CN111047700A - 一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三维地质建模技术领域，公开了一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法及系统，计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象；断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型；从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线；细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界；读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；判断是否有新的揭露数据；动态优化切割后的地质模型；判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。本发明充分利用揭露数据动态优化三维模型，使地质模型与揭露数据相吻合，实现构造地质的精准建模。
Description
技术领域
本发明属于三维地质建模技术领域，尤其涉及一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法及系统。
背景技术
目前，最接近的现有技术：地质构造的三维建模技术对分析地质断层结构、描述运动规律等具有重要的理论意义和实用价值。国内外学者对三维建模理论和方法有较多的关注并产生了很多成果，但是大多数研究成果针对单层地质体，而对于多煤岩层、断层等复杂地质构造的建模技术还处于探索和研究阶段。含断层的复杂地质体建模技术研究的瓶颈主要集中在断层构造的精确模拟和表达上，传统的使用空间插值方法并不能很好地模拟复杂的地质构造。
现行的断层建模方法对探测数据的利用比较有限，仅仅停留在局部数据处理上，建模的准确性和稳定性有待提高。原因主要有2个方面：一方面，不同的探测数据建立的地质模型存在较大的误差，很难反映断层的断裂特征及分布情况；另一方面就是复杂断层所包含的大量信息没有充分地被开发和利用，仅仅处在单层局部数据处理上。因此，综合利用物探、钻探等探测数据的优缺点，充分利用巷探、采掘等揭露数据，适时建立相对准确的三维地质模型。
综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现行的断层建模方法不同的探测数据建立的地质模型存在较大的误差，很难反映断层的断裂特征及分布情况。
(2)现行的断层建模方法复杂断层所包含的大量信息没有充分地被开发和利用，仅仅处在单层局部数据处理上，不能很好的处理全矿井多煤岩层、断层等地质构造的耦合问题。
解决上述技术问题的难度：含断层的复杂地质体建模技术研究的瓶颈主要集中在断层构造的精确模拟和表达上，传统的使用空间插值方法并不能很好地模拟复杂的地质构造。为解决以上问题，从原始地质模型出发，按断层产生次序，采用地质模型切割运算，依次断裂地质模型，然后根据揭露数据，动态优化地质模型，使其与揭露数据完全吻合。
解决上述技术问题的意义：该方法在三维空间中分析和研究断层的断裂特征及分布情况，综合分析物探、钻探等探测数据的优缺点，充分利用巷探、采掘等揭露数据动态优化地质构造模型，适时建立相对准确的地质构造三维模型。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法及系统。
本发明是这样实现的，一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，包括以下步骤：
第一步，建立连续地质模型；建立断层面模型；计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象；
第二步，断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型；
第三步，从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线；
第四步，细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界；
第五步，读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
第六步，判断是否有新的揭露数据；
第七步，读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型；
第八步，判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
进一步，所述第一步还包括：读取连续地质模型M(s)，其中，s＝1，2，…，n，n为煤层、岩层模型总数；读取断层面模型Fi，其中，Fi为具有优先级i的断层面模型；计算断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒，判断地质模型M(s)数据对象。
进一步，若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴同向，则使用轴向包围盒进行碰撞检测；
若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴不同向的，则使用轴向包围盒进行碰撞检测；
若判断结果是地质模型形状接近球体，并且在各坐标轴上的分布均匀的，则使用球包围盒进行碰撞检测。
进一步，所述第二步包括断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型M′(s′)，其中，s’＝1，2，…，k，k为与断层面模型Fi相交的地质模型数。
进一步，所述第三步从M′(s′)中取一个地质模型M′(j)与断层面Fi切割运算，计算交点，获得切割交线；
计算交点时，采用四面体体积法判断两个三角形的位置关系；
若判断结果是共面，则使用共面求交方法计算交点；
或判断结果是共边，则使用共边求交方法计算交点；
或判断结果是异面，则使用边面求交方法计算交点；
所述第四步细分断层面Fi切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界。
进一步，所述第五步读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
切割交线L＝{P1，P2，…，Pm}，其中P1为始点，Pm为终点，最大落差为Di；
(1)计算切割交线L移动后各点的坐标；
其中，{xi，yi，zi}表示切割交线L上点的坐标，Di表示断层落差，{xi′，yi′，zi′}表示切割交线L沿向量{l1，m1，n1}移动Di后各点的坐标，记为L′；
(2)将L′沿断层面均向量方向延展为L″，计算L′与L″所有对应点的连线与断层面的交点，得到切割交线L″′；
(3)计算切割交线L到切割交线L″′各点的移动距离：
进一步，所述第六步判断是否有新的揭露数据；
若判断结果是有新揭露数据，则执行第七步；
或判断结果是无新揭露数据，则执行第八步；
所述第七步读取井巷工程、采掘揭露数据，动态优化切割后的地质模型M′(j)；
判断地质模型M′(j)上是否已存在揭露点；
若判断结果是存在揭露点，则不更新地质模型；
若判断结果是不存在揭露点，则插入揭露点优化更新地质模型；
所述第八步判断M′(s′)中是否还有与断层面相交的地质模型；
若判断结果有地质模型，则执行第三步；
或判断结果无地质模型，则结束建模。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于断层产生时序的地质构造三维建模方法的基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统，所述基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统包括：
地质模型数据对象判断模块，用于建立连续地质模型；建立断层面模型；计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象；
断层面相交地质模型确定模块，用于断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型；
地质模型与断层面切割运算模块，用于从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线；
断层边界确定模块，用于细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界；
断层信息读取模块，用于读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
揭露数据判断模块，用于判断是否有新的揭露数据；
地质模型优化模块，用于读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型；
地质模型相交判断模块，用于判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于断层产生时序的地质构造三维建模方法方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明充分利用各类探测信息建立的多岩层、煤层、断层面等三维地质模型，根据断层产生时序，采用先切割后动态优化的方法，在三维空间中分析和研究断层的断裂特征及分布情况，综合物探、钻探等探测数据的优缺点，充分利用巷探、采掘等揭露数据动态优化三维模型，使地质模型与揭露数据相吻合，从而实现构造地质的精准建模。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法原理图。
图3是本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统的结构示意图。
图中：1、地质模型数据对象判断模块；2、断层面相交地质模型确定模块；3、地质模型与断层面切割运算模块；4、断层边界确定模块；5、断层信息读取模块；6、揭露数据判断模块；7、地质模型优化模块；8、地质模型相交判断模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法包括以下步骤：
S101：建立连续地质模型。建立断层面模型。计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象。
S102：断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型。
S103：从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线。
S104：细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界。
S105：读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界。
S106：判断是否有新的揭露数据。
S107：读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型；
S108：判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
图2是本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法原理。
如图3所示，本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统包括：
地质模型数据对象判断模块1，用于读取连续地质模型。读取断层面模型。计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象。
断层面相交地质模型确定模块2，用于断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型。
地质模型与断层面切割运算模块3，用于从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线。
断层边界确定模块4，用于细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界。
断层信息读取模块5，用于读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界。
揭露数据判断模块6，用于判断是否有新的揭露数据。
地质模型优化模块7，用于读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型。
地质模型相交判断模块8，用于判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例
本发明实施例提供的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法具体包括以下步骤：
步骤一，建立连续地质模型M(s)，其中，s＝1，2，…，n，n为煤层(矿体)、岩层模型总数。
步骤二，建立断层面模型Fi，其中，Fi为具有优先级i的断层面模型。
步骤三，计算断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒，判断地质模型M(s)数据对象。
若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴同向，则使用轴向包围盒进行碰撞检测。
若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴不同向的，则使用轴向包围盒进行碰撞检测。
若判断结果是地质模型形状接近球体，并且在各坐标轴上的分布均匀的，则使用球包围盒进行碰撞检测。
步骤四，断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型M′(s′)，其中，s’＝1，2，…，k，k为与断层面模型Fi相交的地质模型数。
步骤五，从M′(s′)中取一个地质模型M′(j)与断层面Fi切割运算，计算交点，获得切割交线。
计算交点时，采用四面体体积法判断两个三角形的位置关系。
若判断结果是共面，则使用共面求交方法计算交点。
或判断结果是共边，则使用共边求交方法计算交点。
或判断结果是异面，则使用边面求交方法计算交点。
步骤六，细分断层面Fi切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界。
步骤七，读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界。
切割交线L＝{P1，P2，…，Pm}，其中P1为始点，Pm为终点，最大落差为Di。
(1)根据公式(1)，计算切割交线L移动后各点的坐标。
其中，{xi，yi，zi}表示切割交线L上点的坐标，Di表示断层落差，{xi′，yi′，zi′}表示切割交线L沿向量{l1，m1，n1}移动Di后各点的坐标，记为L′。
(2)将L′沿断层面均向量方向延展为L″，计算L′与L″所有对应点的连线与断层面的交点，得到切割交线L″′。
(3)根据公式(2)，计算切割交线L到切割交线L″′各点的移动距离：
步骤八，判断是否有新的揭露数据。
若判断结果是有新揭露数据，则执行步骤九。
或判断结果是无新揭露数据，则执行步骤十。
步骤九，读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型M′(j)。
判断地质模型M′(j)上是否已存在揭露点。
若判断结果是存在揭露点，则不更新地质模型。
若判断结果是不存在揭露点，则插入揭露点优化更新地质模型。
步骤十，判断M′(s′)中是否还有与断层面相交的地质模型。
若判断结果有地质模型，则执行步骤五。
或判断结果无地质模型，则结束建模。
下面结合具体实验对本发明的技术效果作详细的描述。
本实验数据是某煤矿采区，其连续地层模型M(10)由表土层、三隔、四含水层、四含下岩层、五含水层、五含下岩层、6煤、6煤下岩层、7煤、7煤下岩层组成，由于受断层F25影响部分地层产生断裂。采用本方法，首先利用物探、钻探等探测数据建立各地层的三维模型和断层F25的三维模型；然后建立各地层模型与断层F25模型的包含盒，通过断层模型和地质模型的包围盒相交测试，确定五含水层、五含下岩层、6煤、6煤下岩层及7煤模型与断层F25模型相交；依次进行五含水层、五含下岩层、6煤、6煤下岩层及7煤模型与断层F25模型的切割运算，计算交点，获得切割交线，根据切割交线确定断层上盘边界和断层下盘边界，依据断层的属性信息移动上盘和下盘边界，判断是否有新的揭露数据，根据断层信息和揭露数据优化五含水层、五含下岩层、6煤、6煤下岩层及7煤模型。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述基于断层产生时序的地质构造三维建模方法包括以下步骤：
第一步，建立连续地质模型；建立断层面模型；计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象；
第二步，断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型；
第三步，从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线；
第四步，细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界；
第五步，读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
第六步，判断是否有新的揭露数据；
第七步，读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型；
第八步，判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
2.如权利要求1所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述第一步还包括：建立连续地质模型M(s)，其中，s＝1，2，…，n，n为煤层、岩层模型总数；建立断层面模型Fi，其中，Fi为具有优先级i的断层面模型；计算断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒，判断地质模型M(s)数据对象。
3.如权利要求2所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴同向，则使用轴向包围盒进行碰撞检测；
若判断结果是地质模型形状细长，并且与各坐标轴不同向的，则使用轴向包围盒进行碰撞检测；
若判断结果是地质模型形状接近球体，并且在各坐标轴上的分布均匀的，则使用球包围盒进行碰撞检测。
4.如权利要求1所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述第二步包括断层面模型Fi和地质模型M(s)的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型M′(s′)，其中，s’＝1，2，…，k，k为与断层面模型Fi相交的地质模型数。
5.如权利要求1所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述第三步从M′(s′)中取一个地质模型M′(j)与断层面Fi切割运算，计算交点，获得切割交线；
所述第四步细分断层面Fi切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界。
6.如权利要求1所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述第五步读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
切割交线L＝{P1，P2，…，Pm}，其中P1为始点，Pm为终点，最大落差为Di；
(1)计算切割交线L移动后各点的坐标；
其中，{xi，yi，zi}表示切割交线L上点的坐标，Di表示断层落差，{xi′，yi′，zi′}表示切割交线L沿向量{l1，m1，n1}移动Di后各点的坐标，记为L′；
(2)将L′沿断层面均向量方向延展为L″，计算L′与L″′所有对应点的连线与断层面的交点，得到切割交线L″′；
(3)计算切割交线L到切割交线L″′各点的移动距离：
7.如权利要求1所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法，其特征在于，所述第六步判断是否有新的揭露数据；
若判断结果是有新揭露数据，则执行第七步；
或判断结果是无新揭露数据，则执行第八步；
所述第七步读取井巷工程、采掘揭露数据，动态优化切割后的地质模型M′(j)；
判断地质模型M′(j)上是否已存在揭露点；
若判断结果是存在揭露点，则不更新地质模型；
若判断结果是不存在揭露点，则插入揭露点优化更新地质模型；
所述第八步判断M′(s′)中是否还有与断层面相交的地质模型；
若判断结果有地质模型，则执行第三步；
或判断结果无地质模型，则结束建模。
8.一种实施权利要求1～7任意一项所述基于断层产生时序的地质构造三维建模方法的基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统，其特征在于，所述基于断层产生时序的地质构造建模信息处理系统包括：
地质模型数据对象判断模块，用于读取连续地质模型；读取断层面模型；计算断层面模型和地质模型的包围盒，判断地质模型数据对象；
断层面相交地质模型确定模块，用于断层面模型和地质模型的包围盒碰撞检测，确定断层面相交的地质模型；
地质模型与断层面切割运算模块，用于从断层面相交的地质模型中取一个地质模型与断层面切割运算，计算交点，获得切割交线；
断层边界确定模块，用于细分断层面切割交线两侧的三角形，确定断层上盘边界和断层下盘边界；
断层信息读取模块，用于读取断层属性信息，移动上盘和下盘边界；
揭露数据判断模块，用于判断是否有新的揭露数据；
地质模型优化模块，用于读取井巷工程、采掘等揭露数据，动态优化切割后的地质模型；
地质模型相交判断模块，用于判断断层面相交的地质模型中是否还有与断层面相交的地质模型。
9.一种实现权利要求1～7任意一项所述基于断层产生时序的地质构造三维建模方法方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的基于断层产生时序的地质构造三维建模方法。
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