CN105225273B - 基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置，该方法包括：读取构造等值线图及断层多边形数据；根据断层多边形数据确定断层多边形类型；根据类型分离为上盘断层线和下盘断层线；分别计算上盘断层线与等值线及下盘断层线与等值线的交点坐标，以对应的等值线高程值作为交点z值，得到三维交点坐标；利用三维交点坐标计算断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标；针对每一断层线，对该断层线上的交点高程值及顶点高程值进行邻域平滑滤波，得到断层多边形空间轨迹坐标；对空间轨迹坐标进行修正，得到坐标数据；根据坐标数据进行断层建模。快速准确地获取断层多边形三维数据，建立准确的模型，后期修正工作量减小。
Description
技术领域
本发明涉及油藏描述领域，尤其涉及一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置。
背景技术
三维地质建模技术在油气田勘探开发及油气藏精细描述等方面起着极为重要的作用，建立三维地质模型是地球科学、油气田开发等领域的一个重要手段，而断层模型的建立是其中极为重要的一环。
实际工作中断层建模有很多种方法，目前断层建模主流方法是在深度域中依靠商业化软件来完成，例如，RMS(Reservoir Modeling Software)、Petrel或者其他同类建模软件。按断层建模所采用的原始数据来分主要包括以下几种方法：
(1)根据时间域地震解释的断层数据进行时深转化后进行断层建模；
(2)密井区根据井间对比的断点数据直接进行深度域断层建模；
(3)同时利用时间域地震解释断层数据和井间对比断点数据进行综合断层建模；
(4)利用构造成果图中的断层多边形在三维构造层面上进行投影计算来完成断层建模。
其中在科研生产实践中第(4)种方法使用较为广泛，主要是因为其原始数据(即构造成果图)最容易获得，且构造成果图一般都经过了井点校正、断层及层面的空间展布关系的初步校正。该方法完全在主流商业化地质建模软件来完成，可操作性很强，但是，仍然存在以下缺陷：
应用过程中，虽然二维的构造成果图较容易获得，但是对三维建模而言，二维的构造成果图需要先经过空间网格化计算处理成空间层面，在断层附近很难取得质量高的三维层面数据，然后再通过投影计算获取空间断层多边形，这样求取的断层多边形其空间坐标z值不准确，导致断层建模过程中手工干预、修改的工作量大，耗时长，当断层数量多，交切关系复杂时该问题尤为突出。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置，以至少解决现有技术中的断层建模方法，在断层建模过程中手工干预、修饰的工作量大，耗时长的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法，包括：读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据；根据所述断层多边形数据确定断层多边形的类型；根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；分别计算所述上盘断层线与等值线的交点的坐标以及所述下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标；利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标；针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标；根据用户的输入对所述断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据；根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
在一个实施例中，所述断层多边形的类型包括：单线型或者双线型；根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线，包括：对于双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将所述双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；对于单线型断层多边形，按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将所述单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法分离为上盘断层线和下盘断层线。
在一个实施例中，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，包括：采用以下公式计算平面向量夹角的余弦：其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角；判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。
在一个实施例中，利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，包括：利用散点插值法计算所述断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：所述断层线与所述等值线的交点，与所述断层线相交的等值线上的所有数据点。
在一个实施例中，针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，包括：计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值的极值点，以及所述断层线上顶点的高程值的极值点；计算所述极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。
在一个实施例中，采用以下步骤计算极值点：计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值以及所述断层线上顶点的高程值的一次微分量；确定所述一次微分量中符号发生变化的位置为所述极值点的位置。
在一个实施例中，根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模，包括：针对所述断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于空间断层多边形建立断层模型的装置，包括：读取单元，用于读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据；类型确定单元，用于根据所述断层多边形数据确定断层多边形的类型；分离单元，用于根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；第一计算单元，用于分别计算所述上盘断层线与等值线的交点的坐标以及所述下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标；第二计算单元，用于利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标；邻域平滑滤波处理单元，用于针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标；修正单元，用于根据用户的输入对所述断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据；建模单元，用于根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
在一个实施例中，所述断层多边形的类型包括：单线型或者双线型；所述分离单元包括：第一分离模块，用于对双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将所述双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；第二分离模块，用于对单线型断层多边形，按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将所述单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法分离为上盘断层线和下盘断层线。
在一个实施例中，所述第一分离模块具体用于：采用以下公式计算平面向量夹角的余弦：其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角；判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。
在一个实施例中，所述第二计算单元具体用于：利用散点插值法计算所述断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：所述断层线与所述等值线的交点，与所述断层线相交的等值线上的所有数据点。
在一个实施例中，所述邻域平滑滤波处理单元，包括：第一计算模块，用于计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值的极值点，以及所述断层线上顶点的高程值的极值点；第二计算模块，用于计算所述极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。
在一个实施例中，所述第一计算模块，具体用于采用以下方法计算极值点：计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值以及所述断层线上顶点的高程值的一次微分量；确定所述一次微分量中符号发生变化的位置为所述极值点的位置。
在一个实施例中，所述建模单元，包括：数据处理模块，用于针对所述断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；建模模块，用于根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
通过本发明的基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置，根据平面断层多边形及构造等值线，求取断层多边形上的顶点以及与等值线的交点的空间坐标，获得断层多边形的空间轨迹数据，进而直接用空间断层多边形数据建立断层空间模型。能够直接获取断层的z值坐标，相比于传统获取z值的投影法有较为明显的优势，能快速准确地获取断层多边形的三维空间数据，建立准确的构造模型，并使得对断层、构造层面的质量控制可以借助于构造图在二维平面上进行修正，从而实现准确校正，这样得到的空间断层多边形数据质量有明显的提高，有效提高了断层建模的质量，后期空间修正断层、层面的工作量明显减小，同时使断层附近的地层层面能得到最大程度的恢复，保证了整个断层建模过程的高效性和准确性。另外，保证了断层附近构造层面准确形态的再现，为储层建模提供了高质量的数据输入。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的基于空间断层多边形建立断层模型的方法的流程图；
图2A是本发明实施例的A油田Es3 1I油组顶面构造图；
图2B是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造图；
图2C是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅲ油组顶面构造图；
图3A是本发明实施例的B油田N2 1Ⅲ油组顶面构造图；
图3B是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造图；
图3C是本发明实施例的B油田N2 1Ⅴ油组顶面构造图；
图4A和图4B是本发明实施例的双线型断层多边形顶点的两种典型情况；
图5A至图5C是本发明实施例的断层线与等值线相交的三种模式示意图；
图6是本发明实施例的断层与断层相交时的断层多边形顶点及交点分布示意图；
图7是本发明实施例的基于空间断层多边形建立断层模型的装置的结构框图；
图8A是本发明实施例的A油田Es3 1I油组顶面构造空间初步模型；
图8B是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造空间初步模型；
图8C是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅲ油组顶面构造空间初步模型；
图9是本发明实施例的A油田Es3 1断层建模过程中空间断层线计算效果对比图；
图10是本发明实施例的A油田Es3 1采用本发明方法得到的断层模型及其层面模型；
图11A是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造的采用本发明方法的模拟结果图；
图11B是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造的采用传统投影方法的模拟结果图；
图12A是本发明实施例的B油田N2 1Ⅲ油组顶面构造空间初步模型；
图12B是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造空间初步模型；
图12C是本发明实施例的B油田N2 1Ⅴ油组顶面构造空间初步模型；
图13是本发明实施例的B油田N2 1断层建模过程中空间断层线计算效果对比图；
图14是本发明实施例的B油田N2 1采用本发明方法得到的断层模型及其层面模型；
图15A是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造的采用本发明方法的模拟结果图；
图15B是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造的采用传统投影方法的模拟结果图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置，高效实现断层建模以及改善断层附近的层位建模质量。图1是本发明实施例的基于空间断层多边形建立断层模型的方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S108。
步骤S101，读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据。其中，断层多边形数据指的是构造等值线图中表示断层的折线段以及由折线段构成的多边形。一般地，需要保证有2层以上的构造层面数据和断层多边形数据。
步骤S102，根据断层多边形数据确定断层多边形的类型。其中，断层多边形的类型可以包括：单线型或者双线型。
步骤S103，根据断层多边形的类型将断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线。
步骤S104，分别计算上盘断层线与等值线的交点的坐标以及下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标。也就是说，某一断层线与一等值线有交点，该交点的三维坐标中的z值即为该等值线的高程值。
步骤S105，利用三维的交点坐标，计算断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标。
步骤S106，针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标。
步骤S107，根据用户的输入对断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据。本步骤是进行数据检查，特别对多条断层交汇处的高程值进行检查，对误差较大的高程值按照附近等值线的高程值进行人工修正，形成最终的断层线空间数据。
步骤S108，根据断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。实际应用中，本步骤可以将空间断层多边形坐标数据导入到商业建模软件中进行建模。
通过上述方法，根据平面断层多边形及构造等值线，求取断层多边形上的顶点以及与等值线的交点的空间坐标，获得断层多边形的空间轨迹数据，进而直接用空间断层多边形数据建立断层空间模型。本发明能够直接获取断层的z值坐标，相比于传统获取z值的投影法有较为明显的优势，能快速准确地获取断层多边形的三维空间数据，建立准确的构造模型，并使得对断层、构造层面的质量控制可以借助于构造图在二维平面上进行修正，从而实现准确校正，这样得到的空间断层多边形数据质量有明显的提高，有效提高了断层建模的质量，后期空间修正断层、层面的工作量明显减小，同时使断层附近的地层层面能得到最大程度的恢复，保证了整个断层建模过程的高效性和准确性。另外，保证了断层附近构造层面准确形态的再现，为储层建模提供了高质量的数据输入。
下面结合图2A至图3C对断层多边形的类型进行说明。
图2A至图2C分别示出了A油田Es3 1I、Ⅱ、Ⅲ油组顶面构造图，A油田位于中国东部渤海湾盆地冀东坳陷。图2A至图2C中，未标值的粗线表示下盘断层线，与该未标值的粗线紧邻的、走势相同且近乎平行的细线表示上盘断层线，该细线与未标值的粗线构成断层多边形，此处，断层多边形都表示正断层，除边界断层(例如，图2A、2B、2C中最下方的细线为边界断层)外均为双线型多边形。根据图中的标值可以得到每条构造等高线的高程值。
图3A至图3C分别示出了B油田N2 1Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ油组顶面构造图，B油田位于中国西部柴达木盆地西部南区。图3A至图3C中，断层多边形为单线型(如图中粗线所示)，一般表示的是水平断距不大的逆断层和走滑断层。另外，对于水平断距较大的逆断层或者逆掩断层的情况，可以通过以下方法表示：(1)将断层上下盘同时放在一张构造图上用双线型多边形表示，这种情况下可将构造图分离为两层构造图来处理，即得到单线型的构造图；(2)直接提供上下盘分开的构造图，可直接作为单线型的构造图进行处理。对走滑断层而言，可采用逆断层的处理方式来处理。
由此可知，一般情况下，构造图上可以将双线型断层多边形认为表示的是正断层，单线型断层多边形表示逆断层及走滑断层。实际上，严格来说，单线型断层多边形已经不算是通常意义上的多边形，而是一条没有闭合的折线段，本发明中，为了统一两种断层多边形类型，因此使用类似的名称。
在一个实施例中，步骤S103可以通过以下方法对断层多边形进行上下盘分离：
(1)对于双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线。
断层多边形的顶点可以分为上下盘分界点和非分界点，其中，上下盘分界点都为凸顶点，且顶点夹角为锐角。其余顶点(即非分界点)的情况如图4A和图4B所示，在图4A中，断层两盘的顶点全为凸顶点；在图4B中，断层一盘的顶点全为凸顶点，另一盘的顶点全为凹顶点。实际上，还有一些其他的顶点组合情况，例如，断层一盘部分为凸顶点，部分为凹顶点，其他的顶点组合情况可以归结为图4A和图4B所示的两种典型情况，或可以调整为这两种典型情况。
显然，断层多边形上下盘的分界点处邻边夹角较小，呈锐角，而其他顶点(即非分界点)邻边的夹角一般呈钝角，因此，可以通过判断夹角为钝角还是锐角，来确定顶点是否为分界点。
具体地，断层线可以视为平面向量，平面向量(x1,y1)、平面向量(x2,y2)的夹角α的余弦公式为其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角。
判断cosα的正负，即可知道该夹角是钝角还是锐角。具体地，判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。由此，可以判断双线型断层多边形的上下盘分界点，从而对上下盘进行分离，且只需要判断cosα的正负，方法简单方便。
(2)对于单线型断层多边形，可以将单线型断层多边形近似处理为有上下盘断层线的双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法进行分离，得到上盘断层线和下盘断层线。具体地，可以按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，其中，预设平移量一般数值较小，闭合过程可以是将复制的断层线上的点反序，然后与原断层线闭合。例如，平均井距为300米的工区，可以设定平移量为10至30米，这个平移量在视觉意义和建模过程中完全能满足精度要求。
在一个实施例中，可以使用以下方法分别计算步骤S104中断层多边形两盘与等值线的交点的坐标。
平面直线l1和l2的表达式为：
两条平面直线相交时，其交点坐标解为：
其中，a、b、c、d、e、f均为直线方程中的常数，符号“||”表示行列式。
图5A至图5C示出了断层线与等值线相交的三种模式，图中粗线表示断层线，细线表示等值线，点O表示断层线与等值线的交点。
理想情况下，断层线与等值线相交的情况应该如图5A所示，即数学意义上严格的刚好相交，但由于工作实践中构造图大部分经过手工校正，以及由于不同软件之间数据格式的转换时存在一定的差别，因此导致等值线与断层线的相交属于图5B和图5C所示的情况，即等值线离断层有一定的距离，或者等值线穿过了断层，但在实际求取交点时都应把点O作为交点。具体地，可以给定一定的容差值ε，例如，设定ε＝40，等值线尾部距离断层的距离小于ε时，若属于图5B所示的情况，则将等值线延长求取交点O；如果属于图5C所示的情况，则直接求取交点O。
在一个实施例中，可以结合计算得到的三维交点坐标，利用散点插值法计算断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：断层线与等值线的交点，与断层线相交的等值线上的所有数据点。
具体地，可以在求取的交点坐标基础上，通过Matlab软件中的散点插值函数(scatteredInterpolant)求取断层多边形各顶点处的高程值。为方便起见，以下将断层线与等值线的交点、断层多边形的顶点这两类数据点合称为断层节点，将参与插值计算的数据点称之为参考点。
采用的散点插值公式可以是：F＝scatteredInterpolant(x,y,z)，其中，(x,y,z)为空间散点(即参考点)的坐标向量，且z＝z(x,y)。
插值计算的结果高度依赖于参考点，容易造成插值结果的不稳定，如果当参考点少于三个数据点时，散点插值函数无法进行计算，此时可以用全部等值线的点作为参考点，先进行一次预插值，得到所有顶点的高程值。
另外，在断层与断层相交区域附近，如图6所示，断层F1与F2相交，且F2交F1于A、B两点，此时交点A、B高程值变化会呈现突变(参看图9最南侧的边界断层在空间的分布情况)，因此整体插值在这种情况下需要进行修正，即断层交点处的高程值需要进行再次计算：以图6为例，图6中示出了典型的两条断层交切的情况，对各顶点、交点进行了标示，黑点表示多边形与等值线的交点，包括点1～30及点1’～26’；圆圈表示多边形顶点，包括点a～l及点a’～i’；双层圆圈表示多边形与多边形的交点，包括点A、B。这种情况下，对F1左侧一盘的断层多边形进行分段处理，即求取B点高程值时，使用多边形顶点h、i、j及多边形与等值线的交点16～22作为参考点再使用一次散点插值；求取A点高程值时，使用多边形顶点a、l、k及多边形与等值线的交点23～30作为参考点再使用一次散点插值。
在一个实施例中，可以利用极值进行步骤S106中的邻域平滑滤波处理，实际上，此处，邻域平滑滤波处理是局部处理，即对极值及其附近的点进行过滤处理，其他数据保持不变。具体地，计算断层线与等值线的交点的高程值的极值点以及断层线上顶点的高程值的极值点(即求出断层节点的高程值的极值点)；计算极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。其中，可以采用以下步骤计算极值点：计算断层线与等值线的交点的高程值以及断层线上顶点的高程值的一次微分量(可以利用Matlab软件的diff函数计算)；确定一次微分量中符号发生变化的位置为极值点的位置。
本实施例中，可以较好地去除局部的异常点，满足建模精度的需要，这样就获得了最终的由断层多边形顶点及交点组成的断层多边形的空间轨迹坐标(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，……，(xn,yn,zn)。
在一个实施例中，步骤S108中根据断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模可以包括：针对断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
本实施例中，考虑到同一层的多边形较接近，可能会影响断层形状，因此可以统一使用上盘数据进行断层建模，或者统一使用下盘数据进行断层建模，以提高断面质量。
另外，可以对通过上述方法得到的断层模型在三维空间中进行断层质量控制处理，形成最终的断层模型。质量控制处理可以在建模软件中实现，对于上述方法得到的断层模型，后期的人工干预工作量(即质量控制处理)很小；由于有了高质量的断层模型，其后的层位建模也容易建立，并且无论是趋势还是绝对数值，均与原构造图很接近，同时还能检查原构造图局部一些人为的不合理因素。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于空间断层多边形建立断层模型的装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与上述方法相似，因此该装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图7是本发明实施例的基于空间断层多边形建立断层模型的装置的结构框图，如图7所示，该装置包括：读取单元71、类型确定单元72、分离单元73、第一计算单元74、第二计算单元75、邻域平滑滤波处理单元76、修正单元77和建模单元78，下面对该结构进行具体说明。
读取单元71，用于读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据。
类型确定单元72，用于根据断层多边形数据确定断层多边形的类型；其中，断层多边形的类型可以包括：单线型或者双线型。
分离单元73，用于根据断层多边形的类型将断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线。
第一计算单元74，用于分别计算上盘断层线与等值线的交点的坐标以及下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标。
第二计算单元75，用于利用三维的交点坐标，计算断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标。
邻域平滑滤波处理单元76，用于针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标。
修正单元77，用于根据用户的输入对断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据。
建模单元78，用于根据断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
通过上述装置，能够直接获取断层的z值坐标，相比于传统获取z值的投影法有较为明显的优势，能快速准确地获取断层多边形的三维空间数据，建立准确的构造模型，并使得对断层、构造层面的质量控制可以借助于构造图在二维平面上进行修正，从而实现准确校正，这样得到的空间断层多边形数据质量有明显的提高，有效提高了断层建模的质量，后期空间修正断层、层面的工作量明显减小，同时使断层附近的地层层面能得到最大程度的恢复，保证了整个断层建模过程的高效性和准确性。另外，保证了断层附近构造层面准确形态的再现，为储层建模提供了高质量的数据输入。
在一个实施例中，分离单元73可以包括：第一分离模块和第二分离模块。其中，第一分离模块，用于对双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；第二分离模块，用于对单线型断层多边形，按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法分离为上盘断层线和下盘断层线。
在一个实施例中，第一分离模块具体用于采用以下公式计算平面向量夹角的余弦：其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角；判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。
在一个实施例中，第二计算单元75具体用于利用散点插值法计算断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：断层线与等值线的交点，与断层线相交的等值线上的所有数据点。
在一个实施例中，邻域平滑滤波处理单元76包括：第一计算模块和第二计算模块。其中，第一计算模块，用于计算断层线与等值线的交点的高程值的极值点，以及断层线上顶点的高程值的极值点；第二计算模块，用于计算极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。
在一个实施例中，第一计算模块具体用于采用以下方法计算极值点：计算断层线与等值线的交点的高程值以及断层线上顶点的高程值的一次微分量；确定一次微分量中符号发生变化的位置为极值点的位置。
在一个实施例中，建模单元78可以包括：数据处理模块和建模模块。其中，数据处理模块，用于针对断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；建模模块，用于根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此，只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。
为了对上述基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。
以Petrel软件为例，在Petrel环境下，分别应用传统的投影计算断层多边形空间轨迹和本发明获取断层多边形空间轨迹的方法作为断层建模的输入进行构造建模。
实施例一：
以位于我国东部渤海湾盆地冀东坳陷的A油田为例，所研究的目的层段是在拉张环境下形成的，所选择的建模范围内解释的断层都是正断层，以检验本发明的建模方法对正断层的有效性。本实施例的模拟计算过程如图8A至图11B所示，构造建模在Es3 1Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油组顶面三层构造成果图的基础上进行，构造继承性较好。
图8A至8C分别示出了A油田Es3 1I、Ⅱ、Ⅲ油组顶面构造空间初步模型，在建模中主要用来检查构造面是否存在趋势问题及提供传统建模方法进行断层线投影计算时的构造面。
图9是本发明实施例的A油田Es3 1断层建模过程中空间断层线计算效果对比图，如图9所示，展示了利用本发明计算的断层线与传统建模方法投影计算的断层线在三维空间的对比情况，实线为本发明计算结果，虚线为传统投影方法计算结果，两种方法计算的三维断层线的x、y坐标是一致的，但z值常有较大差别，这样在生成断层面的过程中投影计算产生的断层线在z方向的跳跃情况往往会较大程度地影响断层面的质量，给后续断层模型调整带来较大的困难。
图10是本发明实施例的A油田Es3 1采用本发明方法得到的断层模型及其层面模型。层面模型是根据断层模型模拟的构造层面。本发明得到的断层模型质量高，后期的人工干预工作量很小，例如图10中的点的位置，几乎不需要修正。
图11A和图11B以中间一层构造面(即Es3 1Ⅱ油组顶面构造)为例对两种模拟方法进行了对比，图11A是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造的采用本发明方法的模拟结果图，图11B是本发明实施例的A油田Es3 1Ⅱ油组顶面构造的采用传统投影方法的模拟结果图。在图11A和图11B中，等值线实线为构造图上的构造等高线，虚线为模拟计算结果(大部分区域的实线和虚线是重合的)，圈出的区域为两种方法的结果有较明显差异的地方。
实施例二：
以位于我国西部柴达木盆地西部南区的B油田为例，所研究的目的层段是在挤压环境下形成的，选取的井区建模范围内解释的断层都是逆断层，以检验本发明的建模方法对逆断层的有效性。本实施例的模拟计算过程如图12A至图15B所示，构造建模在N2 1油藏Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ油组顶面三层构造成果图的基础上进行。
图12A至12C分别示出了B油田N2 1Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ油组顶面构造空间初步模型，在建模中主要用来检查构造面是否存在趋势问题及提供传统建模方法进行断层线投影计算时的构造面。
图13是本发明实施例的B油田N2 1断层建模过程中空间断层线计算效果对比图，如图13所示，展示了利用本发明计算的断层线与传统建模方法投影计算的断层线在三维空间的对比情况，实线为本发明计算结果，虚线为传统投影方法计算结果，两种方法计算的三维断层线的x、y坐标是一致的，但z值常有较大差别，这样在生成断层面的过程中投影计算产生的断层线在z方向的跳跃情况往往会较大程度地影响断层面的质量，给后续断层模型调整带来较大的困难。
图14是本发明实施例的B油田N2 1采用本发明方法得到的断层模型及其层面模型。层面模型是根据断层模型模拟的构造层面。本发明得到的断层模型质量高，后期的人工干预工作量很小，例如图14中的点的位置，几乎不需要修正。
图15A和图15B同样选取中间一层构造面(即N2 1Ⅳ油组顶面构造)为例对两种模拟方法进行了对比，图15A是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造的采用本发明方法的模拟结果图，图15B是本发明实施例的B油田N2 1Ⅳ油组顶面构造的采用传统投影方法的模拟结果图。在图15A和图15B中，等值线实线为构造图上的构造等高线，虚线为模拟计算结果(大部分区域的实线和虚线是重合的)，圈出的区域为两种方法的结果有较明显差异的地方。本实施例例在构造解释阶段数据已经做了较好的质量控制工作，所以相同条件下有较明显区别的区域的地方仅在局部断层附近呈现，可以看出，仍是本发明计算数据模拟效果较好。
通过上述两个实施例表明，利用本发明的基于空间断层多边形建立断层模型的方法及装置，由于能直接获取断层的z值坐标，相比于传统获取z值的投影法有较为明显的优势。本发明利用构造成果图，能快速准确实现断层面形态的建模，同时实现了断层附近构造层面准确形态的再现，为储层建模提供了高质量的数据输入。
综上所述，本发明提供了一种基于空间断层多边形高效建立断层模型的方法及装置，将传统的基于平面断层多边形进行三维简单、粗略投影求取其空间轨迹进行断层建模的过程，改变为基于本发明装置直接计算出的准确空间断层多边形轨迹数据来进行建模，从而大大减少了后期断层在三维空间中的质量控制工作，保证了整个断层建模过程的高效性和准确性。本发明根据平面断层多边形及构造等值线，求取断层多边形上的顶点以及与等值线的交点的空间坐标，从而获得断层多边形的空间轨迹数据，进而利用商业化建模软件(如Petrel或RMS)直接用空间断层多边形数据建立断层空间模型。
本发明的方法及装置适用于已提供构造成果图的工区，既适用于断层较少的构造较简单的情况，也能适用于断层较多的复杂构造区块，本发明对正断层、逆断层同时具有很好的适应性。
与常规商业软件中断层多边形的简单投影计算求取多边形数据点的空间坐标不同，本发明能快速准确地获取断层多边形的三维空间数据，建立准确的构造模型，并使得对断层、构造层面的质量控制可以借助于构造图在二维平面上进行修正，从而实现准确校正，这样得到的空间断层多边形数据质量一般有很明显的提高，有效提高了断层建模的质量，后期空间修正断层、层面的工作量明显减小，同时使断层附近的地层层面能得到最大程度的恢复，从而保证了建模过程中地层层面和断层层面形态的可靠性。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于空间断层多边形建立断层模型的方法，其特征在于，包括：
读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据；
根据所述断层多边形数据确定断层多边形的类型；
根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；
分别计算所述上盘断层线与等值线的交点的坐标以及所述下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标；
利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标；
针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标；
根据用户的输入对所述断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据；
根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模；
其中，所述断层多边形的类型包括：单线型或者双线型；
根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线，包括：
对于双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将所述双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；
对于单线型断层多边形，按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将所述单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法分离为上盘断层线和下盘断层线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，包括：
采用以下公式计算平面向量夹角的余弦：
其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角；
判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，包括：
利用散点插值法计算所述断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：所述断层线与所述等值线的交点，与所述断层线相交的等值线上的所有数据点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，包括：
计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值的极值点，以及所述断层线上顶点的高程值的极值点；
计算所述极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用以下步骤计算极值点：
计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值以及所述断层线上顶点的高程值的一次微分量；
确定所述一次微分量中符号发生变化的位置为所述极值点的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模，包括：
针对所述断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；
根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
7.一种基于空间断层多边形建立断层模型的装置，其特征在于，包括：
读取单元，用于读取当前断层的构造等值线图以及断层多边形数据；
类型确定单元，用于根据所述断层多边形数据确定断层多边形的类型；
分离单元，用于根据所述断层多边形的类型将所述断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；
第一计算单元，用于分别计算所述上盘断层线与等值线的交点的坐标以及所述下盘断层线与等值线的交点的坐标，并以对应的等值线高程值作为交点的z值，得到三维的交点坐标；
第二计算单元，用于利用所述三维的交点坐标，计算所述断层多边形各顶点处的高程值，得到各顶点的三维坐标；
邻域平滑滤波处理单元，用于针对每一断层线，对该断层线与等值线的交点的高程值以及该断层线上顶点的高程值进行邻域平滑滤波处理，得到由交点及顶点组成的断层多边形的空间轨迹坐标；
修正单元，用于根据用户的输入对所述断层多边形的空间轨迹坐标进行修正，得到断层多边形坐标数据；
建模单元，用于根据所述断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模；
其中，所述断层多边形的类型包括：单线型或者双线型；
所述分离单元包括：
第一分离模块，用于对双线型断层多边形，通过计算平面向量夹角的余弦，确定所述双线型断层多边形的上盘与下盘的分界点，并将所述双线型断层多边形分离为上盘断层线和下盘断层线；
第二分离模块，用于对单线型断层多边形，按照预设平移量对断层线进行复制和平移，将所述单线型断层多边形闭合为双线型断层多边形，然后按照双线型断层多边形的处理方法分离为上盘断层线和下盘断层线。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一分离模块具体用于：
采用以下公式计算平面向量夹角的余弦：
其中，(x1,y1)表示平面向量的坐标，(x2,y2)表示平面向量的坐标，α表示平面向量与的夹角；
判断cosα与0的大小关系，如果cosα大于0，则平面向量与的交点为上盘与下盘的分界点；如果cosα小于或等于0，则平面向量与的交点为非分界点的多边形顶点。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元具体用于：利用散点插值法计算所述断层多边形各顶点处的高程值，其中，散点包括：所述断层线 与所述等值线的交点，与所述断层线相交的等值线上的所有数据点。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述邻域平滑滤波处理单元，包括：
第一计算模块，用于计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值的极值点，以及所述断层线上顶点的高程值的极值点；
第二计算模块，用于计算所述极值点及其前后两个点的算术平均值，作为该极值点的高程值。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，具体用于采用以下方法计算极值点：
计算所述断层线与所述等值线的交点的高程值以及所述断层线上顶点的高程值的一次微分量；
确定所述一次微分量中符号发生变化的位置为所述极值点的位置。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述建模单元，包括：
数据处理模块，用于针对所述断层多边形坐标数据，每一层的数据中只保留一盘数据，删除另一盘数据；
建模模块，用于根据处理后的断层多边形坐标数据进行三维空间的断层建模。
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