基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法技术

本发明专利技术公开一种基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法，针对传统的知识图谱构建无法用于三维地质构造建模中的问题，本发明专利技术首先建立复杂地质构造知识图谱模式层；然后建立复杂地质构造知识图谱数据层；其次在模式层的约束下，对输入的原始地震解释数据进行推理得到知识图谱的交点及交线实体信息，以及实体之间的拓扑位置关系，得到基础知识图谱；最后通过改进后的VF2子图同构匹配算法得到完整的拓扑构造知识图谱。拓扑构造知识图谱。拓扑构造知识图谱。

【技术实现步骤摘要】
基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法


[0001]本专利技术属于地震数据处理领域，特别涉及一种地质构造知识图谱的构建技术。

技术介绍

[0002]地下构造的三维模型以可视化的方式展示地层、断层等地下地质界面和地质体的几何形态和空间关系。建立模型的过程称为构造建模。构造建模通常不是最终目的，而是为复杂现象(例如地震传播，流体运移)的数值与物理模拟、深度域成像、岩性解释、油藏建模等提供支持，在构造建模的基础上可以开展层序建模、属性建模等工作，直接支撑储量计算、井位部署、油气开发方案制定，是地下资源勘探开发最重要的基础工作之一。计算机三维可视化技术的发展促进了三维地质构造建模相关技术方法的进步和发展。由于地质现象存在较多的复杂性，三维构造建模中存在着很大的不确定性和偏差。实际构造建模过程中主要根据少量已有的原始数据通过地质曲面重建技术及可视化方法，获得模拟结果，但无法完全再现实际地质情况。这些不确定性导致三维构造模型本身几何形态和地质界面之间的连接关系的不确定性。在实际构造建模中由于获取解释数据的成本较高，在一定研究区域内只能获得有限数据，这就需要更多的加入专家经验与解释，从而构建出相对精确的地层模型。
[0003]智能构造建模的关键在于知识图谱的构建，通过构建知识图谱提供建模约束，并方便后续的质量评估。知识图谱的概念从Google在2012年提出并广泛应用，是一种结构化的语义知识库，从图的角度来看，知识图谱是一种概念网络，也是物理世界中的符号表达，它的节点表示现实世界中的实体，实体连接的边代表实体之间的语义联系(Steiner et al.,2012).知识图谱的构建过程可以分为两部分：模式层构建和数据层构建，使用本体库来规范数据层中的事实表达(Alberti,2016),(Poveda
‑
Villal
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n et al.,2014)，本体是结构化知识库的概念模板。通过本体库构建的知识库具有层次结构强、冗余度低等优点(Tang et al.,2022)。数据层由一系列实体或概念组成。知识以事实为单位存储，数据层以三元组(实体1
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关系
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实体2)或(实体
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属性
‑
属性值)的形式表示知识。地质构造模型中的拓扑结构都是关于对象之间的连接和关系的。在一个结构模型中，拓扑变化可以以不同的方式被引入：(1)添加或移除地质对象；(2)改变两个断层或层位面之间的截断规则(Cherpeau et al.,2010)。Zhan等人(2022)通过知识图谱构建结构模型的几何约束，使用知识图谱表征知识之间的约束关系，在结构模型不符合专家认知时，通过修改知识图谱来进行质量评估，避免了重复建模的操作(Zhan et al.,2022)。
[0004]近年来，知识图谱技术在油气勘探领域发挥了重要作用。Tang等人(2022)利用地质资料的相关性，提出了一种基于工程的方法，改进传统的自然语言处理方法，从而构建基于石油勘探开发本体的领域知识图谱(Tang et al.,2022)。Wang(2018)等人构建知识图谱用于地理文献的知识管理，以上表明在油气勘探领域构建知识图谱的重要性。而面对地质构造建模(Wang et al.,2018)，传统的地质领域知识图谱只利用文本作为唯一的组织形式，这对于概念或实体信息的呈现是单调和不完整的(Ma,2022)。与文本相比，对地震数据
进行组织和处理的方式使研究人员更容易对三维地质模型进行分析和理解。zhan(2022)等人将知识图谱应用于构造建模领域，并证明了知识图谱并不局限于文本领域，这些研究证明挖掘地震数据中的知识是非常重要的(Zhan et al.,2022)。
[0005]构造知识图谱的构建过程中，知识图谱可以看作是一个包含大量数据的知识库，对人来说具有语义性，对机器来说具有可计算性，可以依靠它进行知识推理，对现有的知识图谱的推理可以扩展到新的知识和结论，从而扩充知识库。知识推理方法复杂构造知识图谱的构建可以为油气勘探用户、油气勘探专家、油气勘探软件开发者提供服务。专家可以通过知识图谱可视化，更容易发现知识之间的联系。通过知识图谱进行约束建模可以提高智能构造建模的效率。地质专家通过知识图谱推理获得更为完备的知识库来约束构造建模，发现新的地质规律。
[0006]三维构造建模是一个反复更新的过程，由于解释数据的不确定性，在整个流程中都需要进行质量控制，传统的构造建模无法随时修改不符合专家认知的错误模型，在构建过程中会消耗大量的时间，不利于模型后续的更新，无法满足在实际工程中地质综合研究的需求。可以构建知识图谱，通过人机交互建立结构模型的知识图谱，然后将知识图谱转化为几何约束，可直接用于建模过程中地质曲面的重建问题。同数据驱动构造建模方法相比，手工修改知识图谱相对容易一些。但是没有给出通用的知识图谱构建流程，或只能应对特殊的地质构造。传统的知识图谱构建无法用于三维地质构造建模中，现有的知识图谱构建存在以下问题：
[0007]1.现有的技术中，没有用于约束三维地质构造建模的知识图谱构建方法，用于处理常见的地质构造；
[0008]2.缺乏实际工程中能够用到的规则库，用于常见构造模式的知识图谱构建工作；
[0009]3.缺乏复杂地质构造知识图谱构建的推理方法，难以从解释数据中挖掘出隐藏的实体及关系数据。

技术实现思路

[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法，建立大规模的构造建模结构知识库，用于融合地质曲面空间元素的拓扑位置关系，最终为三维地质构造建模技术提供技术支撑。
[0011]本专利技术采用的技术方案为：一种基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法，包括：
[0012]S1、建立复杂地质构造知识图谱模式层；
[0013]S2、建立复杂地质构造知识图谱数据层；在模式层的约束下，对输入的原始地震解释数据进行推理得到知识图谱的交点及交线实体信息，以及实体之间的拓扑位置关系，得到基础知识图谱；
[0014]S3、通过改进后的VF2子图同构匹配算法得到完整的拓扑构造知识图谱。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术构建的几何约束知识图谱，可以用于约束三维地质构造建模。利用知识图谱技术构建地质领域的知识图谱，以便于地质学家查询和分析地质数据，发现地质规律和演化趋势，根据知识图谱中地质学知识对模型进行约束和优化，利用知识图谱中的约束关系来规定交线的拓扑关系和几何性质，以提高交线的准确性和可控性，
从而提供曲面重构所需的几何约束，以确保曲面在满足地质结构特征的同时尽可能平滑，优化后的地质模型更符合实际地质情况
附图说明
[0016]图1为本专利技术的方法流程图；
[0017]图2为表征知识图谱的金字塔层次结构；
[0018]图3为知识推理的拓扑规则库；
[0019]其中，(a)为层位面和断层面相交，生成两条交线；(b)为断层面和断层面相交，生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法，其特征在于，包括：S1、建立复杂地质构造知识图谱模式层；S2、建立复杂地质构造知识图谱数据层；在模式层的约束下，对输入的原始地震解释数据进行推理得到知识图谱的交点及交线实体信息，以及实体之间的拓扑位置关系，得到基础知识图谱；S3、通过改进后的VF2子图同构匹配算法得到完整的拓扑构造知识图谱。2.根据权利要求1所述的一种基于知识推理的复杂地质构造知识图谱构建方法，其特征在于，步骤S1具体为：S11、选择GFO作为构造地质模型的顶层本体，根据GFO设计知识图谱模式层中的领域本体，构造建模知识图谱中的模式层中的语义实体，所述实体具体包括点、线、面、块实体，关系为覆盖、相交、相等、包含等拓扑语义关系；S12、构建地质构造规则库，具体包括：层位面和层位面相交生成一条交线，层位面和断层面相交生成两条交线，断层面和断层面相交生成一条交线，层位面和边界面相交生成一条交线，边界面和边界面相交生成一条交线，层位面、断层面和边界面相交需要进行交线分割，三个边界面两两相交需要进行交点融合；S13、在步骤S12构建的地质构造规则库中将常见的地质构造模型采用知识图谱的形式进行表示；常见的地质构造模型包括：断裂、侵入和不整合构造。3.根据权利要求2所述的一种基于知识推理的复杂地质构...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁才，许鑫冉，张冰彬，胡光岷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：