CN110322563B - 构建地质模型的补充钻孔选址方法及系统 - Google Patents

Abstract

构建地质模型的补充钻孔选址方法及系统，属于地质工程技术领域。本发明在地质建模过程中记录矛盾点，并简单的调整按照插值进行建模，并利用插值数据获得真实位置的插值数据，并记录二者的误差；然后在依区域划分基础网格图中标记出基础网格单元；所述的基础网格单元包括拟合误差单元、数据矛盾点单元和补充网格单元；选取与除自身以外的所有基础网格单元距离和最小的基础网格单元作为单元窗确定单元；以单元窗位置为基准，按照单元窗的大小对区域划分基础网格图进行区块划分；针对每个区块内的基础网格单元数量进行统计，并按照从多到少的顺序进行排序，按照区块的排序顺序进行补充钻孔选址。

Description

构建地质模型的补充钻孔选址方法及系统

技术领域

本发明属于地质工程技术领域，具体涉及一种构建地质模型的补充钻孔选址方法。

背景技术

从20世纪90年代初期，国内三维地质建模的研究与应用开始兴起，逐渐成为研究热点领域。目前，很多高等院校和研究单位结合所属领域开展了这项研究工作，取得了一定的理论和应用成果。

由于自然界地质现象的复杂多变及大量的不确定因素决定了反映地质现象的地质数据具有多样性、不确定性和复杂性等特点，这就给地质数据的调查和采集带来很大的难度，一方面的原因，无论是灾害地质体建模、矿体地质体建模、基础地体建模等所需要的数据量巨大，这就使得地质数据的调查和采集的工作量非常庞大，但是由于勘察和测绘工作不可能无限量的进行下去，所以基于钻孔的三维地质数据采集成为一种畅通的手段，但是基于钻孔的三维地质数据采集也不能是无限量的，是需要根据需要建模的区域和范围，按照经验和相关标准在实际的区域进行定点勘察和测绘，由于建模区域一般范围较广，相对于建模区域样本一定是稀疏采样的，同时需要根据原始数据插值建模，所以基于有限的选点并不能完全反应整个区域的真实情况，例如现有的建模一般无法表达模型中地层倒置的情况。目前的地质建模大多都是基于预先进行设计，然后根据设计并结合实际的地形进行钻孔和数据采集，然后相关专家学者基于这些数据并利用各种建模方法进行建模，如果遇到相互矛盾的数据，需要结合地质专家知识对复杂的地层、断层等地质结构进行识别、解释、描述、定位等处理。由于建模的特点决定了其准确度是依赖于勘察和测绘的地质数据的准确性和样本数量的，所以即使经过上述人工调整处理也是无法避免模型和实际地质体之间存在一定的差异，甚至可能差异较大，

随着地质科学技术的进步，人们对地质数据的模型精度和数据要求逐渐提高，并依赖于这些数据进行更加深度的地质研究或者地质分析，所以对建模的精度要求越来越高。如果要保留建模的精度，则需要进行大量的勘察和测绘工作；同时又需要考虑勘察和测绘的工作总量和时间问题，所以目前的方法只能是在建模对应的实际区域尽量多的进行选点和地质数据采集。

在一些类型的地质勘察施工中也会进行补充钻孔，针对于构建地质模型的过程，也可以为了保证建模过程中的精度，在遇到数据矛盾等情况下采用补充钻孔的方式进行数据补充，但是与工程施工对应的设计过程不同的是，地质建模一般都是针对于较大的范围进行的，那么在数据出现矛盾的地方进行补孔的范围也会相应较大，该部分对其他部分的建模是否有影响，是否需要进行补孔以及在哪里选择补孔操作，目前还没有一种有效的补孔选定方法，如果只要遇到疑似出现问题的地点就对其范围内以及相关的地点范围内进行补孔和数据采集，那么会导致补充选点采样工作量极大的问题，同时还会存在遗漏重要选点的问题，往往都会耗费大量的人力、物力和时间，却不能取得较好的效果。

发明内容

本发明为了解决上述存在的问题，进而提出一种构建地质模型的补充钻孔选址方法。

一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，包括以下步骤：

步骤一、进行钻孔位置设计和原始钻孔采样工作，记录数据；

获取钻孔数据的每个钻孔分为若干孔段；钻孔数据由孔段数据组成；

步骤二、根据钻孔采样的数据及分布情况，结合插值进行建模；并将建立好模型用三维直角坐标系进行表示；

步骤三、将模型全部或部分用网格进行划分，每个网格记为A_i，j，k；i∈x，j∈y，k∈z；x、y、z分别表示三维直角坐标系中三轴的网格的集合；

将z轴方向一组网格作为一个模型网格单元，每个网格单元记为A_i，j；

直角坐标系z轴上的视图为网格单元的平面网格图，记为区域划分基础网格图；

针对每个网格单元A_i，j，按照每个网格A_i，j，k生成一个属性向量，记为原始属性向量a_i,j＝[α_i,j,1,α_i,j,2,…,α_i,j,K]，a_i,j为A_i，j对应的向量，其中的元素α_i,j,k为A_i，j，k对应的数据，K为网格单元中网格的总数；

步骤四、针对建立的模型，设钻孔采样的数据对应的模型网格单元为A_i，j，经过插值得到的模型网格单元A_i-1，j、A_i+1，j、A_i，j-1和A_i，j+1，根据插值模型网格单元数据重新进行插值生成插值得到网格单元为B_i，j，所述的网格单元B_i，j与网格单元A_i，j实际上是相同位置的网格单元；

B_i，j按照原模型的网格划分对应的网格记为B_i，j，k；对应生成一个属性向量，记为插值属性向量β_i,j＝[β_i,j,1,β_i,j,2,…,β_i,j,K]，β_i,j为B_i，j对应的向量，其中的元素β_i,j,k为B_i，j，k对应的数据；

步骤五、计算a_i,j和β_i,j之间的距离，将距离大于阈值δ的网格单元A_i，j作为拟合误差单元；

步骤六、记录并在区域划分基础网格图中标记出基础网格单元；所述的基础网格单元包括拟合误差单元、数据矛盾点单元和补充网格单元；所述数据矛盾点单元为建模时遇到的数据矛盾点对应位置所在的网格单元；所述补充网格单元为拟合误差单元与拟合误差单元连线的中点所在网格单元、数据矛盾点单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元或拟合误差单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元；

步骤七、在区域划分基础网格图中，针对基础网格单元m，计算其与其他基础网格单元n之间的距离d_mn并求和∑d_mn，选取与除自身以外的所有基础网格单元距离和最小的基础网格单元作为单元窗确定单元；

在区域划分基础网格图中，确定包括单元窗确定单元在内且包括l个基础网格单元在内的最小矩形，记为单元窗；

以单元窗位置为基准，按照单元窗的大小对区域划分基础网格图进行区块划分；

针对每个区块内的基础网格单元数量进行统计，并按照从多到少的顺序进行排序，按照区块的排序顺序进行补充钻孔选址。

进一步地，针对每个区块内的基础网格单元数量进行统计，并按照从多到少的顺序进行排序，按照区块的排序顺序进行补充钻孔选址的具体过程如下：

将每个区块内的基础网格单元数量记为Q，当Q大于等于第一阈值q₁的区块记为第一类选点区块；当Q小于第一阈值q₁且大于等于第二阈值q₂的区块记为第二类选点区块；当Q小于第二阈值且大于0的区块记为第三类选点区块；

分别在第一类选点区块和第二类选点区块对应实际地理位置进行选点补充钻孔采样，第一类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量多于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量，针对第三类选点区块，其对应实际地理位置进行钻孔采样或者不进行钻孔采样，如果对第三类选点区块对应实际地理位置进行钻孔采样，钻孔采样的数量少于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量。

进一步地，所述补充钻孔是在第一类选点区块、第二类选点区块和/或第三类选点区块对应实际地理位置范围内，且不覆盖原始钻孔采样区域的范围中进行的。

一种构建地质模型的补充钻孔选址系统，为所述方法对应的系统，所述系统运行时执行一种构建地质模型的补充钻孔选址方法。

一种存储介质，用于存储一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

一种计算机，用于存储和/或执行所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

有益效果：

在现有的地质模型建模过程中，有时会遇到数据矛盾点，需要结合地质专家知识对复杂的地层、断层等地质结构进行识别、解释、描述、定位等处理后建模，这种情况完全依赖于专家的经验和知识，所建立的模型可能因为专家补全或调整的情况导致建立的模型并不能够准确的反映地质情况，尤其是针对于建模还原准确度要求较高的情况，现有的建模方法并不能满足要求；如果遇到缺少经验丰富的专家等情况，则建立的模型准确度会更低。针对建模还原准确度要求较高的情况，现有的方法也是可以通过补充选址进行钻孔来获取跟多的数据指导和帮助建模，不过目前并没有一种很好的指导钻孔补充选址的方法，如果采用大规模的补充钻孔获得说句的方法或导致需要耗费非常多的人力、物力，而且也不一定能够取得较好的效果；如果依靠相关专家的经验进行补充选址的话(尤其是没有相关经验的情况下)，极有可能存在不能获得有效的补充数据，同样存在耗费人力、物力，也不一定能够取得较好的效果的问题。但是，利用本发明则解决了上述的问题，首先本发明的补充选址更加有针对性，获得的数据更加有效，所以可以极大的减少工作量，提高效率。

同时，本发明的补充选址也考虑到了插值建模中由于插值导致模型准确度降低的情况，本发明基于插值再对原始数据(真值)插值，获得累计插值误差的表征(现有的建模方法是完全基于插值而生成的，并没有考虑到插值误差的累计效应和如何解决这个问题)，然后与原始采样数据进行比较，将误差较大的点也考虑到补充选址的范围内，这样保证了在误差较大的区域范围内也获得更加有针对性的数据，从而减低因为数据相对稀疏通过插值而导致的误差。所以利用本发明进行补充钻孔选址获得数据能够在后续的模型调整中极大的提高模型精度；而且本发明还考虑了补充网格单元，能够进一步提升后续的模型调整中的建模精度。

还有，如果采用本发明进行补充钻孔选址，即使在初始建模的过程中缺少经验丰富的专家，在遇到数据矛盾点进行简单的调整即可，因为本发明后续的补充选址的地点是包括数据矛盾附近的情况的，只要通过钻孔补充选址进行数据补充，即可获得附近点更多的数据，从而能够以更多的数据交出或者降低数据矛盾的可能性，从而更加真实的反映地质情况，进而有效的指导建模。所以本发明不仅可以解决在没有专家的条件下提高建模精度，而且可以以更少的人力和物力获得更加有效的数据。

附图说明

图1为部分钻孔三维表现图；

图2为网格进行划分示意图；

图3为平面网格图。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式为一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，包括以下步骤：

步骤一、按照现有的方法，根据地质建模要求和规范编制钻孔地质技术设计书，按照相应的“地质矿产勘查标准汇编”和“地质钻孔施工标准”等进行钻孔位置设计和原始钻孔采样工作，记录数据(根据打钻目的可以有选择的获取和记录数据)；这个过程采用现有的技术进行即可，本实施方式不再赘述，同时对钻孔的表现采用现有的工具表示即可，例如采用geoview 3D，如图1所示的钻孔的三维表现图；

获取钻孔数据的每个钻孔分为若干孔段，在实际打钻和后期建模的过程中可以将钻孔经过的一个地层作为一个孔段，并为每个孔段分配一个ID；钻孔数据由孔段数据组成；

步骤二、根据钻孔采样的数据及分布情况，结合插值进行建模；并在计算机中，将建立好模型用三维直角坐标系进行表示；

所述的插值拟合方法可以为邻近点插值法、距离反比加权插值法、最小曲率插值法、径向基函数插值法、多元回归插值法、样条函数插值法、Kriging插值法等，优选样条函数插值法。当采用样条函数插值法进行差值时，

进行建模采用现有的技术即可，在进行建模的过程中，遇到数据矛盾的点，结合地质专家知识对复杂的地层、断层等地质结构进行识别、解释、描述、定位等处理后建模；所述的数据矛盾点就是在建模过程中数据出现矛盾情况对应的点；

步骤三、将模型全部或部分用网格进行划分，每个网格记为A_i，j，k；i∈x，j∈y，k∈z；x、y、z分别表示三维直角坐标系中三轴的网格的集合，如图2所示，图2为了方便表示网格的标号，以最上层网格进行坐标表示，实际过程中坐标系可以任意建立，并不会影响后续的处理；在一些实施例中，可以对坐标系的空间进行网格划分，对坐标系空间进行网格划分自然就将模型进行了网格划分，由于模型反映的地质数据具有与水平面垂直的信息(如有些地理位置的地势高，有些地理位置的地势低)，所以在模型中，根据坐标系的空间进行网格划分的网格中，有一些网格对应并无模型数据，可以为空或者直接忽略即可。网格的格体大小按照建模的精度确定；

将z轴方向一组网格作为一个模型网格单元(也就是忽略z轴信息)，每个网格单元记为A_i，j；

直角坐标系z轴上的视图(模型俯视图)为网格单元的平面网格图，如图3所示，记为区域划分基础网格图；

针对每个网格单元A_i，j，按照每个网格A_i，j，k生成一个属性向量，记为原始属性向量a_i,j＝[α_i,j,1,α_i,j,2,…,α_i,j,K]，a_i,j为A_i，j对应的向量，其中的元素α_i,j,k为A_i，j，k对应的数据，K为网格单元中网格的总数；实际采样和建模中数据α_i,j,k可以为一个特定的属性值，也可以为一组属性值；属性表示地质对象的各种性质特征，如地质对象的年代、岩性、化学元素含量、孔隙度、渗透率、含水率、力学强度参数等，属性值为对应属性的数值，如果属性不能以数值进行表示，则以对应的代码或人为设定的数值进行表示，如果该网格的某个属性值缺失(没有对应的属性)则以0进行表示；如果是一组属性值的话，则按照所要表示的属性值将α_i,j,k记为多个值，假设需要记录3个属性值，向量维数变成原来维数的3倍，向量中的元素按照各个网格位置对应的顺序依次列入向量中；

步骤四、针对建立的模型，设钻孔采样的数据对应的模型网格单元为A_i，j，经过插值得到的模型网格单元A_i-1，j、A_i+1，j、A_i，j-1和A_i，j+1，根据插值模型网格单元数据重新进行插值生成插值得到网格单元为B_i，j，所述的网格单元B_i，j与网格单元A_i，j实际上是相同位置的网格单元，二者的区别仅仅在于A_i，j是由包括实际钻孔采样的数据(或，实际的钻孔采样的数据和插值数据)获得的，而B_i，j是基于插值数据再次插值生成的；

B_i，j按照原模型的网格划分对应的网格记为B_i，j，k；对应生成一个属性向量，记为插值属性向量β_i,j＝[β_i,j,1,β_i,j,2,…,β_i,j,K]，β_i,j为B_i，j对应的向量，其中的元素β_i,j,k为B_i，j，k对应的数据；

步骤五、计算a_i,j和β_i,j之间的距离，将距离大于阈值δ的网格单元A_i，j作为拟合误差单元，阈值δ根据实际的建模的精度进行选取和调整；

步骤六、记录并在区域划分基础网格图中标记出基础网格单元；所述的基础网格单元包括拟合误差单元、数据矛盾点单元和补充网格单元；所述数据矛盾点单元为建模时遇到的数据矛盾点对应位置所在的网格单元；所述补充网格单元为拟合误差单元与拟合误差单元连线的中点所在网格单元、数据矛盾点单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元或拟合误差单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元；所述的连线均为区域划分基础网格图中的网格单元的几何中心连线；

步骤七、在区域划分基础网格图中，针对基础网格单元m，计算其与其他基础网格单元n之间的距离d_mn并求和∑d_mn，选取与除自身以外的所有基础网格单元距离和最小(min(∑d_mn))的基础网格单元作为单元窗确定单元；在计算距离的过程中，可以将基础网格单元作为一个基本单位，计算基础网格单元之间的网格单元数量(可以为非整数)作为距离；也可以将基础网格单元的网格中心(区域划分基础网格图中网格平面的几何中心)为网格单元的位置，计算基础网格单元之间的距离；

在区域划分基础网格图中，确定包括单元窗确定单元在内且包括l个基础网格单元在内的最小矩形，记为单元窗；所述的l的取值为5-8，如果l太大误差会相对较大，如果l太小不仅计算量较大，而且误差也相对较大；

以单元窗位置为基准，按照单元窗的大小对区域划分基础网格图进行区块划分，如果划分到区域划分基础网格图的边缘部分时，不能够构成一个完整的单元窗的大小，则直接将单元窗的大小覆盖范围内不足一个单元窗大小的部分划分在一起即可；

针对每个区块内的基础网格单元数量进行统计，并按照从多到少的顺序进行排序，按照区块的排序顺序进行补充钻孔选址，具体过程如下：

将每个区块内的基础网格单元数量记为Q，当Q大于等于第一阈值q₁(q₁＝5)的区块记为第一类选点区块；当Q小于第一阈值q₁且大于等于第二阈值q₂(q₂＝3)的区块记为第二类选点区块；当Q小于第二阈值且大于0的区块记为第三类选点区块；

分别在第一类选点区块和第二类选点区块对应实际地理位置进行选点补充钻孔采样，第一类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量多于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量，具体情况可以根据实际的情况进行确定，例如一般可以选取第一类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量是第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量的2倍；针对第三类选点区块，其对应实际地理位置进行钻孔采样或者不进行钻孔采样，如果对第三类选点区块对应实际地理位置进行钻孔采样，钻孔采样的数量少于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量，具体情况可以根据实际的情况进行确定，例如一般可以为第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量的2/5；

由于在进行建模时是基于某些区块区域内基础网格单元(其中包含实际钻孔采样点数据的)数据的，而且一般钻孔采样的数据也是相对准确的，所以在进行补充钻孔采样时可以在对应区块对应实际地理位置范围内，且不覆盖原始钻孔采样区域的范围中进行。

具体实施方式二：

本实施方式为一种构建地质模型的补充选点系统，所述系统为具体实施方式一所述方法对应的系统，所述系统运行时执行具体实施方式一的方法。

具体实施方式三：

本实施方式为一种存储介质，用于存储具体实施方式二所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

具体实施方式四：

本实施方式为一种计算机，用于存储和/或执行具体实施方式二所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

Claims (8)

1.一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、进行钻孔位置设计和原始钻孔采样工作，记录数据；

获取钻孔数据的每个钻孔分为若干孔段；钻孔数据由孔段数据组成；

步骤二、根据钻孔采样的数据及分布情况，结合插值进行建模；并将建立好模型用三维直角坐标系进行表示；

步骤三、将模型全部或部分用网格进行划分，每个网格记为A_i，j，k；i∈x，j∈y，k∈z；x、y、z分别表示三维直角坐标系中三轴的网格的集合；

将z轴方向一组网格作为一个模型网格单元，每个网格单元记为A_i，j；

直角坐标系z轴上的视图为网格单元的平面网格图，记为区域划分基础网格图；

针对每个网格单元A_i，j，按照每个网格A_i，j，k生成一个属性向量，记为原始属性向量a_i,j＝[α_i,j,1,α_i,j,2,…,α_i,j,K]，a_i,j为A_i，j对应的向量，其中的元素α_i,j,k为A_i，j，k对应的数据，K为网格单元中网格的总数；

步骤四、针对建立的模型，设钻孔采样的数据对应的模型网格单元为A_i，j，经过插值得到的模型网格单元A_i-1，j、A_i+1，j、A_i，j-1和A_i，j+1，根据插值模型网格单元数据重新进行插值生成插值得到网格单元为B_i，j，所述的网格单元B_i，j与网格单元A_i，j实际上是相同位置的网格单元；

B_i，j按照原模型的网格划分对应的网格记为B_i，j，k；对应生成一个属性向量，记为插值属性向量β_i,j＝[β_i,j,1,β_i,j,2,…,β_i,j,K]，β_i,j为B_i，j对应的向量，其中的元素β_i,j,k为B_i，j，k对应的数据；

步骤五、计算a_i,j和β_i,j之间的距离，将距离大于阈值δ的网格单元A_i，j作为拟合误差单元；

步骤六、记录并在区域划分基础网格图中标记出基础网格单元；所述的基础网格单元包括拟合误差单元、数据矛盾点单元和补充网格单元；所述数据矛盾点单元为建模时遇到的数据矛盾点对应位置所在的网格单元；所述补充网格单元为拟合误差单元与拟合误差单元连线的中点所在网格单元、数据矛盾点单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元或拟合误差单元与数据矛盾点单元连线的中点所在网格单元；

步骤七、在区域划分基础网格图中，针对基础网格单元m，计算其与其他基础网格单元n之间的距离d_mn并求和∑d_mn，选取与除自身以外的所有基础网格单元距离和最小的基础网格单元作为单元窗确定单元；

在区域划分基础网格图中，确定包括单元窗确定单元在内且包括l个基础网格单元在内的最小矩形，记为单元窗；

以单元窗位置为基准，按照单元窗的大小对区域划分基础网格图进行区块划分；

针对每个区块内的基础网格单元数量进行统计，并按照从多到少的顺序进行排序，按照区块的排序顺序进行补充钻孔选址，具体过程如下：

将每个区块内的基础网格单元数量记为Q，当Q大于等于第一阈值q₁的区块记为第一类选点区块；当Q小于第一阈值q₁且大于等于第二阈值q₂的区块记为第二类选点区块；当Q小于第二阈值且大于0的区块记为第三类选点区块；

分别在第一类选点区块和第二类选点区块对应实际地理位置进行选点补充钻孔采样，第一类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量多于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量，针对第三类选点区块，其对应实际地理位置进行钻孔采样或者不进行钻孔采样，如果对第三类选点区块对应实际地理位置进行钻孔采样，钻孔采样的数量少于第二类选点区块对应实际地理位置的钻孔采样数量。

2.根据权利要求1所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，其特征在于，所述的l的取值为5-8。

3.根据权利要求2所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，其特征在于，所述q₁＝5。

4.根据权利要求3所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，其特征在于，所述q₂＝3。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址方法，其特征在于，所述补充钻孔是在第一类选点区块、第二类选点区块和/或第三类选点区块对应实际地理位置范围内，且不覆盖原始钻孔采样区域的范围中进行的。

6.一种构建地质模型的补充钻孔选址系统，其特征在于，所述系统为权利要求1至5之一所述方法对应的系统，所述系统运行时执行权利要求1至5之一所述的方法。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质用于存储权利要求6所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

8.一种计算机，其特征在于，所述计算机用于存储和/或执行权利要求6所述的一种构建地质模型的补充钻孔选址系统。

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