CN112562080A - 一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法，包括钻孔数据生成钻孔地层三维点，钻孔地层三维点符号化，构建地层狄洛尼三角网，基于交叉规则的三角面剔除，结构面生成。本方法可基于钻孔数据快速构建降维的地层结构面模型，直观判断地层结构特征，包括地层尖灭、地层重复等，为三维建模提供先验知识，预判需要增加剖面图的位置，以及可能存在特殊构造的区域预判；本发明适用于快速浏览地层分布的地质结构建模，以及三维地质建模辅助预判等。

Description

一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法

技术领域

本发明涉及地理信息系统领域，具体为一种利用地信算法，快速构建地质结构模型的方法，可基于钻孔数据快速生成地质体降维的面结构的基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法。

背景技术

随着社会的发展，尤其是科学技术的进步，大大促进了社会生产力的飞速发展；而计算机技术的普及，对于诸多领域的发展提供了强大的数据搜集、整理、分析等技术支持，尤其是在通讯、建筑行业表现更为明显。

三维地质建模就是将地质、测井、地球物理资料和各种解释结果或者概念模型综合在一起生成三维定量随机模型。三维地质建模方法大体可归纳为三类：离散点源法、剖面框架法和多源数据耦合建模法。离散点源法是在地质找矿中，经常需要根据少量的离散点采样数据(如地质测绘或钻孔资料)来获取地质体的形状，从而为进一步指导找矿起指导性的作用。Carlson(1987)从地质学的角度提出了地下空间结构的三维概念模型，并提出用单纯复形模型建立地质模型。Victor(1993)、Pilout(1994)则具体应用Delaunay四面体的三维矢量数据模型研究离散点地质建模问题。Frank(2007)采用隐函数法表达三维曲面，对离散点集进行三维重构，用来模拟断层和盐丘。杨钦(2001，2005)利用离散点源信息构建地层与断层结构面，依此作为约束条件约束Delaunay剖分建立三维地质模型等等。

地质体建模算法繁复，依赖大量数据和丰富的作业知识，且建模耗时较久。另一方面，由于作业人员对钻孔信息的理解有偏差，选择建模的方式存在差异，则构建的三维地质模型也不同。

实际上钻孔中隐含一些空间结构与关系，可利用点、线、面的空间结构将其抽取出来，可以更快速、直观表现出地质体的特征，也可辅助作业人员预判建模时需要特别注意的区域，因此，提供一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法，是一个值得值得研究的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，并为地质建模提供先验判断，本发明以地信空间结构模式的思路着手，设计提供了一种可基于钻孔数据快速生成地质体结构的方法，将地质结构体降维成结构面，以快速生成带有地质体空间特征的三维面供浏览。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法，包括以下步骤：

步骤1 ：原始钻孔数据属性包括钻孔孔号、钻孔平面坐标、钻孔地面高程、钻孔地层编号、地层顶距地面高、地层厚度这几个必要属性，基于此钻孔数据生成钻孔地层三维点；

步骤2 ：根据地层厚度对钻孔地层三维点进行符号化，较厚的地层显示为大的点符号，较薄的地层显示为小的符号，按需求划分类别；

步骤3 ：按照平面不重复和高程相近的构网条件，对所有地层生成地层三角网；

步骤4：每个三角网都是由若干面组成的，根据三角面与钻孔的交叉情况进行三角网面的剔除。钻孔交叉规则为：将钻孔数据与所有三角网面投影到平面上，在平面坐标中，若存在三角网面包含钻孔，且钻孔位于三角网面除顶点外的区域中，则剔除该三角网面；

步骤5：基于钻孔交叉规则进行三角网剔除后，再根据三角交叉规则进行三角网剔除，规则包括交点数量判断和相交边长度最短判断条件；

步骤6：剔除后的三角网与符号化的钻孔地层点共同构成地质体结构面模型。

所述的步骤1 中，原始钻孔数据属性包括钻孔孔号、钻孔平面坐标、钻孔地面高程、钻孔地层编号、地层顶距地面高、地层厚度这几个必要属性，基于钻孔数据生成钻孔地层三维点，分别对钻孔数据进行如下处理：

1）、将地层与钻孔对应，一个钻孔包含高程递减的多个地层数据；

2）、根据 钻孔地面高程 - 地层顶距地面高 -（地层厚度/2）的属性计算，得出每个地层在每个钻孔位置的中心点高程，即钻孔地层高程；

3）、将钻孔点依据平面坐标布点，再依据钻孔地层高程构建三维点集，得到钻孔地层点。钻孔地层点具有钻孔和地层的所有信息。

所述的步骤3中：对于地层A，其出现于钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}中（n>=1，n为地层A出现的钻孔数量）；按照以下规则，对地层分别生成狄洛尼三角网：

1）、若地层A在钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}的每个钻孔Zi中（i>=1，i<=n）都不重复出现，则可直接基于A地层的钻孔地层三维点构建一个狄洛尼三角网；

2）、若地层A在钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}的钻孔Zi中（i>=1，i<=n）存在重复，则根据高程将A的钻孔地层点集PA进行分组：

a)首先，根据钻孔号重复次数，将PA分为出现1次的PA1，出现2次的PA2，……，出现m次的PAm等m个三维点集合（m>=1，m不超过PA集合中点的数量）；

b)将出现1次的PA1定为层次1，出现2次的PA2分为层次1和层次2，出现m次的PAm分为层次1，层次2，…，层次m；

c)取PA1、PA2、…PAm中高程相近的层次组成平面上不重复的点集，分别构造狄洛尼三角网，得到三角网TA1，TA2，…，TAm；

3）、对所有地层重复步骤1～2，生成所有地层三角网T。

所述的步骤5 中基于钻孔交叉规则进行三角网剔除后，再根据三角交叉规则进行三角网剔除；对于两个三角面TM1和TM2，分别根据其最大、最小的x、y、z值构建外包平行六面体TMR1和TMR2，若TMR1和TMR2空间上有重叠，则对其进行三角网交叉剔除判断，具体操作如下：

1）分别计算TM1的三边与TM2三角面的交点，与TM2的三边与TM1三角面的交点，进行2的判断；

2）若TM1的三边与TM2三角面无交点且TM2的三边与TM1三角面无交点，则不需要进行交叉面剔除，跳过步骤5；反之，进行3的判断；

3）若TM1的三边与TM2三角面无交点且TM2的三边与TM1三角面有交点，则剔除三角面TM1，若TM1的三边与TM2三角面有交点且TM2的三边与TM1三角面无交点，则剔除三角面TM2，完成TM1和TM2的三角面剔除，跳过4～8；若不是上述情况，进行4的判断；

4）若TM1的三边与TM2三角面只有一个交点，且位于三角面顶点，则不需要进行交叉面剔除，跳过步骤5；反之，进行5；

5）计算TM1与三角面TM2相交的所有边的长度，记录最短的边的长度h1；

6）计算TM2与三角面TM1相交的所有边的长度，记录最短的边的长度h2；

7）比较h1和h2，若h1<h2，则剔除三角面TM2，若h1>h2，则剔除三角面TM1，若h1=h2，则比较外包平行六面体TMR1和TMR2的体积，剔除体积较大的三角面；若TMR1和TMR2体积一致，则比较地层编号，保留理论上更新的地层。

所述的步骤6中： 完成步骤4～步骤5的三角网剔除后，剩下的三角网即为地质体结构面，其与符号化的钻孔地层点共同构成降维的地质体结构面模型；在剔除三角网后可能会有钻孔地层点独立出来，不与任何三角网相连，这些区域即对应地层孤立存在或与建模区域外部连接，这些区域周围存在地层不连续的情况，可辅助专业人员继续进一步判断。

积极有益效果：本方法基于钻孔数据快速构建地层结构降维模型，直观判断地层结构特征，包括地层尖灭、地层重复等，为三维建模提供先验知识，预判需要增加剖面图的位置，以及可能存在特殊构造的区域预判。本发明适用于快速浏览地层分布的地质结构建模，以及三维地质建模辅助预判等。

附图说明

图1为实施例钻孔数据；

图2为实施例钻孔数据生成钻孔地层三维点；

图3为实施例钻孔地层三维点符号化；

图4为地层A三角网；

图5为地层F三角网；

图6为地层I三角网；

图7为实施例地层生成三角网的效果；

图8为地层B钻孔交叉剔除规则示意；

图9为地层B钻孔交叉剔除效果；

图10为实施例地层钻孔交叉剔除效果；

图11为地层J和地层K三角交叉剔除示意；

图12为实施例地质体结构面模型。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

实施例所用的钻孔数据，按其平面位置布点，共16个钻孔点，其平面视角如图1所示。16个钻孔包含地层共14个，为方便阐述，将地层编号{1-1，1-2，1-3，2-1b2-3，2-2b4，2-3b3-4+d3，2-3d3，2-4b3-4+d3，2-4d2，2-5b3-4+d3，2-5d1，3-4e，k2p-2，k2p-3}一一用代号{A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M，N}来表示。

步骤1根据钻孔地面高程 - 地层顶距地面高 -（地层厚度/2），计算得到每个钻孔地层三维点高程位置，16个钻孔最终得到196个钻孔地层点，如图2所示；

步骤2 根据地层厚度对钻孔地层三维点进行符号化，实施例中地层厚度范围最小0.3m，最大22.3m，按照表1对其进行符号化，符号化效果如图3所示；

表

钻孔地层点符号化

厚度（m）	0～1	1～5	5～10	10～15	15以上
						尺寸（像素）	6	13.5	21	28.5	36

步骤3 针对15个地层分别生成狄洛尼三角网，对集中情况分别处理如下：

1）、以地层A为例，其出现在16个钻孔中，且在每个钻孔中不重复，则直接生成一个三角网，如图4所示；

2）、以地层F为例，其出现在16个钻孔中，在一个钻孔中重复，如图5所示，则将其分为重复1次的点集PF1={pf1，pf2，…，pf15}，和重复2次的点集为PF2={pf16₁，pf16₂}；根据高程，将PF2分为2个层次，层次1包括{ pf16₁}点，层次2包括{ pf16₂}点；取PF2层次1与PF1生成一个三角网，PF2层次2与PF1生成一个三角网，生成的两个三角网如图5所示；

3）、以地层I为例，其出现在16个钻孔中，在所有钻孔中重复，如图6所示，则将其分为重复2次的点集PI2={pi1₁，pi1₂，pi2₁，pi2₂，…，pi14₁，pi14₂}，和重复3次的点集为PI3={pi15₁，pi15₂，pi15₃，pi16₁，pi16₂，pi16₃}；根据高程，将PI2分为2个层次，层次1包括{pi1₁，pi2₁，…，pi14₁}点，层次2包括{ pi1₂， pi2₂，…，pi14₂}点，将PI3分为3个层次，层次1包括{pi15₁，pi16₁}点，层次2包括{ pi15₂，pi16₂}点，层次3包括{ pi15₃，pi16₃}；取PI3层次1与PI2高程相近的层次1生成一个三角网，层次2与层3依次类推。多个点集则依据高程相近原则取层次构三角网。地层I生成的三个三角网如图6所示。

对所有地层生成三角网共19个，如图7所示。

步骤4 依据钻孔交叉规则对三角网面进行剔除，以地层B为例，其三角网和所有钻孔平面分布如图8所示，可看到3个阴影部分的三角面满足钻孔交叉剔除，需要对其进行剔除，得到三角网如图9所示。所有地层完成钻孔交叉剔除后的效果如图10所示。

步骤5 依据三角面交叉规则对三角网面进行剔除，如图11所示为示例交叉三角网K1与J1，按剔除规则判断过程如下：

1）、三角网K1与J1有若干个三角面相交，逐个进行比较；

2）、三角面的边pj1pj2，pj2pj3,pj1pj3与三角面pk1pk2pk3有一个交点，pj1pj3交于三角面pk1pk2pk3内，记录其长度38.30m；

3）、三角面的边pk1pk2,pk2pk3,pk1pk3与三角面pj1pj2pj3有一个交点，pk2pk3交于三角面pj1pj2pj3，记录其长度19.97m；

4）、38.30m>19.97m，因此剔除三角面pj1pj2pj3；

5）、三角网K1与J1无三角面相交，剔除完成。

步骤6 对剔除后的三角网添加样式，完成降维的地质体结构面模型，如图12所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法，包括以下步骤：

步骤1 ：原始钻孔数据属性包括钻孔孔号、钻孔平面坐标、钻孔地面高程、钻孔地层编号、地层顶距地面高、地层厚度这几个必要属性，基于此钻孔数据生成钻孔地层三维点；

步骤2 ：根据地层厚度对钻孔地层三维点进行符号化，较厚的地层显示为大的点符号，较薄的地层显示为小的符号，按需求划分类别；

步骤3 ：按照平面不重复和高程相近的构网条件，对钻孔地层点进行分组，对重复出现在钻孔中的钻孔地层点按照高程进行层次划分，对不同分组和不同层次的点按平面不重复和高程相近的条件组合构网；

步骤4：每个三角网都是由若干面组成的，根据三角面与钻孔的交叉情况进行三角网面的剔除；钻孔交叉规则为：将钻孔数据与所有三角网面投影到平面上，在平面坐标中，若存在三角网面包含钻孔，且钻孔位于三角网面除顶点外的区域中，则剔除该三角网面；

步骤5： 基于钻孔交叉规则进行三角网剔除后，再根据三角交叉规则进行三角网剔除，规则包括，两个立体三角面交点判断和三角面最短相交边判断，剔除有交点，且交点不落在三角面顶点，且相交边较长的三角面；

步骤6： 剔除后的三角网与符号化的钻孔地层点共同构成地质体结构面模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法其特征在于：所述的步骤1 中，原始钻孔数据属性包括钻孔孔号、钻孔平面坐标、钻孔地面高程、钻孔地层编号、地层顶距地面高、地层厚度这几个必要属性，基于钻孔数据生成钻孔地层三维点，分别对钻孔数据进行如下处理：

1）、将地层与钻孔对应，一个钻孔包含高程递减的多个地层数据；

2）、根据 钻孔地面高程 - 地层顶距地面高 -（地层厚度/2）的属性计算，得出每个地层在每个钻孔位置的中心点高程，即钻孔地层高程；

3）、将钻孔点依据平面坐标布点，再依据钻孔地层高程构建三维点集，得到钻孔地层点；钻孔地层点具有钻孔和地层的所有信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法其特征在于：所述的步骤3中：对于地层A，其出现于钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}中（n>=1，n为地层A出现的钻孔数量）；按照以下规则，对地层分别生成狄洛尼三角网：

1）、若地层A在钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}的每个钻孔Zi中（i>=1，i<=n）都不重复出现，则可直接基于A地层的钻孔地层三维点构建一个狄洛尼三角网；

2）、若地层A在钻孔集合U_A={Z1,Z2,…,Zn}的钻孔Zi中（i>=1，i<=n）存在重复，则根据高程将A的钻孔地层点集PA进行分组：

首先，根据钻孔号重复次数，将PA分为出现1次的PA1，出现2次的PA2，……，出现m次的PAm等m个三维点集合（m>=1，m不超过PA集合中点的数量）；

将出现1次的PA1定为层次1，出现2次的PA2分为层次1和层次2，出现m次的PAm分为层次1，层次2，…，层次m；

取PA1、PA2、…PAm中高程相近的层次组成平面上不重复的点集，分别构造狄洛尼三角网，得到三角网TA1，TA2，…，TAm；

3）、对所有地层重复步骤1～2，生成所有地层三角网T。

4.根据权利要求1所述的一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法其特征在于：所述的步骤5 中基于钻孔交叉规则进行三角网剔除后，再根据三角交叉规则进行三角网剔除；对于两个三角面TM1和TM2，分别根据其最大、最小的x、y、z值构建外包平行六面体TMR1和TMR2，若TMR1和TMR2空间上有重叠，则对其进行三角网交叉剔除判断，具体操作如下：

1）分别计算TM1的三边与TM2三角面的交点，与TM2的三边与TM1三角面的交点，进行2的判断；

2）若TM1的三边与TM2三角面无交点且TM2的三边与TM1三角面无交点，则不需要进行交叉面剔除，跳过步骤5；反之，进行3的判断；

3）若TM1的三边与TM2三角面无交点且TM2的三边与TM1三角面有交点，则剔除三角面TM1，若TM1的三边与TM2三角面有交点且TM2的三边与TM1三角面无交点，则剔除三角面TM2，完成TM1和TM2的三角面剔除，跳过4～8；若不是上述情况，进行4的判断；

4）若TM1的三边与TM2三角面只有一个交点，且位于三角面顶点，则不需要进行交叉面剔除，跳过步骤5；反之，进行5；

5）计算TM1与三角面TM2相交的所有边的长度，记录最短的边的长度h1；

6）计算TM2与三角面TM1相交的所有边的长度，记录最短的边的长度h2；

7）比较h1和h2，若h1<h2，则剔除三角面TM2，若h1>h2，则剔除三角面TM1，若h1=h2，则比较外包平行六面体TMR1和TMR2的体积，剔除体积较大的三角面；若TMR1和TMR2体积一致，则比较地层编号，保留理论上更新的地层。

5.根据权利要求1所述的一种基于钻孔数据的地质结构降维模型建模方法其特征在于：所述的步骤6中： 完成步骤4～步骤5的三角网剔除后，剩下的三角网即为地质体结构面，其与符号化的钻孔地层点共同构成地质体结构面模型，即降维模型；在剔除三角网后可能会有钻孔地层点独立出来，不与任何三角网相连，这些区域即对应地层孤立存在或与建模区域外部连接，这些区域周围存在地层不连续的情况，可辅助专业人员进行进一步判断。

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