双体式地质模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种双体式地质模型的构建方法，该构建方法采用地质结构物性突变面与全空间单元分割的双体式形式构建地质模型。本发明专利技术双体式地质模型的构建方法，能够通过计算机软件来表达地下地质模型，即采用地质结构的表达和地质体物性连续性表达结合，用来表达三维地质模型，既能照顾到突变性，也能考虑到连续性，确保了地质模型表达和研究的准确性；将薄层单元进一步分隔形成微单元，每个微单元能表达一个唯一的地质体空间，确保了地质模型具有更高的真实性和准确性，便于科研和地质探测的进行。

【技术实现步骤摘要】
双体式地质模型的构建方法
本专利技术涉及一种地质模型的构建方法，具体涉及一种双体式地质模型的构建方法。
技术介绍
对地下地质体的物性描述、表达是进行工程地质计算与工程设计、施工的前提，表达的方法决定了后续计算的方法、表达精度、方便程度。目前地质体的表达有两种方式，一种是表达地质结构面，地质结构面代表了地质体的突变性，它是地质分界面、断层、不整合面等；另一种是不管地质结构面，而直接将全空间进行单元分割，各单元赋予不同的属性，用以表达地质体的连续性。这两种模型已各自保留了很长时间，且有相应的软件支持。比较常用的地质建模软件，如Autodesk的一系列产品、Microstation、Catia等均来自建筑业，所表达的模型均属于“封闭的面即是体”，对地质结构面表达比较完善，以体现地质体的物质不连续性或突变性；而一些力学计算软件，将全空间进行自由的分割，而不管其结构面，即忽略其突变性，也不管地层的倾向（如图1中的D4），体现了物质的连续性。图1的单元分割优点特点是以方便计算为目的，地层的倾斜的，但仍按水平或垂直的分割，或直接按delaunay三角形分割，以便在数学上满足一些收敛条件，在数学上表达简单、合理，但忽视了地层的发育规律，忽视了突变与连续各自的特征。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种双体式地质模型的构建方法。本专利技术双体式地质模型的构建方法，能够通过计算机软件来表达地下地质模型，即采用地质结构的表达和地质体物性连续性表达结合，用来表达三维地质模型，既能照顾到突变性，也能考虑到连续性，确保了地质模型表达和研究的准确性；将薄层单元进一步分隔形成微单元，每个微单元能表达一个唯一的地质体空间，确保了地质模型具有更高的真实性和准确性，便于科研和地质探测的进行。为解决上述问题，本专利技术采用技术方案为：双体式地质模型的构建方法，该构建方法采用地质结构物性突变面与全空间单元分割的双体式形式构建地质模型；所述双体式地质模型的构建方法的具体步骤为：步骤一：前处理过程，即地质结构面的建立：地质结构面即是地质体物性突变面，在一定范围分布的界面且界面是连续的，包括不同地层因年代不同的分界面、岩性差异分界面、不整合面、断层面；获取地质勘察数据，包括钻孔、勘探线、地质点、地形测绘、槽探、坑探、平硐、岩层产状测量数据；将地质勘察数据导入处理软件系统中，形成了对这些地质结构面及属性信息的离散采样数据集，包括地质结构面信息、地质属性信息、岩层产状，通过地质统计学、克里金法建立各个地质结构面；地质结构面的建模是双体式地质模型的关键，也是建模的第一步。数据来源于地质勘察数据，一般有钻孔、勘探线、地质点、地形测绘、槽探、坑探、平硐、岩层产状测量等，这些数据一般是采用目前所熟知的AutoDesk中的AutoCAD来进行的初步整理与成图，需要将导入统一的三维空间中，它们既包含地质结构面信息，如地质分层，也包含地质属性信息，如岩性、地层年代。这些信息除了位置信息，还包括岩层产状，即倾向、倾角等，就是对实际真实地质结构或地质结构面的离散采样，需要通过地质统计学方法，如克里金法、半基函数法等，来做计算，将实际的地质模型恢复出来。因此首先是恢复地质结构面，如图2所示，分界面A、B在地质上是同一个分界面，但它们被断层错开，就不连续了，于是需要将该地质分界面一分为二，分成两个地质结构面来创建。在建模前，需要在导入的原始信息中，找到这两个面的采样点或采样线，用它们来按趋势分析或统计学方法，将A，B的形态还原出来。这还原出来的结构面，可能与真实的地质分界面不一样，但它只是在现有的技术条件和勘探程度下所获得的，且是相对合理的，随着对它们的采样数量的增加，即勘察程度的提高，资料的丰富，就需要对已建的地质结构面做补充修改，即局部更新，这样，逐步逼近真实分界面。步骤二：地质体物性突变面分割：在整个模型空间中，首先由多个地质结构面将全模型空间分割成n个子空间D1、D2、D3、..Di..Dn，每个子空间Di内的物性相对均匀、连续或是渐变分布的，并采用集合方式来表达空间Di；地质结构面是某种属性的突变面，如地层所处年代、岩性、物性。例如，不同地层的分界面、断层面、不整合面，可以反映地下地质构造的宏观结构。如图2所示，A,B,C,E为以沉积年代划分的地质结构面，而F1为断层引起的结构面，结构面上至少有一种属性是不一样的，如结构面A上，有可能P1、P2两点中，P2上下岩性是一样的，都是泥岩，但其沉积年代不一样，则被分开；在断层F1上，有P3、P4两点，P4两侧地层不一样，而P3两侧地层年代是一样的，但仍被当作地质结构面的一部分。步骤三：地质体物性连续性子空间的分割：在每个独立的空间Di中，由于物性是相对连续但不完全相同，需进一步分割才能满足应用需求，其物性分布和当时沉积环境有关，需要根据地层的倾向、地层沉积时的等时线及垂向上岩性差异大小将该子空间Di顺层垂向分割为更细的层状的薄层单元；地层岩性垂向上的差异主要是指岩层粒度、风化程度上的差异，一般层状薄层单元最小厚度在3-5米；岩层粒度上可以是砾岩、细砾岩、粗砂、中砂、细砂、粉砂、泥岩、页岩等，风化程度分为强风化、弱风化等，但垂向上即使是均匀的，也需要做一定剖分，一方面是为了后期力学计算的剖分合理性，另一方面，是在垂向上受力、各种属性等，也会出现差异。低于3-5米的较薄的微地层，即使不再细分，对于工程地质的计算而言，影响不是太大。垂向分割需要结合前期导入的各类勘察资料，利用其中的属性信息，如泥岩、细砂岩、中粗粒砂岩等，各类风化面，第四系等，同时还需要利用地层演化趋势，即沉积学信息，即使是水平层位，其内部也会有不同粒度的砂岩产生垂向上的非均匀性，这时，对这一相对均匀的块体的分割，则需要根据这些信息来顺沉积等时线（面）来分割。这个过程，除了利用地质人员在整理地质剖面时添加的地质知识，还需要做“人工剖面”，在一些资料密度较稀的地区，进行补充，或称为“辅助剖面”，在这些区域人工切一些剖面，根据已知勘探剖面、钻孔等信息投射到该剖面上的信息，利用地质家对该地区的认识，来作一些适度的推测，以补以完善信息。步骤四：层状薄层单元的横向分割：根据岩性差异大小，对层状薄层单元在垂直于层面方向即横向再分割成微单元，即最小的单元；该步骤是针对前一步垂向分层后，顺层方向的分割，在横向的物性会有差异，但一般沉积地层，这种差距较小，若不做这一步，目前的模型就是一种多个薄层组成的，这样不利于后期的力学等计算，而这些计算对网格的划分是有一定要求的，即一个最小的单元，或微单元需要等腰三角形，或正四边形，其中每个单元内的夹角不能太小，也不能太大，对三角形，尽量形成等边三角形，而四边形，尽量形成正方形。因此，在横向上或顺地层层面方向，也需要将独立的块体再剖分。步骤五：对模型的局部更新：根据勘察过程中不断获取的新的勘察信息，对前一阶段的地质模型进行局部更新，将波及到的区域在空间上做出调整，待改区域与固定区域的渐变过规律采用余弦函数，使三维的模型空间整体保持不变，在修改区域内与新增的钻孔、勘探资料揭露的地层及地质结构面相吻合，且修改后的结构面保持一定的光滑度和连续性；地质勘探是分阶段的，而地质建模在不同阶段所依据的资料详度不同，都有不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
双体式地质模型的构建方法，其特征在于，该构建方法采用地质体物性突变面与全空间单元分割的双体式形式构建地质模型；所述双体式地质模型的构建方法的具体步骤为：步骤一：前处理过程，即地质结构面的建立：地质结构面即是地质体物性突变面，在一定范围分布的界面且界面是连续的，包括不同地层因年代不同的分界面、岩性差异分界面、不整合面、断层面；获取地质勘察数据，包括钻孔、勘探线、地质点、地形测绘、槽探、坑探、平硐、岩层产状测量数据；将地质勘察数据导入处理软件系统中，形成了对这些地质结构面及属性信息的离散采样数据集，包括地质结构面信息、地质属性信息、岩岩层产状，通过地质统计学、克里金法建立各个地质结构面；步骤二：地质体物性突变面分割：在整个模型空间中，首先由多个地质结构面将全模型空间分割成n个子空间D1、D2、D3、..Di..Dn，每个子空间Di内的物性相对均匀、连续或有渐变规律的分布，并采用集合方式来表达空间Di；步骤三：地质体物性连续性子空间的分割：在每个独立的空间Di中，由于物性是相对连续但不完全相同，其物性分布和当时的沉积环境有关，需要根据地层的倾向、地层沉积时的等时线及垂向上岩性差异大小将该子空间Di顺层垂向分割为更细的层状的薄层单元；步骤四：层状薄层单元的横向分割：根据岩性差异大小，对层状薄层单元在垂直于层面方向即横向再分割成微单元，即最小的单元；步骤五：对模型的局部更新：根据勘察过程中不断获取的新的勘察信息，对前一阶段的地质模型进行局部更新，将波及到的区域在空间上做出调整，待改区域与固定区域的渐变过规律采用余弦函数，使三维的模型空间整体保持不变，在修改区域内与新增的钻孔、勘探资料揭露的地层及地质结构面相吻合，且修改后的结构面保持一定的光滑度和连续性；步骤六：在上步结构面调整后，局部的微单元的空间结构和属性分割按步骤五中调整的比例进行缩放。...

【技术特征摘要】
1.双体式地质模型的构建方法，其特征在于，该构建方法采用地质体物性突变面与全空间单元分割的双体式形式构建地质模型；所述双体式地质模型的构建方法的具体步骤为：步骤一：前处理过程，即地质结构面的建立：地质结构面包括不同地层因年代不同的分界面、岩性差异分界面、不整合面、断层面；获取地质勘察数据，包括钻孔、勘探线、地质点、地形测绘、槽探、坑探、平硐、岩层产状测量数据；将地质勘察数据导入处理软件系统中，形成了对这些地质结构面及属性信息的离散采样数据集，包括地质结构面信息、地质属性信息、岩层产状信息，通过地质统计学的克里金法建立各个地质结构面；步骤二：地质体物性突变面分割：在整个模型空间中，首先由多个地质结构面将全模型空间分割成n个子空间D1、D2、D3、..、DI、..、Dn，每个子空间Di内的物性相对均匀、连续或有渐变规律的分布，并采用集合方式来表达子空间Di；步骤三：地质体物性连续性子空间的分割：在每个独立的子空间Di中，由于物性是相对连续但不完全相同，其物性分布和当时的沉积环境有关，根据地层的倾向、地层沉积时的等时线及垂向上岩性差异大小将该子空间Di顺层垂向分割为更细的层状的薄层单元；步骤四：层状薄层单元的横向分割：根据岩性差异大小，对层状薄层单元在垂直于层面方向即横向再分割成微单元，即最小的单元；步骤五：对模型的局部更新：根据勘察过程中不断获取的新的勘察信息，对前一阶段的地质模型进行局部更新，将波及到的区域在空间上做出调整，待改区域与固定区域的渐变规律采用余弦函数，使三维的模型空间整体保持不变，在修改区域内与新增的钻孔、勘探...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛小平，吴冲龙，刘刚，田宜平，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11