專利名稱：基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)建模技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
地質(zhì)建模是在計(jì)算機(jī)上通過一定的技術(shù)手段對有限的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。本質(zhì)是將有限的離散空間樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)、可視的地質(zhì)面或者地質(zhì)體，其中層面的重構(gòu)是關(guān)鍵。層面重構(gòu)的方法中最重要的是插值方法和層面的模型結(jié)構(gòu)。插值是利用曲面擬合的方法，通過離散的輸入采樣點(diǎn)建立一個(gè)連續(xù)函數(shù)，用這個(gè)重建的函數(shù)求出任意位置的函數(shù)值。而層位重構(gòu)就是利用有限的三維空間離散重構(gòu)曲面的 方法。目前常用的空間插值方法有如下幾種(I)距離倒數(shù)乘方法距離倒數(shù)乘方法是一個(gè)加權(quán)平均插值法。它認(rèn)為待插值點(diǎn)距離最近的若干個(gè)已知點(diǎn)對待插值點(diǎn)的貢獻(xiàn)最大，其貢獻(xiàn)與距離成反比。方次參數(shù)控制著權(quán)系數(shù)如何隨著離開一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)距離的而下降。較近的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定較高的權(quán)重，較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定較小的權(quán)重。如下所示
η I
「I _ 會WZ = -----
Σ丄式中，Z是估計(jì)值，Zi是第i個(gè)已知點(diǎn)值，Cli是第i個(gè)已知點(diǎn)與待插值點(diǎn)的距離，P是加權(quán)系數(shù)，其值越高，表明距離的影響因素越大，插值結(jié)果就越具有平滑效果。距離反比加權(quán)算法具有較快的計(jì)算速度，但是容易受數(shù)據(jù)點(diǎn)集群的影響，實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)一種孤立點(diǎn)高于其周圍數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況，因此需要根據(jù)不同情況對距離反比加權(quán)法進(jìn)行限制。(2)自然鄰接點(diǎn)插值法自然鄰接點(diǎn)插值法是Surfer7. O才有的網(wǎng)格化新方法。其基本原理是對于一組泰森更多變形，當(dāng)在數(shù)據(jù)集中加入一個(gè)新的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，就會修改這些泰森多邊形，而使用鄰點(diǎn)的權(quán)重平均值將決定待插值的權(quán)重。它是均質(zhì)和無變化的，對均勻間隔的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值很有用，但是對于不均勻數(shù)據(jù)的插值則有缺陷，而不均勻的原始層位數(shù)據(jù)很常見。(3)克里金(Kriging)算法又稱空間自協(xié)方差最佳插值法，它是以南非礦業(yè)工程師D. G. Krige的名字命名的一種最優(yōu)內(nèi)插法，是一種很有用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格化方法。此方法建立在變異函數(shù)理論及結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)之上，通過引進(jìn)以距離為自變量的變異函數(shù)來計(jì)算權(quán)值，既能反映變量的空間結(jié)構(gòu)特性，又能反應(yīng)變量的隨機(jī)分布特性。從統(tǒng)計(jì)意義上講，它是從變量相關(guān)性和變異性出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無偏、最優(yōu)估計(jì)的一種方法；從插值角度來講，它是對空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無偏內(nèi)插估計(jì)的一種方法。由于克里金算法在空間層位插值中具有最佳效果，故本方案以克里金算法為基礎(chǔ)，解決復(fù)雜地形的層位插值問題。以上插值方法都局限于解決二維平面的層面擬合，并不能解決三維空間的層面擬合問題。在實(shí)際的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，地質(zhì)情況異常復(fù)雜，通常的二維平面的層面擬合并不能解決此類地質(zhì)層面的擬合問題。所以需要將三維空間問題轉(zhuǎn)化為二維空間問題，再利用以上的插值方法進(jìn)行層面擬合。層面模型的結(jié)構(gòu)就是層面數(shù)據(jù)的組織方式，不同的組織方式對于模型建立有不同的特點(diǎn)。現(xiàn)有提出的解決方案中主要的層面結(jié)構(gòu)有等高線、規(guī)則網(wǎng)格(GRID)、不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)。其中規(guī)則網(wǎng)格和TIN是應(yīng)用比較廣泛的層面模型結(jié)構(gòu)(I)規(guī)則網(wǎng)格(GRID)規(guī)則網(wǎng)格是以規(guī)則排列的矩形網(wǎng)格來表示層位模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易于構(gòu)網(wǎng)，數(shù)據(jù)存儲量小，還可以壓縮存儲，各種分析和計(jì)算非常方便有效。但是由于網(wǎng)格間距一定，存在著對于復(fù)雜的地形地貌難以確定合適的網(wǎng)格尺寸逼真表示的缺點(diǎn)。(2)不規(guī)則網(wǎng)格(TIN) 將采集的空間層面采樣點(diǎn)按一定的規(guī)則連接成覆蓋整個(gè)區(qū)域且相互不重疊的許多三角形，就構(gòu)成了 TIN。TIN能夠相對精確的表達(dá)地形的結(jié)構(gòu)和細(xì)部，較好的顧及層面特征點(diǎn)、特征線，表示復(fù)雜地形比矩形網(wǎng)格更精確。但是TIN的數(shù)據(jù)存儲與操作復(fù)雜。TIN的三角形點(diǎn)和邊的拓?fù)潢P(guān)系比較復(fù)雜，難以對TIN進(jìn)行地形分析，而且存儲空間較大，一般只適用于小范圍大比例尺的高精度地形建模。與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)包括在三維地質(zhì)層面的重構(gòu)問題上，目前國內(nèi)外有比較多的實(shí)現(xiàn)方案?，F(xiàn)有的方案根據(jù)是否需要斷層多邊形分為兩種一種是基于斷層多邊形約束的層面重構(gòu)方案，另一種是基于區(qū)域劃分的層面重構(gòu)方案。(I)基于斷層多邊形約束的層面重構(gòu)方案斷層多邊形就是三維斷層面和層位面的交線。層面重構(gòu)工作需要綜合分析多個(gè)界面上的斷層多邊形，根據(jù)斷層多邊形的約束來推測三維空間層位的形態(tài)。許多解釋系統(tǒng)算法也是在各個(gè)截面圖像的基礎(chǔ)上完成的，而非在三維原始數(shù)據(jù)上直接重構(gòu)的。目前在斷層多邊形組合上普遍采用手動(dòng)追蹤方式，即采用手工斷點(diǎn)連接方法，這種方式不僅誤差較大，影響構(gòu)造成圖的精度，而且效率極低。王兆湖、劉財(cái)?shù)忍岢鲆环N基于層位解釋的斷層多邊形自動(dòng)組合技術(shù)，但是該技術(shù)僅能在層位很連續(xù)、數(shù)據(jù)比較精細(xì)的情況下自動(dòng)追蹤出斷層多邊形，對于數(shù)據(jù)要求比較高，不適用普遍情況。(2)基于區(qū)域劃分的層面重構(gòu)方案基于區(qū)域劃分的三維地質(zhì)層面重構(gòu)現(xiàn)有方案較少，目前國內(nèi)只有蔡強(qiáng)和楊欽提出的一種重疊子區(qū)域的網(wǎng)格剖分方法[6]。此算法引入橋邊和相交環(huán)線的概念，通過聯(lián)動(dòng)剖分算法實(shí)現(xiàn)重疊區(qū)域下的層面重構(gòu)。此方案存在不足之處一、此方案通過在三維空間中求交線來劃分重疊子區(qū)域，三維空間中交線的求解比較復(fù)雜而且速度較慢。二、此方案并未提出解決多重逆斷層以及層位尖滅、層位沖出地表地底等特殊情況下的三維地質(zhì)層面重構(gòu)的方法。現(xiàn)有方案根據(jù)重構(gòu)層面的組織結(jié)構(gòu)，劃分為兩類基于規(guī)格網(wǎng)格(GRID)的層面重構(gòu)和基于三角形網(wǎng)格(TIN)的層面重構(gòu)。規(guī)則網(wǎng)格是以規(guī)則排列的矩形網(wǎng)格來表示層位模型。由于網(wǎng)格間距一定，對于復(fù)雜的地形地貌，難以確定合適的網(wǎng)格尺寸逼真表示。三角形網(wǎng)格的三角形點(diǎn)和邊的拓?fù)潢P(guān)系比較復(fù)雜，難以對TIN進(jìn)行地形分析，而且存儲空間較大，一般只適用于小范圍大比例尺的高精度地形建模。當(dāng)前國內(nèi)外針對地質(zhì)三維層面重構(gòu)和插值的方案有很多，但均存在如下局限性(I)現(xiàn)在大多數(shù)的地質(zhì)三維層面重構(gòu)方案都需要事先獲取斷層多變行。通過人工編輯斷層多邊形工作量巨大，而且準(zhǔn)確性難以保證，效率低下。而自動(dòng)生成斷層多邊形還沒有很好的解決方案。(2)大多數(shù)地質(zhì)三維層面重構(gòu)方案沒有考慮斷層的情況，有的方案雖然考慮了斷層，但是對于多重逆斷層的情況沒有考慮。(3)現(xiàn)有基于規(guī)則網(wǎng)格處理的地質(zhì)三維層面重構(gòu)方案的網(wǎng)格間距是確定的，不能 動(dòng)態(tài)適用地質(zhì)結(jié)構(gòu)的需要，難以精細(xì)表達(dá)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，通過劃分重疊子區(qū)域，在不需要斷層多邊形的情況下即可解決多重?cái)鄬又丿B等復(fù)雜地形條件下的三維地質(zhì)建模中的層面重構(gòu)問題；同時(shí)通過混合網(wǎng)格的插值方法，實(shí)現(xiàn)了對規(guī)格網(wǎng)格間距的動(dòng)態(tài)控制，從而可以精細(xì)表達(dá)出地質(zhì)結(jié)構(gòu)，重構(gòu)出的地質(zhì)層位面和斷層是嚴(yán)格封閉的，便于后期地質(zhì)建模中的處理，如成塊處理。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，包括如下步驟步驟一、混合網(wǎng)格插值方法在大網(wǎng)格內(nèi)部嵌套小網(wǎng)格，插值時(shí)先對大網(wǎng)格進(jìn)行插值，然后再利用已有的大網(wǎng)格的種子點(diǎn)以及大網(wǎng)格上的新插值點(diǎn)對小網(wǎng)格進(jìn)行插值；步驟二、定義層位段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；步驟三、斷層面擬合取斷層種子段解釋數(shù)據(jù)在網(wǎng)格平面上的二維包絡(luò)作為斷面擬合的插值包絡(luò)范圍，然后采用混合網(wǎng)格的插值方法對斷層包絡(luò)范圍內(nèi)斷層網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值；步驟四、層位原始數(shù)據(jù)編輯刪除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)；定義層位邊界和斷層為約束邊界，如果在一個(gè)二維剖面上，在兩個(gè)約束邊界之間有多個(gè)層位段，則需要將這些層位段組合成一個(gè)層位段；步驟五、初始化原始段數(shù)據(jù)初始化段和約束邊界的關(guān)聯(lián)關(guān)系；步驟六、子區(qū)域劃分；步驟七、斷層子區(qū)域?qū)游幻鏀M合( I)初始化上下盤種子點(diǎn)；(2)斷層上下盤子區(qū)域面插值；(3)斷層上下實(shí)際盤面的截取；步驟八、非斷層子區(qū)域的層位面擬合(I)初始化種子點(diǎn)既將非斷層區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，又將斷層子區(qū)域的邊界區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)；且對于已經(jīng)插值后的斷層子區(qū)域，將所有在二維平面上沒有重值的數(shù)據(jù)點(diǎn)也作為種子點(diǎn)；(2)非斷層子區(qū)域的插值對于已經(jīng)生成的種子點(diǎn)，采用混合網(wǎng)格插值方法對非斷層的子區(qū)域范圍的每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值；步驟九、層位尖滅、層位沖出地表地底的處理去除當(dāng)前層位非法的尖滅部分和沖出地表地底的部分。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是解決了三維地質(zhì)建模中復(fù)雜地形下的層位曲面重構(gòu)問題，為等值線繪制、地質(zhì)成塊等提供了新的思路。本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)只需要原始的層位采樣數(shù)據(jù)和斷層采樣數(shù)據(jù)，不需要斷層多邊形即可對重構(gòu)出層面。無需人工手動(dòng)編輯的斷層多邊形，省去了繁雜的人工編輯。(2)支持各類斷層，包括正斷層、逆斷層，同時(shí)可以處理多重?cái)鄬拥那闆r，適用于各 種復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)，能夠處理各種復(fù)雜情況下的層位插值，具有很好的適應(yīng)性。(3)適合三維地質(zhì)建模和二維層面繪制中的多種應(yīng)用，具有很好的通用性。(4)采用混合網(wǎng)格化的層位插值方法，既保證了數(shù)據(jù)的快速顯示，又保證了擬合的精度。(5)支持層位尖滅、層位沖出地表地底復(fù)雜情況的處理。(6)提出了利用斷面包絡(luò)來進(jìn)行子區(qū)域劃分的方法，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)。(7)通過邊界約束，實(shí)現(xiàn)了層面和斷層無縫擬合。重構(gòu)后的地質(zhì)層面和斷層面嚴(yán)格封閉。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖I是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的示意圖；圖3是初始化原始段數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式先對一些基本的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和方案用語進(jìn)行定義層位是指在地層層序中的某一特定位置。斷層巖體受力作用斷裂后，兩側(cè)巖塊沿?cái)嗔衙姘l(fā)生顯著位移的斷裂構(gòu)造。段數(shù)據(jù)層位或者斷層在一個(gè)剖面上由連續(xù)的一組離散點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)集合。斷層上盤位于斷層面上方。斷層下盤位于斷層面下方。地層尖滅是指沉積層向著沉積盆地邊緣，其厚度逐漸變薄直至沒有沉積。網(wǎng)格化對離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的區(qū)域劃分，以形成規(guī)則的邏輯網(wǎng)格，便于層位插值。插值利用已知點(diǎn)來計(jì)算未知點(diǎn)的過程。擬合利用層位插值完成之后的數(shù)據(jù)來形成層面的一個(gè)過程。一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，如圖I所示，包括如下步驟步驟一、混合網(wǎng)格插值方法
在已有的常用的網(wǎng)格插值方法中，如果網(wǎng)格太稀疏會導(dǎo)致精度不夠，而網(wǎng)格太密則會影響插值速度。本方案提出一種二級網(wǎng)格嵌套的混合網(wǎng)格插值方法，一級網(wǎng)格保證了插值的速度，而二級網(wǎng)格保證了插值的精度?；旌暇W(wǎng)格為二級網(wǎng)格，即大網(wǎng)格內(nèi)部嵌套小網(wǎng)格。插值時(shí)先對大網(wǎng)格上的點(diǎn)進(jìn)行插值，然后再利用已有的大網(wǎng)格的種子點(diǎn)以及大網(wǎng)格上的新插值點(diǎn)對小網(wǎng)格進(jìn)行插值。由于大小網(wǎng)格的比例，查找種子點(diǎn)的范圍以及種子點(diǎn)的數(shù)量可以人工手動(dòng)輸入，使插值可以針對不同的情況進(jìn)行不同的參數(shù)設(shè)置。這樣既解決了直接Kriging所支持的種子過少而造成插值精度不夠的問題，又提高了插值速度。(I)大網(wǎng)格插值對于待插值的大網(wǎng)格點(diǎn)，通過搜索插值點(diǎn)周圍的合法種子點(diǎn)來對該插值點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算。在某些種子點(diǎn)稀疏的層位中，僅依靠種子點(diǎn)來進(jìn)行插值是無法將所有插值點(diǎn)都計(jì)算完畢的。在這種情況下，保留無法計(jì)算Z值的插值點(diǎn)，在所有能依靠種子點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算的插值點(diǎn)處理完畢后，將插值完成的點(diǎn)當(dāng)作新的種子點(diǎn)來進(jìn)行層位補(bǔ)償插值，直到所有插 值點(diǎn)均處理完畢。大網(wǎng)格插值的具體方法如下I)逐個(gè)掃描大網(wǎng)格點(diǎn)，確定大網(wǎng)格點(diǎn)是否需要進(jìn)行插值，如果此大網(wǎng)格點(diǎn)已經(jīng)存在數(shù)據(jù)點(diǎn)，則不需要進(jìn)行插值，否則需要插值。2)對需要插值的大網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)人工輸入搜索范圍，即再搜索的大網(wǎng)格數(shù)目，搜索當(dāng)前插值點(diǎn)周圍的大網(wǎng)格的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)。3)根據(jù)人工輸入的扇區(qū)對種子點(diǎn)進(jìn)行扇區(qū)分類。4)對每個(gè)扇區(qū)內(nèi)找到的種子點(diǎn)，按照其距當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)距離從小到大排列。5)根據(jù)輸入的每個(gè)扇區(qū)種子點(diǎn)數(shù)量選取閾值，并選擇此扇區(qū)范圍內(nèi)距離待插值網(wǎng)格點(diǎn)最近的閾值范圍內(nèi)的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)加入到當(dāng)前大網(wǎng)格插值的種子點(diǎn)隊(duì)列中。6)若當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)沒有找到有效的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，則當(dāng)前大網(wǎng)格不插值，轉(zhuǎn)向處理下一個(gè)大網(wǎng)格點(diǎn)，否則轉(zhuǎn)向第7)步。7)用當(dāng)前大網(wǎng)格插值種子點(diǎn)隊(duì)列中的種子點(diǎn)對當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值。8)若所有的大網(wǎng)格點(diǎn)已經(jīng)處理過一次，則檢查是否有大網(wǎng)格點(diǎn)插值失敗，若有大網(wǎng)格點(diǎn)插值失敗，則將已經(jīng)插值成功的大網(wǎng)格點(diǎn)也作為種子點(diǎn)，返回第I)步進(jìn)行再插值，直到所有網(wǎng)格點(diǎn)插值成功。(2)小網(wǎng)格點(diǎn)插值經(jīng)過大網(wǎng)格插值后，層位網(wǎng)格上所有的大網(wǎng)格點(diǎn)已經(jīng)插上了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。再利用已有的大網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行小網(wǎng)格的細(xì)分插值。為了提高插值速度，對小網(wǎng)格點(diǎn)的插值是以大網(wǎng)格為單位來進(jìn)行處理的。對于某個(gè)大網(wǎng)格，搜索當(dāng)前大網(wǎng)格內(nèi)的種子點(diǎn)以及周圍的八個(gè)大網(wǎng)格內(nèi)的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)作為原始種子點(diǎn)，然后利用Kriging插值將這些原始種子點(diǎn)擬合成一個(gè)曲面。對于大網(wǎng)格內(nèi)的所有的小網(wǎng)格點(diǎn)可以直接通過取這個(gè)曲面上的值來進(jìn)行插值，避免多次Kriging插值。即通過一份數(shù)據(jù)，一次Kriging插值擬合,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)大網(wǎng)格內(nèi)小網(wǎng)格點(diǎn)的插值，大大提高插值的效率。對于某個(gè)插值點(diǎn)Ix來說，若找到的合法種子點(diǎn)集為S’={Si，S2，…，Sk}，且滿足k彡2，則可利用克里金進(jìn)行插值。S’對應(yīng)的點(diǎn)集坐標(biāo)為SP={p” p2，…，pk},其中PiQ彡i彡k)為三維坐標(biāo)點(diǎn)(xi； Yi, Zi), Ix的坐標(biāo)為(x0, y0, z), z未知。克里金層位插值就是利用已知點(diǎn)集SP和插值點(diǎn)的Xy坐標(biāo)(Xci, y0)來計(jì)算插值點(diǎn)z值的過程。步驟二、定義層位段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層位段數(shù)據(jù)是一串連續(xù)離散點(diǎn)的集合。由于段是離散點(diǎn)的集合，所以段的屬性對于該段上的所有種子點(diǎn)都是統(tǒng)一的，和斷層的關(guān)系邏輯性強(qiáng)。本方案中定義段解釋數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Seg={ID, Direct, UpOrDown, Start, End, Points, Leftlnfo, Rightlnfo}ID :段歸屬的層位的索引號。Direct:段方向X軸方向的段為X_Direct，Y軸方向的為Y_Direct。 UpOrDown:段和斷層的關(guān)系位于斷層上盤為UP,位于斷層下盤為Down。Start :段開始位置。End:段結(jié)束位置。定義段的段頭和段尾關(guān)聯(lián)信息結(jié)構(gòu)為Info={ID, UpOrDown}HeadInfo:段左段頭的關(guān)聯(lián)信息Info。RearInfo:段右段尾的關(guān)聯(lián)信息Info。Points :段的離散點(diǎn)集合。定義層位集合為:S={S” S2. . . SJ , Si為第i個(gè)層位集合。層位Si的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為Si= {ID, XSegments, YSegments}, ID 為層位 Si 的層位號，XSegments 為屬于層位 Si的X軸方向的所有段數(shù)據(jù)集合，YSegments為Y軸方向的所有段數(shù)據(jù)集合。步驟三、斷層面擬合斷層是地殼巖層因受力達(dá)到一定強(qiáng)度而發(fā)生破裂，并沿破裂面有明顯相對移動(dòng)的構(gòu)造。斷層斷裂錯(cuò)開的面稱為斷層面。斷層面兩側(cè)的巖塊稱為斷盤，位于斷層面之上的稱為上盤，斷層面之下的稱為下盤。按照斷層的唯一性質(zhì)分為上盤相對下降的正斷層和上盤相對上升的逆斷層。斷面擬合需要先確定斷面擬合的插值范圍。由于本方案是基于網(wǎng)格的，所以取斷層種子段解釋數(shù)據(jù)在網(wǎng)格平面上的二維包絡(luò)作為斷面擬合的插值包絡(luò)范圍。然后采用混合網(wǎng)格的插值方法對斷層包絡(luò)范圍內(nèi)斷層網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值。步驟四、層位原始數(shù)據(jù)編輯對于某些層位數(shù)據(jù)來說，可能其原始數(shù)據(jù)有部分違反實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造，主要是以下情況如圖2所示，在斷層的上盤或者下盤，有且只能有一個(gè)層位面，而在解釋地震數(shù)據(jù)的時(shí)候，可能會出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。因此需自動(dòng)裁剪和手動(dòng)編輯層位原始數(shù)據(jù)，刪除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)以便進(jìn)行層位空間插值，從而擬合出正確的層面。定義層位邊界和斷層為約束邊界，則位于兩個(gè)約束邊界之間的所有層位段是具有相同屬性的。如果在一個(gè)二維剖面上，在兩個(gè)約束邊界之間有多個(gè)層位段，則需要將這些層位段組合成一個(gè)層位段，具體的組合方法如下(I)將當(dāng)前剖面上的層位段按段開始位置遞增排序。(2)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前剖面上的斷層。(3)對每個(gè)斷層進(jìn)行處理。上盤處理找到緊鄰當(dāng)前斷層上盤的層位段Seg，然后以此層位段為初始段，查找下一個(gè)可以和其合并的層位段進(jìn)行合并。Seg更新指向合并后段，遞歸合并下一個(gè)段，直到某個(gè)約束邊界為止。下盤處理也一樣。(4)如果沒有斷層，則只需將所有的層位段按起始截止位置合并成一段。步驟五、初始化原始段數(shù)據(jù)由于層位段是被層位邊界和斷層定義的約束邊界所約束的，所以段頭和段尾必然和某一個(gè)約束邊界相關(guān)聯(lián)。初始化原始段數(shù)據(jù)即初始化段和約束邊界的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖3所示。步驟六、子區(qū)域劃分子區(qū)域劃分的目的是使整個(gè)層位劃分為若干個(gè)小的子區(qū)域，而這些子區(qū)域都是沒有重值的，從而使比較復(fù)雜的重?cái)鄬右约澳鏀鄬拥牟逯底兂蓻]有重值的插值。子區(qū)域劃分是根據(jù)斷面的包絡(luò)范圍來確定的，每一個(gè)斷層都會對應(yīng)兩個(gè)子區(qū)域，即上盤子區(qū)域和下盤子區(qū)域。 定義斷面Fi的包絡(luò)范圍為Pi，Pi為斷面Fi在網(wǎng)格上的二維投影包絡(luò)范圍。定義斷層Fi對應(yīng)的上盤子區(qū)域?yàn)閁i，下盤子區(qū)域?yàn)镈i。則Ui和Di是當(dāng)前斷層包絡(luò)范圍和當(dāng)前斷層Fi相關(guān)聯(lián)的一系列斷層的包絡(luò)范圍的集合。子區(qū)域劃分的具體方法如下(I)若斷層Fi包絡(luò)范圍Pi沒有和其他斷層包絡(luò)范圍相重疊，則斷層Fi的上下盤子區(qū)域即為斷層Fi的包絡(luò)范圍Si，即Di={Pi}，Ui={Pi}。(2)若有多個(gè)斷層{Fs. ..Ft}的包絡(luò)范圍{Ps. ..Pt}和斷層Fi的包絡(luò)范圍相重疊且和斷層Fi的上(下)盤直接相鄰，則斷層Fi的上(下)盤子區(qū)域?yàn)樗邢嚓P(guān)斷層的包絡(luò)范圍的集合，即 Ui (Di) = {Pi, Ps. · · Pt}。(3)所有斷層的上下盤子區(qū)域劃分完后，剩余的非斷層層位區(qū)域作為一個(gè)單獨(dú)的非斷層子區(qū)域LH。則層位H的整個(gè)區(qū)域可以表示為H={Ul，Dl...Ui，Di，LH}。Ui和Di分別為和層位H關(guān)聯(lián)的斷層Fi的上盤子區(qū)域和下盤子區(qū)域，LH為非斷層區(qū)域。步驟七、斷層子區(qū)域?qū)游幻鏀M合(I)初始化上下盤種子點(diǎn)要對某一子區(qū)域插值，先要確定這個(gè)子區(qū)域插值的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些種子點(diǎn)數(shù)據(jù)在二維平面投影上是沒有重值的。設(shè)第i個(gè)層位的數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)為Si=UD, XSegments, YSegments}, ID為層位的層位號，XSegments為X軸方向的所有段數(shù)據(jù)集合，YSegments為Y軸方向的所有段數(shù)據(jù)集合。定義UpSegs為斷層上盤種子段，DownSegs為斷層下盤種子段。則UpSegs或DownSegs的集合形式為UpSegs= {segl, seg2. . . segi}DownSegs= {segl, seg2. . . segj}其中段segi或segj為層位Si的段集合中的某一段，且具有如下屬性segi或segj的段頭關(guān)聯(lián)的為當(dāng)前斷層上盤，segi或segj的段尾關(guān)聯(lián)的為當(dāng)前斷層下盤。設(shè)斷層上盤子區(qū)域種子點(diǎn)集合為UpPoints,下盤子區(qū)域種子點(diǎn)集合為DownPoints。則UpPoints和DownPoints的表達(dá)式形式為UpPoints= {pi, p2. . . pi}
DownPoints= {pi, p2. . . Pj}上式中pi、pj分別是Ui、Di段中的點(diǎn)，且二者在網(wǎng)格坐標(biāo)上的二維投影分別在斷層的上、下盤子區(qū)域(UpPoints、DownPoints)內(nèi)。(2)斷層上下盤子區(qū)域面插值用混合網(wǎng)格的插值方法,分別以UpPoints和DownPoints為插值的種子點(diǎn),對斷層的上下盤子區(qū)域范圍的每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值。(3)斷層上下實(shí)際盤面的截取定義插值之后得到的斷層上下盤子區(qū)域的層位面數(shù)據(jù)為初始上下盤面，而初始上下盤面數(shù)據(jù)是在整個(gè)斷層上下盤子區(qū)域范圍內(nèi)的，要比實(shí)際的上下盤層位面數(shù)據(jù)大，穿越了斷層面。需要根據(jù)斷層的約束來對初始上下盤面數(shù)據(jù)進(jìn)行截取。為了使上下盤面和斷層 嚴(yán)格封閉，我們在截面的同時(shí)，對實(shí)際上下盤面進(jìn)行封閉處理。定義兩點(diǎn)之間連線如果沒有穿越斷層，則稱這兩點(diǎn)可連通。我們以一個(gè)必在實(shí)際的上下盤面數(shù)據(jù)上的點(diǎn)為初始源點(diǎn)，通過連通性遞歸搜索出實(shí)際的上下盤面。實(shí)際上盤面的遞歸搜索方法如下I)遍歷初始上盤面網(wǎng)格，找到一個(gè)必在斷層面網(wǎng)格上的點(diǎn)P，則點(diǎn)P必在實(shí)際的上盤面上,故以點(diǎn)P為初始源點(diǎn)。2)設(shè)立一個(gè)數(shù)據(jù)棧STACK，用來存放源點(diǎn)。首先將源點(diǎn)P壓入數(shù)據(jù)棧STACK中。3)判斷數(shù)據(jù)站STACK是否為空，如果為空，則遞歸搜索結(jié)束。否則從數(shù)據(jù)棧STACK中取出一點(diǎn)q。遍歷點(diǎn)q在網(wǎng)格坐標(biāo)上的上下左右四個(gè)點(diǎn)pi (i=l，2，3，4)。4)如果pi可以和q連通，則將pi加入到實(shí)際上盤面中，同時(shí)將pi壓入到數(shù)據(jù)棧STACK中。如果pi不能和q連通，則說明q是實(shí)際上盤面的邊界點(diǎn)，則將q點(diǎn)z值更改為對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的斷層面的z值。對于實(shí)際下盤面的遞歸搜索和上盤面的處理也是一樣的。步驟八、非斷層子區(qū)域的層位面擬合(I)初始化種子點(diǎn)如果僅僅選擇位于非斷層區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)進(jìn)行層位插值擬合，則會使非斷層子區(qū)域的層位面和斷層子區(qū)域的層位面之間過渡不平滑。本發(fā)明既將非斷層區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，又將斷層子區(qū)域的邊界區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，從而解決了子區(qū)域之間過渡不平滑的問題。對于已經(jīng)插值后的斷層子區(qū)域，將所有在二維平面上沒有重值的數(shù)據(jù)點(diǎn)也作為種子點(diǎn)。(2)非斷層子區(qū)域的插值對于已經(jīng)生成的種子點(diǎn)，用混合網(wǎng)格的插值方法，對非斷層的子區(qū)域范圍的每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值。插值完成后整個(gè)層位曲面擬合完成。步驟九、層位尖滅、層位沖出地表地底的處理層位尖滅和層位沖出地表地底的情況本質(zhì)上是一樣的，都是用尖滅層位和地表地底面去對當(dāng)前層面進(jìn)行約束。所以只需要將當(dāng)前層位非法的尖滅部分和沖出地表地底的部分去除就可以。定義當(dāng)前插值層位為主層位S，和當(dāng)前層位有尖滅的層位為Hi,地表面為UH，地底為DH。定義Hi、UH、DH為約束層位，則約束層位和主層位之間有相對關(guān)系即哪個(gè)層位在上，哪個(gè)在下。則層位尖滅、層位沖出地表地底的處理方法如下(I)如果當(dāng)前約束層位為地表，則將所有沖出地表(即網(wǎng)格點(diǎn)上Z值小于地表面上對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的Z值)的點(diǎn)截取。(2)如果當(dāng)前約束層位為地底，則將所有沖出地底(即網(wǎng)格點(diǎn)上Z值大于地底面上對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的Z值)的點(diǎn)截取。
(3)如果當(dāng)前約束層位為尖滅層位。如果此尖滅層位在主層位S上，則將網(wǎng)格點(diǎn)上Z值小于約束層位對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的Z值的點(diǎn)截取。如果此尖滅層位在主層位S下，則將網(wǎng)格點(diǎn)上Z值大于約束層位對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的Z值的點(diǎn)截取。
權(quán)利要求
1.一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、混合網(wǎng)格插值方法在大網(wǎng)格內(nèi)部嵌套小網(wǎng)格，插值時(shí)先對大網(wǎng)格進(jìn)行插值，然后再利用已有的大網(wǎng)格的種子點(diǎn)以及大網(wǎng)格上的新插值點(diǎn)對小網(wǎng)格進(jìn)行插值； 步驟二、定義層位段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 步驟三、斷層面擬合取斷層種子段解釋數(shù)據(jù)在網(wǎng)格平面上的二維包絡(luò)作為斷面擬合的插值包絡(luò)范圍，然后采用混合網(wǎng)格的插值方法對斷層包絡(luò)范圍內(nèi)斷層網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值； 步驟四、層位原始數(shù)據(jù)編輯刪除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)；定義層位邊界和斷層為約束邊界，如果在一個(gè)二維剖面上，在兩個(gè)約束邊界之間有多個(gè)層位段，則需要將這些層位段組合成一個(gè)層位段； 步驟五、初始化原始段數(shù)據(jù)初始化段和約束邊界的關(guān)聯(lián)關(guān)系； 步驟六、子區(qū)域劃分； 步驟七、斷層子區(qū)域?qū)游幻鏀M合 (1)初始化上下盤種子點(diǎn)； (2)斷層上下盤子區(qū)域面插值； (3)斷層上下實(shí)際盤面的截??； 步驟八、非斷層子區(qū)域的層位面擬合 (1)初始化種子點(diǎn)既將非斷層區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，又將斷層子區(qū)域的邊界區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)作為種子點(diǎn)；且對于已經(jīng)插值后的斷層子區(qū)域，將所有在二維平面上沒有重值的數(shù)據(jù)點(diǎn)也作為種子點(diǎn)； (2)非斷層子區(qū)域的插值對于已經(jīng)生成的種子點(diǎn)，采用混合網(wǎng)格插值方法對非斷層的子區(qū)域范圍的每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值； 步驟九、層位尖滅、層位沖出地表地底的處理去除當(dāng)前層位非法的尖滅部分和沖出地表地底的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，其特征在于所述對大網(wǎng)格進(jìn)行插值的方法為 1)逐個(gè)掃描大網(wǎng)格點(diǎn)，確定大網(wǎng)格點(diǎn)是否需要進(jìn)行插值，如果大網(wǎng)格點(diǎn)已經(jīng)存在數(shù)據(jù)點(diǎn)，則不需要進(jìn)行插值，否則需要插值； 2)對需要插值的大網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)人工輸入搜索范圍，搜索當(dāng)前插值點(diǎn)周圍的大網(wǎng)格的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)； 3)根據(jù)人工輸入的扇區(qū)對種子點(diǎn)進(jìn)行扇區(qū)分類； 4)對每個(gè)扇區(qū)內(nèi)找到的種子點(diǎn)，按照其距當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)距離從小到大排列； 5)根據(jù)輸入的每個(gè)扇區(qū)種子點(diǎn)數(shù)量選取閾值，并選擇此扇區(qū)范圍內(nèi)距離待插值網(wǎng)格點(diǎn)最近的閾值范圍內(nèi)的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)加入到當(dāng)前大網(wǎng)格插值的種子點(diǎn)隊(duì)列中； 6)若當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)沒有找到有效的種子點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，則當(dāng)前大網(wǎng)格不插值，轉(zhuǎn)向處理下一個(gè)大網(wǎng)格點(diǎn)，否則轉(zhuǎn)向第7)步； 7)用當(dāng)前大網(wǎng)格插值種子點(diǎn)隊(duì)列中的種子點(diǎn)對當(dāng)前大網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行Kriging插值； 8)若所有的大網(wǎng)格點(diǎn)已經(jīng)處理過一次，則檢查是否有大網(wǎng)格點(diǎn)插值失敗，若有大網(wǎng)格點(diǎn)插值失敗，則將已經(jīng)插值成功的大網(wǎng)格點(diǎn)也作為種子點(diǎn)，返回第I)步進(jìn)行再插值，直到所有網(wǎng)格點(diǎn)插值成功。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，其特征在于所述將多個(gè)層位段組合成一個(gè)層位段的方法為 (1)將當(dāng)前剖面上的層位段按段開始位置遞增排序； (2)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前剖面上的斷層； (3)對每個(gè)斷層進(jìn)行處理； (4 )如果沒有斷層，則只需將所有的層位段按起始截止位置合并成一段。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，其特征在于所述子區(qū)域劃分的方法為 (1)若某斷層包絡(luò)范圍沒有和其他斷層包絡(luò)范圍相重疊，則該斷層的上下盤子區(qū)域即為斷層的包絡(luò)范圍； (2)若有多個(gè)斷層的包絡(luò)范圍和某一斷層的包絡(luò)范圍相重疊且和該斷層的上盤或下盤直接相鄰，則該斷層的上盤或下盤子區(qū)域?yàn)樗邢嚓P(guān)斷層的包絡(luò)范圍的集合； (3)所有斷層的上下盤子區(qū)域劃分完后，剩余的非斷層層位區(qū)域作為一個(gè)單獨(dú)的非斷層子區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于區(qū)域劃分的空間復(fù)雜層位重構(gòu)方法，通過劃分重疊子區(qū)域，在不需要斷層多邊形的情況下即可解決多重?cái)鄬又丿B等復(fù)雜地形條件下的三維地質(zhì)建模中的層面重構(gòu)問題；同時(shí)通過混合網(wǎng)格的插值方法，實(shí)現(xiàn)了對規(guī)格網(wǎng)格間距的動(dòng)態(tài)控制，從而可以精細(xì)表達(dá)出地質(zhì)結(jié)構(gòu)，重構(gòu)出的地質(zhì)層位面和斷層是嚴(yán)格封閉的，便于后期地質(zhì)建模中的處理，如成塊處理。
文檔編號G06T17/05GK102867330SQ20121031156
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者魯才, 李光友, 胡光岷 申請人:電子科技大學(xué)