本發(fā)明涉及地質(zhì)建模技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

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(gòu)造特征的重要圖件，也是一個(gè)區(qū)域最容易獲取且包含地質(zhì)信息和專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它包含地層的層序與厚度、地質(zhì)構(gòu)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(gòu)造的接觸關(guān)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(gòu)造、含水量等三維空間信息的重要方法。鉆孔信息直觀、準(zhǔn)確、詳細(xì)的特性也使其在三維地層模擬中具有至關(guān)重要的意義；剖面圖包括鉆孔信息和專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，是整個(gè)建模數(shù)據(jù)源中比較復(fù)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(gòu)造之間的分布和交錯(cuò)情況。

層狀地質(zhì)體建模技術(shù)目前普遍應(yīng)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(jì)地質(zhì)、煤/巖層三維結(jié)構(gòu)的模擬，都可劃歸為層狀地質(zhì)體結(jié)構(gòu)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(dòng)建模和基于交叉剖面的半自動(dòng)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(dòng)建模和基于交叉剖面的半自動(dòng)交互式建模方法，其中全自動(dòng)建模的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但是算法時(shí)空復(fù)雜度大，有嚴(yán)重的數(shù)據(jù)冗余，求交次數(shù)可指數(shù)級(jí)化簡(jiǎn)，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(dòng)模擬結(jié)果有時(shí)會(huì)與實(shí)際相差較遠(yuǎn)?；诮徊嫫拭娴陌胱詣?dòng)交互式建模，優(yōu)點(diǎn)是可以解決復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)例如斷層等問(wèn)題。缺點(diǎn)是建模過(guò)程較繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，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(chǔ)地學(xué)知識(shí)和gis拓?fù)浞矫娴闹R(shí)，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(jié)果已經(jīng)不能滿足部分用戶的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，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(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，提高建模效率和建模成果準(zhǔn)確度。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)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(jìn)行建模，其包括如下步驟：

a）對(duì)多源地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理，然后采用空間插值算法對(duì)地層參數(shù)進(jìn)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)地層表的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)地層表的標(biāo)準(zhǔn)層序得到下一個(gè)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(gòu)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?fù)潢P(guān)系組織的地質(zhì)界面根據(jù)其相交而形成的拓?fù)潢P(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]的、以塊體拓?fù)湫问浇M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(gòu)建完所有地質(zhì)塊體，若構(gòu)建完，則地質(zhì)塊體組合成三維結(jié)構(gòu)模型，若未構(gòu)建完，則重復(fù)步驟c）至步驟f），直至將地質(zhì)塊體組合成三維結(jié)構(gòu)模型。

按以上技術(shù)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(shù)方案，在所述步驟c）中，若地層l達(dá)到了建模邊界，則需構(gòu)建地層l的側(cè)面模型，地層l的側(cè)面模型構(gòu)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(shù)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(gè)亞層地層x。

按以上技術(shù)方案，所述具有亞層地層x的地層l的構(gòu)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(jìn)行地質(zhì)分區(qū)，構(gòu)建亞層地質(zhì)體；

s3）構(gòu)建亞層地層x的頂板面模型；

s4）構(gòu)建亞層地層x的底板面模型。

按以上技術(shù)方案，所述亞層地層x頂板面模型的具體構(gòu)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(gòu)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(shù)方案，所述亞層地層x底板面模型的具體構(gòu)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(gòu)建地層x底板面。

按以上技術(shù)方案，構(gòu)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(jìn)行建模，并記錄各地層子面的屬性；其中，構(gòu)建河流地層子面時(shí)，根據(jù)河流的分布圖及地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建河流地層子面的頂界面；構(gòu)建其他出露地層子面時(shí)，在每個(gè)地貌單元內(nèi)，獲取地形數(shù)據(jù)和鉆孔出露地層頂界點(diǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建其他出露地層子面的頂界面。

對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益特點(diǎn)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(gòu)建模型，不會(huì)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(jìn)來(lái)，生成高精度模型；約束用戶提供的地層分區(qū)圖，更符合實(shí)際，提高了建模成果準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例中亞層地層面建模的基本流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明針對(duì)特殊地區(qū)地貌單元小而且復(fù)雜多變，陸相沉積、海相沉積交錯(cuò)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(gòu)建反映基礎(chǔ)地質(zhì)、第四紀(jì)沉積結(jié)構(gòu)、基巖構(gòu)造、工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(gè)地層的頂板面。將最頂層面看作是一個(gè)完整的地質(zhì)面，用這個(gè)完整的地質(zhì)面為基礎(chǔ)，根據(jù)每一個(gè)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(jìn)行建模，分別按系、統(tǒng)、組、段和巖性進(jìn)行劃分，依次建立一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)地質(zhì)模型。先建立地層三維模型，孤石、脈巖、斷層模型單獨(dú)構(gòu)建，再與地層進(jìn)行相交處理，嵌入到整體模型中。

請(qǐng)參考圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)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(jìn)行建模，其包括如下步驟：

步驟a）采用相應(yīng)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理，然后采用空間插值算法對(duì)地層參數(shù)進(jìn)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(gòu)建第一層地層，構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)地層表的標(biāo)準(zhǔn)層序剝離第一層地層，河流地層為第一個(gè)需要?jiǎng)冸x的地層。第一層地層的頂板面的具體構(gòu)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(gòu)建河流地層子面時(shí)，將其作為標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)建河流的頂界面；構(gòu)建其他地層子面時(shí)，根據(jù)地貌分區(qū)，在每個(gè)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(diǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出露地層子面。

步驟c）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地層表的標(biāo)準(zhǔn)層序和當(dāng)前建模的級(jí)別，得到下一個(gè)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(gòu)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(dòng)構(gòu)建l層的底板面，同時(shí)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(gòu)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(gòu)建河流地層子面時(shí)，根據(jù)河流的分布圖和地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建河流的頂界面；構(gòu)建其他地層子面時(shí)，根據(jù)地貌分區(qū)，在每個(gè)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(diǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)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(guò)程中為保證模型拓?fù)潢P(guān)系的一致性以及為后期地質(zhì)塊體構(gòu)建服務(wù)，必須處理曲面相交問(wèn)題，曲面相交問(wèn)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?fù)潢P(guān)系組織的地質(zhì)界面根據(jù)其相交而形成的拓?fù)潢P(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]的、以塊體拓?fù)湫问浇M織的集合，根據(jù)其表面拓?fù)潢P(guān)系生成封閉實(shí)體拓?fù)潢P(guān)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(gòu)建完所有地質(zhì)塊體，若構(gòu)建完，則地質(zhì)塊體組合成三維結(jié)構(gòu)模型，若未構(gòu)建完，則重復(fù)步驟c）至步驟f），直至將地質(zhì)塊體組合成三維結(jié)構(gòu)模型。

在上述步驟中，如所述地層l到達(dá)了建模邊界，需要構(gòu)建側(cè)面模型，構(gòu)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(quán)插值法、克里金插值法、最小曲率、改進(jìn)謝別德法、自然鄰點(diǎn)插值法、最近鄰點(diǎn)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(dòng)平均法、或局部多項(xiàng)式法。

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

本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)建亞層地層x的一個(gè)具體實(shí)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(gòu)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(jìn)行地表的地質(zhì)分區(qū)，由用戶提供當(dāng)前級(jí)別的l1-1、l1-2、l1-3……的地質(zhì)分區(qū)圖。

s3）逐層構(gòu)建各亞層頂板面，建立過(guò)程中保證拓?fù)湟恢?。地層l1-1頂板面的構(gòu)建方法跟步驟b）中第一層地層頂板面的構(gòu)建方法相同，地層l1-2、l1-3……頂板面的構(gòu)建方法跟步驟c）中地層l頂板面的構(gòu)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(diǎn)，構(gòu)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(dòng)模擬出其底面模型。

設(shè)地層l的下一層為地層m，本發(fā)明實(shí)施例中剝離地層l時(shí)，需要進(jìn)行處理的有：

1）分割地層l的底板面，分割之后對(duì)地層l的地質(zhì)體進(jìn)行更新。根據(jù)地層l和地層m的切割關(guān)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(shí)又是地層m的頂板面；二，既是地層l的底板面，同時(shí)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(gè)地層m的出露地表的地貌分區(qū)單元會(huì)發(fā)生變化，地層m出露的范圍會(huì)擴(kuò)大，擴(kuò)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(gè)子面帶有上下地層屬性信息。

本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一系列的分區(qū)圖構(gòu)建、數(shù)據(jù)源檢查、地質(zhì)面構(gòu)建、地質(zhì)體構(gòu)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(jìn)行模型構(gòu)建，大大提高建模效率和建模成果準(zhǔn)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(jié)合地質(zhì)學(xué)的規(guī)律和數(shù)學(xué)算法，模擬未知區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)，從而建立整個(gè)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(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)進(jìn)行三維立體全析建模，再切割得到剖面的方式，改變了原來(lái)從剖面到三維的建模過(guò)程。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。