一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法技术

本发明专利技术公开了一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法，采用整体法构建三维地层模型，建立断层面的数学拟合方程，分析断层切割GTP体元的形态，研究GTP体元被切割后的重构方法，构建适用于断层三维建模的数据模型，设计断层建模算法构建断层三维模型。该技术方案主要包括：断层面数学拟合、断层切割GTP体元形态分析、断层切割GTP体元后的重构算法。本发明专利技术根据自然界中断层构造的基本特征、类型、几何形态及其描述其结构的几何要素，概化与抽象出了满足断层地质构造三维建模的基本要素，从断层构造平面地质图上的表现形式与表达内容，将断层地质构造空间几何形态要素抽象为点、线、面、体四种类型。体四种类型。体四种类型。

【技术实现步骤摘要】
一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法


[0001]本专利技术涉及三维建模方法，具体涉及一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模的不断扩大与城市现代化程度的提高，地面空间资源的匮乏已成为提高城市现代化程度的重要瓶颈。合理开发地下空间资源是城市发展的必由之路，是解决城市发展面临的人口、环境、资源危机的重要措施。自20世纪90年代“玻璃地球”的概念提出以来，世界各国都在各自的“玻璃地球”计划中开展了诸多工作。“玻璃地球”是一项基础性的地质信息系统工程，能提供地质、地理信息以开展地质、资源和环境决策分析。“玻璃地球”建设的核心技术是信息技术，其中包括能满足大数据一体化储存与管理的三维地质信息系统技术，能实现地质结构和地质过程快速、动态、精细和全息构建的三维地质建模技术，能支持地质时空大数据分析与挖掘的三维地质信息处理技术等。但目前已经建立的三维地质框架模型所承载的信息仍然有限，在复杂地质构造(如：断层等)的三维建模理论与技术等方面尚显不足，在资源、环境和灾害预测的实际应用中所体现的价值与所期盼的目标还存在一定距离。
[0003]目前融入断层及其组合地质构造复杂地质体三维建模面临三大难题：
①
三维空间数据获取的艰难性。三维复杂地质对象建模与可视化主要依赖于原始输入数据，然而采样数据的缺乏降低了建模精度，也无法准确地表达地质体的空间属性变化特征。
②
地质体空间关系表达的复杂性。断层将地质层切割成不连续的块体，使地质体及其空间关系变得异常复杂。由于地质体中包含如逆断层、倒转等多值面的地质现象，增加了数据结构、拓扑关系以及相应算法的复杂程度，至今仍然缺乏成熟的解决方案。另外，长期的地质信息研究工作积累了包含许多工程地质对象的庞大而复杂的空间模型，模型的普适性弱，难以确定地质对象之间在空间、时间和结构上的相互关系，并保持它们的一致性。
③
空间分析能力的局限性。地质现象中存在的复杂性、不连续性及不确定性等客观因素以及三维地质建模的应用目的各异等主观因素，导致了各种地质模型的共享程度低、数据操作复杂，使三维地质信息系统缺乏空间分析能力

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法，包括如下步骤：
[0005]一、断层面数学拟合
[0006](1)断层错切关系处理
[0007]断层之间的关系包括主辅关系、辅主关系、十字型关系、未知及无相交关系。当老断层被新断层错切后，可能会出现平移错动。断层错切判断的算法如下：第一，针对每条断层线L
i
，(i＝1,...,m)，m为图上断层线的数量，遍历其它所有断层线，找到与断层线L
i
相交
的所有断层线L
k
，(k≠i)。第二，给定距离容差d及斜率容差T，判断相交的断层中是否有被断层线L
i
错切的子断层。第三，如果有被错切的子断层，则记录彼此相关的断层ID号。第四，继续判断下一条断层线，直到所有断层线判断完毕。
[0008](2)断层线的离散采样与离散采样点的插值计算
[0009]将断层线按一定步长离散，得到离散采样点，其x、y坐标可以通过断层线的坐标及采样步长计算得到，其高程信息z值可以通过读取该地区DEM数据获得。根据离散采样的x、y、z坐标即可实现空间上断层线的曲线拟合，但要拟合出断层面，还应获取这些离散采样点的产状信息(走向、倾向和倾角)以确定断层大致在地下延伸的方向。因此采用断层线上原有的观察点作为原始数据，插值计算出所有离散采样点的倾向、倾角信息。
[0010]针对每个离散采样点，找到其所在断层线上的所有观察点，进行距离比较，在其左右两边各找到一个最近点，如P
i
与P
i+1
，用这两个点的倾角数据进行线性插值。若只在左边或右边有观察点，即只有P
i
或只有P
i+1
，Q
i
的倾角值就取P
i
或P
i+1
的倾角值；若该断层上没有观察点(该断层可能是被另一个断层或多个断层切割所得到的子断层之一)，可以通过断层线错切关系查找到被切断的另一条子断层线或多条子断层线，在其上搜索与待插离散点Q
i
最近的观察点，将该点的倾角值赋给Q
i
。
[0011](3)离散点在倾斜线上的相应延伸点计算
[0012]断层线上所有离散采样点的坐标为P
i
(X
i
,Y
i
,Z
i
)、倾向α
i
、倾角β
i
,i＝1,...,n,在离散采样点的倾向方向上延伸一定长度L，找到点S
i
，而S
xi
， S
yi
可以从图上读出，S
zi
可以根据DEM数据获取。根据倾角β
i
，得到断层面倾斜线上一点Q
i
，Q
i
的坐标为：
[0013][0014]需要强调的是由于平面地质图反映的是二维信息，不能精确给出各地层的深度，因此L值是凭专家经验与工程建设需求给出的延伸长度。
[0015](4)多平面拟合断层面
[0016]断面模拟的基本思想是利用断层线(断层与地层交线，对应一个断面上有上、下盘两条交线)与同一地层的两个交点坐标、两点连线与水平方向的倾角θ以及断面的倾向α确定一个平面方程，对于曲面形态的断面可采用多个平面组合的方式进行拟合。
[0017]二、断层建模的单元位移方法
[0018](1)断层切割GTP体元
[0019]按照整体法建模，首先基于广义三棱柱单元构建不模拟断层构造的三维地质模型，在此基础上加入断层结构。在不考虑断层面平曲程度和实际延伸范围的情况下(即将断层结构面视为无限延伸的平面)分析断层切割三棱柱体元的类型。
[0020](2)GTP体元位移
[0021]被断层切割后的GTP体元内会产生形态复杂的多面体，如图7和图8中(c)。考虑到体元之间的拓扑关系，加入人工交互的方式进行调整，根据地质平面图和相应的工程勘察
报告指定因断层产生的相对运动的影响范围，如图10所示，圆圈为钻孔位置，红色线段表示断层位置，蓝色箭头代表方向。再按照断层面与GTP体元的相交线构建交点个数和位置，依据断层厚度确定位移的数值和方向，对断层线上的节点作裂变处理，对于产状复杂的断层可通过增加交点的方法控制其形状。
[0022](3)GTP体元重构
[0023]首先将发生位移的体元及切割后两个多面体上对应的交点及其裂变的位移数据重新编码、单独存储，用于模型的局部调整与更新。
[0024]对于GTP体元被断面切割后产生的形状复杂的多面体，因本专利技术中的建模方法及算法设计都是基于GTP体元模型，为使切割后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GTP体元重构下的地质断层三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：一、断层面数学拟合(1)断层错切关系处理断层错切判断的算法如下：第一，针对每条断层线L
i
，(i＝1,...,m)，m为图上断层线的数量，遍历其它所有断层线，找到与断层线L
i
相交的所有断层线L
k
，(k≠i)；第二，给定距离容差d及斜率容差T，判断相交的断层中是否有被断层线L
i
错切的子断层；第三，如果有被错切的子断层，则记录彼此相关的断层ID号；第四，继续判断下一条断层线，直到所有断层线判断完毕；(2)断层线的离散采样与离散采样点的插值计算将断层线按一定步长离散，得到离散采样点，其x、y坐标通过断层线的坐标及采样步长计算得到，其高程信息z值通过读取该地区DEM数据获得；根据离散采样的x、y、z坐标实现空间上断层线的曲线拟合，获取离散采样点的产状信息以确定断层大致在地下延伸的方向，以拟合出断层面，采用断层线上原有的观察点作为原始数据，插值计算出所有离散采样点的倾向、倾角信息；(3)离散点在倾斜线上的相应延伸点计算断层线上所有离散采样点的坐标为P
i
(X
i
,Y
i
,Z
i
)、倾向α
i
、倾角β
i
,,在离散采样点的倾向方向上延伸一定长度L，找到点S
i
，根据倾角β
i
，得到断层面倾斜线上一点Q
i
，Q
i
的坐标为：(4)多平面拟合断层面断面模拟是利用断层线与同一地层的两个交点坐标、两点连线与水平方向的倾角θ以及断面的倾向α确定一个平面方程，对于曲面形态的断面可采用多个平面组合的方式进行拟合；二、断层建...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，李伟涛，谷双喜，马钧霆，刘蓉蓉，程蕾，孙婉莹，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：