CN107292959B - 利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，该方法包括：1)岩心矿物品位归一化；2)计算边界品位；3)搜索高品位矿体片段集；4)矿体片段过滤与填充；5)矿体片段集相似性分组；6)插值生成矿体上下品位等值面轮廓；7)表面轮廓缝合。本发明可利用少量钻井岩心数据，快速重建高品位矿体的表面轮廓；采用过滤填充操作能够较好克服品位数据中的噪声和孤立的孔洞。
Description
技术领域
本发明涉及三维地质建模与可视化技术，特别是一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法。
背景技术
基于少量钻井岩心品位数据重构矿体是三维地质勘探的关键技术问题。其难点在于钻井数量少，所获取的岩心品位数据有限。同时由于测量误差和地下岩矿复杂，所获取的矿物品位数据存在大量噪声甚至孔洞。
目前比较常见的对矿体的三维表示主要是使用规则或不规则体元的大量堆叠来构造三维空间实体边界，例如专利申请CN105719346和CN101038680分别使用三棱柱和立方体体元进行矿体重构；或者是通过三维曲面来模拟矿体的表面轮廓，如专利申请CN105225272使用多层轮廓线进行三角剖分，构造矿体外表轮廓三角网。
上述方法都存在计算量过大，计算速度慢的问题，并且体元表示矿体的方法难以克服矿体表面锯齿化现象；基于多层轮廓线的三角剖分方法虽然能较好表达矿体表面轮廓细节，但是需要解决三维空间内轮廓线校对以及三角面片异构等复杂问题，在实际运用中容易造成矿体表面轮廓重建结果异构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，步骤如下：
步骤1，对岩心样本品位进行归一化处理；
步骤2，根据归一化岩心样本品位数据计算边界品位，作为区分矿物与非矿物的品位阈值；
步骤3，根据步骤2得到的边界品位区分高低品位，搜索同一岩心上连续的高品位样本点作为高品位矿体片段，形成高品位矿体片段集；
步骤4，对步骤3获得的高品位矿体片段集进行过滤和填充，删除孤立的高品位矿体片段，填充相邻高品位矿体片段间的孔洞；
步骤5，计算矿体片段间的相似性，根据相似性将矿体片段归入到不同的片段组；
步骤6，将片段组内的矿体片段两端端点作为上下品位等值面轮廓关键点，分别插值生成矿体的上下品位等值面轮廓；
步骤7，计算矿体的上下品位等值面轮廓的交线，将该交线作为矿体边界线，裁剪多余的表面轮廓。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)数据要求简单；(2)矿体模型简单，计算速度快，易于计算和更新；(3)重建矿体表面轮廓，较好的表达高品位矿体形态；(4)本发明通过计算岩心边界品位和矿体上下两侧品位相等的关键点，并通过矿体片段过滤与填充、矿体片段集相似性分组等技术，样条插值得到矿体上下两侧品位相等的曲面，最后进行轮廓缝合，可快速重建矿体表面轮廓，有效解决岩心品位数据有限和矿物品位噪声的问题，并且算法简单，具有较好的实用性。
附图说明
图1是本发明利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法流程图。
图2是搜索高品位矿体片段计算示意图。
图3是删除孤立矿体片段示意图。
图4是填充矿体片段间孔洞示意图。
图5是单个片段组内岩心片段可视化结果图。
图6是表面轮廓实测点计算示意图。
图7是单块矿体上品位等值面轮廓重建结果图。
图8是单块矿体上下品位等值面轮廓重建结果图。
图9是单块矿体边界缝合结果图。
图10是单块矿体外表轮廓渲染结果图。
具体实施方式
结合图1，一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，步骤如下：
步骤1，对岩心样本品位进行归一化处理；
步骤2，根据归一化岩心样本品位数据计算边界品位，作为区分矿物与非矿物的品位阈值；
步骤3，根据步骤2得到的边界品位区分高低品位，搜索同一岩心上连续的高品位样本点作为高品位矿体片段，形成高品位矿体片段集；
步骤4，对步骤3获得的高品位矿体片段集进行过滤和填充，删除孤立的高品位矿体片段，填充相邻高品位矿体片段间的孔洞；
步骤5，计算矿体片段间的相似性，根据相似性将矿体片段归入到不同的片段组；
步骤6，将片段组内的矿体片段两端端点作为上下品位等值面轮廓关键点，分别插值生成矿体的上下品位等值面轮廓；
步骤7，计算矿体的上下品位等值面轮廓的交线，将该交线作为矿体边界线，裁剪多余的表面轮廓。
进一步的，步骤2中采用最大类间方差法计算的品位阈值作为边界品位。
进一步的，步骤4中矿体片段过滤与填充规则如下：
矿体片段过滤规则：对某个矿体片段，如果同一根岩心上相邻矿体片段距离大于矿体片段本身长度，则从矿体片段集中删除该片段；
矿体片段填充规则：对两个矿体片段间的孔洞，如果孔洞厚度小于两个矿体片段长度，将该孔洞填充，连接两个矿体片段作为新的矿体片段加入矿体片段集，并且从矿体片段集中删除原有的两个矿体片段。
进一步的，步骤5中采用相似性对矿体片段集进行分组，具体方法如下：
第一步，计算矿体片段集的平均相似度；
第二步，对于有n个矿体片段的矿体片段集，创建n个片段组并且将每个矿体片段归入到一个片段组中；
第三步，根据矿体片段间的相似度，如果两个矿体片段的相似度大于平均相似度，那么两个矿体片段所在的片段组合并；
第四步，重复第三步，直到任意两个片段组间的相似度均小于平均相似度。
进一步的，步骤6中插值上下品位等值面轮廓的步骤如下：
第一步，取某个片段组内所有矿体片段的两端端点构成矿体上下品位等值面轮廓的关键点集；
第二步，采用曲面样条插值法对上下品位等值面轮廓的关键点进行插值，生成矿体的上下品位等值面轮廓曲面。
进一步的，步骤7具体为：根据每一块矿体的上下品位等值面轮廓，计算两个轮廓曲面的交线，将交线作为矿体表面轮廓的边界线，并裁剪边界线以外的多余轮廓曲面。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例
结合图1，一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，步骤如下：
步骤1，岩心矿物品位归一化
将岩心样本品位归一到[0,1]区间内，归一化后的样本点品位值curV＝(oldV-minV)/(maxV-inV)，其中oldV表示原始的样本品位值，minV、maxV分别表示最小和最大品位。
步骤2，计算边界品位
利用归一化岩心品位数据进行最大类间方差法计算，取类间方差最大的极值点作为边界品位。
步骤3，搜索高品位矿物片段集
根据边界品位划分岩心高品位样本和低品位样本，然后搜索同一根岩心上连续的多个高品位样本作为高品位矿物片段，得到高品位矿物片段集。如图2所示，同一根岩心上连续的多个高品位样本组成一个高品位矿物片段，并且高品位矿物片段的品位为连续高品位样本的平均品位，高品位矿物片段的长度为连续高品位样本沿岩心方向的长度。
步骤4，矿体片段过滤与填充
删除孤立的高品位矿体片段，填充高品位矿物片段间的孔洞；矿体片段过滤与填充规则如下：
如图3所示，矿体片段过滤规则：对某个矿体片段，如果同一根岩心上相邻矿体片段距离大于矿体片段本身长度，则从矿体片段集中删除该片段。
如图4所示，矿体片段填充规则：对两个矿体片段间的孔洞，如果孔洞厚度小于两个矿体片段长度，将该孔洞填充，连接两个矿体片段作为新的矿体片段加入矿体片段集，并且从矿体片段集中删除原有的两个矿体片段。
步骤5，矿体片段集相似性分组
通过计算矿体片段间的相似度，根据相似性强弱将矿体片段归入到不同的片段组，具体步骤如下：
(1)计算矿体片段集的平均相似度，其中矿体片段间相似度的计算公式为：
其中vi、vj表示第i个和第j个矿体片段的矿物品位,两矿体片段中点三维坐标分别为(xi，yi，zi)和(xj，yj，zj)，那么
Gauss(rij)表示距离为rij的两个矿体片段之间的高斯权重，使用的高斯函数公式如下：
其中σ表示第i个和第j个矿体片段具有相似度联系的最大距离，并且σ＝li+lj，li、lj分别表示第i个和第j个矿体片段的长度。
(2)对于有n个矿体片段的矿体片段集，创建n个片段组并且将每个矿体片段归入到一个片段组中。
(3)根据矿体片段间的相似度，如果两个矿体片段的相似度大于平均相似度，那么两个矿体片段所在的片段组合并。
(4)重复进行步骤(3)，直到任意两个片段组间的相似度都小于平均相似度。
如图5所示为同属一个片段组的矿体片段。
步骤6，插值生成矿体上下品位等值面轮廓
根据步骤5得到的片段组，每一个片段组代表一块矿体，由片段组内矿体片段获取品位等值面的关键点信息，然后分别插值矿体上下品位等值面轮廓，操作步骤如下：
(1)取一个片段组内所有矿体片段的两端端点作为矿体上下品位等值面轮廓关键点，其中一个矿体片段的上下端点通过两个端点的z坐标值进行区分，z坐标值较大的端点为上端点。如果一个矿体片段的两个端点z坐标值相等，那么该矿体片段的两个端点都加入到表面轮廓的关键点集中。如图6所示为同属一块矿体的矿体片段关于上下品位等值面轮廓关键点的选择示意图。
(2)对上一步得到的上下品位等值面轮廓关键点集用曲面样条插值法进行插值计算，分别得到矿体上下品位等值面曲面。如图7所示为对一块矿体的上表面轮廓的曲面插值效果图；如图8所示为同时重构了上下两个品位等值面轮廓的效果图。
步骤7，表面轮廓缝合
对于每一块矿体的上下品位等值面轮廓，计算两个轮廓曲面的交线，两曲面交线作为矿体表面轮廓的边界线，并且裁剪边界线以外的多余曲面，得到封闭的矿体外表轮廓，如图9所示。图10是对矿体表面轮廓进行渲染的效果示意图。
Claims (5)
1.一种利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，对岩心样本品位进行归一化处理；
步骤2，根据归一化岩心样本品位数据计算边界品位，作为区分矿物与非矿物的品位阈值；
步骤3，根据步骤2得到的边界品位区分高低品位，搜索同一岩心上连续的高品位样本点作为高品位矿体片段，形成高品位矿体片段集；
步骤4，对步骤3获得的高品位矿体片段集进行过滤和填充，删除孤立的高品位矿体片段，填充相邻高品位矿体片段间的孔洞；矿体片段过滤与填充规则如下：
矿体片段过滤规则：对某个矿体片段，如果同一根岩心上相邻矿体片段距离大于矿体片段本身长度，则从矿体片段集中删除该片段；
矿体片段填充规则：对两个矿体片段间的孔洞，如果孔洞厚度小于两个矿体片段长度，将该孔洞填充，连接两个矿体片段作为新的矿体片段加入矿体片段集，并且从矿体片段集中删除原有的两个矿体片段；
步骤5，计算矿体片段间的相似性，根据相似性将矿体片段归入到不同的片段组；
步骤6，将片段组内的矿体片段两端端点作为上下品位等值面轮廓关键点，分别插值生成矿体的上下品位等值面轮廓；
步骤7，计算矿体的上下品位等值面轮廓的交线，将该交线作为矿体边界线，裁剪多余的表面轮廓。
2.根据权利要求1所述的利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，其特征在于，步骤2中采用最大类间方差法计算品位阈值作为边界品位。
3.根据权利要求1所述的利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，其特征在于，步骤5中采用相似性对矿体片段集进行分组，具体方法如下：
第一步，计算矿体片段集的平均相似度；
第二步，对于有n个矿体片段的矿体片段集，创建n个片段组并且将每个矿体片段归入到一个片段组中；
第三步，根据矿体片段间的相似度，如果两个矿体片段的相似度大于平均相似度，那么两个矿体片段所在的片段组合并；
第四步，重复第三步，直到任意两个片段组间的相似度均小于平均相似度。
4.根据权利要求1所述的利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，其特征在于，步骤6中插值上下品位等值面轮廓的步骤如下：
第一步，取某个片段组内所有矿体片段的两端端点构成矿体上下品位等值面轮廓的关键点集；
第二步，采用曲面样条插值法对上下品位等值面轮廓的关键点进行插值，生成矿体的上下品位等值面轮廓曲面。
5.根据权利要求1所述的利用岩心边界品位等值面重建矿体三维表面轮廓的方法，其特征在于，步骤7具体为：根据每一块矿体的上下品位等值面轮廓，计算两个轮廓曲面的交线，将交线作为矿体表面轮廓的边界线，并裁剪边界线以外的多余轮廓曲面。
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