CN102385067A - 含逆断层等值线绘图方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种含逆断层等值线绘图方法。所述方法包括下述步骤：划分断层多边形内外围的数据；采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网；对最终的三角网进行等值线追踪操作。此种方法绘制的构造图效果好、精度高，能够将逆断层的下盘信息绘制出来，有效地解决了含逆断层的构造图绘制问题。

Description

含逆断层等值线绘图方法

技术领域

本发明涉及地震资料采集、处理与解释领域，更具体地讲，涉及一种含逆断层等值线绘图方法。

背景技术

等值线图是在石油勘探开发、采矿、地质、地球物理、地球化学和气象等领域等工程和技术领域内应用极广的一种图形，是众多领域成果表示的重要图件之一。所谓绘制等值线图就是在二维平面上，把大量离散的、又具有一定规律的几何量值或物理量值，用数学的方法插值并将具有相同量值的点转换成图形的过程。

等值线图是最主要也是最常用的一种图件，国内外许多学者对此进行了大量的研究，但目前各种软件获得的等值线图通常难以令人满意。这一方面是由于已知信息量有限，且分布不均；另一方面由于研究区常常存在许多的断层特别是逆断层，使得构造非常复杂。这都使得计算机自动绘制等值线图变得很困难。目前我国石油地球物理勘探中使用的等值线绘制软件大都是国外进口的软件，但当研究区断层较复杂时特别是存在逆断层时，常常绘制不出令地质学家满意的等值线图，这是因为传统的等值线绘制只能绘制不含逆断层的等值线，即等值线在空间上不重叠；如果要绘制重叠的等值线，只有先绘制其中上盘部分，再绘制下盘部分，然后用人工重叠。这给工程上绘制等值线图非常不便。

发明内容

本发明提供了一种基于空间三角网格的含逆断层等值线绘图方法，所述方法采用空间网格化算法，以逆断层的范围和层次关系作为约束条件，对层位数据进行三角网格化；对空间网格化数据进行追踪，实现含逆断层的等值线绘图。

本发明基于空间三角网格的含逆断层等值线绘图方法，利用断层多边形和数据的关联关系，以及断层多边形的层次关系，通过分点集的三角形连接，实现含逆断层的构造图绘制。此种方法绘制的构造图效果好、精度高，能够将逆断层的下盘信息绘制出来，有效地解决了含逆断层的构造图绘制问题。此种方法能够广泛地应用于石油地震勘探、地质地矿和建筑工程地况调查。

根据本发明的一方面，提供了一种含逆断层等值线绘图方法，所述方法包括下述步骤：划分断层多边形内外围的数据；采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网；对最终的三角网进行等值线追踪操作。

根据本发明的另一方面，所述划分断层多边形内外围的数据的步骤可包括：获取包括上下盘线段和断层与断层之间的位置关系的断层数据；通过上下盘线段拟合出断层多边形边界数据，并通过层位数据和断层数据之间的关系计算出断层多边形的z值，其中，z值表示时间值或深度值；将各个断层多边形进行多边形与多边形之间的裁剪，获得多边形与多边形的并集或者交集作为结果断层多边形，并记录各个结果断层多边形之间的位置关系；根据各个结果断层多边形之间的位置关系，确定各个结果断层多边形中每个点在z值上的顺序关系。

根据本发明的另一方面，所述划分多边形内外围的数据的步骤还可包括：获取层位数据，并对层位数据段进行遍历，其中，在对层位数据段进行遍历的过程中，判断当前层位数据段是否与断层相关联；如果当前层位数据段与断层关联，则获取有封闭关系的相应的结果断层多边形的数据，并对所述相应的结果断层多边形进行遍历；否则，将当前层位数据段的层位数据放入最外层的多边形的结果数据中。

根据本发明的另一方面，在对所述相应的结果断层多边形进行遍历的过程中，可使用线段和多边形之间的裁剪算法获取层位数据段在相应的结果断层多边形内部的数据，并根据这个结果断层多边形与其他的结果断层多边形的z值，获取层位数据段的层次关系。

根据本发明的另一方面，如果对所述相应的结果断层多边形的遍历结束，则获取裁剪剩余的层位数据段的数据，并将层位数据段的数据直接放入最外层的多边形的结果数据中。

根据本发明的另一方面，所述采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网的步骤可包括：对断层外的外围数据进行构网；删除断层内的三角形，并对断层内的数据单独进行构网；将对断层外的外围数据进行构网所得的三角网与对断层内的数据进行构网所得的三角网合并，获得最终的三角网。

根据本发明的另一方面，可使用狄洛尼三角剖分算法对断层内的数据和断层外的外围数据进行三角形构网。

根据本发明的另一方面，所述对最终的三角网进行等值线追踪操作的步骤可包括：如果给定等值线的高程值介于三角形的边对应的两个端点的高程值之间，则对该边进行标记，并以该边上相应高程值的点作为等值线的起始点；在该边所在的三角形的其他边中寻找相应高程值的点作为出口；重复在包含出口所在的边的相邻的三角形的其他边中寻找该相应高程值的点作为新的出口的操作，直至返回到起始点。

附图说明

图1是示出根据本发明示例性实施例的含逆断层等值线绘图方法的流程图。

图2是根据本发明示例性实施例的划分数据的数据结构的示例。

图3是示出根据本发明示例性实施例的划分数据的方法的流程图。

图4至图6是示出对数据进行三角形构网的方法的示意图。

图7是根据本发明示例性实施例的等值线追踪方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图来详细描述本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明示例性实施例的含逆断层等值线绘图方法的流程图。根据本发明示例性实施例的含逆断层等值线绘图方法的基本构思是采用空间网格化算法，以逆断层的范围和层次关系作为约束条件，对层位数据进行三角网格化；对空间网格化数据进行追踪，实现含逆断层的等值线绘图。主要技术内容包括含逆断层的空间三角形网格化算法和基于三角网格的等值线追踪算法。

为了描述简便，下面所描述的断层包含逆断层。

参照图1，根据本发明的含逆断层等值线绘图方法包括下面所述的步骤：在步骤S10，划分断层多边形内外围的数据。在步骤S20，采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网。在步骤S30，对最终的三角网进行等值线追踪操作。下面将参照图2至图7来详细描述根据本发明示例性实施例的含逆断层的等值线绘图方法的流程。

这里，如何划分断层多边形内外围的数据就是本算法的核心部分。图2是根据C++编程语言的划分数据的数据结构的示例；当然，可以以各种语言来定义本发明的数据结构。

在图2中，SpacePoint结构为基本的数据结构。其中x，y，z表示一个点的三维大地坐标；index表示在所有的结果数据中的索引位置；faultageFlag表示这个点是否为断层多边形上面的点，0表示这个点不在多边形边界上，1表示这个点在多边形边界上；layerFlag表示点的层次关系，如果为最上面一层的点，取值为0，第二层为1，依次类推。

BrokenLine和Points是由一系列的点构成的线段。

BlockPoints包含了一个多边形中的点结构，其中，points包含了多边形中的所有点(包括多边形边界上的点和层位数据的点)；externalEdge表示多边形的外边界。internalEdges表示多边形内部包含的多边形的边界，也叫内边界，可能同时存在多个内边界。

InputData是最终划分成功的数据，其中，allPoints包含了所有的点，这些点中的index在这些数据里面是唯一的；externalPoints表示断层多边形外部的数据；internalPoints表示断层多边形内部的数据。

InputData是一种嵌套结构，因此通过递归遍历划分出的数据，可以生成子网。

图3是示出根据本发明示例性实施例的划分断层多边形内外围的数据的方法的流程图，下面将结合图2和图3来详细介绍根据本发明示例性实施例的划分数据的方法。

在步骤S310，首先获取所有的断层数据，包括断层与断层之间的位置关系和上下盘线段。

在步骤S320，通过上下盘线段拟合出断层多边形边界数据，并通过层位数据和断层数据之间的关系计算出断层多边形的z值(也即断层多边形的时间或者深度值)。

在步骤S330，将各个断层多边形进行多边形与多边形之间的裁剪，获得多边形与多边形的并集或者交集作为结果断层多边形，并记录各个结果断层多边形之间的位置关系。

在步骤S340，根据已经获取的各个结果断层多边形之间的位置关系，确定各个结果断层多边形中每个点在z值方向上的顺序关系，并将结果断层多边形的数据加入到具有InputData数据结构的结果数据中。其中每个裁剪之后的结果断层多边形都将有一个BrokenLine实例；同时，每个结果断层多边形在InputData.internalPoints中都将占有一个实例。

在步骤S350，获取所要划分的层位数据，并对层位数据段进行遍历。

在对层位数据段进行遍历的过程中，在步骤S360判断遍历层位数据段是否结束。

如果结束，则在步骤S370结束数据的划分；否则，在步骤S380中进一步判断当前层位数据段是否与断层相关联(即，判断此层位数据段的封闭关系)。

如果当前层位数据段与断层没有关联(即，不存在封闭关系)，则在步骤S390将当前层位数据段的层位数据作为最外层的多边形的结果数据放入断层多边形外部的数据，即InputData数据结构中的externalPoints中；同时，也将其放入allPoints中，并返回到步骤S360以对下一层位数据段重复上述操作。

如果当前层位数据段与断层关联(即，该层位数据段存在封闭关系)，则在步骤S3100中获取与当前层位数据段有封闭关系的各个结果断层多边形的数据，并遍历所述各个结果断层多边形。

在对所述各个结果断层多边形进行遍历的过程中，在步骤S3110中判断对与当前层位数据段具有封闭关系的各个结果断层多边形的遍历是否结束。

如果没有结束，则在步骤S3120中使用线段和多边形之间的裁剪算法获取当前层位数据段在当前遍历到的结果断层多边形内部的数据(交集)。

然后在步骤S3130中，获取当前遍历到的结果断层多边形在具有InputData数据结构的结果数据中的internalPoints中的索引位置，并根据这个结果断层多边形与其他的结果断层多边形的z值，获取这个层位数据段的层次关系，并将获取的层次关系写入layerFlag信息中，将数据放入索引位置对应的断层多边形的结果数据中的interalPoints以及allPoints中，然后返回步骤S3110对下一个断层多边形进行操作。

如果遍历结果断层多边形结束，则执行步骤S3140，获取裁剪剩余的层位数据段的数据，并转向执行步骤S390将层位数据段的数据直接放入最外层的多边形的结果数据中。

在根据图2和图3所示的数据划分的基础上，含逆断层的数据被分为多个点集的数据，每个点集的数据在平面上不重合。

根据本发明示例性实施例的空间三角网格化算法采用了分块的思想，具体步骤如下所示：首先，如图4所示将断层内的数据挖空，先对断层外的外围数据进行构网；这里，由于外围数据一般来说数据量比较大，因此，在外围数据连网上面，同样可以采用分块算法来提高速度。然后如图5所示，删除断层内的三角形，并且如图6所示，对于断层内的数据进行单独构网。最后将断层外的外围数据进行构网所得的三角网与对断层内数据进行构网所得的三角网合并，就是最终的三角网，其中，将图6中所示的上层的数据网格的上盘与外围数据相连，下层的数据网格的下盘与外围数据相连，最终构成一个完整的三角网。

在对断层内的数据以及断层外的外围数据进行构网的过程中，首先，根据断层多边形与测线的相交关系，将层位数据分堆处理；其次，对数据进行遍历，根据数据的大小划分区间，在每一个区间使用狄洛尼三角剖分算法进行三角形连接(构网)；再次，遍历所有的分区，将分区之间的空隙采用三角形连接。

在完成三角形连网之后，执行图1所示的步骤S30的基于三角网的等值线追踪操作。下面将结合图7来描述等值线追踪操作的具体步骤。

在对三角网的边进行遍历的过程中，执行下述所述的操作：(1)若给定等值线的高程值介于三角形的边对应的两个端点的高程值之间，则对该边进行标记并以该条边上相应高程值的点作为等值线的起始点(图7的(a))；(2)在该边所在的三角形的其他边中寻找相应高程值的点作为出口，并记录具有出口的边所在的相邻的三角形(图7的(b))；(3)在该相邻的三角形的其他边中寻找该相应高程值点作为新的出口(图7的(c))，这样直至最后返回起始点，则这条等值线追踪结束(图7的(d))。如果在相邻三角形中没有找到相应高程值的点，则该条等值线追踪结束。

根据本发明的示例性实施例，利用断层多边形和数据的关联关系，以及断层多边形的层次关系，通过分点集的三角形连接，实现含逆断层的构造图绘制。此种方法绘制的构造图效果好、精度高，能够将逆断层的下盘信息绘制出来，有效地解决了含逆断层的构造图绘制问题。虽然已经参照本发明的示例性实施例具体描述和显示了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (8)

1.一种含逆断层等值线绘图方法，所述方法包括下述步骤：

划分断层多边形内外围的数据；

采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网；

对最终的三角网进行等值线追踪操作。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述划分断层多边形内外围的数据的步骤包括：

获取包括断层与断层之间的位置关系和上下盘线段的断层数据；

通过上下盘线段拟合出断层多边形边界数据，并通过层位数据和断层数据之间的关系计算出断层多边形的z值，其中，z值表示时间值或深度值；

将各个断层多边形进行多边形与多边形之间的裁剪，获得多边形与多边形的并集或者交集作为结果断层多边形，并记录各个结果断层多边形之间的位置关系；

根据各个结果断层多边形之间的位置关系，确定各个结果断层多边形中每个点在z值上的顺序关系。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述划分多边形内外围的数据的步骤还包括：

获取层位数据，并对层位数据段进行遍历，其中，在对层位数据段进行遍历的过程中，判断当前层位数据段是否与断层相关联；

如果当前层位数据段与断层关联，则获取有封闭关系的相应的结果断层多边形的数据，并对所述相应的结果断层多边形进行遍历；如果当前层位数据段与断层没有关联，将当前层位数据段的层位数据放入最外层的多边形的结果数据中。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在对所述相应的结果断层多边形进行遍历的过程中，使用线段和多边形之间的裁剪算法获取层位数据段在相应的结果断层多边形内部的数据，并根据这个结果断层多边形与其他的结果断层多边形的z值，获取层位数据段的层次关系。

5.如权利要求3所述的方法，其中，如果对所述相应的结果断层多边形的遍历结束，则获取裁剪剩余的层位数据段的数据，并将层位数据段的数据直接放入最外层的多边形的结果数据中。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述采用空间网格化算法对数据进行三角网格化以得到最终的三角网的步骤包括：

对断层外的外围数据进行构网；

删除断层内的三角形，并对断层内的数据单独进行构网；

将对断层外的外围数据进行构网所得的三角网与对断层内的数据进行构网所得的三角网合并，获得最终的三角网。

7.如权利要求6所述的方法，其中，使用狄洛尼三角剖分算法对断层内的数据和断层外的外围数据进行三角形构网。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述对最终的三角网进行等值线追踪操作的步骤包括：

如果给定等值线的高程值介于三角形的边对应的两个端点的高程值之间，则对该边进行标记，并以该边上相应高程值的点作为等值线的起始点；

在该边所在的三角形的其他边中寻找相应高程值的点作为出口；

重复在包含出口所在的边的相邻的三角形的其他边中寻找该相应高程值的点作为新的出口的操作，直至返回到起始点。

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