利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；
[0016]三维地质体建模更新单元，利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
[0017]本发明提供的三维建模方法及装置，根据地质成因法原理，将地层正演方法和地层反演方法结合起来，利用三维地质建模技术，在计算机中实现断层显示的三维建模方法。改进了已有整体法的主要不足，兼具局部法的优点，并且可以利用地质原始数据快速地建立多层复杂三维地质体。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的实施例提供的断层显示示意图；
[0019]图2为本发明的实施例提供的三维地质建模方法流程图；
[0020]图3为本发明的实施例提供的三维地质体示意图；
[0021]图4为本发明的实施例提供的三维断层地质体示意图；
[0022]图5为本发明的实施例提供的建立面状三维断层的方法流程图；
[0023]图6为本发明的实施例提供的插值曲面拟合三维可视化示意图；
[0024]图7为本本发明的实施例提供的插值曲面拟合方法流程图；
[0025]图8为本发明的实施例提供的一种三维地质建模装置的组成框图；
[0026]图9为本发明的实施例提供的另一种三维地质建模装置的组成框图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0028]如图1中的A所示，假设一个断层切断地层，目前有整体法和局部法在三维地质体上进行建模和显示，但是现有的整体法和局部法在进行建模和显示时存在很多不足。
[0029]本发明的实施例提供一种三维建模方式，利用地质成因法原理，利用三维地质建模技术，可以方便的在计算机中实现三维地质体上进行断层建模和显示，改进了已有整体法的主要不足，兼具局部法的优点，并且可以利用地质原始数据快速地建立多层复杂三维地质体。地质成因法的具体原理是基于反演模型的地层正演方法，并以钻井、地形资料作为约束条件，建立地层三维模型，通过反演算法制作合成断层剖面，并与实际断层剖面比较，修正地质模型，使其更好的符合地质资料，建立的三维地质体模型既为正演最终模型。该三维地质建模方法，具体的如图2所示，包括以下步骤:
[0030]101、采集地质数据。
[0031]其中，采集的地质数据可以包括但不局限于地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据等，其他的地质数据也可以采集，本发明实施例对此不进行限制。
[0032]另外，在采集到地质数据后，可以将该地质数据进行保存和编号处理，也可以不对该地质数据进行保存和编号处理，而直接使用；对此本发明实施例不进行限制，但优选的在采集到地质数据后，将该地质数据进行保存和编号处理，这样方便后续使用，避免每次使用时都要重新采集数据。
[0033]102、从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层。
[0034]其中，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距等。
[0035]103、利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体。
[0036]其中，需要说明的是地层反演方法是充分利用钻井、地质资料提供的构造、层位、岩性等信息，从常规的地质剖面推导出地下地层的方法。
[0037]所述利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体具体为:根据三维地质体所属工作区的特点，包括地层、岩石和构造等地质成因和地层反演知识，利用专家经验将工作区分成不同的区域，对每一个单独区域进行整体拟合，考虑到断层面在地质上的分割作用，在断面处将地层虚拟延伸到整个工作区，这样对某一个区块来说，拟合区域包括两个部分:真实地层和虚拟地层。需要指出的是真实地层的数据是实测的，虚拟地层的数据受到地质成因和地层反演后数据的约束。然后将断层面与地层进行切割，将虚拟地层切割掉，留下独立的实测地层。三维地质体如图3所示。
[0038]104、利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
[0039]其中，需要说明的是，地层正演方法是利用已建立的复杂三维地质体模型，经过褶皱、断层等构造运动后产生符合实际状况的含断层的三维地质体，并推导地层走向、倾向和倾角等的定量化方法。本发明的实施例不是孤立的运用地层正反演方法，而是将地层正演方法和地层反演方法结合起来运用。
[0040]进一步，需要说明的是，断层面是一个将地层分成两部分并沿着该面发生滑动的破裂面。断层面是一种面状构造，其空间方向可用走向，倾向，倾角来表示，但现实中断层面往往是一个曲面，是由一系列破裂面和次级断层构成的断层带。本发明采用地质成因法对断层进行构模，得到的三维断层是一种面状对象(S)，该面状对象即可以是一个平面面片(如图1中的A所示)，也可以是一个曲面面片(如图1中的B所示)，也可以是几个面片的组合(图1中的C和D所示)。该面状三维断层体，如图4所示。本发明采用的断层构模方法区别于传统的断层构模方法在于传统的断层构模方法仅仅将断层作为一个面片来处理，本发明将三维断层作为两个面的包围体表现，其中一个面由曲面拟合出来，并将拟合出的曲面做参数化处理；另一个面由拟合出的曲面作为横截面按照断层厚度放样得出。
[0041]基于上述原理，本发明的实施在构建三维断层时，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层具体如图5所示，包括:[0042]201、根据所述断层控制数据利用地层反演法进行曲面拟合，得到第一断层面。
[0043]其中，可通过直接修改参数化的拟合断层面(第一断层面)可得出不同形态的断层三维地质体。
[0044]202、将所述拟合出的曲面作为横截面，按照断层厚度设置断层放样参数，并通过放样函数得出第二断层面。
[0045]需要说明的是，根据所述断层控制数据利用地层反演法进行曲面拟合，得到拟合出的曲面，将所述拟合出的曲面作为第一断层面后，会对第一断层面进行参数化处理，放样函数包括在参数中由人为给出，通过设置不同的放样函数，可做出上窄下宽不同形态的断层三维地质体。
[0046]203、将所述第一断层面和第二断层面进行包围体处理，得到面状三维断层。
[0047]进一步，需要说明的是，在进行曲面拟合时，可以通过但不局限于插值曲面拟合的方式实现，该插值曲面拟合的方式具体如图6和图7所示，包括:
[0048]301、选定将要插入的点P。
[0049]302、查找一个单元T,这个单元包含P。
[0050]303、形成空腔。所述空腔是指外接圆包含插入点P的单元的集合，这些单元是将要被删除的单元。空腔的形成准则一般采用圆形准则和邻接关系相结合的方法。
[0051]304、形成空腔的单元。空腔的边界将来与新近插入的点一起形成新的单元(N0N1N2)。
[0052]本发明的实施例还提供一种三维地质建模装置，如图8所示，包括:
[0053]地质数据采集单元41，用于采集地质数据，所述地质数据包括地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据。
[0054]三维断层建模单元42，用于从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距。
[0055]三维地质体建模单元43，用于利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体。
[0056]三维地质体建模更新单元44，利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
[0057]进一步的，如图9所示，所述三维断层建模单元42包括:
[0058]曲面拟合模块421，用于根据所述断层控制数据利用地层反演法进行曲面拟合，得到拟合出的曲面，将所述拟合出的曲面作为第一断层面。所述曲面拟合模块421还用于修改第一断层面可得出不同形态的断层三维地质体。
[0059]放样模块422，用于将所述拟合出的曲面作为横截面，按照断层厚度设置断层放样参数，并通过放样函数得出第二断层面。所述放样模块422还用于，设置不同放样函数，得出不同形态的断层三维地质体。
[0060]三维断层建模模块423，用于将所述第一断层面和第二断层面进行包围体处理，得到面状三维断层。
[0061]需要说明的是，本发明实施例提供的三维建模装置所述曲面拟合是采用曲面插值拟合方法进行的。所述曲面插值拟合方法包括:
[0062]选定将要插入的点P ；
[0063]查找一个单元T，这个单元包含P ；
[0064]根据圆形准则或邻接关系相结合的准则形成空腔，所述空腔为外接圆包含插入点P的单元的集合，所述空腔的边界将来与新近插入的点一起形成新的单元。
[0065]需要说明的是，本发明实施例提供的三维建模装置所包含的相关模块的其他描述，可以参考方法部分的对应描述，本发明实施例此处将不再赘述。
[0066]本发明实施例提供的三维建模方法及装置采用的插值方法与传统的插值方法相t匕，传统的插值方法在精度和效率方面只能兼顾一个，本发明实施例提供的插值方法能自动的搜寻精度与效率的平衡点，做出较好的插值效果。
[0067]本发明的实施例提出的三维建模方法与传统的多种建模方法相比，传统建模方法多适用于地形简单的规则层状结构，精度和效率不够，且难以进行断层的显示。本发明的实施例提供的三维建模方法及装置根据地质成因法原理，将地层正演方法和地层反演方法结合起来，利用三维地质建模技术，在计算机中实现断层显示的三维建模方法。改进了已有整体法的主要不足，兼具局部法的优点，并且可以利用地质原始数据快速地建立多层复杂三维地质体。
[0068]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种三维地质建模方法，其特征在于，包括:采集地质数据，所述地质数据包括地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
2.根据权利要求1所述的三维地质建模方法，其特征在于，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层包括:根据所述断层控制数据利用地层反演法进行曲面拟合，得到拟合出的曲面，将所述拟合出的曲面作为第一断层面；将所述拟合出的曲面作为横截面，按照断层厚度设置断层放样参数，并通过放样函数得出第二断层面；将所述第一断层面和 第二断层面进行包围体处理，得到面状三维断层。
3.根据权利要求2所述的三维地质建模方法，其特征在于，修改第一断层面可得出不同形态的断层三维地质体；和/或设置不同放样函数，得出不同形态的断层三维地质体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的三维地质建模方法，其特征在于，所述曲面拟合是采用曲面插值拟合方法进行的。
5.根据权利要求4所述的三维地质建模方法，其特征在于，所述曲面插值拟合方法包括:选定将要插入的点P ；查找一个单元τ,这个单元包含P ；根据圆形准则或邻接关系相结合的准则形成空腔，所述空腔为外接圆包含插入点P的单元的集合；所述空腔的边界将来与新近插入的点一起形成新的单元。
6.一种三维地质建模装置，其特征在于，包括:地质数据采集单元，用于采集地质数据，所述地质数据包括地形等高线数据、平面地质图和钻孔数据；三维断层建模单元，用于从已采集的地质数据中获取断层控制数据，根据所述断层控制数据利用地层反演法拟合断层面，并为所述断层面设置断层放样参数，建立面状三维断层，所述断层控制数据包括断层走向、倾向、倾角和断距；三维地质体建模单元，用于利用地层反演法建立含不同地层的三维地质体区块，对反演后的三维地质体区块进行整体曲面拟合操作，得到三维地质体；三维地质体建模更新单元，利用所述断层控制数据和面状三维断层对已建立的三维地质体进行地层正演，将所述三维地质体分割生成不同的三维地质体区块；对分割后的三维地质体区块进行组装形成完整的含断层的三维地质体。
7.根据权利要求6所述的三维地质建模装置，其特征在于，三维断层建模单元包括:曲面拟合模块，用于根据所述断层控制数据利用地层反演法进行曲面拟合，得到拟合出的曲面，将所述拟合出的曲面作为第一断层面；放样模块，用于将所述拟合出的曲面作为横截面，按照断层厚度设置断层放样参数，并通过放样函数得出第二断层面；三维断层建模模块，用于将所述第一断层面和第二断层面进行包围体处理，得到面状三维断层。
8.根据权利要求7所述的三维地质建模装置，其特征在于，所述曲面拟合模块还用于修改第一断层面可得出不同形态的断层三维地质体；和/或放样模块还用于，设置不同放样函数，得出不同形态的断层三维地质体。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的三维地质建模装置，其特征在于，所述曲面拟合是采用曲面插值拟合方法进行的。
10.根据权利要求9所述的三维地质建模装置，其特征在于，所述曲面插值拟合方法包`括:选定将要插入的点P ；查找一个单元T,这个单元包含P ；根据圆形准则或邻接关系相结合的准则形成空腔，所述空腔为外接圆包含插入点P的单元的集合，所述空腔的边界将来与新近插入的点一起形成新的单元。
【文档编号】G06T17/05GK103646423SQ201310723928
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】刘大安, 孙波 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所