CN1825139A - 一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法，用以通过地震数据和测井解释结果数据进行计算机处理而自动生成地层面模型，其特征在于，包括：步骤一，根据一地层断面的空间位置建立一断面树；步骤二，根据所述断面树划分地层离散点；步骤三，由所述地层离散点建立一变形场；步骤四，建立连续的地层曲面；及步骤五，通过所述变形场的作用力将所述地层曲面变形为实际地层面。本发明可处理断层较多、情况复杂的地质环境的情况，能够自动生成地层面，有效提高生成地层面的精确度和效率。

Description

一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法

技术领域

本发明涉及一种地层面模型的生成方法，特别是涉及计算机领域的一种基于变形场的地层面计算机图形模型生成方法。

背景技术

野外勘察和量测获得的地质信息是一些离散的数据，面对这些地质信息，地质工程师必然提出这样的问题，如何运用这些资料来推断其在研究区内的发育分布规律。即使能够预测地质信息在区域的分布情况，面对大量的输出数据，地质人员仍然会难于想象和分析。图形、图象是最直观的数据解释，且地质人员又习惯于用图件来反映地质信息，自然会希望利用计算机来显示结构面等在地质体中的分布情况。

图1所示为一正逆断层示意图，图2所示为一逆断层俯视图，图3所示为一断层相交时的示意图，图4所示为存在两个相交断层的地层形态图，图5所示为一断层示意图。目前，生成地层主要存在以下困难：断层数量较多，断层之间关系复杂，存在逆断层；断层有相交的情况；一个地质模型可能包括很多断层；存在逆断层时，根据地层被撕裂的情形，将断层分为两种类型：正断层和逆断层。在地层撕裂处以垂直方向看去，若被撕裂的地层两边没有重叠，这种断层称为正断层，否则称为逆断层，如图1所示。在正断层情况下，建立地层的难度相对较小，在逆断层的情况下生成的地层有重叠的部分，如图2所示，很多软件在处理过程中采用了正断层和逆断层分开处理的方式，正断层较少的认为控制，逆断层加入较多的人为控制因素。当断层有相交的情况发生时，生成地层也有困难，两个或两个以上的断层相交，相交处附近的地层受两个断层的影响，两个断面的交线处的地层要完全和断层走向贴和，如图3所示，其中，30为断面，31为两断面的相交处；断面相交时生成的地层如图4所示，其中40表示两断层相交处地层也在两断面上，41表示地层在断层处的断裂。图5所示为某油田数据生成的断层示意图，说明了一个地质模型可能包括很多断层。在进一步根据地层求解地层相关的物性参数，小层和地层剖面图的过程中也会存在地层生成困难，生成地层只是建模的第一步工作，在地层生成后还有一系列建模工作要做，比如油田部门要计算储油情况，要生成各地层的纵向剖切图等工作，这些工作如果要通过手工或者计算交线的方法可能会造成不准确和耗费时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法，用以解决现有技术中用户大量通过手动操作来生成地层面，对断层较多情况无法自动生成地层面，从而导致精确度不高和效率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法，用以通过地震数据和测井解释结果数据进行计算机处理而自动生成地层面模型，其特征在于，包括：步骤一，根据一地层断面的空间位置建立一断面树；步骤二，根据所述断面树划分地层离散点；步骤三，由所述地层离散点建立一变形场；步骤四，建立连续的地层曲面；及步骤五，通过所述变形场的作用力将所述地层曲面变形为实际地层面。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述方法进一步包括：步骤A，根据地层断面空间位置建立的断面树决定断面断裂的先后顺序和各断面之间的影响关系；步骤B，由所述断面树所表示的空间位置关系将地层的离散点分布到所述断面树的各个叶子节点；步骤C，通过所述断面树和断面树中分布的地层离散点逐个建立断面变形场，并通过该变形场的逆作用将全部该离散点恢复为一连续地层面的离散点；步骤D，由全部恢复的离散点来建立一连续的地层曲面；及步骤E，所述变形场按所述先后顺序作用于所述地层曲面，将该地层曲面撕裂变形为实际地层面。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述步骤A中还包括一建立地层断面的步骤，该地层断面由所输入数据中断面的离散点集合采用计算机自由曲面生成算法来建立。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述输入数据包括：地层面的离散点集合、断面的离散点集合。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述步骤C中还包括一为建立断面变形场步骤，包括：步骤C1，根据断面两侧的地层离散点插值出两片小的地层曲面；步骤C2，由所述两个地层曲面分别求出两条交线；及步骤C3，通过所述两条交线的Z值差，插值出断层面上Z方向的变形量。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述先后顺序为：断层面积大的断面先断裂，断层面积小的断面后断裂。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述步骤C、E中，所述变形场的建立和离散点的恢复过程按所述先后顺序的逆序进行；所述实际地层面的生成过程按所述顺序进行。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述断面变形场是根据断层两侧离散点的落差和断面的形态来建立的。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述步骤E中，所述实际地层面为一由计算机三角网格或自由曲面表示的地层面。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述地层面为一不连续曲面。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述断面树为一二叉树。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述二叉树的节点包括：节点主断面和子断面列表。

上述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其中，所述节点的左子节点及该左子节点的子节点在所述节点主断面的左侧；所述节点的右子节点及该右子节点的子节点在所述节点主断面的右侧。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为一正逆断层示意图；

图2为一逆断层俯视图；

图3为一断层相交时的示意图；

图4为存在两个相交断层的地层形态图；

图5为一断层示意图；

图6为现有的生成三维地层的流程图；

图7为基于断面区块方式的自动生成地层的流程图；

图8为本发明的地层面的离散点与断面的示意图；

图9为本发明的地层面生成的总流程图；

图10为一地层面的断层俯视示意图；

图11为一断面关系树；

图12为本发明的一断面示意图；

图13～图20为本发明实施例的一离散点生成地层的过程；及

图21～图36为本发明实施例的一地层生成具体过程示意图。

其中，附图标记：

30          断面

31          两断面的相交处

40          两断层相交处地层也在两断面上

41          地层在断层处的断裂

70、71、72  断面

73          地层的离散点

具体实施方式

图6所示为现有的生成三维地层的流程图。其在建立三维地层面模型时需要大量的手工编辑操作工作，在通过地层计算地层的物性参数和储层模型也需要大量的手动编辑计算，使用本方法建立三维地质模型—包括地层，地层的物性参数和储层。

对于所述流程图采用的方法，地质工作人员只要负责提供原始的建模离散点就可以建立断裂的地层模型并进行相关的进一步建模。具体步骤包括：步骤600，首先建立断面模型；步骤610，根据断面建立连续地层面模型；步骤620，根据地层和断层的交线编辑断裂地层；及步骤630，判断地层是否符合要求，若符合要求，则结束过程，若不符合要求，则执行步骤620。

地层面又称层面，地层面是地层与地层的分界面，一般来说同一地层内的密度是不变的，但地层与地层之间通常具有不同的地质属性，这是因为它们的地质构造不同；一般来说地层面就是地震射线反射面。一个地层面可以唯一的代表其下面紧邻的地层，因此，在地质处理系统中通常将对地层的研究转化为对地层面的研究。

每个地层都具有不同的地质属性，如地层的密度、地震波在地层中的传播速度等；这些属性是地质解释中不可缺少的数据来源。通常，某个属性在地层内是处处可变的，但为了简化模型，一般认为同一个地层内的属性值是常数。

断层面又称断面，是因受挤压或拉伸等作用过度，使地层发生断裂而形成的面。

地质面包括地层面与断层面，地质面与地质面之间可能相交。断层面是由于拉伸等作用过度使地层发生扭曲、变形直至出现裂口而形成的面，因此断层面是与部分地层面相交的；

地下地质构造可能相当复杂。断层描述地层的断裂情况，若断层与某个地层A相交，则表明在相交处A会出现裂口。断层与断层也可以相交。

图7所示为本发明的地层面的离散点与断面的示意图，图8所示为本发明的地层面生成的总流程图。地层在某一年代因地壳运动挤压或拉伸产生断裂，在地壳上的力不仅使裂口处地层发生形变也带动整个地层发生拉伸或挤压形变，经过地层产生形变，经过多次形变地层达到目前的形态，地质工作者采集到地层上的离散点数据。本发明的工作是根据离散点利用计算机来建立地层曲面。直接根据地层离散点来生成断裂的地层要考虑很多断层的信息，问题复杂。为了降低地层生成的难度，本方法将地层是逐渐断裂的情况作为已知条件来看待，地层的每次发生断裂形变就是受到力的作用发生形变，可以用一个变形力场来表示。为每次断裂建立一个变形场，将变形场按顺序逐个作用于一个连续的地层面就可以建立一个断裂的地层面。每个断层描述地层的一个裂口，所以方法为每个断层建立一个变形场，地层的离散点通过变形场的逆作用恢复为连续地层面的离散点，根据连续面的离散点生成曲连续的地层曲面，连续的地层曲面就可以通过变形场作用断裂为不连续的曲面，本地层生成方法的优点是无须求曲面之间交线，可以处理裂口及断面形态复杂的情况，数值稳定性更高。有利于进一步的三维模型处理及计算，如生成剖面图，小层等。本方法的流程包括方法输入数据和计算结果输出。

生成地层面计算机图形包括的输入数据主要有地震数据和测井解释结果两个部分：地震解释结果数据包括地层离散点数据、地层上的断层线数据、断面离散点数据。这些数据可以是地震解释软件生成的文件，也可以是从构造图扫描后采集得到的数据。测井解释结果数据包括层位信息表、井分层信息表、断面表、井断点表、井斜信息表，系统也可直接从用户的数据库中读取上述信息。

在本发明中，输入数据包括：地层面的离散点集合ScatterSet，描述地层裂口的断面集合FaultSet，断层面很多且互相相交截断，关系复杂，如图7所示，其中，70、71、72皆为断面，73为地层的离散点。

计算结果是以任何形式表示的地层面及相关的储层面；1、自由曲面表示法(参见，S.Auerbach，H.Schaeben，Computer aided geometric design of geologicsurfaces and bodies[J]，Journal of Math.Geology，Vol.22，No.8，1990.8；或者，张剑秋，张福炎，地震层位信息三维可视化[J]，石油地球物理勘探，Vol.33，No.1，1998.2，P117～124)；2、三角网格(TIN)曲面表示法(参见，杨钦，限定Delaunay三角剖分，北京航空航天大学博士论文，2001.8；或者，牛文杰，三维数据场可视化克里金建模及其算法的理论和应用研究，北京航空航天大学博士论文，2002.9)；3、PEBI网格曲面表示法(参见，Z.E.Heinemann，C.W.Brand，Griddingtechniques in reservoir simulation[C]，presented at First and Second InternationalForum on Reservoir Simulation，1989，P339～426；或者，谢海兵，马远乐，恒冠仁，郭尚平，非结构网格油藏数值模拟方法研究[J]，石油学报，Vol.22，No.1，2001.1，P63～67)。在本发明中，计算结果输出是由三角网格表示的地层面，即不连续曲面LayerFace。该结果也为以自由曲面来表示的地层面。该地层面在断层处出现裂口并且裂口边缘贴在断面上，地层上的已知离散点在生成的地层面上。

根据以上的思路，地层生成方法的内容如下：根据断面的空间位置来建立断面树；建立好的断面树是一棵二叉树，通过这个树决定地层裂口断裂的先后顺序及之间的相互影响顺序。通过这棵树可以查找空间的拓扑关系；根据断面树表示的位置关系将地层的离散点分布到断面树的叶子节点上；根据断面树和断面树中分布好的地层离散点来逐个建立断面变形场。到根节点时断层全部恢复，恢复好的地层离散点可以创建一个连续地层面；用恢复好的离散点建立连续的地层面；通过变形场的作用力将连续的地层面变形为撕裂的地层面。

图8所示的该总流程图包括：步骤800，首先根据断面建立断面树；步骤810，根据断面树划分地层离散点；步骤820，根据地层离散点建立变形场；步骤830，建立连续的地层曲面；及步骤840，根据变形场将连续的地层面变形为实际地层面。

断面树的建立。作用于地层面的变形场可以通过裂口两侧离散点的落差和断层的角度模拟出来。在断层两侧地层离散点有明显的落差：对于只有一个的裂口地层的变形场建立起来相对容易，只要考虑单个断面的形状和倾斜角度。但当裂口的数目增加时，为每个描述裂口的断面建立一个变形场时要考虑其他裂口相关，每个裂口的断裂时间不同，导致变形场的形态，影响范围也不同，如何为多个互相有干扰的断面建立变形场是本算法解决问题的基础。

裂口在不同年代产生的，早发生的地层裂口的形态会在下一次断裂中发生进一步的形变，比较理想的状况是，得知地层断裂的顺序，逐个按年代逆序恢复裂口。本算法设计为断面建立变形场，最终恢复到地层没有断裂的情况，生成连续曲面，再根据时代的顺序断裂连续曲面生成不连续的曲面了。生成连续曲面算法目前已经有较成熟的方法。在实际情况中无法得知断裂的准确顺序，所以本算法为断面的断裂顺序制定了如下规则：(1)断面两侧有较大的落差要后断裂；(2)分布在断面两侧的断面之间互相没有影响，恢复顺序可以不考虑。该利用规则可使得断面之间的影响减小。

为此，建立一个二叉树来排列断面断裂的顺序和各个断面之间的影响关系。每个二叉树节点由两部分信息组成：主变形场断面和子断面列表。断面树的父节点先于子断面断裂，影响子断面的断裂形态。断面的面积决定断面的断裂顺序，断面地理位置信息决定断面的影响关系。每个断面作为主变形场断面并不唯一出现，断面的变形场由一个或多个树节点决定。

本发明在设计过程中考虑到地层是分年代断裂的，所以根据断面的断裂顺序建立变形场是最接近实际地理情况下，但是在实际的数据中断面的断裂年代顺序难以确定，所以本发明根据断面的自身特点设计了断面的断裂顺序——按断层面积大小断裂，面积大的认为断裂先发生，面积小的则后发生，因为通常情况下，断面描述的裂口通常具有断面面积较大的地层的落差也比较大，对其他断面的影响也比较大，在恢复断面的过程中放在其他断面之后恢复能减少地层数据的波动，减小对变形场建立原则的依赖性更尊重原始数据。

因为先断裂的裂口也受后断裂的形变的影响，在某些情况下，因为断裂较小影响的也较小或因为跨裂口断裂所以影响也较小，所以在建立变形场时要考虑断面之间的影响关系。

在变形过程中，变形场的建立和恢复过程是按断面面积逆序，断裂生成地层的顺序是断裂的正序，为了简化生成变形场时许多断面之间的关系，为此本发明建立一棵断面二叉树来描述断面之间的关系和变形的先后顺序，划分地层空间。断面树节点的结构如下：

表1-1

FaultTreeNode
	+MainFault          节点主断面+FaultSet           子断面节点集合+LeftChildPointer   左子节点指针+RightChildPointer  右子节点指针

每个断层面将建模空间分为两个部分，一部分为称为左侧空间，另一部分称为右侧空间，该空间可任意确定，只要保证在整个计算过程中，每个断面的左侧和右侧唯一确定即可。树节点的主断面MainFault是当前断面树节点要描述的断面，节点主断面MainFault将存在的子断面节点集合FaultSet划归到两个子集合，一个集合的所有断面都和断面的左侧空间相干涉，另一个断面都在断面的右侧空间相干涉。

断面树描述的断面关系如下：(1)，断面树的父节点要晚于子节点建立变形场，子节点建立变形场时要受到所有父节点的影响。(2)，断面树的不同分支互相之间不受影响，断面树节点受所有父节点的影响，此父节点包括节点的父节点及其父节点的所有父节点。(3)，断面的主断面节点可能是同一断面，但同一断面作为主断面的树节点之间不存在直接或间接互为父节点的情况。

断面树的建立是一个递归的过程，通过逐级判定断面的关系来生成断面树。每个树的节点主断面在是空间划分断面，其左子节点及其子节点的节点主断面在当前节点主断面的左侧，其右子节点在当前节点主断面的右侧。

对输入断面集Faultset的断面按面积由大到小进行排序sort(Faultset)，得到有序断面集合Faultset’＝{f1，f2，….fn}，对于这个集合建立一个树节点FaultTreeNode，FaultTreeNode(MainFault)＝f1，FaultTreeNode(FaultSet)＝{f2，…fn}；根据GetLeftFaultSet(fault，S)计算出该子断面集合中所有与断面左侧(及其延长线上)的空间区域相干予的断面集合FaultSetLeft，并根据这个断面集合建立子节点，树节点的右子节点也同理，直到树节点FaultTreeNode的FaultSet集合为空，根据此法则递归建立一个断面树描述断面的地理位置。每个断面作为Mainfault一次或多次。此方法的程序示意描述如下。

    FaultTreeNode  *creatFaultTree(FaultSet)

    {

    FaultTreeNode  *pRetTreeNode=createATreeNodebyFaultSet(FaultSet)；

    //根据断面集建立一个断面树节点

    FaultSetLeft=GetLeftFaultSet(pRetTreeNode-＞Fault，FaultSet)；

    FaultSetRight=GetLeftFaultSet(pRetTreeNode-＞Fault，FaultSet)；

    If(IsNotEmpt(FaultSetLeft))

    LeftTreeNode=creatFaultTree(FaultSet-pRetTreeNode->Fault，)

    if IsNotEmpt(FaultSetLeft))

    RightTreenode=creatFaultTree(FaultSet-_pRetTreeNode->Fault，)

    Return pRetTreeNode

    }

图9所示为一地层面的断层俯视示意图，图10所示为一断面关系树。根据如上方法建立如下关系树这样建立的断面树有如下的逻辑关系，节点的左子节点及其子节点干预父断面节点的空间位置左侧，右子节点及其子节点干预父断面空间位置右侧，本算法以断面树为基础建立变形场。将ScatterSet中的点按空间位置分配到建好的树的叶子节点。即空间位置在断面左侧的点分配到断面左侧的子节点，空间位置在断面右侧的点分配到断面右侧的子节点，直至分配到叶节点。具体计算干预主断面区域的方法如上所述。如图9为断面俯视示意图；图9中所示的断面位置关系根据断面树的生成方法生成断面树如图所示。根据建立好的断面树，参见图10，将地层上的离散点分配到断面树的叶子节点上，因为离散点的影响范围很小，所以只要根据空间位置判定即可，空间位置在断面左侧的点分配到树节点主断面左侧的子节点，空间位置在树节点主断面右侧的点分配到断面右侧的子节点，逐级按直至分配到叶节点。如图9为点p1，p2，p3，p4，p5在断面树叶子节点的位置。

下面给出一地层断面的断面二叉树生成的一实施例。参见图5所示，其中，地层信息包括：地层离散点的数量为2337个，断层的数目为15，其断面是由TIN曲面表示；由该断面生成的断面二叉树为：断面f13的左子树是：f17，断面f13的右子树是：f17，断面f17的左子树是：f6，断面f17的右子树是：f6，断面f6的左子树是：f9，断面f6的右子树是：f8，断面f9的左子树是：f7，断面f9的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f8的左子树是：f10，断面f8的右子树是：f10，断面f10的左子树是：f11，断面f10的右子树是：f11，断面f11的左子树是：f7，断面f11的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f18的右子树是：f19，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f11的左子树是：f7，断面f11的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f10的左子树是：f7，断面f10的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f6的左子树是：f9，断面f6的右子树是：f8，断面f9的左子树是：f7，断面f9的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f5，断面f18的右子树是：f22，断面f22的左子树是：f23，断面f5的右子树是：f18，断面f18的右子树是：f21，断面f21的右子树是：f22，断面f8的左子树是：f10，断面f8的右子树是：f10，断面f10的左子树是：f11，断面f10的右子树是：f11，断面f11的左子树是：f7，断面f11的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f11的左子树是：f7，断面f11的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f10的左子树是：f7，断面f10的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f5，断面f5的右子树是：n8，断面f17的左子树是：f7，断面f17的右子树是：f7，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f7的左子树是：f4，断面f7的右子树是：f4，断面f4的左子树是：f18，断面f4的右子树是：f18，断面f18的右子树是：f21。

图11所示为本发明的一断面示意图。下面介绍基于变形场的地层生成。本发明为每个断面建立变形场，在场的作用下地层的离散点依据某一原则发生弹性形变，通过变形场将这一侧的地层离散点在断层两侧的落差恢复，模拟为地层产生形变出现此断层之前的状态。考虑到地层在断层处的形变是受到已断裂的裂口影响，所以变形场变形依据是：当前断面和地层已经断裂的裂口断面。所以采用断面树来决定当前断面受哪部分断面影响，即要尽量减少恢复断层后离散点与实际离散点的偏差，采用的策略是：a、当前断面决定变形的Z值差；b、本断面及其断面树中所有作为其父节点主断面的形态来决定的。

为每个断面建立变形场时，建模空间的地质元素通过变形场的逐级作用完成存在断面时的建模工作。变形场对空间断面的作用有两个方向。a，恢复变形场：变形场沿断面的恢复方向，在这个方向上，通过变形场的作用，断面两侧的离散点恢复到断面不存在的状态。b，断裂变形场：变形场沿断面断裂的方向，在这个方向上，通过变形场的作用，断面两侧的几何元素由连续的状态断裂到离散的状态。

变形场按断面逐个建立变形场，按断面的面积从小到大逐个恢复，当前待恢复断面一定是断面树的叶子节点的父节点，断面变形场建立在断面的正负任意一侧，通过恢复变形场将这一侧的地层离散点变形为未断裂的状态。每建立一个断面恢复变形场就将断面两侧的地层离散点恢复为不存在断面的地面情况如图11所示，此时该断层面在地质模型中就视为不存在了，断面树中该断面节点也就可以删除了，该断面中所有的地层离散都作为叶子节点挂载在作为其父节点的一个叶子子节点。断面将地层的离散点所有的断面恢复后，生成连续的曲面，再由断裂变形场连续的曲面变形为断裂的地层面。

本发明设计的变形场满足如下的特性：

1.同一断面的恢复变形场和断裂变形场互为逆作用；

2.变形场作用于任意一点时，点不会跨断面；

3.在断面上的点沿断面变形；及

4.变形场的范围以为恢复的断面为界，不跨过任意未恢复的断面。

每个变形场力的作用大小和方向由该变形场变形断面两侧的地层离散点落差和由变形断面及其断面树上以该断面作为节点主断面的所有节点的父节点集合共同作用的方向，该变形场的区域即为所有父节点断面围成的区域。

对于任意一个断面建立变形场的过程如下：1.根据断层两侧的地层离散点插值出两片小的地层面；2.根据两个曲面分别求出两条交线；及3.根据两条交线的Z值差，插值出断层面上Z方向的变形量。

变形量记录在断层的每个网格上，断面上的变形量是完全变形量，变形场中的其他空间位置的变形量是依据待计算点到断面的投影点的变形量为基础来计算的。

将变形场是通过该断面作为主断面的树节点的左右两侧离散点的Z值差和本断面及其断面树的中所有以该断面作为MainFault的所有父节点主断面的形态来决定的。断面两侧的离散点Z值差决定变形场的Z值变形量，断面及其父断面的形态决定离散点在x，y方向的变形量。变形场建立好后，通过变形场的作用将地层面的离散点恢复到在断面处恢复为地层撕裂之前的状态，变形后的点合并断面另一侧的点合在一起作为其父节点建立变形场的采样点，当断面的离散点恢复到未断裂以前时，对于为恢复的断面来说可以认为恢复的断面已经不存在了，所以所有正在恢复的断面都是树的子节点。

图12～图19为本发明实施例的一离散点生成地层的过程。具体为一变形场变形实际过程：地层离散点数目为2337，断面数目为3。变形场的Z方向变形量决定于断面两侧的变形量Z和空间点到变形断面的距离Dis，并认为当空间点距离断面的距离大于R时变形量为0；任意空间点的x，y偏移取决于所有父断面和当前断面的在Z提升后的x，y偏移值。本方法采用的Z方向的变形量计算公式如下。其中，Z方向的变形规则：

$\mathrm{\Δ}{Z}^{\′}=\mathrm{\ΔZ}\×\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2}\×{\mathrm{Dis}}_i\÷R)0\≤\mathrm{Dis}\≤R$ (式1-0)

X，Y方向的变形公式为：

(式1-1)

0≤Dis≤R

地层通过离散点生成的过程如图12～图19所示。地层的恢复和断裂的过程并不与实际断裂的过程一致，可以存在多种断面树的建立过程和变形场的建立方法，只要在变形过程中保证了变形场建立的合理性及正逆变形的准确性，就可以实现本方法。其中，图12所示为初始地层离散点数据；图13所示为恢复了一个小裂口后的地层面；图14所示为恢复另一个小裂口后的地层面；图15所示为完全恢复了离散点的数据后的地层面；图16所示为根据变形的离散点生成一个完整的地层面；图17所示为撕裂一个断面后的地层面；图18所示为撕裂两个断面后的地层面；及图19所示为计算完成后的地层面。

综上所述，给出了如下实施例。图20～图36所示为本发明实施例的一地层生成具体过程示意图。该图采用“利津地区”的数据，选取了三个断层，该断层互相相交，并互相裁减，产生断面的形态如图20所示；其断层的俯视图见图21；根据该断面的空间位置建立一棵断面树，如图22所示为建立好的断面树；将地层的离散点分布到各个叶子节点中各个节点的离散点，图23所示为叶子节点1的空间点的位置示意图，图24所示为叶子节点2的空间点的位置示意图，图25所示为叶子节点3的空间点的位置示意图，图26所示为叶子节点4的空间点的位置示意图，叶子节点5不存在空间点；地层离散点分配好后为各个断面建立变形场，每个断面两侧地层的离散点变形量，图27所示给出了断面F3的变形；图28所示给出了断面F2的变形场；图29所示给出了断面F1的变形场；根据变形场的变形，地层离散点统一为未断裂的地层面，见图30；其断裂地层面生成的过程见下图，图31、图32显示了断裂断面F1；图33、图34显示了断裂断面F2；图35、图36显示了断裂断面F3。

本发明通过断面树来建立变形场的好处是不需要考虑对当前断面无影响的地层采样点和断面，能表达出断面之间的逻辑关系，简单易行。虽然地层的恢复和断裂的过程并不与实际断裂的过程一致，但是在变形过程中保证了变形场建立的合理性及逆变形的准确性，所以生成的曲面与离散点偏差小，拟合曲面精度高，可实现过点插值，在连续处的光滑程度依插值方法而定。本发明解决了在断层较多、情况复杂的地质环境的情况下三维地质建模得问题，能够自动生成地层面，有效提高了精确度和效率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1、一种基于变形场的地层面计算机图形生成方法，用以通过地震数据和测井解释结果数据进行计算机处理而自动生成地层面图形，其特征在于，包括：

步骤一，根据一地层断面的空间位置建立一断面树；

步骤二，根据所述断面树划分地层离散点；

步骤三，由所述地层离散点建立一变形场；

步骤四，建立连续的地层曲面；及

步骤五，通过所述变形场的作用力将所述地层曲面变形为实际地层面。

2、根据权利要求1所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

步骤A，根据地层断面空间位置建立的断面树决定断面断裂的先后顺序和各断面之间的影响关系；

步骤B，由所述断面树所表示的空间位置关系将地层的离散点分布到所述断面树的各个叶子节点；

步骤C，通过所述断面树和断面树中分布的地层离散点逐个建立断面变形场，并通过该变形场的逆作用将全部该离散点恢复为一连续地层面的离散点；

步骤D，由全部恢复的离散点来建立一连续的地层曲面；及

步骤E，所述变形场按所述先后顺序作用于所述地层曲面，将该地层曲面撕裂变形为实际地层面。

3、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述步骤A中还包括一建立地层断面的步骤，该地层断面由所输入数据中断面的离散点集合采用计算机自由曲面生成算法来建立。

4、根据权利要求3所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述输入数据包括：地层面的离散点集合、断面的离散点集合。

5、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述步骤C中还包括一为建立断面变形场步骤，包括：

步骤C1，根据断面两侧的地层离散点插值出两片小的地层曲面；

步骤C2，由所述两个地层曲面分别求出两条交线；及

步骤C3，通过所述两条交线的Z值差，插值出断层面上Z方向的变形量。

6、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述先后顺序为：断层面积大的断面先断裂，断层面积小的断面后断裂。

7、根据权利要求6所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述步骤C、E中，所述变形场的建立和离散点的恢复过程按所述先后顺序的逆序进行；所述实际地层面的生成过程按所述顺序进行。

8、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述断面变形场是根据断层两侧离散点的落差和断面的形态来建立的。

9、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述步骤E中，所述实际地层面为一由计算机三角网格或自由曲面表示的地层面。

10、根据权利要求9述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述地层面为一不连续曲面。

11、根据权利要求2所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述断面树为一二叉树。

12、根据权利要求11所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述二叉树的节点包括：节点主断面和子断面列表。

13、根据权利要求12所述的基于变形场的地层面计算机图形生成方法，其特征在于，所述节点的左子节点及该左子节点的子节点在所述节点主断面的左侧；所述节点的右子节点及该右子节点的子节点在所述节点主断面的右侧。

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