CN110473270B - 一种智能重建2d地质层序模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的提供了一种智能重建2D地质层序模型的方法，基本不用人为干预的条件下，以极短的时间，通常数分钟以内，自动化实现地质模型的建立，模型精准，效率极高，能够保证层序正确，高质高效实现2D建模，取得显著技术效果；对于本技术识别的地质体，可以快速定义地层层序信息，自动进行层序识别与网格剖分，解决了以往建立2D地质模型时，通常都采用手工绘制POLYGON方式，这种利用绘制的POLYGON的叠加进行特殊形态地质体的描述方式不仅效率低下，而且对于沉积的层序模式往往无法描述，给后期约束属性建模带来了极大难度的问题。

Description

一种智能重建2D地质层序模型的方法

技术领域

本发明属于石油地质勘探、评价与开发的2D层序建模技术，具体涉及一种智能重建2D地质层序模型的方法。

背景技术

从1815年由英国地质学家William Smith编辑的世界上第一幅英格兰、威尔士与苏格兰的地质构造及地层关系的地质图出版起，2D地质图一直是地质信息的重要表现形式。随着IT的发展，特别是计算机辅助制图技术、GIS技术及3D地质建模技术的发展，地质信息的表达实现了巨大的进步。

在油藏勘探开发领域(包括地球物理正演、反演、地质对比、油藏剖面等)，有时为了达到更精确的、更快速的敏感信息分析、方法质量控制等目的，都需要高质量的2D地质模型，并在此基础上开展相关分析工作。

在以往的实际工作中，2D地质建模工作相对繁琐，往往都是通过绘图技术实现建模，并通过人为干预定义地质信息接触关系，该工作方式在面对复杂地质模型建模时显得力不从心，尤其是在包含复杂断层，盆地坡折带处的频繁的水进水退形成的复杂层序，挠曲等特殊构造的情况下，地质体之间接触关系复杂，人工绘制不仅效率极慢，而且精度也低，特别是地质体之间的层序关系难于甚至无法正确控制，导致构造建模后的属性建模存在这样那样的问题，成为后续相关工作很大的掣肘。

2D建模虽然相比3D建模技术简单一些，但是在整个建模流程上其与3D建模技术完全一致，任何技术流程都不可或缺，才能建立真正意义上准确的地质模型，而且2D建模也具有其自己的特征，在2D模型应用领域中，往往更加重视地质的局部细节信息，尤其是层序控制的接触关系，对2D建模的局部细节质量要求更高。

由于3D建模的快速发展，以及2D建模技术应用相比3D建模领域相对狭窄，2D建模技术在以往的实际工作中往往也未得到足够的重视。

综上所述，在2D建模领域需要发展高精度、高效率、高智能化的建模技术。

发明内容

本发明提供了一种智能重建2D地质层序模型的方法，解决了由于以往建立2D地质模型，通常都采用手工绘制POLYGON的方式，并且利用POLYGON的叠加进行特殊形态地质体的描述，这样不仅效率低下，而且对于沉积的层序模式往往无法描述，给约束属性建模带来了极大的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种智能重建2D地质层序模型的方法，包括以下步骤：

步骤1：绘制层位线和断层线；

步骤2：对步骤1中所述的层位线和断层线形成的地质格架进行识别，对识别的地质格架建立格架信息；

步骤3：对步骤2中的地质格架的格架信息进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元；

步骤4：对步骤3中所述边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，建立层序模型，实现地质体的自动识别，建立网格剖分图，获得2D地质模型。

对于本技术识别的地质体，可以快速定义地层层序信息，自动进行层序识别与网格剖分，本发明基本不用人为干预的条件下，以极短的时间，通常数分钟以内，自动化实现地质模型的建立，模型精准，效率极高，能够保证层序正确，高质高效实现2D建模，取得显著技术效果；解决了由于以往建立2D地质模型，通常都采用手工绘制POLYGON的方式，并且利用POLYGON的叠加进行特殊形态地质体的描述，这样不仅效率低下，而且对于沉积的层序模式往往无法描述，给约束属性建模带来了极大难度的问题。

进一步的，步骤2中对层位线和断层线形成的地质格架进行识别的方法如下：

S201、延长所述层位线，添加与外边界或内边界相交的交点作为拓扑结构控制点；

S202、延长所述断层线，添加与外边界或内边界的交点为控制点；

S203、确保全部曲线为相交闭合曲线，得到格架信息。

进一步的，外边界为工区边界，所述内边界为工区与层位、层位与其他层位、层位与断层、断层与工区、断层与其他断层以及断层与层位之间不连续的区域边界。

进一步的，步骤3中对地质格架进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元的方法是：

设层位线图与断层线图中的工区为域S，各地质格架域为S_i，则有S＝∑S_i,所述边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元，记做Δ_j,则有S_i＝∑Δ_j；要保证建立正确的地层拓扑结构，必须当且仅当保证Δ_j∈S_i；对于不满足条件的三角面片元进行细化计算，使其满足条件的最小三角形个数为最优化收敛条件；这里使用梯度法来寻找最优化收敛条件。

进一步的，所述使用梯度法来寻找最优化收敛条件的方法如下：

设所述不满足条件的三角形面片元跨越地质格架，则边界上必存在两个交点将该三角形面片元切分，并在格架上下两侧分别形成面积为

和

的两个三角形，将交点作为新的控制点添加到原地质格架约束中，从而使得最邻近三点构成的新三角面片元被地质格架切分的面积逐渐变小，当

k为迭代次数，达到收敛条件。

进一步的，在进行梯度法来寻找最优化收敛条件之前；先对工区的地质剖面信息采用坐标变换方法进行各向异性校正；所述坐标变换方法处理公式如下：

grad＝dx/dy

y’＝y*grad

grad为各向异性校正系数，y为工区的垂向坐标，y’为变换后的工区垂向坐标，dx为工区的地质剖面的横向宽度，dy为工区的地质剖面的垂向高度；通常情况下dx＞＞dy，进行各向异性变换后dx＝dy′,dy′为变换后工区的地质剖面的垂向高度；

收敛后再对坐标按照如下公式进行反变换处理：

y＝y’/grad

以达到各向异性校正。

进一步的，在步骤4中所述对边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，实现地质体的自动识别，建立2D地质模型的方法如下：

S401、所述边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元；设三角面片元上有一个点M，记M∈{P_l1,P_l2,…P_ln}，P_li,i＝1,2,…,n代表地质格架线集合，如果M₁，M₂∈P_li，则三角面片元的该边为边界边，记为

为P_li边界集合,Δ_ej，j＝1,2,3为三角面片元的边；

S402、三角面片元一定属于某一个地质体单元，沿着该三角面片元的非边界边

进行连续追踪，即可以实现地质体内的三角面片元追踪，获得封闭的地质体单元，实现该地质体识别；

进一步的，对边界单元进行追踪与识别过程中，利用地质格架拓扑结构的有序性来进行正确的归属计算，具体方法如下：

针对奇异三角面片元的定义条件下，所述定义条件为

j＝1,2,3；i＝1,2,…,n，Δ_ej为三角面片元边；对三角面片元的三点M_j,j＝1,2,3,通过查找拓扑结构链表M_j∈P_li，j＝1,2,3；i＝1,2,…,n，确定是否三点共线且仅属于同一条线，如果不满足该条件，则可以直接利用该三角面片元与其他奇异三角面片元或S402步骤中确定的地质体的共同边界确定归属；如果满足该共线条件，则需要进一步确定奇异三角面片元的三点顺序；

对上面满足共线条件的奇异三角面片元，需要进一步查找拓扑结构链表，对三角面片元的三点M_j在共线集合上确定在原线上的顺序编号；

获得有序编号的三角面片元，则可以通过查找拓扑结构链表，将该奇异三角面片元归位到具有对应边界的该顺序位置，实现判定奇异三角面片元的归属；

奇异三角面片元的归位过程使用迭代归位，完成整个地质格架的智能重构。

对于本技术识别的地质体，可以快速定义地层层序信息，自动进行层序识别与网格剖分。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明基本不用人为干预的条件下，以极短的时间，通常数分钟以内，自动化实现地质模型的建立，模型精准，效率极高，能够保证层序正确，高质高效实现2D建模，取得显著技术效果；解决了由于以往建立2D地质模型，通常都采用手工绘制POLYGON的方式，并且利用POLYGON的叠加进行特殊形态地质体的描述，这样不仅效率低下，而且对于沉积的层序模式往往无法描述，给约束属性建模带来了极大难度的问题。

2、本发明由于整个发明记录了完整的边界拓扑结构特征，因此可以实现正确的地质层序识别，包括前积、加积等各种复杂的层序类型，进而才能划分正确的层序网格，约束地质属性正确模拟，相对以往的以绘图为基础的2D地质建模，不仅仅在效率上，尤其是复杂建模，提高数倍，同时因为提供了完整的地质格架结构信息，大大提高了建模的质量；

3、本发明对于本技术识别的地质体，可以快速定义地层层序信息，自动进行层序识别与网格剖分。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明的步骤的流程示意图。

图2是本发明实施例的层位线与断层线绘制示意图。

图3是本发明实施例的地质格架自动识别示意图。

图4是本发明实施例的地质格架的几何拓扑关系示意图。

图5是本发明实施例的地质体识别示意图。

图6是本发明实施例的层序模型示意图。

图7是本发明具体实施时某井区2D建模示意图。

图8是本发明具体实施时某井区2D网格示意图。

图9是本发明具体实施时直接三角剖分的结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

实施例1：

如图1-图6所示，本实施例提供了一种智能重建2D地质层序模型的方法，包括以下步骤：

步骤1：绘制层位线和断层线；

步骤2：对步骤1中所述的层位线和断层线形成的地质格架进行识别，对识别的地质格架建立格架信息；

步骤3：对步骤2中的地质格架的格架信息进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元；

步骤4：对步骤3中所述边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，建立层序模型，实现地质体的自动识别，获得2D网格剖分图以及2D地质模型。

如图7、图8所示，最终获得的2D地质模型和2D网格剖分图。

具体实施时：对层位线和断层线形成的地质格架进行识别的方法如下：

S201、延长所述层位线，添加与外边界或内边界相交的交点作为拓扑结构控制点；外边界为工区边界，所述内边界为工区与层位、层位与其他层位、层位于断层、断层与工区、断层与其他断层以及断层与层位之间不连续的区域边界。

S202、延长所述断层线，添加与外边界或内边界的交点为控制点；

S203、确保全部曲线为相交闭合曲线，得到格架信息。

具体实施时：步骤3中对地质格架进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元的方法是：设层位线图与断层线图中的工区为域S，各地质格架域为S_i，则有S＝∑S_i,所述边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元，记做Δ_j,则有S_i＝∑Δ_j；

基于当前的点结构进行三角剖分并不能够建立正确的地层拓扑结构，三角剖分的三角单元会因为控制点的位置而出现跨越层位线或断层线情况；如图9所示，具体实施时，如果直接三角剖分无法实现，图中椭圆部分出现跨越层位线或断层线情况。

要保证建立正确的地层拓扑结构，必须当且仅当保证Δ_j∈S_i；对于不满足条件的三角面片元进行细化计算，使其满足条件的最小三角形个数为最优化收敛条件；这里使用梯度法来寻找最优化收敛条件。

所述使用梯度法来寻找最优化收敛条件的方法如下：

设所述不满足条件的三角形面片元跨越地质格架，则边界上必存在两个交点将该三角形面片元切分，并在格架上下两侧分别形成面积为

和

的两个三角形，将交点作为新的控制点添加到原地质格架约束中，从而使得最邻近三点构成的新三角面片元被地质格架切分的面积逐渐变小，当

k为迭代次数，达到收敛条件。

在进行梯度法来寻找最优化收敛条件之前；先对工区的地质剖面信息采用坐标变换方法进行各向异性校正；所述坐标变换方法处理公式如下：

grad＝dx/dy

y’＝y*grad

grad为各向异性校正系数，y为工区的垂向坐标，y’为变换后的工区垂向坐标，dx为工区的地质剖面的横向宽度，dy为工区的地质剖面的垂向高度；通常情况下dx＞＞dy，进行各向异性变换后dx＝dy′,dy′为变换后工区的地质剖面的垂向高度；

收敛后再对坐标按照如下公式进行反变换处理：

y＝y’/grad

以达到各向异性校正。

具体实施时，在步骤4中所述对边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，实现地质体的自动识别，建立2D地质模型的方法如下：

S401、在正确建立三角面片元基础上，这些三角面片元形成共边拓扑结构体，要对地质格架进行重构，就要充分利用地质格架信息的拓扑结构；边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元；设三角面片元上有一个点M，记M∈{P_l1,P_l2,…P_ln}，P_li,i＝1,2,…,n代表地质格架线集合，如果M₁，M₂∈P_li，则三角面片元的该边为边界边，记为

为P_li边界集合,Δ_ej，j＝1,2,3为三角面片元的边；

S402、三角面片元一定属于某一个地质体单元，沿着该三角面片元的非边界边进行连续追踪，实现地质体内的三角面片元追踪，获得封闭的地质体单元，实现该地质体识别；

对边界单元进行追踪与识别过程中，三角面片元三条边都为边界边，且三条边都属于同一地质格架线，但是该三角面片元存在归属多解性，即可能属于该地质格架线分隔的多个地质体单元；要进行正确的归属计算，还要利用地质格架拓扑结构的有序性；利用地质格架拓扑结构的有序性来进行正确的归属计算，具体方法如下：

针对所述奇异三角面片元的定义条件下，所述定义条件为

j＝1,2,3；i＝1,2,…,n，Δ_ej为三角面片元边；对三角面片元的三点M_j,j＝1,2,3,通过查找拓扑结构链表M_j∈P_li，j＝1,2,3；i＝1,2,…,n，确定是否三点共线且仅属于同一条线，如果不满足该条件，则可以直接利用该三角面片元与其他奇异三角面片元或S402步骤中确定的地质体的共同边界确定归属；如果满足该共线条件，则需要进一步确定奇异三角面片元的三点顺序；

对上面满足共线条件的奇异三角面片元，需要进一步查找拓扑结构链表，对三角面片元的三点M_j在共线集合上确定在原线上的顺序编号；

获得有序编号的三角面片元，则可以通过查找拓扑结构链表，将该奇异三角面片元归位到具有对应边界的该顺序位置，实现判定奇异三角面片元的归属；

奇异三角面片元的归位过程不能一次性完成，必须使用迭代归位，至此完成整个地质格架的智能重构过程，算法通过复杂的拓扑链表结构实现，快速进行2D领域地质建模，达到提质提效的生产目的。

综上所述：本方法基本不用人为干预的条件下，以极短的时间，通常数分钟以内，自动化实现地质模型的建立，模型精准，效率极高，能够保证层序正确，高质高效实现2D建模，取得显著技术效果；由于整个发明记录了完整的边界拓扑结构特征，因此可以实现正确的地质层序识别，包括前积、加积等各种复杂的层序类型，进而才能划分正确的层序网格，约束地质属性正确模拟，相对以往的以绘图为基础的2D地质建模，不仅仅在效率上，尤其是复杂建模，提高数倍，同时因为提供了完整的地质格架结构信息，大大提高了建模的质量；对于本技术识别的地质体，可以快速定义地层层序信息，自动进行层序识别与网格剖分。解决了由于以往建立2D地质模型，通常都采用手工绘制POLYGON的方式，并且利用POLYGON的叠加进行特殊形态地质体的描述，这样不仅效率低下，而且对于沉积的层序模式往往无法描述，给约束属性建模带来了极大难度的问题。

以上所述的具体实施方式，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方式而已，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 (8)

1.一种智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：绘制层位线和断层线；

步骤2：对步骤1中所述的层位线和断层线形成的地质格架进行识别，对识别的地质格架建立格架信息；

步骤3：对步骤2中的地质格架的格架信息进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元；

步骤4：对步骤3中所述边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，建立层序模型，实现地质体的自动识别，获得2D网格剖面图以及2D地质模型；

所述步骤2中对层位线和断层线形成的地质格架进行识别的方法如下：

S201、延长所述层位线，添加与外边界或内边界相交的交点作为拓扑结构控制点；

S202、延长所述断层线，添加与外边界或内边界的交点为控制点；

S203、确保全部曲线为相交闭合曲线，得到格架信息。

2.根据权利要求1所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：所述外边界为工区边界，所述内边界为工区与层位、层位与其他层位、层位与断层、断层与工区、断层与其他断层以及断层与层位之间不连续的区域边界。

3.根据权利要求1所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：

所述步骤3中对地质格架进行拓扑结构识别，并将识别的拓扑结构与地质格架的边界信息融合，构建边界单元的方法是：

设层位线图与断层线图中的工区为域S，各地质格架域为S_i，则有S＝∑S_i，所述边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元，记做Δ_j，则有S_i＝∑Δ_j；要保证建立正确的地层拓扑结构，必须当且仅当保证Δ_j∈S_i；对于不满足条件的三角面片元进行细化计算，使其满足条件的最小三角形个数为最优化收敛条件；这里使用梯度法来寻找最优化收敛条件。

4.根据权利要求3所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：所述使用梯度法来寻找最优化收敛条件的方法如下：

设所述不满足条件的三角形面片元跨越地质格架，则边界上必存在两个交点将该三角形面片元切分，并在格架上下两侧分别形成面积为和的两个三角形，将交点作为新的控制点添加到原地质格架约束中，从而使得最邻近三点构成的新三角面片元被地质格架切分的面积逐渐变小，当k为迭代次数，达到收敛条件。

5.根据权利要求3所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：

在进行梯度法来寻找最优化收敛条件之前；先对工区的地质剖面信息采用坐标变换方法进行各向异性校正；所述坐标变换方法处理公式如下：

grad＝dx/dy

y’＝y*grad

grad为各向异性校正系数，y为工区的垂向坐标，y’为变换后的工区垂向坐标，dx为工区的地质剖面的横向宽度，dy为工区的地质剖面的垂向高度；通常情况下dx＞＞dy，进行各向异性变换后dx＝dy′，dy′为变换后工区的地质剖面的垂向高度；

收敛后再对坐标按照如下公式进行反变换处理：

y＝y’/grad

以达到各向异性校正。

6.根据权利要求1所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：在步骤4中所述对边界单元进行追踪与识别，并应用地质规律约束，实现地质体的自动识别，建立2D地质模型的方法如下：

S401、所述边界单元包括多个基本单元；设三角面片元为基本单元；设三角面片元上有一个点M，记M∈{P_l1，P_l2，...P_ln}，P_li，i＝1，2，...，n代表地质格架线集合，如果M₁，M₂∈P_li，则三角面片元的该边为边界边，记为 为P_li边界集合，Δ_ej，j＝1，2，3为三角面片元的边；

S402、三角面片元一定属于某一个地质体单元，沿着该三角面片元的非边界边进行连续追踪，实现地质体内的三角面片元追踪，获得封闭的地质体单元，实现该地质体识别。

7.根据权利要求6所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：

对边界单元进行追踪与识别过程中，利用地质格架拓扑结构的有序性来进行正确的归属计算，具体方法如下：

针对奇异三角面片元的定义条件下，所述定义条件为 Δ_ej为三角面片元边；对三角面片元的三点M_j，j＝1，2，3，通过查找拓扑结构链表M_j∈P_li，j＝1，2，3；i＝1，2，...，n，确定是否三点共线且仅属于同一条线，如果不满足该条件，则直接利用该三角面片元与其他奇异三角面片元或S402步骤中确定的地质体的共同边界确定归属；如果满足该共线条件，则需要进一步确定奇异三角面片元的三点顺序；

对上面满足共线条件的奇异三角面片元，需要进一步查找拓扑结构链表，对三角面片元的三点Mi在共线集合上确定在原线上的顺序编号；

获得有序编号的三角面片元，则通过查找拓扑结构链表，将该奇异三角面片元归位到具有对应边界的该顺序位置，实现判定奇异三角面片元的归属。

8.根据权利要求7所述的智能重建2D地质层序模型的方法，其特征在于：所述奇异三角面片元的归位过程使用迭代归位，完成整个地质格架的智能重构。

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