CN109979011A - 基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法，包括如下步骤：1、对将要建模的平原地区钻孔数据进行初始化处理，形成标准钻孔数据表；2、将整理好的钻孔数据进行空间矢量化处理；3、通过优选典型钻孔，使用“层位平移法”绘制典型剖面，并通过典型剖面对其余的钻孔进行对比和遴选，选出匹配度较高的钻孔予以保留；4、基于不同地质岩性和地质时代的地质界线，将钻孔从垂向上切割成不同大区，在垂向上针对每个大区的钻孔层序和临接关系进行建模处理。本发明适合于地层交错较为复杂的平原地区精细建模，其对源数据要求较为宽泛，针对不同来源、不同格式的钻孔数据均可支持建模，适合浅中深不同地质模型的快速建设。

Description

基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法

技术领域

本发明涉及地质模型构建技术领域，特别涉及一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法。

背景技术

城市是建设在地质体之上的，这就注定城市的建设发展离不开地质工作的基础支撑。城市三维地质结构模型作为三维信息技术在城市地质领域的一个典型应用，其建设的主要目标就是提升城市地质成果的可视化表达和空间数据场的计算能力，为地质资源环境的预测评价、城市规划建设、重点工程建设提供基础数据支撑。城市地质工作已经与城市建设、环境保护、发展规划、交通规划等众多城市发展的需求相融合，可以将城市发展相关各类行业的数据通过三维的方式组织起来，为新型城镇化建设、资源型城市转型、超大型城市建设等提供科学数据和决策。

传统的地质三维模型的建设方法主要分为三个阶段，第一阶段是建模准备，主要是将收集到的钻孔资料和物化探资料按照统一的分类命名规则进行预处理，并与地形图、地质图、岩层等厚图、断裂信息等多源数据按照建模的具体目标进行联合处理。第二阶段是进行具体建模，采用的方法主要包括基于钻孔的建模方法、基于层位标定的钻孔快速建模方法、三维地质多场耦合建模方法、基于网状含拓扑剖面建模方法、基于交叉折剖面的建模方法、基于多源交互复杂地质体建模方法等，并按照建模目标对模型进行动态的调整和优化；第三阶段是对模型进行不确定性分析和评价，最后进行模型的集成和可视化研究。

但是在当前地质三维建模的过程中，特别是平原地区的地质三维建模过程中，在数据准备、模型建设阶段均存在一定的不足之处，需要根据平原地区的特征进行改进。首先，在模型的数据准备阶段，一般是根据建模的目标，收集、整理各类工程地质、水文地质、基岩地质钻孔，但是由于这些钻孔的建设年代不同，目的不同，深浅不一，岩石分类方案多样，造成资料很难直接被利用。因此，需要按照统一的岩石分类命名标准、统一的岩石分层标志、统一的钻孔概化原则对原有钻孔进行标准化和概化处理，从而形成标准钻孔，以备使用。但由于地质钻孔的标准化工作异常的艰难，缺乏钻孔标准化方法，这对建模的准确性造成较大影响。其次，在经过上述处理的标准化钻孔中，应根据建模的目标、范围、深度，优选出用于控制整个地层的基准钻孔，这些基准钻孔作为建立三维地质结构的一把标尺，使已有的区域其他大量钻孔资料被利用成为可能。基准孔应经过全孔取芯、物探测井，进行系统的古地磁采样测试、孢粉分析和较为全面的研究，可做为邻近地区的地层标准，也可做为短距离横向岩层对比的依据。但是一般情况下，很难在准确的基准剖面位置恰当的整理出合适的基准钻孔，这将对模型的准确性大打折扣。再次，现在常规的地质模型的建设方法要么是基于已经标准化的钻孔数据，要么是基于已经标准化的地层矢量数据，不能将多种数据来源的地质数据加以直接利用，其建模的过程异常复杂，且建模结果的精度普遍较低。

因此，基于现有的建模软件和建模算法，其模型建设精度、建设方式、建设周期、所需数据都难以开展后续的建设工作，这造成建好的三维地质模型经过验收后便束之高阁，无法开展进一步应用，因此需要对现有的建模方法进行改进。

发明内容

本发明的主要目的就是为了解决地质三维模型建设过程中建模数据种类单一，建模标准化工作复杂、建模软件流程复杂等问题，提供一种适用于地质工程层、新生界和基岩三维地质建模的方法，本发明的方法特别适用于平原地区区域城市建设。本发明具体采用的技术方案如下：

一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法，包括如下步骤：

S11、对于将要建模的平原地区原始钻孔数据进行初始化处理，将不同格式的原始钻孔数据转换为标准文本格式的钻孔数据表；按照岩性的赋值要求，对标准文本格式的钻孔数据增加岩性分值字段，使得每个钻孔的每个地层层位都具有一个岩性的分值；通过对每个钻孔中地层厚度字段进行统计，将地层厚度小于2m的地层归并到其上部地层，将其岩性变换为上部地层的岩性，岩性分值变为上部地层的分值，实现钻孔数据的初始化处理进而形成钻孔地层数据；

S12、将步骤S11中获得的所述钻孔地层数据进行空间矢量赋值处理，包括：将每个钻孔的每个地层层位赋予X、Y、Z空间坐标，并从上至下赋予钻孔每个层段地层岩性的初始编号，使得每个钻孔在三维空间上形成具有岩性属性信息的空间矢量数据；

S13、按筛选标准在已经建立好的空间钻孔矢量数据中挑选出用于控制区域地层的典型钻孔，依照层位平移法绘制典型剖面，以所述典型剖面为标尺对其余的钻孔进行对比和遴选，选出匹配度大于70％的钻孔予以保留；

S14、利用地质界限对遴选出的钻孔进行切割，然后在每个切割后的空间区域中根据每个钻孔及其周边五个钻孔之间形成的不规则三角网的关联性质，分别进行钻孔建模，形成完整的区域三维地质模型。

进一步地，所述步骤S11中，所述原始钻孔数据格式包括TXT、Excel、纸质文件、Word、ArcGIS、和MapGIS数据格式中的一种或几种，同一种岩性的原始钻孔数据采用多种方式命名；所述筛选标准包括孔位密度、孔深深度、层位数；所述地质界限包括：地层时代和/或地层岩性。

进一步地，所述步骤S11中的原始钻孔数据包括钻孔编号、钻孔坐标、地层厚度、地层岩性、层底标高、层底埋深、岩性分值字段。

进一步地，所述步骤S11中，岩性分值是按照岩土的透水性进行评定的分值，包括：黏土、粘土、胶结土和胶泥评分为0分，砂粘评分为1分，粉土评分为2分，粉细砂评分为3分，细砂评分为4分，中砂评分为6分，中粗砂评分为7分，粗砂评分为8分，粗砂砾石评分为9分，卵砾石评分为10分，漂砾卵石评分为11分，漂砾评分为12分；对岩土的岩性分值进行分级归类：评分0-3分的归为隔水层，评分4-8分的归为含水层，评分大于8分的归为强含水层。

进一步地，所述步骤S12中，所述初始编号为地层从上至下依照顺序从0-N进行赋值，地表为第零层编号为0，地下第N层的编号为N。

进一步地，所述步骤S13中，所述层位平移法包括：在地质图上画定地质剖面线，将典型的钻孔在剖面线上进行投影，从而将剖面线附近的典型钻孔全部投影到本条剖面线上；从所述地质剖面线对应的地质剖面的左侧第一个典型钻孔开始，将全部钻孔的第零层之间建立矢量线段，代表地表；然后从左侧第一个典型钻孔的第二层开始，建立该钻孔所在第二层空间点数据(X，Y，Z)与同一投影平面内左侧第二个典型钻孔的第二层空间点数据(X,Y,Z)之间的矢量线段，并计算当前钻孔第二层与左侧第二个典型钻孔同一层位的地层岩性分差值；如果地层岩性分差值的绝对值小于3，则保留已建立的矢量线段，将左右两侧空间点岩性分值取平均值赋予当前矢量线段，并继续向右滑动，按照同样的方法建立矢量线段直到最右侧的典型钻孔，便形成了本层位的地质剖面，以此类推，建立第三层至第N层的地质剖面，形成典型地质剖面；

进一步地，所述层位平移法中，如果遇到当前钻孔与右侧同层钻孔的地层岩性分值差距大于等于3的情况，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位的岩性分值进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后地层岩性分差值绝对值小于3，则建立当前钻孔滑动后的层位与右侧邻接钻孔当前层位之间的矢量线段；如果滑动后岩性分差值绝对值依然大于等于3，则舍弃本钻孔。

进一步地，所述步骤S13中，对比和遴选包括：选取一条穿越任一钻孔的典型剖面或在任一钻孔附近的典型剖面，将当前钻孔的岩性分值按照初始地层编号的顺序，从上至下与典型剖面的地层岩性分值进行对比，如果对应层位分值差距小于3，则代表当前钻孔在本层位的岩性基本符合区域的变化趋势，将本层位岩性记录为匹配，并继续对下一层进行对比处理；如果本层位的分值差距大于等于3，则代表当前钻孔在本层位的岩性不具有代表性，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后岩性分差值绝对值小于3，则将滑动后的层位岩性记录为匹配并继续对下一层进行对比处理，如果在处理结束时，一个钻孔不匹配的层段数量占全部层段数量百分比超过30％，则将本钻孔标为不匹配，将本钻孔舍弃处理；如果处理结束时，一个钻孔匹配的层段数量占全部层段数量的百分比超过70％，则本钻孔保留。

进一步地，所述步骤S14中，利用相关性系数表达所述关联性质，以及地层岩性关联关系的程度，粘土与粘砂的相关性系数为0.9，代表关联关系为紧密相关；黏土与粉砂的相关性系数为0.6，代表基本相关；黏土与中砂的相关性系数为0，代表毫不相关；相关性系数位于0-0.4分之间的为相关性差，相关性系数位于0.5-0.7分之间的为相关性一般，其分数位于0.8-1之间为相关性高；相关性高代表岩性相类似的岩土，相关性低代表岩性截然不同的岩土。

进一步地，所述步骤S14中，具体的建模方法是：

S141、针对每一个遴选出的钻孔，对于当前钻孔的特定层位(第零层除外)，建立以该钻孔特定层位的空间点数据(X，Y，Z)为中心的，与周围五个相邻钻孔同一初始地层编号空间点数据(X，Y，Z)之间的不规则三角网，计算当前钻孔该层位与相邻五个钻孔空间点之间的五个相关性系数，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，计算以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值；如果相关性平均值大于0.5，则保留本钻孔本层位的岩性分值为区域不规则三角网的中心点值，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，形成以当前钻孔为基础的区域强相关不规则三角网，同时计算所述区域点位的岩性分值的平均值；然后开始遍历与当前钻孔邻接的钻孔，使用同样的方法建立区域强相关不规则三角网，从而与上一组强相关不规则三角网面积叠合形成范围更大的强相关不规则三角网，以此类推，直到形成整个区域在本层内的强相关不规则三角网，至此本层位的地层层面创建完毕；在上述过程中，如果以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值小于等于0.5，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后相关性系数的平均值大于0.5，则采用当前钻孔滑动后的邻接层位空间点建立与周边五个钻孔当前层位空间点之间的不规则三角网，这个不规则三角网是强相关不规则三角网；如果滑动后相关性系数的平均值依然大于等于0.5，则舍弃本钻孔；

S142、在建立所述步骤S141中的不规则三角网过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，但其区域五个点位的岩性分值的平均值与周边区域的岩性分值的平均值之间的差距大于3，则代表本区域的岩性不具有代表性；如果本区域的大小不超过六个点位，将本不规则三角网中心点位的岩性信息使用相邻的不规则三角网中心点位的岩性信息进行修改，并将不规则三角网的矢量线段中的相关性系数进行更新；

S143、在建立所述步骤S141中的层位的不规则三角网过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，区域岩性分值平均值与周边区域的岩性分值平均值之间的差距大于3，且区域不规则三角网范围超过六个点位，且岩性分值平均值小于5时，此区域为地质现象中的尖灭区域，则区域不规则三角网按照尖灭现象进行剔除，删除本层的不规则三角网；

S144、在建立所述步骤S141中的层位后，作为二次校准的方法，需要计算该层位不规则三角网顶点的岩性分值平均值并与典型剖面对应层位的岩性平均值进行比较，如果差距较小，则代表钻孔建立的本层位是符合典型剖面规则的，如果差距较大，则需要验证钻孔和典型剖面的相关性；

S145、在建立一个层面的不规则三角网之后，建模钻孔将逐步下移，初始地层编号+1，重复步骤S141、S142、S143和S144建立层面，从而形成每一层面的不规则三角网；

S146、将形成的每一层位的不规则三角网使用钻孔的垂向线段进行连接，便形成了初始阶段的三维地质模型，所述的初始阶段的三维地质模型包括若干个不规则三角网形成的层面和层面之间的钻孔线，然后从每一层的一个任意顶点开始，沿着相关性最高的矢量线段开始开始遍历，形成一个相关性最高组成的不规则三角网区域，并相互连接成为曲面；随后从还未遍历的点位开始，沿着相关性最高的矢量线段继续遍历，然后形成相关曲面，直到点位全部都被遍历，至此本层模型被切割分为几个相互连接的曲面，重复此步骤将各个层位都进行遍历；

S147、将每个层面中不同片区的曲面片进行Delaunay三角剖分，在一个层面上形成N个相互连接但具有不同分区的Delaunay曲面片，然后遍历本层的全部曲面片，若两个曲面片之间相关性系数小于0.5的矢量线段在3条之内，且这两个曲面片的岩性平均值之差小于1.0，同时曲面片大小小于六个点位时，则可以将这两个相邻的曲面片进行归并处理，取消中间的弱相关曲面；然后与相邻部分已进行Delaunay三角剖分的曲面片进行垂向对比，使用垂向映射的方法建立相邻层位间曲面片之间的垂向连接，从而实现特定岩性的区域局部地质体，然后按照递归算法，形成本象限内具有此类岩性的区域地质体，最后将被断层切割的不同象限的地质体进行空间拓扑叠合，形成统一的地质体。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提出了一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法，该方法首先基于现有的钻孔图片、钻孔卡片、钻孔表格、地质等值线图、地质等厚线图、物探曲线等多源数据，实现对这些数据的矢量化处理，而无须将这些数据进行标准化处理，将其基本信息中赋予空间矢量化的信息，为后期的模型构造奠定基础。其次，基于处理好的矢量化建模原始数据，采用创造性的城市地质多源矢量迭代建模方法，实现对工程层模型、新生界模型或基岩模型进行快速、准确的建模，用于指导城市、特别是平原地区城市(如北京市)的规划建设。

相比起其他的三维地质建模的算法，本发明对于特殊地质体现象可以进行详细的表达。尤其是在对于地层的层次感较差，地层呈现出很多的互层交错的情况的地区，本发明的方法就可以对这些互层交错的现象进行详细的刻画。

同时，比起常规的钻孔建模法、剖面建模法，本发明使用了包括钻孔、剖面、物探曲线、等值线等在内的多源数据，这些数据相互印证，确保了数据的真实性，同时有利于对多种不同类型的调查监测数据进行充分的利用。

本项发明的三维地质模型方法主要适合于地层交错较为复杂地区、尤其是平原地区河流中下游地层交错较为复杂地区的精细建模，其对源数据的标准化要求低，适合浅中深不同地质模型的建设。

附图说明

图1是本发明一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法的流程图。

图2是本发明一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法子步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

本发明的主要思路是通过对多种来源的地质调查数据进行矢量化、空间化处理，使得不同类型的备选数据具有不同的矢量特征，并将这些处理好的多源异构数据采用独创的矢量迭代建模方法建立不同深度、不同比例尺、不同类型的三维地质模型。本发明无须将钻孔数据进行复杂的概化处理和标准化处理，便可以实现对平原地区范围内大多数三维地质模型的构建，具有较强的精确建模能力。

本发明提供了一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法，所述方法在步骤S11中，对于将要建模的平原地区原始钻孔数据进行初始化处理，将不同格式的原始钻孔数据转换为标准文本格式的钻孔数据表；按照岩性的赋值要求，对标准文本格式的钻孔数据增加岩性分值字段，使得每个钻孔的每个地层层位都具有一个岩性的分值；通过对每个钻孔中地层厚度字段进行统计，将地层厚度小于2m的地层归并到其上部地层，将其岩性变换为上部地层的岩性，岩性分值变为上部地层的分值，实现钻孔数据的初始化处理进而形成钻孔地层数据；所述步骤S11中，钻孔原始数据格式包括TXT、Excel、纸质文件、Word、ArcGIS、MapGIS等数据格式中的一种或几种，其同一种岩性的命名具有多种方式，如对于含黏土的砂层的命名包括：粘砂、砂粘、粘性砂土、粘土夹砂层等多个称谓，因此钻孔数据具有典型多源异构的特点。所述步骤S11中所述的钻探资料，是通过在钻井过程中进行岩性编录获取到的，每一眼钻井的施工都会进行岩性编录，各大地质单位均保存了大量的钻孔资料。所述步骤S11中，所述初始化处理为从所述钻探资料中提取原始钻孔数据，原始钻孔数据包括钻孔编号、钻孔坐标、地层厚度、地层岩性、层底标高、层底埋深、岩性分值字段。在本发明的其他实施例中，还采用了包括钻孔、剖面、物探曲线、等值线等在内的多源数据，这些数据相互印证，确保了数据的真实性，同时有利于对多种不同类型的调查监测数据进行充分的利用。

所述步骤S11中，岩性分值是按照岩土的透水性进行评定的分值，由于地层岩性总体上分为透水性和不透水性这两大类，所述粘土类，包括黏土、粘土、胶结土、胶泥，评分为0分；所述砂粘，包括砂粘，评分为1分；所述粉砂，包括粉土，评分为2分；所述粉细砂评分为3分；所述细砂评分为4分；所述中砂评分为6分；所述中粗砂评分为7分；所述粗砂评分为8分；所述砾石，包括粗砂砾石，评分为9分；所述卵砾石评分为10分；所述鹅卵石，包括漂砾卵石，评分为11分；所述漂砾评分为12分；总之，评分位于0-3分之间的为隔水层，评分位于4-8分的为含水层，评分大于8分的为强含水层。这种评分命名的方式，解决了同一种岩性具有不同称谓的问题。同时需要根据岩土的透水能力对岩性之间的相关性进行评价，表达出地层岩性的关联关系；如粘土与粘砂的相关性系数为0.9，代表紧密相关；黏土与粉砂的相关性系数为0.6，代表基本相关；黏土与中砂的相关性系数为0，代表毫不相关。以此类推，相关性系数位于0-0.4分之间的为相关性差，其分数位于0.5-0.7分之间的为相关性一般，其分数位于0.8-1之间为相关性高。相关性高代表岩性相类似的岩土，相关性低代表岩性截然不同的岩土。

在步骤S12中，将所述步骤S11中获得的所述钻孔地层数据进行空间矢量赋值处理，包括：将每个钻孔的每个地层层位赋予X、Y、Z空间坐标，并从上至下赋予钻孔每个层段地层岩性的初始编号，使得每个钻孔在三维空间上形成具有岩性属性信息的空间矢量数据；所述步骤S12中，所述空间矢量赋值是对所述步骤S11提取出的钻孔岩性数据在空间上形成具有同一坐标位置的竖向点云数据，点云数据具有不同的垂向坐标值；不同钻孔共同形成的点云数据勾勒出三维地质模型的大体轮廓。所述步骤S12中，所述每个钻孔的空间矢量数据增加钻遇地层的初始编号字段，其钻遇地层的初始编号为地层从上至下依照顺序从0-N进行赋值，地表为第零层编号为0，地下第N层的编号为N。

在步骤S13中，按筛选标准在已经建立好的空间钻孔矢量数据中挑选出用于控制区域地层的典型钻孔，如按照平原地区每5平方公里一个空位的要求，依照层位平移法绘制典型剖面，以所述典型剖面为标尺对其余的钻孔进行对比和遴选：选出匹配度大于70％的钻孔予以保留；所述层位平移法，依照孔深最深、层位最多的标准，挑选出用于控制区域地层的典型钻孔，依照典型钻孔的岩性分布使用人工的方法绘制典型剖面。

根据本发明的一个实施例，在步骤S13中，所述层位平移法包括：在地质图上画定地质剖面线，将典型的钻孔在剖面线上进行投影，从而将剖面线附近的典型钻孔全部投影到本条剖面线上；从所述地质剖面线对应的地质剖面的左侧第一个典型钻孔开始，将全部钻孔的第零层之间建立矢量线段，用于代表地表；然后从左侧第一个典型钻孔的第二层开始，建立该钻孔所在第二层空间点数据(X，Y，Z)与同一投影平面内左侧第二个典型钻孔的第二层空间点数据(X，Y，Z)之间的矢量线段，并计算当前钻孔第二层与左侧第二个典型钻孔同一层位的地层岩性分差值；如果地层岩性分差值的绝对值小于3，则保留已建立的矢量线段，将左右两侧空间点岩性分值取平均值赋予当前矢量线段，并继续向右滑动，按照同样的方法建立矢量线段直到最右侧的典型钻孔，便形成了本层位的地质剖面，以此类推，建立第三层至第N层的地质剖面，形成典型地质剖面；如果遇到当前钻孔与右侧同层钻孔的地层岩性分值差距大于等于3的情况，则可以采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位的岩性分值进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后地层岩性分差值绝对值小于3，则建立当前钻孔滑动后的层位与右侧邻接钻孔当前层位之间的矢量线段；如果滑动后岩性分差值绝对值依然大于等于3，则舍弃本钻孔。

所述步骤S13中，基准剖面的建设方法采用钻孔连接绘制法，所述钻孔连接绘制法是将临近两个钻孔之间对应的岩性进行人工判断并连接起来的方法，基准剖面之间一般采用交叉的方式进行绘制，用于对整个地层进行控制，基准剖面的岩性界限线上具有特定的分值，其分值就是本条界限与下一条界限之间的岩性分值。所述步骤S13中，所述对比和遴选包括：选取一条穿越任一钻孔的基准剖面或在任一钻孔附近的典型剖面，然后将所述钻孔的岩性按照初始地层编号的顺序，从上至下与典型剖面的地层岩性分值进行比对，如果岩性分差值小于3，则代表钻孔在本层段的岩性基本符合区域的变化趋势，记录下本层位的岩性继续对下一层位进行对比；如果岩性分差值大于等于3，则代表钻孔在本层段不具有代表性，则需要下移一个层位，如初始地层编号+1，然后将其岩性分值再与基准剖面进行对比，如果岩性分差值小于3，则代表该钻孔的本段岩性是符合区域变化趋势的，则将其上部点位岩性进行归并处理；如果岩性分差值依旧大于等于3，则继续下移一个点位，如初始地层编号+2，如果岩性分差值小于3则采用相同的处理方法，如果岩性分差值大于等于3则将上述这三个层段归并为一个层段，并标记为“不匹配”，调整其初始地层编号，然后使用同样的方法继续处理下部的地层，如果在处理结束时，一个钻孔不匹配的层段数量占全部层段数量百分比超过30％，则将本钻孔标为不匹配，将本钻孔舍弃处理；如果处理结束时，一个钻孔匹配的层段数量占全部层段数量的百分比超过70％，则本钻孔保留。经过处理和遴选后的钻孔，其层位岩性基本具有区域性。

在步骤S14中，利用地质界限对遴选出的钻孔进行切割，然后在每个切割后的空间区域中根据每个钻孔及其周边五个钻孔之间形成的不规则三角网的关联性质，分别进行钻孔建模，形成完整的区域三维地质模型。所述的关联性质表达出地层岩性的关联关系；如粘土与粘砂的相关性系数为0.9，代表紧密相关；黏土与粉砂的相关性系数为0.6，代表基本相关；黏土与中砂的相关性系数为0，代表毫不相关。以此类推，相关性系数位于0-0.4分之间的为相关性差，其分数位于0.5-0.7分之间的为相关性一般，其分数位于0.8-1之间为相关性高。相关性高代表岩性相类似的岩土，相关性低代表岩性截然不同的岩土。

所述步骤S14中，具体的建模方法是：

S141、针对每一个遴选出的钻孔，对于当前钻孔的特定层位(第零层除外)，建立以该钻孔特定层位的空间点数据(X，Y，Z)为中心的，与周围五个相邻钻孔同一初始地层编号空间点数据(X，Y，Z)之间的不规则三角网，计算当前钻孔该层位与相邻五个钻孔空间点之间的五个相关性系数，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，计算以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值；如果相关性系数平均值大于0.5，则保留本钻孔本层位的岩性分值为区域不规则三角网的中心点值，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，形成以当前钻孔为基础的区域强相关不规则三角网，同时计算所述区域点位的岩性分值的平均值；然后开始遍历与当前钻孔邻接的钻孔，使用同样的方法建立区域强相关不规则三角网，从而与上一组强相关不规则三角网面积叠合形成范围更大的强相关不规则三角网，以此类推，直到形成整个区域在本层内的强相关不规则三角网，至此本层位的地层层面创建完毕；在上述过程中，如果以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值小于等于0.5，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后相关性系数的平均值大于0.5，则采用当前钻孔滑动后的邻接层位空间点建立与周边五个钻孔当前层位空间点之间的不规则三角网，这个不规则三角网是强相关不规则三角网；如果滑动后相关性系数的平均值依然大于等于0.5，则舍弃本钻孔；

S142、在建立所述步骤S141中的不规则三角网过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，但其区域五个点位的岩性分值的平均值与周边区域的岩性分值的平均值之间的差距大于3，则代表本区域的岩性不具有代表性；如果本区域的大小不超过六个点位，将本不规则三角网中心点位的岩性信息使用相邻的不规则三角网中心点位的岩性信息进行修改，并将不规则三角网的矢量线段中的相关性系数进行更新；

S143、在建立所述步骤S141中的层位的不规则三角网过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，区域岩性分值平均值与周边区域的岩性分值平均值之间的差距大于3，且区域不规则三角网范围超过六个点位，且岩性分值平均值小于5时，此区域为地质现象中的尖灭区域，则区域不规则三角网按照尖灭现象进行剔除，删除本层的不规则三角网；所述的地质现象中的尖灭指具有一定体积的物体其逐渐缩小直至消失的现象。地层的尖灭指的是沉积层向着沉积盆地边缘，其厚度逐渐变薄直至没有沉积。

S144、在建立所述步骤S141中的层位后，作为二次校准的方法，需要计算该层位不规则三角网顶点的岩性分值平均值并将该计算所得的岩性分值平均值与典型剖面对应层位的岩性分值平均值进行比较，如果二者差距较小，则代表钻孔建立的本层位是符合典型剖面规则的，如果二者差距较大，则需要验证该钻孔和典型剖面的相关性；

S145、在建立一个层面的不规则三角网之后，建模钻孔将逐步下移，初始地层编号+1，重复步骤S141、S142、S143和S144不断建立层面，从而形成每一层面的不规则三角网；

S146、将形成的每一层位的不规则三角网使用钻孔的垂向线段进行连接，便形成了初始阶段的三维地质模型，所述的初始阶段的三维地质模型包括若干个不规则三角网形成的层面和层面之间的钻孔线，然后从每一层的一个任意顶点开始，沿着相关性最高的矢量线段开始开始遍历，形成一个相关性最高组成的不规则三角网区域，并相互连接成为曲面；随后从还未遍历的点位开始，沿着相关性最高的矢量线段继续遍历，然后形成相关曲面，直到点位全部都被遍历，至此本层模型被切割分为几个相互连接的曲面，重复此步骤将各个层位都进行遍历；

S147、将每个层面中不同片区的曲面片进行Delaunay三角剖分，所述的三角剖分：假设V是二维实数域上的有限点集，边e是由点集中的点作为端点构成的封闭线段,E为e的集合。那么该点集V的一个三角剖分T＝(V,E)是一个平面图G，该平面图满足条件：

1.除了端点，平面图中的边不包含点集中的任何点。

2.没有相交边。

3.平面图中所有的面都是三角面，且所有三角面的合集是散点集V的凸包。

而所述的Delaunay三角剖分是一种特殊的三角剖分。Delaunay边：假设E中的一条边e(两个端点为a,b)，e若满足下列条件，则称之为Delaunay边：存在一个圆经过a,b两点，圆内(注意是圆内，圆上最多三点共圆)不含点集V中任何其他的点，这一特性又称空圆特性。

则所述Delaunay三角剖分：如果点集V的一个三角剖分T只包含Delaunay边，那么该三角剖分称为Delaunay三角剖分。

在一个层面上形成N个相互连接但具有不同分区的Delaunay曲面片，然后遍历本层的全部曲面片，若两个曲面片之间相关性系数小于0.5的矢量线段在3条之内，且这两个曲面片的岩性平均值之差小于1.0，同时曲面片大小小于六个点位时，则可以将这两个相邻的曲面片进行归并处理，取消中间的弱相关曲面；然后与相邻部分已进行Delaunay三角剖分的曲面片进行垂向对比，使用垂向映射的方法建立相邻层位间曲面片之间的垂向连接，从而实现特定岩性的区域局部地质体，然后按照递归算法，形成本象限内具有此类岩性的区域地质体，最后将被断层切割的不同象限的地质体进行空间拓扑叠合，形成统一的地质体，至此，基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设完成。

最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于多源异构数据的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11、对于将要建模的平原地区原始钻孔数据进行初始化处理，将不同格式的原始钻孔数据转换为标准文本格式的钻孔数据表；按照岩性的赋值要求，对标准文本格式的钻孔数据增加岩性分值字段，使得每个钻孔的每个地层层位都具有一个岩性分值；通过对每个钻孔中地层厚度字段进行统计，将地层厚度小于2m的地层归并到其上部地层，将其岩性变换为上部地层的岩性，岩性分值变为上部地层的分值，实现钻孔数据的初始化处理进而形成钻孔地层数据；

S12、将步骤S11中获得的所述钻孔地层数据进行空间矢量赋值处理，包括：将每个钻孔的每个地层层位赋予X、Y、Z空间坐标，并从上至下赋予钻孔每个层段地层岩性的初始编号，使得每个钻孔在三维空间上形成具有岩性属性信息的空间矢量数据；

S13、按筛选标准在已经建立好的空间钻孔矢量数据中挑选出用于控制区域地层的典型钻孔，依照层位平移法绘制典型剖面，以所述典型剖面为标尺对其余的钻孔进行对比和遴选，选出匹配度大于70％的钻孔予以保留；

S14、利用地质界限对遴选出的钻孔进行切割，然后在每个切割后的空间区域中根据每个钻孔及其周边五个钻孔之间形成的不规则三角网的关联性质，分别进行钻孔建模，形成完整的区域三维地质模型。

2.如权利要求1所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述原始钻孔数据格式包括TXT、Excel、纸质文件、Word、ArcGIS、和MapGIS数据格式中的一种或几种，同一种岩性的原始钻孔数据采用多种方式命名；所述筛选标准包括孔位密度、孔深深度、层位数；所述地质界限包括：地层时代和/或地层岩性。

3.如权利要求1所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S11中的原始钻孔数据包括钻孔编号、钻孔坐标、地层厚度、地层岩性、层底标高、层底埋深、岩性分值字段。

4.如权利要求1所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S11中，岩性分值是按照岩土的透水性进行评定的分值，包括：黏土、粘土、胶结土和胶泥评分为0分，砂粘评分为1分，粉土评分为2分，粉细砂评分为3分，细砂评分为4分，中砂评分为6分，中粗砂评分为7分，粗砂评分为8分，粗砂砾石评分为9分，卵砾石评分为10分，漂砾卵石评分为11分，漂砾评分为12分；对岩土的岩性分值进行分级归类：评分0-3分的归为隔水层，评分4-8分的归为含水层，评分大于8分的归为强含水层。

5.如权利要求1所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述初始编号为地层从上至下依照顺序从0-N进行赋值，地表为第零层编号为0，地下第N层的编号为N。

6.如权利要求5所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S13中，所述层位平移法包括：在地质图上画定地质剖面线，将典型的钻孔在剖面线上进行投影，从而将剖面线附近的典型钻孔全部投影到本条剖面线上；从所述地质剖面线对应的地质剖面的左侧第一个典型钻孔开始，将全部钻孔的第零层之间建立矢量线段用于代表地表；然后从左侧第一个典型钻孔的第二层开始，建立该钻孔所在第二层空间点数据(X，Y，Z)与同一投影平面内左侧第二个典型钻孔的第二层空间点数据(X，Y，Z)之间的矢量线段，并计算当前钻孔第二层与左侧第二个典型钻孔同一层位的地层岩性分差值；如果地层岩性分差值的绝对值小于3，则保留已建立的矢量线段，将左右两侧空间点岩性分值取平均值赋予当前矢量线段，并继续向右滑动，按照同样的方法建立矢量线段直到最右侧的典型钻孔，便形成了本层位的地质剖面，以此类推，建立第三层至第N层的地质剖面，形成典型地质剖面。

7.如权利要求6所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述层位平移法中，如果遇到当前钻孔与右侧同层钻孔的地层岩性分值差距大于等于3的情况，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位的岩性分值进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后地层岩性分差值绝对值小于3，则建立当前钻孔滑动后的层位与右侧邻接钻孔当前层位之间的矢量线段；如果滑动后岩性分差值绝对值依然大于等于3，则舍弃本钻孔。

8.如权利要求6所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S13中，对比和遴选包括：选取一条穿越任一钻孔的典型剖面或在任一钻孔附近的典型剖面，将当前钻孔的岩性分值按照初始地层编号的顺序，从上至下与典型剖面的地层岩性分值进行对比，如果对应层位岩性分差值小于3，则代表当前钻孔在本层位的岩性基本符合区域的变化趋势，将本层位岩性记录为匹配，并继续对下一层进行对比处理；如果本层位的岩性分差值大于等于3，则代表当前钻孔在本层位的岩性不具有代表性，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位进行计算，所述的相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后岩性分差值绝对值小于3，则将滑动后的层位岩性记录为匹配并继续对下一层进行对比处理；如果滑动后岩性分差值绝对值依然大于等于3，则在滑动后的层位标记为不匹配，并继续对下一层进行对比处理；如果在处理结束时，一个钻孔不匹配的层段数量占全部层段数量百分比超过30％，则将本钻孔标为不匹配，将本钻孔舍弃处理；如果处理结束时，一个钻孔匹配的层段数量占全部层段数量的百分比超过70％，则本钻孔保留。

9.如权利要求1所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S14中，利用相关性系数表达所述关联性质，以及地层岩性关联关系的程度，粘土与粘砂的相关性系数为0.9，代表关联关系为紧密相关；黏土与粉砂的相关性系数为0.6，代表基本相关；黏土与中砂的相关性系数为0，代表毫不相关；相关性系数位于0-0.4分之间的为相关性差，相关性系数位于0.5-0.7分之间的为相关性一般，其分数位于0.8-1之间为相关性高；相关性高代表岩性相类似的岩土，相关性低代表岩性截然不同的岩土。

10.如权利要求9所述的平原地区三维地质模型建设方法，其特征在于，所述步骤S14包括子步骤：

S141、针对每一个遴选出的钻孔，对于当前钻孔的特定层位(第零层除外)，建立以该钻孔特定层位的空间点数据(X，Y，Z)为中心的，与周围五个相邻钻孔同一初始地层编号空间点数据(X，Y，Z)之间的不规则三角网，计算当前钻孔该层位与相邻五个钻孔空间点之间的五个相关性系数，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，计算以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值；如果相关性平均值大于0.5，则保留本钻孔本层位的岩性分值为区域不规则三角网的中心点值，并将相关性系数赋予不规则三角网的每一条矢量线段中，形成以当前钻孔为基础的区域强相关不规则三角网，同时计算所述区域点位的岩性分值的平均值；然后开始遍历与当前钻孔邻接的钻孔，使用同样的方法建立区域强相关不规则三角网，从而与上一组强相关不规则三角网面积叠合形成范围更大的强相关不规则三角网，以此类推，直到形成整个区域在本层内的强相关不规则三角网，至此本层位的地层层面创建完毕；如果以当前钻孔空间点为中心的五个相关性系数的平均值小于等于0.5，则采用垂向滑动法，将当前钻孔的计算层位垂向滑动，使用垂向相邻层位进行计算，所述相邻层位为初始地层编号+1或初始地层编号+2的层位；如果滑动后相关性系数的平均值大于0.5，则采用当前钻孔滑动后的邻接层位空间点建立与周边五个钻孔当前层位空间点之间的不规则三角网，所述不规则三角网是强相关不规则三角网；如果滑动后相关性系数的平均值依然大于等于0.5，则舍弃本钻孔；

S142、在所述步骤S141中建立不规则三角网的过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，但其区域五个点位的岩性分值的平均值与周边区域的岩性分值的平均值之间的差距大于3，则代表本区域的岩性不具有代表性；如果本区域的大小不超过六个点位，则将所述不规则三角网中心点位的岩性信息使用相邻的不规则三角网中心点位的岩性信息进行修改，并将不规则三角网的矢量线段中的相关性系数进行更新；

S143、在建立所述步骤S141中的层位的不规则三角网过程中，如果区域不规则三角网的相关性平均值大于0.5，区域岩性分值平均值与周边区域的岩性分值平均值之间的差距大于3，且区域不规则三角网范围超过六个点位，且岩性分值平均值小于5时，此区域为尖灭区域，则将所述区域不规则三角网按照尖灭现象进行剔除，删除本层的不规则三角网；

S144、在建立所述步骤S141中的层位后，需要计算该层位不规则三角网顶点的岩性分值平均值并与典型剖面对应层位的岩性平均值进行比较，如果差距较小，则代表钻孔建立的本层位是符合典型剖面规则的，如果差距较大，则需要验证钻孔和典型剖面的相关性；

S145、在建立一个层面的不规则三角网之后，建模钻孔将逐步下移，初始地层编号+1，重复步骤S141、S142、S143和S144建立层面，从而形成每一层面的不规则三角网；

S146、将形成的每一层位的不规则三角网使用钻孔的垂向线段进行连接形成初始阶段的三维地质模型，所述初始阶段的三维地质模型包括若干个不规则三角网形成的层面和层面之间的钻孔线，然后从每一层的一个任意顶点开始，沿着相关性最高的矢量线段开始开始遍历，形成一个相关性最高组成的不规则三角网区域，并相互连接成为曲面；随后从还未遍历的点位开始，沿着相关性最高的矢量线段继续遍历之后形成相关曲面，直到点位全部都被遍历，本层模型被切割分为几个相互连接的曲面，重复此步骤将各个层位都进行遍历；

S147、将每个层面中不同片区的曲面片进行Delaunay三角剖分，在一个层面上形成N个相互连接但具有不同分区的Delaunay曲面片，然后遍历本层的全部曲面片，若两个曲面片之间相关性系数小于0.5的矢量线段在3条之内，且这两个曲面片的岩性平均值之差小于1.0，同时曲面片大小小于六个点位时，则可以将这两个相邻的曲面片进行归并处理，取消中间的弱相关曲面；然后与相邻部分已进行Delaunay三角剖分的曲面片进行垂向对比，使用垂向映射的方法建立相邻层位间曲面片之间的垂向连接，从而实现特定岩性的区域局部地质体，然后按照递归算法，形成本象限内具有此类岩性的区域地质体，最后将被断层切割的不同象限的地质体进行空间拓扑叠合，形成统一的地质体。