基于区域划分的空间复杂层位重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区域划分的空间复杂层位重构方法，通过划分重叠子区域，在不需要断层多边形的情况下即可解决多重断层重叠等复杂地形条件下的三维地质建模中的层面重构问题；同时通过混合网格的插值方法，实现了对规格网格间距的动态控制，从而可以精细表达出地质结构，重构出的地质层位面和断层是严格封闭的，便于后期地质建模中的处理，如成块处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质建模
，特别涉及一种。
技术介绍
地质建模是在计算机上通过一定的技术手段对有限的地质数据进行处理，再现地质结构模型。本质是将有限的离散空间样本点数据转变为连续、可视的地质面或者地质体，其中层面的重构是关键。层面重构的方法中最重要的是插值方法和层面的模型结构。插值是利用曲面拟合的方法，通过离散的输入采样点建立一个连续函数，用这个重建的函数求出任意位置的函数值。而层位重构就是利用有限的三维空间离散重构曲面的 方法。目前常用的空间插值方法有如下几种(I)距离倒数乘方法距离倒数乘方法是一个加权平均插值法。它认为待插值点距离最近的若干个已知点对待插值点的贡献最大，其贡献与距离成反比。方次参数控制着权系数如何随着离开一个网格点距离的而下降。较近的数据点被给定较高的权重，较远的数据点被给定较小的权重。如下所示 η I「I _ 会WZ = ----- Σ丄式中，Z是估计值，Zi是第i个已知点值，Cli是第i个已知点与待插值点的距离，P是加权系数，其值越高，表明距离的影响因素越大，插值结果就越具有平滑效果。距离反比加权算法具有较快的计算速度，但是容易受数据点集群的影响，实际应用中常出现一种孤立点高于其周围数据点的情况，因此需要根据不同情况对距离反比加权法进行限制。(2)自然邻接点插值法自然邻接点插值法是Surfer7. O才有的网格化新方法。其基本原理是对于一组泰森更多变形，当在数据集中加入一个新的数据点时，就会修改这些泰森多边形，而使用邻点的权重平均值将决定待插值的权重。它是均质和无变化的，对均匀间隔的数据进行插值很有用，但是对于不均匀数据的插值则有缺陷，而不均匀的原始层位数据很常见。(3)克里金(Kriging)算法又称空间自协方差最佳插值法，它是以南非矿业工程师D. G. Krige的名字命名的一种最优内插法，是一种很有用的地质统计网格化方法。此方法建立在变异函数理论及结构分析基础之上，通过引进以距离为自变量的变异函数来计算权值，既能反映变量的空间结构特性，又能反应变量的随机分布特性。从统计意义上讲，它是从变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计的一种方法；从插值角度来讲，它是对空间分布的数据求线性最优、无偏内插估计的一种方法。由于克里金算法在空间层位插值中具有最佳效果，故本方案以克里金算法为基础，解决复杂地形的层位插值问题。以上插值方法都局限于解决二维平面的层面拟合，并不能解决三维空间的层面拟合问题。在实际的地质结构中，地质情况异常复杂，通常的二维平面的层面拟合并不能解决此类地质层面的拟合问题。所以需要将三维空间问题转化为二维空间问题，再利用以上的插值方法进行层面拟合。层面模型的结构就是层面数据的组织方式，不同的组织方式对于模型建立有不同的特点。现有提出的解决方案中主要的层面结构有等高线、规则网格(GRID)、不规则三角网(TIN)。其中规则网格和TIN是应用比较广泛的层面模型结构(I)规则网格(GRID)规则网格是以规则排列的矩形网格来表示层位模型。数据结构简单，易于构网，数据存储量小，还可以压缩存储，各种分析和计算非常方便有效。但是由于网格间距一定，存在着对于复杂的地形地貌难以确定合适的网格尺寸逼真表示的缺点。(2)不规则网格(TIN) 将采集的空间层面采样点按一定的规则连接成覆盖整个区域且相互不重叠的许多三角形，就构成了 TIN。TIN能够相对精确的表达地形的结构和细部，较好的顾及层面特征点、特征线，表示复杂地形比矩形网格更精确。但是TIN的数据存储与操作复杂。TIN的三角形点和边的拓扑关系比较复杂，难以对TIN进行地形分析，而且存储空间较大，一般只适用于小范围大比例尺的高精度地形建模。与本专利技术相关的现有技术包括在三维地质层面的重构问题上，目前国内外有比较多的实现方案。现有的方案根据是否需要断层多边形分为两种一种是基于断层多边形约束的层面重构方案，另一种是基于区域划分的层面重构方案。(I)基于断层多边形约束的层面重构方案断层多边形就是三维断层面和层位面的交线。层面重构工作需要综合分析多个界面上的断层多边形，根据断层多边形的约束来推测三维空间层位的形态。许多解释系统算法也是在各个截面图像的基础上完成的，而非在三维原始数据上直接重构的。目前在断层多边形组合上普遍采用手动追踪方式，即采用手工断点连接方法，这种方式不仅误差较大，影响构造成图的精度，而且效率极低。王兆湖、刘财等提出一种基于层位解释的断层多边形自动组合技术，但是该技术仅能在层位很连续、数据比较精细的情况下自动追踪出断层多边形，对于数据要求比较高，不适用普遍情况。(2)基于区域划分的层面重构方案基于区域划分的三维地质层面重构现有方案较少，目前国内只有蔡强和杨钦提出的一种重叠子区域的网格剖分方法。此算法引入桥边和相交环线的概念，通过联动剖分算法实现重叠区域下的层面重构。此方案存在不足之处一、此方案通过在三维空间中求交线来划分重叠子区域，三维空间中交线的求解比较复杂而且速度较慢。二、此方案并未提出解决多重逆断层以及层位尖灭、层位冲出地表地底等特殊情况下的三维地质层面重构的方法。现有方案根据重构层面的组织结构，划分为两类基于规格网格(GRID)的层面重构和基于三角形网格(TIN)的层面重构。规则网格是以规则排列的矩形网格来表示层位模型。由于网格间距一定，对于复杂的地形地貌，难以确定合适的网格尺寸逼真表示。三角形网格的三角形点和边的拓扑关系比较复杂，难以对TIN进行地形分析，而且存储空间较大，一般只适用于小范围大比例尺的高精度地形建模。当前国内外针对地质三维层面重构和插值的方案有很多，但均存在如下局限性(I)现在大多数的地质三维层面重构方案都需要事先获取断层多变行。通过人工编辑断层多边形工作量巨大，而且准确性难以保证，效率低下。而自动生成断层多边形还没有很好的解决方案。(2)大多数地质三维层面重构方案没有考虑断层的情况，有的方案虽然考虑了断层，但是对于多重逆断层的情况没有考虑。(3)现有基于规则网格处理的地质三维层面重构方案的网格间距是确定的，不能 动态适用地质结构的需要，难以精细表达地质结构。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种，通过划分重叠子区域，在不需要断层多边形的情况下即可解决多重断层重叠等复杂地形条件下的三维地质建模中的层面重构问题；同时通过混合网格的插值方法，实现了对规格网格间距的动态控制，从而可以精细表达出地质结构，重构出的地质层位面和断层是严格封闭的，便于后期地质建模中的处理，如成块处理。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，包括如下步骤步骤一、混合网格插值方法在大网格内部嵌套小网格，插值时先对大网格进行插值，然后再利用已有的大网格的种子点以及大网格上的新插值点对小网格进行插值；步骤二、定义层位段数据结构；步骤三、断层面拟合取断层种子段解释数据在网格平面上的二维包络作为断面拟合的插值包络范围，然后采用混合网格的插值方法对断层包络范围内断层网格点进行插值；步骤四、层位原始数据编辑删除错误的数据；定义层位边界和断层为约束边界，如果在一个二维剖面上，在两个约束边界之间有多个层位段，则需要将这些层位段组合成一个层位段；步骤五、初始化原始段数据初始化段和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区域划分的空间复杂层位重构方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、混合网格插值方法：在大网格内部嵌套小网格，插值时先对大网格进行插值，然后再利用已有的大网格的种子点以及大网格上的新插值点对小网格进行插值；步骤二、定义层位段数据结构；步骤三、断层面拟合：取断层种子段解释数据在网格平面上的二维包络作为断面拟合的插值包络范围，然后采用混合网格的插值方法对断层包络范围内断层网格点进行插值；步骤四、层位原始数据编辑：删除错误的数据；定义层位边界和断层为约束边界，如果在一个二维剖面上，在两个约束边界之间有多个层位段，则需要将这些层位段组合成一个层位段；步骤五、初始化原始段数据：初始化段和约束边界的关联关系；步骤六、子区域划分；步骤七、断层子区域层位面拟合：（1）初始化上下盘种子点；（2）断层上下盘子区域面插值；（3）断层上下实际盘面的截取；步骤八、非断层子区域的层位面拟合：（1）初始化种子点：既将非断层区域的数据点作为种子点，又将断层子区域的边界区域数据点作为种子点；且对于已经插值后的断层子区域，将所有在二维平面上没有重值的数据点也作为种子点；（2）非断层子区域的插值：对于已经生成的种子点，采用混合网格插值方 法对非断层的子区域范围的每一个网格点进行插值；步骤九、层位尖灭、层位冲出地表地底的处理：去除当前层位非法的尖灭部分和冲出地表地底的部分。...

【技术特征摘要】

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