法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2023-09-19
实质审查的生效 IPC(主分类):G06T17/00 专利申请号:2023106442758 申请日:20230531
实质审查的生效
2023-09-01
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明属于地质建模领域，特别涉及基于地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法。
背景技术
近些年来，继数字地球和智慧城市之后，数字孪生的提出进一步的推动了各个行业的数字化、信息化和智能化。在地质行业中，也在数字孪生之后，提出了数字孪生矿山和石油地质孪生等行业或国家级研究计划，而三维地质建模技术是数字孪生矿山和石油数字孪生的基础和关键技术，也是数字地球和智慧城市的重要组成部分。与传统的二维地质数据相比，三维地质模型能够直观地展示地层的地质结构、空间拓扑、岩性等信息，不仅为研究人员分析地质构造、断层分布等工作提供准确的信息，也能为地下空间的开发利用提供可靠依据。三维地质建模的完成一般依赖于钻孔数据，而钻孔数据往往都是一系列离散的、空间上分布不均匀的有限的反映地理现象特征的勘查数据，因此要完成地层的建模，离不开对这些离散点进行合理的插值。其中，常用的空间插值方法有反距离加权、克里金、趋势面、样条函数、自然邻域法，而IDW以其插值原理简单、计算简便且符合地理学第一定律而被广泛使用。而各插值方法的前提就是插值点的确立，因此，如何将不均匀的、离散的钻孔数据，通过虚拟钻孔点的插入，形成均匀的点集，是执行插值的首要任务。同时由于成煤时期的泥炭沼泽基底不平、地壳运动、地理环境、植物堆积及沉积后受到地质构造破坏等情况使得煤层出现分叉、尖灭现象，煤矿多数呈现为多个薄煤层。准确详实的三维地质模型可以将地下煤层的分布更直观的展示出来，为煤矿的开采设计提供可靠的依据。
传统对煤层进行地质建模的方法有也有许多，但它们的实用性都有一定的局限性，如实体模型和三维数字化，需要大量人工解释，只适用于小范围的建模；基于网格化的指示模拟和截断高斯模拟，所建模型连通性较差；基于层面设计的三维地质模型，搭建模型时需要界面切割，所建模型效果不好，自动化程度低；基于有限的地质勘测数据，准确智能的建立三维可视化精细地质模型，也依旧是地质建模领域的一个不小的挑战。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种针对尖灭、分叉煤层的通过地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法，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针对尖灭、分叉煤层的通过地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法，包括以下步骤：
S1、预建模处理：确定建模区域的边界范围，初始化三维地质模型；
S2、数据采集：获得所述边界范围内各钻孔数据的对应的煤层数据和符号距离函数；
S3、计算边界范围区内的煤厚和距离函数估值；
S4、模型建立：对栅格单元的点进行赋值，对模型进行可视化分析。
进一步地，所述步骤S1包括：
确定建模区域的边界范围，利用GOCAD软件对边界范围进行角点网格预建模处理，初始化三维地质模型。
进一步地，所述步骤S2包括：
S21、获得所述目标范围内各钻孔数据的对应的煤层数据，包括煤层顶底板位置及煤厚；
S22、获得所述目标范围内各钻孔数据对应的符号距离函数。
进一步地，所述步骤S3包括：
S31、通过步骤S21的总煤厚，利用全局克里金插值法求待插点煤厚及权重值；
S32、通过步骤S22的符号距离函数值及S31的权重值求垂直方向下各栅格点的符号距离函数估值。
进一步地，所述步骤S4包括：
S41、将计算出的二维坐标下的煤厚与三维坐标下的符号距离函数估值进行数据融合处理，并将数据融合后的属性值赋值到符号矩阵中。
S42、对模型进行可视化分析，利用符号矩阵的值进行空间建模。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种针对尖灭、分叉煤层的通过地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法，通过结合显性建模和隐形建模的优点，在煤层构建过程中，针对尖灭、分叉情况，对地质体进行一体化建模，保证了煤层的连续性。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煤层情况进行赋予，不易发生属性混乱。
在本方法实施前期的数据准备上，只需要将所需拟合的煤层数据和符号距离函数数据输入依据本方法，可直接生成模型中煤层的位置关系，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基于地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法流程图；
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符号距离函数计算结构示意图；
图4为本发明实施例提供的拟合后所得结果示意图；
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，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了基于地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法，参阅图1至图4所示，所述方法包括以下步骤：
S1、预建模处理：确定建模区域的边界范围，初始化三维地质模型；
S2、数据采集：获得所述边界范围内各钻孔数据的对应的煤层数据和符号距离函数；
S3、计算边界范围区内的煤厚和距离函数估值；
S4、模型建立：对栅格单元的点进行赋值，对模型进行可视化分析。
下面分别对上述各个步骤进行详细的说明：
步骤S1中，确定建模区域的边界范围，利用GOCAD软件对边界范围进行角点网格预建模处理，初始化三维地质模型，可获得模型中各栅格的所有交点坐标矩阵，该模型中含I×J×K个栅格点；将预建立的网格数据的所有交点坐标储存于G矩阵中，G为一个(xm×ym×zm×S)×4的二维矩阵，横坐标共有xm×ym×zm×S个，其中xm为整个角点网格剖分的纵向栅格I的个数，它的序号为1～xm，ym为横向栅格J的个数，序号为1～ym，zm为垂直方向下栅格K的个数，序号为1～zm，S为各交点坐标的属性值，初始设置为0。
步骤S2包括：
步骤S21中，获得所述目标范围内各钻孔数据的对应的煤层数据；确定钻孔数据的各坐标(X
其中：
X:各钻孔数据的横坐标X
Y:各钻孔数据的纵坐标Y
M:各钻孔数据下的总煤厚
步骤S22中，获得所述目标范围内各钻孔数据对应的符号距离函数，确定钻孔数据的各坐标(X
其中：
Z:三维地质建模的深度Z
F:各深度下对应的符号距离函数F
符号距离函数依据煤层的顶底板进行计算，确定顶板与底板的符号距离函数的值为0，煤层内的符号距离函数的值为负，其绝对值在远离界面时增大；非煤层的符号距离函数的值为正，其值在远离界面时增大。
步骤S3包括：
步骤S31中，通过步骤S21的总煤厚，利用全局克里金插值法求二维坐标下的栅格点(X，Y)的煤厚M
其中：
步骤S32中，通过步骤S22的符号距离函数值及S31的权重值求垂直方向下各栅格点(X，Y，Z)的符号距离函数估值F
其中：
步骤S4包括：
步骤S41中，将计算出的二维坐标下的栅格点(X，Y)的煤厚M
步骤S42中，对模型进行可视化分析，将步骤S41中计算出的符号矩阵的值导入到矩阵G中的交点坐标的属性值中，最后把矩阵G导入到GOCAD中，结果将清晰的展示出来。
综上所述，本发明提供的基于地统计学和符号矩阵的三维地质建模的方法，首先确定建模区域的边界范围，初始化三维地质模型，之后获得所述边界范围内各钻孔数据的对应的煤层数据和符号距离函数，然后计算边界范围区内的煤厚和距离函数估值，最后对栅格单元的点进行赋值，对模型进行可视化分析。在煤层构建过程中，针对尖灭、分叉情况，对地质体进行一体化建模，保证了煤层的连续性。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煤层情况进行赋予，不易发生属性混乱，且有利于煤层的开采设计。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
机译： 生成由基于兴趣的地质体积的过程模型约束的兴趣的地质体积的地统计学模型的系统和方法
机译： 用于生成感兴趣的地质体积的地统计学模型的系统和方法，该地理统计模型受到感兴趣的地质体积的基于过程的模型的约束
机译： 生成由基于兴趣的地质体积的过程模型约束的兴趣的地质体积的地统计学模型的系统和方法
