本發(fā)明涉及地質(zhì)建模技術領域，尤其是一種地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法。

背景技術：

地質(zhì)分區(qū)圖是一種常用的表示區(qū)域巖石地層分布及構造特征的重要圖件，也是一個區(qū)域最容易獲取且包含地質(zhì)信息和專家經(jīng)驗的基礎數(shù)據(jù)。它包含地層的層序與厚度、地質(zhì)構造的走向與傾向等地質(zhì)要素的空間幾何信息，而且能綜合反映地層面及構造的接觸關系和空間展布規(guī)律。

多源數(shù)據(jù)包括：鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖、地形圖、地貌圖等數(shù)據(jù)。其中，鉆孔是具有狹小地表面積和一定深度的柱狀三維體，工程鉆探法是獲取地下巖土層分布狀況、構造、含水量等三維空間信息的重要方法。鉆孔信息直觀、準確、詳細的特性也使其在三維地層模擬中具有至關重要的意義；剖面圖包括鉆孔信息和專家經(jīng)驗知識，是整個建模數(shù)據(jù)源中比較復雜的一類，引入交叉剖面數(shù)據(jù)能夠確定建模區(qū)域內(nèi)的地層骨架；地質(zhì)圖能夠反映地下地層以及各種地質(zhì)構造之間的分布和交錯情況。

層狀地質(zhì)體建模技術目前普遍應用于各專業(yè)的三維地質(zhì)建模中，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、第四紀地質(zhì)、煤/巖層三維結構的模擬，都可劃歸為層狀地質(zhì)體結構建模。

目前的層狀地質(zhì)體建模方法主要包括基于控制性鉆孔全自動建模和基于交叉剖面的半自動交互式建模。大多采用以控制性鉆孔為主的多源數(shù)據(jù)自動建模和基于交叉剖面的半自動交互式建模方法，其中全自動建模的優(yōu)點是速度快，但是算法時空復雜度大，有嚴重的數(shù)據(jù)冗余，求交次數(shù)可指數(shù)級化簡，數(shù)據(jù)量的支持有限，鉆孔數(shù)據(jù)量較大；且不可支持用戶指定分區(qū)，自動模擬結果有時會與實際相差較遠?；诮徊嫫拭娴陌胱詣咏换ナ浇?，優(yōu)點是可以解決復雜的地層結構例如斷層等問題。缺點是建模過程較繁瑣，耗時長，投入大，效率低，不易于模型的修改，要求建模人員不但具有基礎地學知識和gis拓撲方面的知識，還要求建模人員有較好的三維空間想象能力，且需要大量的專業(yè)人員的交互。

目前的層狀地質(zhì)體建模工具和結果已經(jīng)不能滿足部分用戶的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，提高建模效率和建模成果準確度。

為解決以上技術問題，本發(fā)明的技術方案為：地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法，其不同之處在于：所述方法采用自頂向下的方式進行建模，其包括如下步驟：

a）對多源地質(zhì)數(shù)據(jù)進行一致性處理，然后采用空間插值算法對地層參數(shù)進行內(nèi)插和外推形成虛擬鉆孔，并獲取虛擬鉆孔的高程信息；

b）根據(jù)地表地質(zhì)分區(qū)圖、步驟a）所得的一致性處理后的數(shù)據(jù)及虛擬鉆孔的高程信息，構建第一層地層的頂板面及第一層地層底板面，并記錄第一層地層的頂板面及第一層地層底板面的屬性，再根據(jù)標準地層表的標準層序剝離第一層地層，出露地表面為第一層地層的頂板面；

c）根據(jù)標準地層表的標準層序得到下一個需剝離的地層l，地層l的上覆地層剝離后，形成新的地表出露區(qū)，根據(jù)l地層的地質(zhì)分區(qū)圖、步驟a）所得的一致性處理后的數(shù)據(jù)及虛擬鉆孔的高程信息，構建地層l的新的地表出露區(qū)及地層l底板面，并記錄地層l的頂板面及底板面的屬性，新的地表出露區(qū)和上覆地層的底板面共同組成地層l的頂板面；

d）將地層l與上覆地層求交，更新上覆地層的地質(zhì)體的子面集合；

e）記錄所有地層的子面信息，將以層面拓撲關系組織的地質(zhì)界面根據(jù)其相交而形成的拓撲關系轉變?yōu)榉忾]的、以塊體拓撲形式組織的集合，從而生成封閉的、法向一致的地質(zhì)塊體模型；

f）判斷是否構建完所有地質(zhì)塊體，若構建完，則地質(zhì)塊體組合成三維結構模型，若未構建完，則重復步驟c）至步驟f），直至將地質(zhì)塊體組合成三維結構模型。

按以上技術方案，所述多源地質(zhì)數(shù)據(jù)包括鉆孔數(shù)據(jù)、剖面圖、地質(zhì)圖、地形圖、及地貌圖。

按以上技術方案，在所述步驟c）中，若地層l達到了建模邊界，則需構建地層l的側面模型，地層l的側面模型構建方法為：將地層l的頂板面及底板面上下近似垂直連接。

按以上技術方案，在所述步驟c）中，若所述地層l為大層，則根據(jù)地質(zhì)分區(qū)圖將地層l劃分為若干個亞層地層x。

按以上技術方案，所述具有亞層地層x的地層l的構建方法具體包括：

s1）獲取地層l的出露地表的數(shù)字高程信息，地層l的頂板面即為出露地表的數(shù)字高程模型；

s2）進行地質(zhì)分區(qū)，構建亞層地質(zhì)體；

s3）構建亞層地層x的頂板面模型；

s4）構建亞層地層x的底板面模型。

按以上技術方案，所述亞層地層x頂板面模型的具體構建方法為：地層x的上覆地層剝離后，形成新的地表出露區(qū)，根據(jù)x地層的地質(zhì)分區(qū)圖、步驟a）所得的一致性處理后的數(shù)據(jù)及虛擬鉆孔的高程信息，構建地層x的新的地表出露區(qū)，新的地表出露區(qū)和上覆地層的底板面共同組成地層x的頂板面。

按以上技術方案，所述亞層地層x底板面模型的具體構建方法為：根據(jù)亞層地層x的地層分區(qū)和鉆孔數(shù)據(jù)構建地層x底板面。

按以上技術方案，構建出露地表面及新的地表出露區(qū)的具體方法為：根據(jù)地貌數(shù)據(jù)將出露地表面及新的地表出露區(qū)劃為河流地層子面及其他出露地層子面分別進行建模，并記錄各地層子面的屬性；其中，構建河流地層子面時，根據(jù)河流的分布圖及地形數(shù)據(jù)，構建河流地層子面的頂界面；構建其他出露地層子面時，在每個地貌單元內(nèi)，獲取地形數(shù)據(jù)和鉆孔出露地層頂界點數(shù)據(jù)，構建其他出露地層子面的頂界面。

對比現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益特點為：該地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法，直接約束地表分區(qū)數(shù)據(jù)，最終模型與地表完全吻合，可信度高很；逐層構建模型，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，提高了建模效率；可將每一層的等值線約束數(shù)據(jù)、等厚圖數(shù)據(jù)約束進來，生成高精度模型；約束用戶提供的地層分區(qū)圖，更符合實際，提高了建模成果準確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中亞層地層面建模的基本流程示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明針對特殊地區(qū)地貌單元小而且復雜多變，陸相沉積、海相沉積交錯發(fā)育以及地層分布不均勻且變化較大等因素，本發(fā)明提供了地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法，即基于多方法集成和數(shù)據(jù)耦合，構建反映基礎地質(zhì)、第四紀沉積結構、基巖構造、工程地質(zhì)結構的專業(yè)三維地質(zhì)模型。本發(fā)明采用“自頂向下”的思想，逐層建立每一個地層的頂板面。將最頂層面看作是一個完整的地質(zhì)面，用這個完整的地質(zhì)面為基礎，根據(jù)每一個層面的地質(zhì)分區(qū)圖，向下逐層建立地質(zhì)面。按由粗到精的建模思想進行建模，分別按系、統(tǒng)、組、段和巖性進行劃分，依次建立一級、二級、三級和四級地質(zhì)模型。先建立地層三維模型，孤石、脈巖、斷層模型單獨構建，再與地層進行相交處理，嵌入到整體模型中。

請參考圖1和圖2，本發(fā)明實施例地質(zhì)分區(qū)圖約束下的多源地質(zhì)數(shù)據(jù)耦合建模方法，其不同之處在于：所述方法采用自頂向下的方式進行建模，其包括如下步驟：

步驟a）采用相應插件提取研究區(qū)域內(nèi)的鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖、地形圖、及地貌圖等多源數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行一致性處理，然后采用空間插值算法對地層參數(shù)進行內(nèi)插和外推形成虛擬鉆孔，并獲取虛擬鉆孔的高程信息。

步驟b）根據(jù)地表地質(zhì)分區(qū)圖、鉆孔數(shù)據(jù)、剖面圖及地形等高線作為數(shù)據(jù)源構建第一層地層，構建第一層地層的頂板面及第一層地層底板面，并記錄第一層地層的頂板面及第一層地層底板面的屬性，再根據(jù)標準地層表的標準層序剝離第一層地層，河流地層為第一個需要剝離的地層。第一層地層的頂板面的具體構建方法：將出露地表面作為第一層地層的頂板面，將第一層地層的頂板面劃分為河流地層子面和其他出露地層子面，并記錄各子面所屬地質(zhì)體屬性；構建河流地層子面時，將其作為標準地層的最上面一層，根據(jù)河流的分布圖和地形數(shù)據(jù)，構建河流的頂界面；構建其他地層子面時，根據(jù)地貌分區(qū)，在每個地貌單元內(nèi)，找出其中的地形數(shù)據(jù)和鉆孔出露地層頂界點數(shù)據(jù)，構建出露地層子面。

步驟c）根據(jù)標準地層表的標準層序和當前建模的級別，得到下一個需剝離的地層l，地層l的上覆地層剝離后，形成新的地表出露區(qū)，構建地層l的新的地表出露區(qū)，并根據(jù)地層l的地質(zhì)分區(qū)圖、鉆孔數(shù)據(jù)和剖面圖自動構建l層的底板面，同時記錄地層l的頂板面及底板面的屬性。其中，新的地表出露區(qū)和上覆地層的底板面共同組成地層l的頂板面。新的地表出露區(qū)的構建方法為：將新的地表出露區(qū)劃分為河流地層子面和其他出露地層子面；構建河流地層子面時，根據(jù)河流的分布圖和地形數(shù)據(jù)，構建河流的頂界面；構建其他地層子面時，根據(jù)地貌分區(qū)，在每個地貌單元內(nèi)，找出其中的地形數(shù)據(jù)和鉆孔出露地層頂界點數(shù)據(jù)，構建出露地層子面。

步驟d）將地層l與上覆地層求交，更新上覆地層的地質(zhì)體的子面集合，建模過程中為保證模型拓撲關系的一致性以及為后期地質(zhì)塊體構建服務，必須處理曲面相交問題，曲面相交問題包括地質(zhì)界面間的相交、地質(zhì)界面與地表面的相交、研究區(qū)域邊界面與底板面的相交。

步驟e）記錄所有地層的子面信息，將以層面拓撲關系組織的地質(zhì)界面根據(jù)其相交而形成的拓撲關系轉變?yōu)榉忾]的、以塊體拓撲形式組織的集合，根據(jù)其表面拓撲關系生成封閉實體拓撲關系，從而生成封閉的、法向一致的地質(zhì)塊體模型。

步驟f）判斷是否構建完所有地質(zhì)塊體，若構建完，則地質(zhì)塊體組合成三維結構模型，若未構建完，則重復步驟c）至步驟f），直至將地質(zhì)塊體組合成三維結構模型。

在上述步驟中，如所述地層l到達了建模邊界，需要構建側面模型，構建方法是將頂板面和底板面上下近似垂直連接。

具體地，步驟a）中的空間插值算法為反距離加權插值法、克里金插值法、最小曲率、改進謝別德法、自然鄰點插值法、最近鄰點插值法、多元回歸法、徑向基函數(shù)法、線性插值三角網(wǎng)法、移動平均法、或局部多項式法。

優(yōu)選地，在所述步驟c）中，若所述地層l為組織結構多的大層，則在其地質(zhì)體內(nèi)構建亞層地層面，以避免對其他地質(zhì)體的干擾。

本發(fā)明實施例的構建亞層地層x的一個具體實施方式中，現(xiàn)有地層第一層地層、第二層地層、第三層地層……，分別為l1、l2、l3……。地層l1被劃分為l1-1、l1-2、l1-3……，地層l1的構建方法為：

s1）找出出露地表的數(shù)字高程信息，地層l1的頂板面即為地表的數(shù)字高程模型。

s2）進行地表的地質(zhì)分區(qū)，由用戶提供當前級別的l1-1、l1-2、l1-3……的地質(zhì)分區(qū)圖。

s3）逐層構建各亞層頂板面，建立過程中保證拓撲一致。地層l1-1頂板面的構建方法跟步驟b）中第一層地層頂板面的構建方法相同，地層l1-2、l1-3……頂板面的構建方法跟步驟c）中地層l頂板面的構建方法相同。

s4）利用各亞層地層面的地層分區(qū)和鉆孔底板點，構建各亞層地層面底板地質(zhì)面模型。例如，地層l1-1是河流地層，將河流作為一類特殊的地層，則根據(jù)河流的頂面和河床深度自動模擬出其底面模型。

設地層l的下一層為地層m，本發(fā)明實施例中剝離地層l時，需要進行處理的有：

1）分割地層l的底板面，分割之后對地層l的地質(zhì)體進行更新。根據(jù)地層l和地層m的切割關系，將地層l的底板面分為兩種：一、既是地層l的底板面，同時又是地層m的頂板面；二，既是地層l的底板面，同時又是除地層m之外其他地層的頂板面。

2）確定新的地表出露子面。剝離地層l后，下一個地層m的出露地表的地貌分區(qū)單元會發(fā)生變化，地層m出露的范圍會擴大，擴大部分用新的子分區(qū)表示，然后確定新的地表數(shù)字高程曲面模型，數(shù)字高程曲面模型由一系列的子面拼接而成，每個子面帶有上下地層屬性信息。

本發(fā)明開發(fā)了一系列的分區(qū)圖構建、數(shù)據(jù)源檢查、地質(zhì)面構建、地質(zhì)體構建、模型效果調(diào)整的工具，按照自上而下、由粗到精，先建大層，再建小層的思想進行模型構建，大大提高建模效率和建模成果準確度。該建模方法集鉆孔、地質(zhì)圖、地形圖、地貌圖等多源數(shù)據(jù)于一體，充分利用一切已知的數(shù)據(jù)源，結合地質(zhì)學的規(guī)律和數(shù)學算法，模擬未知區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)，從而建立整個區(qū)域的地質(zhì)模型。該建模方法，還可以發(fā)現(xiàn)未知區(qū)域的地質(zhì)情況，再與實際情況進行驗證。通過進行三維立體全析建模，再切割得到剖面的方式，改變了原來從剖面到三維的建模過程。

以上內(nèi)容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬的技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應視為屬于本發(fā)明的保護范圍。