一种基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法

本发明涉及地质建模技术领域，尤其涉及一种基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法。

背景技术

地质剖面图是沿地表某一方向，以假想的竖直平面与地形相切所得的断面，并按一定比例尺绘制的图件，以记录和揭示某一方向剖面中的地貌形态与内部构造相互关系，是重要的地质图件之一。它可通过现场目测、仪器实测或根据地质图编制而成。地质剖面图的主要内容包括剖面方向、地形及地层的岩性、厚度、时代及产状，它可表现出褶皱形态，断层性质、火成岩体和矿体的形态；并可表示它们的位置和规模等。

多源数据包括钻孔数据、地形数据、地层等值线、地质图、断裂分布图等数据。其中，钻孔是具有狭小地表面积和一定深度的柱状三维体，工程钻探法是获取地下岩土层分布状况、构造、含水量等三维空间信息的重要方法。钻孔信息直观、准确、详细的特性也使其在三维地层模拟中具有至关重要的意义；剖面图包括钻孔信息和专家经验知识，是整个建模数据源中比较复杂的一类，引入交叉剖面数据能够确定建模区域内的地层骨架；地质图能够反映地下地层以及各种地质构造之间的分布和交错情况；断裂分布数据提供了断层的长度、分布、产状等数据，补充了剖面上不足的断层信息。

目前的地质体建模主要包括基于控制性钻孔的全自动建模和基于剖面的半自动交互式建模方法，其中钻孔自动建模速度快，但是算法的时空复杂度大，且钻孔不能很好反映地下褶皱、断裂等复杂构造的空间展布情况，容易产生多解性，自动插值的效果有时与实际情况或人工解译结果相去甚远。基于剖面的半自动交互式建模，可以解决复杂地质构造的构建问题，建模结果符合专业人员地质认识，但建模过程繁琐复杂，需要大量人力物力时间投入，效率较低，且模型建成效果对建模人员的地学知识、GIS拓扑知识、空间想象能力、软件操作能力较为依赖，不利于大范围建模和后期模型修改更新。

地质建模需求向广域、深部发展，地质构造更加复杂多样，目前的适于层状地质体的钻孔自动建模和复杂地质体剖面交互建模已不能很好地满足需求。

鉴于此，为克服上述技术缺陷，提供一种多源地质数据耦合建模方法成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法，充分利用剖面中地貌形态、地层内部地质构造信息，在钻孔、地质图、地表地形数据等其他数据的约束下，使建模结果与实际情况更加吻合，同时提高了复杂地质体的建模效率。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法，其不同之处在于，包括以下步骤：

S1、建模数据准备：对建模数据进行数据标准化处理，生成三维数据，并进行数据一致性处理，为之后的建模做准备；

S2、构建断层面：确定断层面的三维空间形态，生成三维断层面；若建模数据不含断层信息，则跳过该步骤；

S3、构建地层面：根据地表高程数据，生成地表面；根据地层的对应关系，按自顶向下的顺序依次构建各层完整地层面；对特殊褶皱地层进行识别处理，对应层面作一致性处理拼接；

S4、地层面相交处理：使用所述步骤S2生成的断层面和步骤S3生成的地表面、地层面，结合建模边界，进行曲面求交处理，根据交线将地层面进行分割；分割完成后，清除多余地层面，得到符合地层分布的地层面；

S5、构建地质体：使用所述步骤S4处理完成的地层面、步骤S2生成的断层面和步骤S3生成的地表面，结合建模边界，按照三维空间拓扑关系分组合并，封闭生成地质体；并根据地质体与剖面的空间连接关系，为地质体添加地质属性及可视化参数，完成地质体构建。

按以上技术方案，所述建模数据包括地质剖面数据、钻孔数据、地表地质图、地表地形数据、地层等值线数据、断层平面分布数据和褶皱平面分布数据。

按以上技术方案，所述步骤S1中的数据标准化处理包括构建标准地层，其构建方法具体为：提取地质数据中地层属性信息，建立标准地层表，依据专家知识库调整后建立标准地层顺序。

按以上技术方案，所述步骤S2中，还可通过同一断层在各条剖面上的垂向断距、剖面间断层的分布位置，来模拟计算断层的走向和长度，从而实现断层建模。

按以上技术方案，所述步骤S3中非标准层序的处理方法为：检索区域数据，查找地层中存在非标准层序的数据，按自顶向下的顺序找到非标准层序相关的地层，根据下方地层在标准层序上的排位对下层地层重新排序，赋予新的地层顺序码；重复该过程，直到全域不再出现非标准层序情况为止。

按以上技术方案，所述步骤S3中，对于特殊褶皱地层，根据褶皱平面分布数据识别处理，若褶皱平面分布数据不足，则可通过剖面地层线的形态自动识别褶皱位置和分布范围，在局部使用三维插值的方式构建褶皱，实现层面构建。

按以上技术方案，所述构建褶皱的具体方法包括以下步骤：

1）、根据剖面上同一褶皱枢纽长度值分布，插值计算褶皱空间分布范围；

2）、将褶皱空间分布范围网格化；

3）、以剖面地层属性为网格赋值，进行三维插值；

4）、插值完成后根据属性阈值转换为三维矢量面，与周围地层面进行一致性处理拼接，构成完整地层面。

按以上技术方案，所述步骤S4中曲面求交的具体方法包括以下步骤：

A、曲面碰撞检测，求取各个曲面相交的三角形，构建相交三角形对；

B、以相交三角形对为单位提取网格交点，删除重复点，获得曲面交线节点；

C、交点按顺序连接成线，获取交线，曲面边缘重新构网，截断相交曲面。

一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序在被处理器执行时用于实现如上述技术方案中所述的方法。

一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，其上存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序在被所述一个或多个处理器执行时用于实现如上述技术方案中所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可根据调查钻孔以及融合了专家知识库的剖面成果等数据信息，快速高效地进行地下空间结构模型的推演和构建，包括正逆断层信息自动识别和处理、融合钻孔/剖面/断层等数据约束的层位面自动构建、带断层约束三维自动构体等，整个建模过程全自动化，无需人工干预。其充分利用剖面中地貌形态、地层内部地质构造信息，在钻孔、地质图、地表地形数据等其他数据的约束下，使建模结果与实际情况更加吻合，同时提高了复杂地质体的建模效率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在下文中，将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本发明的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的发明有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

请参阅图1，本发明公开了一种基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法，其不同之处在于，包括以下步骤：

S1、建模数据准备

建模数据准备是对参与建模的数据进行标准化和和一致性处理，解决数据内部和不同数据间的逻辑冲突和空间拓扑错误，并生成三维数据，为之后的建模做准备。参与建模的数据包括地质剖面、钻孔、地表地质图、地表地形数据、地层等值线数据、断层平面分布数据、褶皱平面分布数据等。

在实际应用中，可将丰富的地质数据按规范存储在数据库中，对于特定的建模区域，剖面数据支持平行剖面和交叉剖面，剖面布置尽可能垂直于构造方向，以充分反映构造信息，对于复杂区域，可增加交叉剖面进行控制。采用相应插件提取建模数据，根据数据地层信息构建标准地层，生成三维数据并进行一致性检查修改。

1）数据标准化

参与建模的空间数据（包括地质图、地层等值线、断层平面分布、地表地形数据等）需矢量化并具有统一的空间范围，保证各个数据所描述的空间位置相同，对于不满足的数据需进行矢量化和空间校正；地质数据（包括地质图、地质剖面、钻孔等）需属于相同的地质专业并添加所需的地质属性，并根据地层信息编制标准地层表，解决非标准层序问题；属性数据（包括钻孔数据等）需设计合理的数据库结构进行录入和存储，以便分析和生成三维。

2）三维数据生成

地质模型构建时是以三维数据为基础进行插值的，因此需将上述数据但如三维生成三维空间数据。不同数据生成三维的方法不同，具体描述如下：

地质剖面数据：二维地质剖面数据可根据剖面图上两个以上的钻孔（或已知点）的坐标和高程信息，计算图上坐标和实际坐标关系，将二维剖面转换为三维剖面。

钻孔数据：根据钻孔数据中坐标、高程、地层埋深等信息，构建三维柱状模型表示钻孔。

地表平面数据：包括地表地质图、地表地形数据、断层平面分布数据，可根据地表高程数据插值生成三维数据。

地层等值线数据：与地表地层数据相似，根据本身的高程属性生成三维数据。

3）数据一致性处理

由于数据编制时间、测量精度、插值等数据生产、编辑过程不可避免地会造成数据误差，需对数据一致性进行处理，主要包括地形数据与钻孔剖面的高程一致性、钻孔与剖面的地层一致性、地质图地质界线与剖面的一致性、地质图与钻孔的一致性、地层等值线与剖面地层线的一致性等，通过空间数据的拓扑校正及交互编辑，解决数据间的矛盾，为接下来模型构建做准备。

S2、构建三维断层面

断层是地壳受力发生断裂，沿断裂面两侧岩块发生的显著相对位移的构造，表现在地质模型中，断层即可看作地层面的一个边界，因此需在构建地层面前将断层面构建出来，为之后的地层面插值提供约束和依据。断层构建主要用到剖面上的断层线和地表断层分布数据。

根据剖面断层线和断层平面分布数据，识别断层所属和相互空间关系，按照剖面断层线的倾向倾角信息生成断层面并插密构网。当断层平面分布数据不足时，需要为剖面断层线添加断层编号、名称等用于识别断层所属的属性，而后通过同一断层在各条剖面上的垂向断距、剖面间断层的分布位置，模拟计算断层的走向和长度，从而达到断层建模的目的。

其中，剖面断层线主要提供断层的深度、倾向、倾角、影响地层等构造信息，平面断层分布数据主要约束断层的走向、长度、相互关系等。根据上述信息确定断层面的三维空间形态，最终生成三维断层面。若剖面数据不含断层信息，则跳过该步骤。

S3、构建三维地层面

三维地层面的构建主要使用剖面地层线、钻孔、地表地质界线、地层等值线数据等进行插值生成。插值过程按照自顶向下的顺序进行，不同数据间的地层对应关系依据标准地层表进行判断，按照地层线的倾向判断地层尖灭方向，根据地层线形态特征识别复杂褶皱构造，采用局部三维插值方法提取地层面，生成完整的地表面地层曲面。

根据地表地形数据、剖面地表线、钻孔孔口标高等地表高程数据，插值生成地表曲面。根据标准地层表判断剖面、钻孔、地质图等数据中地层的对应关系，提取各层地质点、地质线的高程信息、地表地质界线和形态走向信息，结合建模区域，按自顶向下的顺序依次构建各层完整地层底面，并记录地层属性信息。对于特殊褶皱地层，除了通过褶皱平面分布数据识别外，还可通过剖面地层线形态进行判断，若剖面上褶皱地层线在垂直方向上存在多个Z值，例如平卧褶皱等，使用局部三维插值的方式，实现层面构建。

S4、地层面相交处理

使用上述步骤生成的地表面、地层面、断层面、建模边界，进行曲面相交判断，根据交线将地层面进行分割。分割完成后，根据剖面上地层空间分布范围，去除多余的曲面，得到符合地层分布的地层曲面。

S5、构建地质体

使用上述步骤处理完成的地表面和地层曲面，以及上述步骤生成的断层面，按照三维空间拓扑关系分组合并，封闭成体。并根据地质体与剖面的空间连接关系，为地质体添加地质属性及可视化参数，完成地质体构建。

在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，当所述程序被电子设备的处理器执行时用于实现本说明书上述技术方案中描述的根据本发明各种具体实施方式的方法中的步骤。

在本发明的其他一些实施方式中，所述电子设备包括存储有一个或多个程序的存储器，以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器执行一个或多个程序时也可以用于实现上述各个方法步骤。

需要说明的是：上述的介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于：电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线、光缆、RF等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户电子设备上执行、部分在用户电子设备上部分在远程电子设备上执行、或者完全在远程电子设备或服务器上执行。在涉及远程电子设备的情形中，远程电子设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户电子设备，或者，可以连接到外部电子设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

在一些可能的实施方式中，根据本发明实施方式的电子设备可以至少包括至少一个处理器、以及至少一个存储器。其中，所述存储器存储有程序（计算机程序），当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本说明书上述技术方案中描述的根据本发明各种具体实施方式的方法中的步骤。

本发明实施例中，各个地层层面之间具有确定的、上下一致的拓扑关系，能够极大地简化后续处理的复杂度；将断层信息添加进来，采用断层障碍插值，满足地层与断层的相对关系约束；将各种数据约束进来，充分的利用了已有的数据源，特别是剖面数据中对地层形态分布、复杂构造的描述，建模结果与实际情况更加吻合，精确度更高，特别是对钻孔间地层尖灭、透镜体、断层、褶皱等复杂地质现象的控制。本发明针对广域深层地质体，地质构造复杂特点，提供了基于钻孔和复杂地质剖面的多源地质数据耦合建模方法，可自动构建反映基础地质、第四系沉积、基岩构造的复杂三维地质模型。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。