一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法

本发明属于地质建模领域，特别涉及一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法。

背景技术：

在地质工程活动中，为了更加明确地展现地下地质情况，三维地质建模技术迅速发展，同时也衍生出许多不同的模型构建方法。从建模效率、准确性以及地质构造间的空间属性关系表达方面来看，还普遍存在以下几个问题：

(1)建模过程繁琐，所需数据量大：

目前的建模技术大体上分为显性建模与隐性建模，前者需求大量的数据支持，通过大量实测地形数据来进行地形以及构造体拟合，数据量决定拟合的精确程度；后者通过测算地下地质体某一相同属性，使用属性构建地质体边界，具有良好的属性连通性，内部属性关系严谨，然而同样需要勘探的数据足够准确，对数据依赖性大。

(2)局部建模准确性差距大，不够严谨：

对于显性建模方法，具有拟合精度高的优点，但是对于断层等地质体需要进行分块化建模，在上下盘属性关系方面容易出错，且缺乏对断距破碎带的处理，断距破碎带内往往无属性关系填充；对于隐形建模，由于过于依赖通过演算所得出的数据，在建模过程中，常常出现所需结果与演算结果差别过大而导致模型建立不理想的结果。

(3)内部属性关系处理困难，易出错：

对于显性建模而言，由于通过分块建模的方法，在断层等地质构造上下盘所得的属性关系容易因连接不当导致出错，如应力、渗流等需要穿层的属性更易出现问题；对于隐形建模而言，由于属性是其建模的主要工具，所以在属性关系上不易出现问题，然而，却可能因网格划分的问题，在赋予不同属性时，不易将对象中某一部分漏失或重复，导致建模结果不理想。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法，可解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明实施例提供一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法，括以下步骤：

s1、对目标范围内的地形起伏变化进行角点网格预建模处理，获得地形点数据；所述地形点数据包括：上下盘的横、纵、深度矩阵以及网格数据的所有交点坐标矩阵；

s2、通过勘探点获得所述目标范围对应的断层数据；根据所述断层数据与地形点数据，获得全局插值后拟合点数据；所述插值拟合点数据包括：插值断层盘线数据；

s3、通过对比所述插值断层盘线数据和所述地形点数据，选取拟合逻辑线和元胞数组；

s4、根据选取的拟合逻辑线和元胞数组，进行断层拟合，并设置缓冲区；输入断层破碎带属性或断距数据，拟合完成断层一体化表达。

进一步地，所述步骤s3包括：

s31、通过对比所述插值断层盘线数据和所述地形点数据，确定网格向断层拟合方向、拟合逻辑线、拟合逻辑线序号和缓冲区范围；

s32、根据所述拟合逻辑线、缓冲区范围、断层拟合方向，对所述地形点数据进行切块操作，获得元胞数组；所述元胞数组包括：多个依据横纵坐标方向顺序排列的矩阵。

进一步地，所述步骤s4包括：

s41、根据所述元胞数组、插值断层盘线数据、断层拟合方向、拟合逻辑线编号和插值后拟合点数据，将预处理网格向断层拟合，处理结束后将元胞数组返回为未处理的矩阵状态；

s42、通过所述影响范围、缓冲区范围，以及输入的断层破碎带内部属性和实测地形数据和地层内部属性，对所述地形点数据进行再处理，将所需表达的属性值和地形起伏状态与拟合完成的断层一体化表达出来；

s43、将最终得出的拥有内部属性的角点网格数据输入gocad软件中，得出结果。

进一步地，所述步骤s1，包括：

对目标范围内的地形起伏变化进行角点网格预建模处理，获得上盘线勘探点数据储存于s矩阵，以及获得下盘线勘探点数据储存于r矩阵；

根据勘探点横、纵、深度三个参数，将所述s矩阵和r矩阵分别进行转置操作，得到上盘线的横、纵、深度三个矩阵xs、ys、zs；以及得到下盘线的横、纵、深度三个矩阵xr、yr、zr；

将预建立的网格数据的所有交点坐标储存于w矩阵中；所述w矩阵中，提取网格纵向逻辑线的坐标数据为i矩阵；提取网格横向逻辑线的坐标数据为j矩阵。

进一步地，所述步骤s31中包括：

对比w矩阵与s，r矩阵的大小关系，圈定断层的缓冲区范围；

根据圈定断层的缓冲区范围内矩阵s、r的最大最小值，与矩阵i、矩阵j进行比对，得出缓冲区范围内矩阵i、矩阵j的拟合逻辑线序号；

根据圈定断层的缓冲区范围内最中心的两条线作为拟合逻辑线；

对比缓冲区范围内矩阵i、矩阵j的大小，确定出网格向断层拟合方向。

进一步地，所述步骤s32包括：

根据所述拟合逻辑线、缓冲区范围、断层拟合方向，对w矩阵进行处理，获得元胞数组g，所述元胞数组g包括：多个依据横纵坐标方向顺序排列的矩阵。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法，通过结合显性建模和隐形建模的优点，在断层构建过程中，将断层上下盘依靠断距破碎带连接起来，实际情况中即将断距破碎带当作独立的地质体进行一体化建模，保证了平面上地层的连续性。且由于网格剖分的方向与拟合方向垂直，赋予属性时也会依据构造的地质体的情况进行赋予，不易发生属性混乱。同时，由于角点网格的性质，在上下关系上。上下平面与网格逻辑线一一对应，不易发生层面间；角点网格独特的“退化”也赋予了本方法在面对穿层、尖灭等地质情况时，可以处理自如。

在本方法实施前期的数据准备上，只需要将所需拟合的断层数据和预处理的角点网格数据输入依据本方法，可直接生成地形关系并直接表达出断距破碎带的位置，可以直接对断距或是上下盘赋予属性，以达到所需要的工程要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的发明步骤功能结构示意图；

图3为本发明实施例提供的拟合后所得结果示意图；

图4为某一地区一条断层“f1”的平面俯视图；

附图3中：1-断距破碎带2-断层上盘3-断层上盘4-缓冲区/影响范围。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法，通过角点网格由层面控制单元体形态的特点，通过将断层断裂带构建为体的方式来构造断层，即通过对断裂带的构建，对断层上下盘进行一体化建模，同时给予断层断裂带可被给予内部属性的特性，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

s1、对目标范围内的地形起伏变化进行角点网格预建模处理，获得地形点数据；所述地形点数据包括：上下盘的横、纵、深度矩阵以及网格数据的所有交点坐标矩阵；

s2、通过勘探点获得所述目标范围对应的断层数据；根据所述断层数据与地形点数据，获得全局插值后拟合点数据；所述插值拟合点数据包括：插值断层盘线数据；

s3、通过对比所述插值断层盘线数据和所述地形点数据，选取拟合逻辑线和元胞数组；

s4、根据选取的拟合逻辑线和元胞数组，进行断层拟合，并设置缓冲区；输入断层破碎带属性或断距数据，拟合完成断层一体化表达。

参照图2所示，该方法整体上包括三部分：包括对数据的处理1、拟合对象的选择2、拟合结果的输出与处理3。最终拟合的效果如图3所示，1表示断距破碎带，2表示断层上盘，3表示断层上盘，4表示缓冲区/影响范围。

下面分别对上述各个步骤进行详细的说明：

步骤s1中，可使用gocad软件对范围内的地形起伏变化进行角点网格预建模处理，可获得上下盘的横、纵、深度矩阵以及网格数据的所有交点坐标矩阵。其中，获得的地形点数据是在勘探区域内布置的勘探点的数据，反应整个勘探地区的地址总体情况。

其中，上盘线勘探点数据储存于s数组(也可称为矩阵)，是一个n×3的矩阵(n为勘探点的数量)，通过语句xs＝s(：，1)可以将s中所有勘探点数据的横坐标按顺序存储于xs数组中，此时xs数组为一个n×1的矩阵，对xs进行一个转置操作，使之成为1×n矩阵，可方便后续计算。

同理可以从上盘线矩阵s中得出上盘线的横、纵、深度三个矩阵xs、ys、zs；下盘线勘探点数据储存于r数组，同样也是一个n×3的矩阵，同理可得xr、yr、zr三个矩阵，分别存储下盘线的横、纵、深度数据。

将预建立的网格数据的所有交点坐标储存于w矩阵中，w为一个(m×n×l)×3的二维矩阵，横坐标共有m×n×l个，其中m为整个角点网格剖分的纵向逻辑线i的个数，它的序号为0～m-1，n为横向逻辑线j的个数，序号为0～n-1，l为深度逻辑线k的个数，序号为0～l-1。提取i逻辑线的坐标(由于为纵向逻辑线，他的数据全为x坐标)和j逻辑线坐标(全为y坐标)记为矩阵i、j。

以上将得到的断层数据和预处理网格数据预处理并给予了代号：

xs：上盘线x坐标；

ys：上盘线y坐标；

zs：上盘线z坐标；

xr：下盘线x坐标；

yr：下盘线y坐标；

zr：下盘线z坐标；

w：预处理网格的所有网格交点数据；

i：网格纵向逻辑线的坐标数据(x坐标)；

j：网格横向逻辑线的坐标数据(y坐标)。

步骤s2中，将断层勘探点的数据和预处理的模型网格数据(步骤s1的地形点数据)通过插值得到拟合点数据。该插值拟合点数据包括：插值断层盘线数据和插值地形点数据。

步骤s3包括：

s31、通过对比所述插值断层盘线数据和所述地形点数据，确定网格向断层拟合方向、拟合逻辑线、拟合逻辑线序号和缓冲区范围；其中，拟合逻辑线序号是指已被选定为拟合对象的逻辑线的序号，用以从大量网格逻辑线数据中选取出来。

s32、根据所述拟合逻辑线、缓冲区范围、断层拟合方向，对所述地形点数据进行切块操作，获得元胞数组；所述元胞数组包括：多个依据横纵坐标方向顺序排列的矩阵。

其中，上述步骤s31中，对比w矩阵与s，r矩阵的大小关系，圈定断层的缓冲区范围；具体方法为：先确定缓冲区范围内的最大最小值，即矩阵s、r的最大最小值，通过循环语句对s、r的最大最小值与i、j进行比对，得出缓冲区范围的i、j逻辑线序号。

对比i、j范围的大小，即最大最小值的大小来确定拟合方向沿x方向(i矩阵包括：网格纵向逻辑线的坐标数据)或y方向(j矩阵包括：网格横向逻辑线的坐标数据)。

针对得到的拟合线范围寻求范围内最中心两条线作为拟合逻辑线。

步骤32中，根据得出的拟合逻辑线、缓冲区范围、断层拟合方向，对w矩阵进行处理，这一步的目的是将杂乱无章的数据处理为符合要求的有序数据，即g元胞数组，具体方法如下：根据i矩阵、j矩阵的元素数量，用循环和判断语句对w矩阵进行处理，将w矩阵依据拟合方向剖分成组，沿x方向则将相同x方向的划分为一组，沿y方向就把相同y方向的划分为一组。划分成组后，将各组依据自身成组的顺序放置于g元胞数组中。

在g元胞数组中将选定拟合线编号的数组取出，并将上下盘线数据分别赋予，即拟合(赋予是根据正断层、逆断层的不同进行判断，自动进行上下盘线的拟合)。

将处理后的数组返回元胞矩阵g，再将元胞矩阵g按照顺序返还回w矩阵，最后输出结果，将得到的网格数据在gocad中打开，该断层已拟合完成。

上述步骤s4包括：

s41、根据所述元胞数组、插值断层盘线数据、断层拟合方向、拟合逻辑线编号和插值后拟合点数据，将预处理网格向断层拟合，处理结束后将元胞数组返回为未处理的矩阵状态；

s42、通过所述影响范围、缓冲区范围，以及输入的断层破碎带内部属性和实测地形数据和地层内部属性，对所述地形点数据进行再处理，将所需表达的属性值和地形起伏状态与拟合完成的断层一体化表达出来；依据具体工程的不同要求可对拟合的断层内部赋予岩性、应力等属性，以实际要求为主。

s43、将最终得出的拥有内部属性的角点网格数据输入gocad软件中，得出结果。

其中，步骤s42中，对地形点数据进行再处理，即通过其他勘探手段或者具体的工程要求得到的数据对处理后结果进行验证和细微的调整。

以上所有步骤均已通过算法自动实现，现时使用情况下，仅需要输入上下盘线数据和gocad预生成的网格数据即可直接得到结果。

依据对所需拟合的断层进行拍摄大地影像等方式，结合该发明提供的方法分析，也可对断层勘探点的选取进行指导。

将断层破碎带作为模型整体的一部分，近似模拟断层演化的过程，断层破碎带具有一定的地质性质，可以被赋予内部属性，左右断层两盘沟通的桥梁工具。

下面以某矿区中一条局部断层“f1”为为例，参见图4，其中，较细的线条表示上盘，较粗的线条表示下盘；将断层数据和地形点数据通过surfer软件进行处理，得到全局插值后的点数据，将点数据和断层数据输入程序中，程序会备份网格线的数据，将勘探点数据分上下盘存储于矩阵fs和fr中，同时记录未输入断层线数据的大致网格剖分数据矩阵w，依据顺序将矩阵w对应的区块编号分别存储于数组i、j、k中。

上述i、j、k的表达方式是基于网格剖分进行描述的，一般默认i方向为x方向，j方向为y方向，k方向为z方向。i方向上的网格逻辑线统一用i表示，i本身即是序号，即i可以等于1、2、3等等，为整数，j方向的j亦是如此。

图4中断层“f1”的上下盘线由25个勘探点控制，将其数据按照上下盘线记录在fs和fr两个n×3(n为上下盘线的勘探点数量,此处取为13)的矩阵内，同时将网格线数据记录入w，将i＝0～16，j＝0～14，k＝0～1分别记录进数组(矩阵)i、j、k中。

根据fs、fr与i、j矩阵的数据对比，框定断层所在范围的网格逻辑线序号，将x方向上的最大最小值存入a1、a2，同理将y方向上的存入b1、b2，对比x、y方向上的数量，即：对比x方向上a1～a2数量，与y方向上b1～b2的数量。选择数量少的作为主要拟合方向，选定x或y作为拟合方向后，根据断层性质进行拟合线的选取，选取拟合方向上最中间的两条逻辑线为拟合线，将两条线的序号记录为n1,n2。图4中断层能所处范围为i＝2～14，j＝3～11，a1＝14，a2＝2，b1＝11,b2＝3,由于矩阵i方向(x方向)数量多于矩阵j方向(y方向)，所以选取y方向为拟合方向，n1＝7、n2＝8。

选定拟合逻辑线后，根据断层的性质和选区的拟合方向对w矩阵进行处理，将w矩阵转变为元胞数组g，通过在matlab软件中，使用循环语句来对w矩阵进行切块运算，如上述取y方向为拟合方向，已知j方向(y方向)上的网格逻辑线的y值唯一，而x值变化，所以切块时以相同y值将所有x值放在同一数组(矩阵)中，将w数组转变为包含n(n代表所选取切块标准的个数，如在此环境下，取y的个数，也就是缓冲区范围内j方向(y方向)上的逻辑线数量)个数组的元胞数组g。此时，元胞数组g中包含w矩阵中的全部元素，但是已经根据j方向上拟合线的个数，对其进行了切块。根据选定的拟合逻辑线n1、n2将为中的g(n1)与g(n2)取出，此时若希望输入拟合结果为逆断层，则当x值相同时，根据n1[2，1]与n2[2，1]的大小关系，若n1[2，1]<n2[2，1]，选取g(n1)向fr拟合，选取g(n2)向fs拟合，反之，若n1[2，1]>n2[2，1]，选取g(n2)向fr拟合，选取g(n1)向fs拟合。即对于逆断层，上大j小，上小j大。图中j有4～10七个数，所以，选取j＝7和j＝6，8中任意一个作为拟合线(这里以7，8为例)，由于当i相同时，上盘线上j<＝下盘线的j，所以选取j＝8向下盘拟合，选取j＝7向上盘拟合。若为正断层，则当x值相同时，根据n1[2，1]与n2[2，1]的大小关系，若n1[2，1]>n2[2，1]，选取g(n2)向fr拟合，选取g(n1)向fs拟合。当i相同时，上盘线上的j>＝下盘线上的j，选取j值较小的一条向下盘拟合，选取i值较大的向上盘线拟合，反之，若n1[2，1]<n2[2，1]，选取g(n1)向fx拟合，选取g(n2)向fs拟合，即对于正断层，上大i大，上小i小。图中选取j＝7向下盘拟合，j＝8向上盘拟合。

本发明实施例提供的一种通过角点网格一体化构建局部复杂断层的方法，可通过matlab编程软件实现；通过结合显性建模和隐形建模的优点，在断层构建过程中，将断层上下盘依靠断距破碎带连接起来，实际情况中即将断距破碎带当作独立的地质体进行一体化建模，保证了平面上地层的连续性。且由于网格剖分的方向与拟合方向垂直，赋予属性时也会依据构造的地质体的情况进行赋予，不易发生属性混乱。同时，由于角点网格的性质，在上下关系上。上下平面与网格逻辑线一一对应，不易发生层面间；角点网格独特的“退化”也赋予了本方法在面对穿层、尖灭等地质情况时，可以处理自如。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。