CN106772584B - 一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，在地质精细体元模型的基础上，充分考虑地质沉积、构造及相关专家知识、地质语义的约束，纵向上以等时地层格架为约束，对属于不同地层的精细体元依次进行处理；横向上以沉积相边界、地质界线、河流边界等为约束，将平面划分成不同的区域，并为每个区域给定其基本属性，然后对分布于不同区域内的体元采用与各自基本属性相适应的插值方式进行属性赋值。这种对地质空间进行语义划分的区域化体元属性赋值方法，使得生成的地质属性模型在更大程度上体现了地质构造条件对地质结构内部非均质属性场空间分布特征的影响，保证了地质结构模型和精细体元属性模型在地质语义层面的一致性。

Description

一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法
技术领域
本发明涉及一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，属于地质信息科学及三维地质建模领域。
背景技术
地质体属性模型是地质体内部非均质属性场可视化表达和定量评价与分析的基础。根据研究目的和应用需求的不同，三维地质建模可分为三维地质结构建模和地质属性建模。三维地质结构建模主要关注于地层、岩体、沉积相、特殊地质构造等的空间形态构建，旨在真实刻画地下地质结构的空间展布状况；而地质属性建模的目的是为了精细刻画地质结构内部非均质属性场的空间分布特征，包括密度、温度、饱和度、电阻率、矿化度、孔隙度、富水性等各种物化探参数。
地质数据的获取相当困难，通常需要通过非常有限的采样数据来推测、估计整个研究区域的地质构造及属性分布情况。根据数据特征的不同，三维地质建模中所需的原始数据可抽象为空间数据和属性数据两大类。空间数据主要包括钻孔、剖面、地质界线、沉积环境分布、河流、基岩分布、地貌特征等具有空间形态指示意义的数据。主要用于构建三维地质结构模型，可将其作为一个基础地质构造的框架。属性数据反映某一地质变量的属性特征及其空间分布情况，是各类物化探数据的空间有限采样。通过空间插值让有限的采样属性充满地质结构的内部空间，是实现非均质属性场可视化表达和地质属性建模的有效途径。
通过将三维地质结构模型按照一定的规则进行体元离散化，生成地质体内部精细的三维体元模型。体元模型是对地质体的三维实体表达，是地质属性赋值的载体，有利于三维空间地质属性的可视化表达与分析。按体元的面数，体元模型可以分为四面体(Tetrahedron)、五面体(Pentrahedron)、六面体(Hexahedron)、多面体(Polyhedron)和棱柱体(Prism)等5种基本类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和非规则体元两个大类。
属性建模的过程是指应用空间插值的方法，在有限的地质采样数据的基础上，为体元模型中每一个空间实体对象赋予对应的地质属性值，从而使得该属性布满整个地质结构内部，完成了地质属性场的全空间表达。但是，如何实现属性模型和地质结构模型的一致性，让所得的属性模型能够体现构造特征、专家知识、地质语义的约束，是一个难点问题。这就是说，在进行体元属性赋值的过程中，必须考虑地质构造条件对属性分布的约束作用，对分布于不同地质背景下的空间体元簇，应该分而治之，分别采用不同方法进行空间属性的赋值。
鉴于上述分析的地质结构模型和属性模型的相互关系，以及体元属性赋值中的关键问题，有必要提出一种地质构造条件约束下的精细体元属性赋值方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，在地质精细体元模型的基础上，充分考虑地质沉积、构造及相关专家知识、地质语义的约束，纵向上以等时地层格架为约束，对属于不同地层的精细体元依次进行处理；横向上以沉积相边界、地质界线、河流边界、地貌分布等为约束，将平面划分成不同的区域，并为每个区域给定其基本属性，然后对分布于不同基本属性区域内的精细体元采用与各自基本属性相适应的插值方式进行属性赋值。这种以地质构造条件为约束，对地质空间进行语义划分的区域化体元属性赋值方法，使得生成的地质属性模型在更大程度上反映了地质构造特征，同时也体现了地质构造条件对地质体内部非均质属性场空间分布特征的影响，保证了地质结构模型和精细体元属性模型在地质语义层面的一致性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，包括以下步骤：
(1)对于已经由地质结构模型剖分得到的精细体元模型，将对应于所述精细体元模型的n层等时地层的n+1个格架面作为纵向约束条件；
(2)令循环控制变量i＝1；
(3)获取第i层等时地层对应的顶格架面stop和底格架面sbot；
(4)遍历所有体元，挑选出分布于顶格架面stop和底格架面sbot之间的所有体元，并将其存储在对象集Voxels里；
(5)将对应于第i层等时地层的横向约束条件进行整合，根据横向约束条件将第i层等时地层划分成为不同的区域，并根据各区域所代表的地质含义为每个区域赋予其对应的基本属性，对于其中任意一个基本属性用下式表示：
pk∈{p1,p2,...,pm}，1≤k≤m
其中，k为当前属性类别编号，m为基本属性的总数，令当前基本属性的编号k＝1；
(6)获取基本属性为pk的所有区域，并将其存储在对象集Zones里；
(7)遍历对象集Voxels，挑选出分布于区域Zones之内的所有体元并将其存储在基本属性pk对应的对象集Voxels_k；
(8)判断pk是否为绝对约束条件，如果是则转至步骤(9)，否则转步骤(10)；
(9)根据基本属性pk为对象集Voxels_k内所有体元赋予一致的特定属性值，然后转步骤(11)；
(10)选择插值方法为对象集Voxels_k内体元进行属性赋值；
(11)将属性值赋予每个体元对象的属性字段中保存，并令k++；
(12)判断k≤m是否成立，是则转至步骤(6)继续其它基本属性所对应区域内体元的属性赋值，否则转下一步；
(13)令循环控制变量i++；
(14)判断i≤n是否成立，是则转至步骤(3)，继续后续等时地层内部体元的属性赋值，否则转下一步；
(15)可视化显示属性赋值后的精细体元模型。
步骤(1)所述精细体元模型为规则体元模型和不规则体元模型的任意一种。
步骤(5)所述横向约束条件包括地质界线、沉积环境分布、河流、基岩分布和地貌特征。
步骤(8)所述绝对约束条件，指直接根据该条件判定最终的属性值，且分布于这些区域内的所有体元具有相同属性值的约束条件。
步骤(9)所述特定属性值由地质专家或者操作者根据地质条件及应用环境给定。
步骤(10)所述插值方法根据体元的分布特征和属性的具体地质条件决定，包括线性插值方法和非线性插值方法，并根据基本属性选择估值参数。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法以等时地层作为纵向约束条件，保证了同一等时地层内部属性分布的一致性，同时也控制了不同时期沉积地层内部属性的差异性；
(2)本发明的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法以沉积相边界、地质界线、基岩边界、河流边界等作为横向约束条件，对不同区域内的体元采用不同的插值方式进行属性赋值，保证了地质构造条件对空间属性分布的影响；
(3)本发明的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法采用对地质空间进行语义划分的区域化体元属性赋值方法，使得生成的地质属性模型在更大程度上反应了地质构造特征，保证了地质结构模型和精细体元属性模型在地质语义层面的一致性；
(4)本发明的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法所获得的地质属性模型包含了更多的地质含义、专家知识，其属性场的空间分布特征更加符合地质沉积及构造条件的作用结果，这将为后续地质定量评价与分析提供更加准确的模型基础；
(5)本发明的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法可在各种三维地质建模、地质信息系统、地理信息系统、地质过程模拟系统等系统中应用，适应性广。
附图说明
图1是顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法流程示意图。
图2是等时地层及对应的格架面，其中图2(a)为等时地层的剖面示意图，图2(b)为包含n个等时地层的地质结构模型，图2(c)为各层在纵向上撑开的展示效果，图2(d)是与之相对应的n+1个顶底格架面。
图3是某一层横向约束条件的示意图，其中图3(a)为各类地质沉积及构造的边界条件，图3(b)为平面分区后各自所代表的基本属性分布示意图。
图4是顾及地质构造条件约束的体元属性赋值过程示意图。
图5是利用本发明中体元属性赋值方法得到的富水性属性模型，其中图5(a)是富水性属性模型的整体形态，图5(b)是等时地层约束下隔水层和含水层的属性分布对比示意图，图5(c)是横向条件约束下含水层内部属性的分布特征示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明提供了一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，包括以下步骤：
(1)对于已经由地质结构模型剖分得到的精细体元模型，载入纵向约束条件：如图2所示，将对应于所述精细体元模型的n层等时地层的n+1个格架面作为纵向约束条件；
(2)令循环控制变量i＝1；
(3)获取第i层等时地层对应的顶格架面stop和底格架面sbot；
(4)遍历所有体元，挑选出分布于顶格架面stop和底格架面sbot之间的所有体元，并将其存储在对象集Voxels里；
(5)载入横向约束条件：参照图3，将对应于第i层等时地层的横向约束条件进行整合，对于富水性来说，主要横向约束条件有基岩边界、沉积环境分布、河流、古河道边界等；根据横向约束条件将第i层等时地层划分成为不同的区域，并根据各区域所代表的地质含义为每个区域赋予其对应的基本属性(如基岩、淤泥、粘土层等为隔水层，可将其赋予一样的基本属性；砂、卵石等为含水层，但由于河道砂、漫滩砂、点砂坝等各自的含水性各具特点，可根据其沉积环境的不同分别赋予不同的基本属性)，对于其中任意一个基本属性用下式表示：
pk∈{p1,p2,...,pm}，1≤k≤m
其中，k为当前属性类别编号，m为基本属性的总数，令当前基本属性的编号k＝1；
(6)获取基本属性为pk的所有区域，并将其存储在对象集Zones里；
(7)遍历对象集Voxels，挑选出分布于区域Zones之内的所有体元并将其存储在基本属性pk对应的对象集Voxels_k；
(8)判断pk是否为绝对约束条件，如图4所示，如果是则转至步骤(9)，否则转步骤(10)；
(9)根据基本属性pk为对象集Voxels_k内所有体元赋予一致的特定属性值，该属性值由地质专家或者操作者根据地质条件及应用环境给定(如分布于基岩边界内或者隔水层范围内的体元，富水性的属性值很显然为0，直接交互赋值，不用再通过插值方法赋值)然后转步骤(11)；
(10)选择插值方法为对象集Voxels_k内体元进行属性赋值；
(11)将属性值赋予每个体元对象的属性字段中保存，并令k++；
(12)判断k≤m是否成立，是则转至步骤(6)继续其它基本属性所对应区域内体元的属性赋值，否则转下一步；
(13)令循环控制变量i++；
(14)判断i≤n是否成立，是则转至步骤(3)，继续后续等时地层内部体元的属性赋值，否则转下一步；
(15)可视化显示属性赋值后的精细体元模型。至此，完成了所有精细体元的属性赋值，也得到了相应的属性模型，如图5所示，图中像素由浅至深依次表示丰富、中等、贫乏、隔水和基岩5种属性。
步骤(1)所述精细体元模型是一个载体，在其上可以挂载多种物化探属性，并且不限制其具体数据结构，可以是背景技术中介绍到的规则或非规则体元的任意一种，不限制其具体数据结构。
步骤(2)中n+1个格架面必须参与了地质结构模型的构建，即它们必须是与该体元模型相匹配的；之所以要用等时地层作为纵向约束条件，是因为地质沉积过程中同一时间段内沉积的地层往往具有更加相似的属性，比如同属同一等时地层的断层体，虽然在空间上不具有连续性，但其沉积时间因素影响下的属性分布在断层两侧应该是连续的。
步骤(5)所述的横向约束条件的具体类型是由研究的属性本身来决定的，任意对当前属性起到限定性的地质边界条件，都可作为横向约束条件；基本属性的划定也是以当前赋值的属性为导向的，根据其对当前属性的影响程度，赋予不同的基本属性值(对于富水性来说，主要横向约束条件有基岩边界、沉积环境分布、河流、古河道边界等)；多个区域可以具有相同的基本属性，说明这些区域的属性赋值方式是一致的。
步骤(8)所述的绝对约束条件，是指直接可以根据该条件判定最终的属性值，且分布于这些区域内的所有体元具有相同属性值(如分布于基岩区和隔水层区域的体元，其富水性的属性值全部为0)。
步骤(10)所述插值方法的选择是由体元的分布特征和属性的具体地质条件来决定的，现有的线性、非线性的插值方法都在选择之列；而且还可根据基本属性的不同，选择不同的估值参数(如搜索半径、变差函数、搜索椭球体的空间形态等)。
本发明提供的一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，在地质精细体元模型的基础上，充分考虑地质沉积、构造及相关专家知识、地质语义的约束，纵向上以等时地层格架为约束，对属于不同地层的精细体元依次进行处理；横向上以沉积相边界、地质界线、河流边界、地貌分布等为约束，将平面划分成不同的区域，并为每个区域给定其基本属性，然后对分布于不同基本属性区域内的精细体元采用与各自基本属性相适应的插值方式进行属性赋值。这种以地质构造条件为约束，对地质空间进行语义划分的区域化体元属性赋值方法，使得生成的地质属性模型在更大程度上反映了地质构造特征，同时也体现了地质构造条件对地质体内部非均质属性场空间分布特征的影响，保证了地质结构模型和精细体元属性模型在地质语义层面的一致性。

Claims (6)

1.一种顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)对于已经由地质结构模型剖分得到的精细体元模型，将对应于所述精细体元模型的n层等时地层的n+1个格架面作为纵向约束条件；
(2)令循环控制变量i＝1；
(3)获取第i层等时地层对应的顶格架面stop和底格架面sbot；
(4)遍历所有体元，挑选出分布于顶格架面stop和底格架面sbot之间的所有体元，并将其存储在对象集Voxels里；
(5)将对应于第i层等时地层的横向约束条件进行整合，根据横向约束条件将第i层等时地层划分成为不同的区域，并根据各区域所代表的地质含义为每个区域赋予其对应的基本属性，对于其中任意一个基本属性用下式表示：
pk∈{p1,p2,...,pm}，1≤k≤m
其中，k为当前属性类别编号，m为基本属性的总数，令当前基本属性的编号k＝1；
(6)获取基本属性为pk的所有区域，并将其存储在对象集Zones里；
(7)遍历对象集Voxels，挑选出分布于区域Zones之内的所有体元并将其存储在基本属性pk对应的对象集Voxels_k；
(8)判断pk是否为绝对约束条件，如果是则转至步骤(9)，否则转步骤(10)；
(9)根据基本属性pk为对象集Voxels_k内所有体元赋予一致的特定属性值，然后转步骤(11)；
(10)选择插值方法为对象集Voxels_k内体元进行属性赋值；
(11)将属性值赋予每个体元对象的属性字段中保存，并令k++；
(12)判断k≤m是否成立，是则转至步骤(6)继续其它基本属性所对应区域内体元的属性赋值，否则转下一步；
(13)令循环控制变量i++；
(14)判断i≤n是否成立，是则转至步骤(3)，继续后续等时地层内部体元的属性赋值，否则转下一步；
(15)可视化显示属性赋值后的精细体元模型。
2.根据权利要求1所述的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于：步骤(1)所述精细体元模型为规则体元模型和不规则体元模型的任意一种。
3.根据权利要求1所述的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于：步骤(5)所述横向约束条件包括地质界线、沉积环境分布、河流、基岩分布和地貌特征。
4.根据权利要求1所述的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于：步骤(8)所述绝对约束条件，指直接根据该条件判定最终的属性值，且分布于这些区域内的所有体元具有相同属性值的约束条件。
5.根据权利要求1所述的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于：步骤(9)所述特定属性值由地质专家或者操作者根据地质条件及应用环境给定。
6.根据权利要求1所述的顾及地质构造条件约束的精细体元属性赋值方法，其特征在于：步骤(10)所述插值方法根据体元的分布特征和属性的具体地质条件决定，包括线性插值方法和非线性插值方法，并根据基本属性选择估值参数。
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