專利名稱：復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)三維建模方法技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)涉及一種適應(yīng)于復(fù) 雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的塊狀模型構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
隨著三維地震勘探對(duì)象的日漸復(fù)雜，采集、處理和解釋方法的日漸成 熟，計(jì)算機(jī)在三維地震勘探中扮演的角色也越來(lái)越重要，人們迫切需要一 種方便的方法，能夠?qū)⒌刭|(zhì)學(xué)家頭腦中復(fù)雜的三維地質(zhì)模型輸入到計(jì)算機(jī) 中，使計(jì)算機(jī)能夠認(rèn)識(shí)和識(shí)別地質(zhì)學(xué)家頭腦中復(fù)雜的三維地質(zhì)模型，同時(shí) 能為各種正演方法提供模型輸入。
傳統(tǒng)的層位地質(zhì)模型無(wú)法準(zhǔn)確形象描述三維復(fù)雜地質(zhì)模型，從層位模 型到塊狀模型的轉(zhuǎn)換是一個(gè)三維裁剪問(wèn)題，該問(wèn)題在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域該問(wèn)題沒(méi) 有得到完全解決。
復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建為地質(zhì)勘探提供新的技術(shù)手段，是石油地 球物理勘探中長(zhǎng)期存在并在目前尚未完全解決的前沿性研究課題。受到廣 泛的關(guān)注和重視，取得了很多理論和實(shí)際應(yīng)用成果。但目前的研究大都集 中于以下兩個(gè)方面
(1) 將層位面或斷面擬合成為高次多項(xiàng)式曲面方程，形成一個(gè)三維曲 面裁剪問(wèn)題，并利用求解高次方程組的方式求解層位面或斷層面相交的交 線。這種方法一方面是高次多項(xiàng)式曲面擬合和高次方程組求解難度和計(jì)算 量比較大；另一方面是擬合的精度很難滿足應(yīng)用的要求。
(2) 利用層位面和斷層面三角形網(wǎng)格化算法，求解出層位面或斷層面 相交區(qū)域的交線和邊框線，形成一個(gè)空間多邊形區(qū)域，并在多邊形區(qū)域進(jìn) 行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚?。這種方法不足之處在于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu) 一致性處理難度很大。目前還沒(méi)有適應(yīng)于任何復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的塊狀模型構(gòu) 建方法。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適應(yīng)于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的塊狀 模型構(gòu)建方法，本發(fā)明徹底解決了復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)的三維模型輸入和成塊問(wèn) 題，不用求解難度和計(jì)算量比較大的方程組，同時(shí)構(gòu)建方法簡(jiǎn)單實(shí)用。 本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征在于步驟如下
a、 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述；
b、 找出交點(diǎn)，將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化后，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu) 造塊狀模型構(gòu)建中的層面相交問(wèn)題轉(zhuǎn)換為空間三角形相交問(wèn)題，判斷兩個(gè)三角形是否相交，對(duì)相交的兩三角形找出交點(diǎn)，交點(diǎn)相連即形成交線；
c、 一致性處理，在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦?處理；
d、 封閉塊提取，在對(duì)三角形網(wǎng)格進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚?后，進(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面，即三角形網(wǎng)格集合， 定義封閉塊的地質(zhì)屬性，形成三維模型塊。
所述a步驟中，層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述的是-
層位面和斷層面形態(tài)的控制點(diǎn)P(x, y, z),或?qū)游幻婊驍鄬用媾c模型邊 界的相交點(diǎn)P(x, y, z)。
點(diǎn)是描述層位面和斷層面形態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)際中根據(jù)需要可在此基 礎(chǔ)控制點(diǎn)上進(jìn)行插值，形成新的控制點(diǎn)，更有利于描述層位面和斷層面。
由層位面或斷層面上相鄰的三個(gè)點(diǎn)相連而成的三角形T(x， y, z)，不容 許跨越層位面和斷層面。
用三角形描述層位面和斷層面應(yīng)遵循的基本原則是第一，三角形盡 可能接近正三角形，避免狹長(zhǎng)的三角形，這樣有利于模型的數(shù)值處理；第
二，根據(jù)層位面和斷層面的變化情況，由己知控制點(diǎn)進(jìn)行插值生成新的三 角形網(wǎng)格點(diǎn)，在變化大的地方加密三角形網(wǎng)格，以便更準(zhǔn)確地描述界面的 變化。
由一個(gè)或多個(gè)相連的層位面三角形或斷層面三角形組成面S(x， y, z)， 面的最小單元是三角形，面代表局部的層位面或斷層面。
由三維空間層位面、斷層面和工區(qū)邊界相互裁剪形成的子區(qū)域?yàn)樽用?s(x, y, z)。
由多個(gè)子面構(gòu)成的閉合三維空間塊為塊B(x, y, z)。 其中x, y為平面坐標(biāo)，z為垂直方向坐標(biāo)。
所述b步驟中，判斷兩個(gè)三角形是否相交，對(duì)相交的兩三角形找出交 點(diǎn)，交點(diǎn)相連即形成交線具體是指
(1) 層位面或斷層面數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)區(qū)域化處理 將層面的三角形集合進(jìn)行區(qū)域分割，假設(shè)層位面或斷層面三角形集合
為N，則第一級(jí)分割后，成為兩個(gè)子區(qū)域
和[N/2+l， N];第二 級(jí)區(qū)域化處理又將兩個(gè)子區(qū)域進(jìn)一步分割成兩個(gè)更小的區(qū)域，則在第二級(jí) 共有4個(gè)子區(qū)域，依此類(lèi)推，此外計(jì)算出每個(gè)子區(qū)域x, y, z方向上的最大 最小值；
(2) 子區(qū)域相交判斷
通過(guò)子區(qū)域化后，形成了大小嵌套的子區(qū)域隊(duì)列；由于相交三角形的 個(gè)數(shù)比較少，故子區(qū)域化后的相交的子區(qū)域也比較少，只需對(duì)相交的子區(qū) 域進(jìn)行相交計(jì)算，而不需要對(duì)不相交的子區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算；判斷子區(qū) 域相交的算法要求是必須很快，而對(duì)算法的準(zhǔn)確性要求不是很高；算法 的準(zhǔn)確性包含兩個(gè)方面 一方面是兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為不相交；另一方面是將兩個(gè)不相交的區(qū)域判斷為相交。如果將兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為 不相交則會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤，應(yīng)該必須要避免；但將不相交的兩個(gè)子區(qū)域判 斷成為相交只是增加了計(jì)算量，而不會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤；所以算法可以容忍 第二種誤判情況而必須排除第一種情況；假設(shè)計(jì)算每個(gè)子區(qū)域A1， A2在 x, y, z方向上的最大最小值為xl隨,Xlmin， yl腿,ylmin, zl顧,zlfflin， x2max， x2min， y2max， y2min，Z2max,z2min，判斷兩個(gè)空間區(qū)域是否有重疊，即如果 xlmax<x2min或者 x2max<xlmin或者 ylmax<y2min或者 y2max<ylmin或者
Zlmax〈z2min或者Z2max<zlmin，則兩個(gè)區(qū)域沒(méi)有重疊，即兩個(gè)子區(qū)域不會(huì)相
交；
(3)空間三角形相交計(jì)算
如果兩個(gè)子區(qū)域相交，則需要對(duì)子區(qū)域內(nèi)的每個(gè)三角形相互進(jìn)行相交 計(jì)算；本質(zhì)上講，兩個(gè)空間三角形相交是兩個(gè)空間平面相交，其相交結(jié)果 為一條空間直線；但是，我們需要的是計(jì)算兩個(gè)三角形相交的交點(diǎn)，將所 有交點(diǎn)連成一條線即為交線；所以計(jì)算兩個(gè)三角形相交即計(jì)算一個(gè)三角形 的三條邊與另外一個(gè)三角形構(gòu)成的空間平面相交，如果交點(diǎn)在三角形內(nèi)部， 且交點(diǎn)在邊上即為有效交點(diǎn)；這樣，問(wèn)題歸為計(jì)算一條空間線段與空間三 角形平面相交計(jì)算。
所述c步驟中，在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦?處理具體是根據(jù)相交線處層位面和斷層面的邊界信息作為限制條件，對(duì) 己有三角形網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為插值參考點(diǎn)，重新剖分插值得到新的網(wǎng)格，通 過(guò)交點(diǎn)計(jì)算，可以得到相交三角形集合及其內(nèi)部的交點(diǎn)集合，交線的一致 性處理可以通過(guò)每個(gè)相交三角形的一致性處理實(shí)現(xiàn)，這樣層面相交的一致 性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為在一個(gè)具有邊約束的三角形網(wǎng)格化問(wèn)題，約束條件如下
(1) 邊界邊必須屬于某一個(gè)子三角形，其余邊必須屬于兩個(gè)不同的 三角形；
(2) 對(duì)于每?jī)蓚€(gè)不相連的兩條邊，不相交。
所述d歩驟中，進(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面，即 三角形網(wǎng)格集合，定義封閉塊的地質(zhì)屬性，形成三維模型塊具體是指采 用圖形的判斷方法提取封閉塊邊界的三角形網(wǎng)格，具體步驟是
(1) 將模型中形成的層位面和斷層面的三角形網(wǎng)格復(fù)制兩份，這樣 每個(gè)模型中層位面和斷層面都有雙份網(wǎng)格，改變其中一份網(wǎng)格的旋向；對(duì) 模型邊界面僅保留一份三角三維復(fù)雜模型的塊狀建立形網(wǎng)格面，其旋向保 持不變，此時(shí)，每個(gè)面三角形網(wǎng)格原有邊鄰信息丟失；
(2) 任選當(dāng)前地質(zhì)體的一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)格單元，設(shè)為當(dāng)前三角形，將其 加入選定三角形集合，尋找共邊且旋向相同的三角形，建立三角形的相鄰 關(guān)系，將當(dāng)前三角形與選定三角形的共邊鄰域互指，如果找到多于一個(gè)的 三角形，則選擇三角形法線夾角最小的三角形；
(3) 重復(fù)第(2)步，直到三角形集合中的所有三角形的邊鄰域信息
7全部恢復(fù)為止，此時(shí)，得到一個(gè)封閉塊的邊界；
(4)對(duì)所有封閉塊按上述步驟迭代處理，直到封閉塊被分割為單一 性質(zhì)區(qū)塊為止。定義封閉塊的地質(zhì)屬性如速度、密度等，形成三維模型塊。
所述幾何一致性是指相交的兩個(gè)面三角形網(wǎng)格緊密相接，它們之間沒(méi) 有縫隙，也不重疊。
所述拓?fù)湟恢滦允侵赶嘟坏膬蓚€(gè)面三角形網(wǎng)格完全匹配， 一個(gè)面上的 三角形網(wǎng)格能夠在另一個(gè)面上找到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)重合的三角形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在
本發(fā)明采用a、 b、 C和d四個(gè)步驟進(jìn)行成塊計(jì)算，具有以下幾方面的 優(yōu)點(diǎn)
1、 算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。與背景技術(shù)中第(1)條所代表的現(xiàn)有技術(shù) 相比，不用求解難度和計(jì)算量比較大的方程組，構(gòu)建方法更加簡(jiǎn)單；
2、 對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造處理難度小。與背景技術(shù)中第(2)條所代表的 現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)?一致性處理，處理難度小；
3、 針對(duì)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，解決了物探領(lǐng)域地質(zhì)建模中的三維裁剪問(wèn)題。 并且采用本方案后，尤其適應(yīng)于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)地區(qū)的三維模型輸入和成塊 問(wèn)題。
4、 理論意義和應(yīng)用價(jià)值大。三維裁剪問(wèn)題是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域尚未完全解 決的問(wèn)題之一。本方法除了在理論上對(duì)三維裁剪問(wèn)題的解決有較大的參考 價(jià)值，在物探領(lǐng)域內(nèi)有較大的也有較大的應(yīng)用價(jià)值。


下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō) 明，其中
圖1為一致性處理流程示意圖
圖2為取消三角形網(wǎng)格相鄰關(guān)系示意圖
圖3為根據(jù)三角形旋向建立相鄰關(guān)系示意圖
圖4為按三角形法向夾角最小確定關(guān)系示意圖
具體實(shí)施方式
1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以引用點(diǎn)、三角形、
面、子面、塊的概念進(jìn)行描述，其含義如下
點(diǎn)P(x,y,z):指層位面和斷層面形態(tài)的控制點(diǎn)，或?qū)游幻婧蛿鄬用媾c 模型邊界的相交點(diǎn)，其中x, y為平面坐標(biāo)，z為垂直方向坐標(biāo)。點(diǎn)是描述 層位面和斷層面形態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)際中根據(jù)需要可在此基礎(chǔ)控制點(diǎn)上進(jìn) 行插值，形成新的控制點(diǎn)，更有利于描述層位面和斷層面。
三角形T(x, y, z):由層位面或斷層面上相鄰的三個(gè)點(diǎn)相連而成的三角 形，不容許跨越層位面和斷層面。用三角形面描述層位面和斷層面應(yīng)遵循
8的基本原則是第一，要是三角形盡可能接近正三角形，避免狹長(zhǎng)的三角 形，這樣有利于模型的數(shù)值處理；第二，根據(jù)層位面和斷層面的變化情況， 由已知控制點(diǎn)進(jìn)行插值生成新的三角形網(wǎng)格點(diǎn)，在變化大的地方加密三角 形網(wǎng)格，以便更準(zhǔn)確地描述界面的變化。
面S(x,y,z):由一個(gè)或多個(gè)相連的層位面三角形或斷層面三角形組成， 面的最小單元是三角形，面代表局部的層位面或斷層面。
子面S(X, y, z):由三維空間層位面、斷層面和工區(qū)邊界相互裁剪形成 的子區(qū)域。
塊B(x,y,z):由多個(gè)子面構(gòu)成的閉合三維空間塊
根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念，需要將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述。
2、交點(diǎn)計(jì)算
層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化后，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建中 的層面相交問(wèn)題轉(zhuǎn)換為計(jì)算空間三角形相交問(wèn)題。通常情況下， 一個(gè)層面
三角形網(wǎng)格數(shù)量比較大。如果層面網(wǎng)格點(diǎn)為1000X 1000,則網(wǎng)格三角形個(gè)數(shù) 為200萬(wàn)個(gè)。假設(shè)求兩個(gè)層面相交計(jì)算，則需要進(jìn)行200萬(wàn)X200萬(wàn)次兩 個(gè)三角形相交計(jì)算，其計(jì)算量達(dá)到1016次三角形相交計(jì)算。這是不可以實(shí) 現(xiàn)的。但是，通常情況下，兩個(gè)層面相交的相交三角形數(shù)量很少，絕大部 分三角形是不相交的。如果能夠快速判斷兩個(gè)三角形不相交，則可以減少 計(jì)算次數(shù)?；诖耍岢隽?"基于折半搜索的空間層面交線求取"算法。 其基本過(guò)程如下
(1) 層位面或斷層面數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)區(qū)域化處理 基本思想是將層面的三角形集合進(jìn)行區(qū)域分割。假設(shè)層位面或斷層面
三角形集合為N，則第一級(jí)分割后，成為兩個(gè)子區(qū)域
和[N/2+l,N]; 第二級(jí)區(qū)域化處理又將兩個(gè)子區(qū)域進(jìn)一步分割成兩個(gè)更小的區(qū)域，則在第 二級(jí)共有4個(gè)子區(qū)域，依此類(lèi)推。此外計(jì)算出每個(gè)子區(qū)域x，y, z方向上的 最大最小值。
(2) 子區(qū)域相交判斷
通過(guò)子區(qū)域化后，形成了大小嵌套的子區(qū)域隊(duì)列。由于相交三角形的 個(gè)數(shù)比較少，故子區(qū)域化后的相交的子區(qū)域也比較少，我們只需要對(duì)相交 的子區(qū)域進(jìn)行相交計(jì)算，而不需要對(duì)不相交的子區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算。這 樣可以大大減少計(jì)算復(fù)雜度。鑒于此，判斷子區(qū)域相交的算法要求是必須
很快，而對(duì)算法的準(zhǔn)確性要求不是很高。算法的準(zhǔn)確性包含兩個(gè)方面一 方面是兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為不相交；另一方面是將兩個(gè)不相交的區(qū)域 判斷為相交。如果將兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為不相交則會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤， 算法必須要避免；二將不相交的兩個(gè)子區(qū)域判斷成為相交只是增加了計(jì)算 量，二不會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤。所以算法可以容忍第二種誤判情況而必須排除 第一種情況。假設(shè)計(jì)算每個(gè)子區(qū)域A1， A2在x，y, z方向上的最大最小值為xlmax， X丄min, ylmax， ylmin， zlmax， zlmin, x2max， x2min, y2max，y2min,z2max，z2jnin，
判斷兩個(gè)空間區(qū)域是否有重疊，即如果xlmax<x2min或者x2max<xlmin或者
ylmax〈y2min或者y2fflax<ylmin或者zlmax<z2min或者z2max<zlmin，則兩個(gè)區(qū)域 沒(méi)有重疊，即兩個(gè)子區(qū)域不會(huì)相交。
(3)空間三角形相交計(jì)算
如果兩個(gè)子區(qū)域相交，則需要對(duì)子區(qū)域內(nèi)的每個(gè)三角形相互進(jìn)行相交 計(jì)算。本質(zhì)上講，兩個(gè)空間三角形相交是兩個(gè)空間平面相交，其相交結(jié)果 為一條空間直線。但是，我們需要的是計(jì)算兩個(gè)三角形相交的交點(diǎn)，將所 有交點(diǎn)連成一條線即為交線。所以計(jì)算兩個(gè)三角形相交即計(jì)算一個(gè)三角形 的三條邊與另外一個(gè)三角形構(gòu)成的空間平面相交，如果交點(diǎn)在三角形內(nèi)部， 且交點(diǎn)在邊上即為有效交點(diǎn)。這樣，問(wèn)題歸為計(jì)算一條空間線段與空間三 角形平面相交計(jì)算。
3、 一致性處理
所謂幾何一致性是指相交的兩個(gè)面三角形網(wǎng)格緊密相接，它們之間沒(méi) 有縫隙，也不重疊。所謂拓?fù)湟恢滦允侵赶嘟坏膬蓚€(gè)面三角形網(wǎng)格完全匹 配， 一個(gè)面上的三角形網(wǎng)格能夠在另一個(gè)面上找到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)重合的 三角形。因此，進(jìn)行封閉塊提取前需要進(jìn)行邊界處理。根據(jù)相交線處層位 面和斷層面的邊界信息作為限制條件，對(duì)己有三角形網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為插值 參考點(diǎn)，重新剖分插值得到新的網(wǎng)格，這樣獲得的三角形網(wǎng)格是滿足幾何 一致性和拓?fù)湟恢滦缘摹Ｍㄟ^(guò)交點(diǎn)計(jì)算，可以得到相交三角形集合及其內(nèi) 部的交點(diǎn)集合。交線的一致性處理可以通過(guò)每個(gè)相交三角形的一致性處理 實(shí)現(xiàn)。這樣層面相交的一致性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為在一個(gè)具有邊約束的三角形網(wǎng)格
化問(wèn)題，約束條件如下
邊界邊必須屬于某一個(gè)子三角形，其余邊必須屬于兩個(gè)不同的三角形。
對(duì)于每?jī)蓚€(gè)不相連的兩條邊，不相交。 其算法流程圖如圖1所示。
4、 封閉塊提取
在對(duì)相交邊界三角形網(wǎng)格進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚砗?，可?進(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面，即三角形網(wǎng)格集合。根 據(jù)圖形學(xué)的概念，采用圖形的判斷方法提取封閉塊邊界的三角形網(wǎng)格，具
體步驟是
(1) 將模型中形成的層位面和斷層面的三角形網(wǎng)格復(fù)制兩份，這樣 每個(gè)模型中層位面和斷層面都有雙份網(wǎng)格，改變其中一份網(wǎng)格的旋向;對(duì)模 型邊界面僅保留一份三角三維復(fù)雜模型的塊狀建立形網(wǎng)格面，其旋向保持 不變，此時(shí)，每個(gè)面三角形網(wǎng)格原有邊鄰信息丟失，如圖2.a所示；
(2) 任選當(dāng)前地質(zhì)體的一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)格單元，設(shè)為當(dāng)前三角形，將其 加入選定三角形集合，尋找共邊且旋向相同的三角形，建立三角形的相鄰關(guān)系，將當(dāng)前三角形與選定三角形的共邊鄰域互指，如圖2.b所示，如果 找到多于一個(gè)的三角形，則選擇三角形法線夾角最小的三角形，如圖2.c 所示；
(3) 重復(fù)第(2)步，直到三角形集合中的所有三角形的邊鄰域信息 全部恢復(fù)為止，此時(shí)，得到一個(gè)封閉塊的邊界；
(4) 對(duì)所有封閉塊按上述方法迭代處理，直到封閉塊被分割為單一 性質(zhì)區(qū)塊為止。定義封閉塊的地質(zhì)屬性(如速度、密度等)，形成三維模型 塊。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征在于步驟如下a、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述；b、找出交點(diǎn)，將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化后，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建中的層面相交問(wèn)題轉(zhuǎn)換為空間三角形相交問(wèn)題，判斷兩個(gè)三角形是否相交，對(duì)相交的兩三角形找出交點(diǎn)，交點(diǎn)相連即形成交線；c、一致性處理，在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚?；d、封閉塊提取，在對(duì)三角形網(wǎng)格進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚砗螅M(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面，即三角形網(wǎng)格集合，定義封閉塊的地質(zhì)屬性，形成三維模型塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征 在于所述a步驟中，層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述的是-層位面和斷層面形態(tài)的控制點(diǎn)P(x, y, z)，或?qū)游幻婊驍鄬用媾c模型邊 界的相交點(diǎn)P(x, y, z);由層位面或斷層面上相鄰的三個(gè)點(diǎn)相連而成的三角形T(x,y,z)，不容 許跨越層位面和斷層面；由一個(gè)或多個(gè)相連的層位面三角形或斷層面三角形組成面S(x, y, z)， 面的最小單元是三角形，面代表局部的層位面或斷層面；由三維空間層位面、斷層面和工區(qū)邊界相互裁剪形成的子區(qū)域?yàn)樽用?s(x， y, z);由多個(gè)子面構(gòu)成的閉合三維空間塊為塊B(x, y, z); 其中x，y為平面坐標(biāo)，z為垂直方向坐標(biāo)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征 在于所述b歩驟中，判斷兩個(gè)三角形是否相交，對(duì)相交的兩三角形找出交點(diǎn)，交點(diǎn)相連即形成交線具體是指(1) 層位面或斷層面數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)區(qū)域化處理 將層面的三角形集合進(jìn)行區(qū)域分割，假設(shè)層位面或斷層面三角形集合為N，則第一級(jí)分割后，成為兩個(gè)子區(qū)域
和[N/2+l， N];第二級(jí)區(qū)域化處理又將兩個(gè)子區(qū)域進(jìn)一步分割成兩個(gè)更小的區(qū)域，則在第二級(jí)共有4個(gè)子區(qū)域，依此類(lèi)推，此外計(jì)算出每個(gè)子區(qū)域x, y, z方向上的最大 最小值；(2) 子區(qū)域相交判斷通過(guò)子區(qū)域化后，形成了大小嵌套的子區(qū)域隊(duì)列；由于相交三角形的 個(gè)數(shù)比較少，故子區(qū)域化后的相交的子區(qū)域也比較少，只需對(duì)相交的子區(qū) 域進(jìn)行相交計(jì)算，而不需要對(duì)不相交的子區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算；判斷子區(qū) 域相交的算法要求是必須很快，而對(duì)算法的準(zhǔn)確性要求不是很高；算法的準(zhǔn)確性包含兩個(gè)方面 一方面是兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為不相交；另一 方面是將兩個(gè)不相交的區(qū)域判斷為相交；如果將兩個(gè)相交的子區(qū)域判斷為 不相交則會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤，應(yīng)該必須要避免；但將不相交的兩個(gè)子區(qū)域判 斷成為相交只是增加了計(jì)算量，而不會(huì)導(dǎo)致算法錯(cuò)誤；所以算法可以容忍 第二種誤判情況而必須排除第一種情況；假設(shè)計(jì)算每個(gè)子區(qū)域A1， A2在 X, y, Z方向上的最大最小值為Xlmax, xlmin, ylmax, ylmin, zlmax， zlmin, x2max,Z2min，判斷兩個(gè)空間區(qū)域是否有重疊，即如果 Xlmax<x2min或者 X2max<xlmin或者 ylmax<y2min或者 y2max<ylmin或者zl,〈z2一或者z2max<zlmin，則兩個(gè)區(qū)域沒(méi)有重疊，即兩個(gè)子區(qū)域不會(huì)相 交；(3)空間三角形相交計(jì)算 如果兩個(gè)子區(qū)域相交，則需要對(duì)子區(qū)域內(nèi)的每個(gè)三角形相互進(jìn)行相交 計(jì)算；本質(zhì)上講，兩個(gè)空間三角形相交是兩個(gè)空間平面相交，其相交結(jié)果 為一條空間直線；但是，我們需要的是計(jì)算兩個(gè)三角形相交的交點(diǎn)，將所 有交點(diǎn)連成一條線即為交線；所以計(jì)算兩個(gè)三角形相交即計(jì)算一個(gè)三角形 的三條邊與另外一個(gè)三角形構(gòu)成的空間平面相交，如果交點(diǎn)在三角形內(nèi)部， 且交點(diǎn)在邊上即為有效交點(diǎn)；這樣，問(wèn)題歸為計(jì)算一條空間線段與空間三 角形平面相交計(jì)算。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征 在于所述c步驟中，在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢?性處理具體是根據(jù)相交線處層位面和斷層面的邊界信息作為限制條件， 對(duì)己有三角形網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為插值參考點(diǎn)，重新剖分插值得到新的網(wǎng)格， 通過(guò)交點(diǎn)計(jì)算，可以得到相交三角形集合及其內(nèi)部的交點(diǎn)集合，交線的一 致性處理可以通過(guò)每個(gè)相交三角形的一致性處理實(shí)現(xiàn)，這樣層面相交的一 致性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為在一個(gè)具有邊約束的三角形網(wǎng)格化問(wèn)題，約束條件如下(1) 邊界邊必須屬于某一個(gè)子三角形，其余邊必須屬于兩個(gè)不同的 三角形；(2) 對(duì)于每?jī)蓚€(gè)不相連的兩條邊，不相交。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特征 在于所述d步驟中，進(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面， 即三角形網(wǎng)格集合，定義封閉塊的地質(zhì)屬性，形成三維模型塊具體是指 采用圖形的判斷方法提取封閉塊邊界的三角形網(wǎng)格，具體步驟是-(1) 將模型中形成的層位面和斷層面的三角形網(wǎng)格復(fù)制兩份，這樣 每個(gè)模型中層位面和斷層面都有雙份網(wǎng)格，改變其中一份網(wǎng)格的旋向；對(duì) 模型邊界面僅保留一份三角三維復(fù)雜模型的塊狀建立形網(wǎng)格面，其旋向保 持不變，此時(shí)，每個(gè)面三角形網(wǎng)格原有邊鄰信息丟失；(2) 任選當(dāng)前地質(zhì)體的一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)格單元，設(shè)為當(dāng)前三角形，將其 加入選定三角形集合，尋找共邊且旋向相同的三角形，建立三角形的相鄰關(guān)系，將當(dāng)前三角形與選定三角形的共邊鄰域互指，如果找到多于一個(gè)的 三角形，則選擇三角形法線夾角最小的三角形；(3) 重復(fù)第(2)步，直到三角形集合中的所有三角形的邊鄰域信息 全部恢復(fù)為止，此時(shí)，得到一個(gè)封閉塊的邊界；(4) 對(duì)所有封閉塊按上述步驟迭代處理，直到封閉塊被分割為單一 性質(zhì)區(qū)塊為止；定義封閉塊的地質(zhì)屬性如速度、密度，形成三維模型塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其 特征在于所述幾何一致性是指相交的兩個(gè)面三角形網(wǎng)格緊密相接，它們 之間沒(méi)有縫隙，也不重疊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，其特 征在于所述拓?fù)湟恢滦允侵赶嘟坏膬蓚€(gè)面三角形網(wǎng)格完全匹配， 一個(gè)面 上的三角形網(wǎng)格能夠在另一個(gè)面上找到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)重合的三角形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建方法，涉及地質(zhì)三維建模領(lǐng)域，其步驟為a.將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化描述；b.將層位面或斷層面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化后，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造塊狀模型構(gòu)建中的層面相交問(wèn)題轉(zhuǎn)換為空間三角形相交問(wèn)題，判斷兩個(gè)三角形是否相交，對(duì)相交的兩三角形找出交點(diǎn)，交點(diǎn)相連即形成交線；c.在每個(gè)相交三角形內(nèi)部進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚?；d.在對(duì)三角形網(wǎng)格進(jìn)行幾何一致性和拓?fù)湟恢滦蕴幚砗?，進(jìn)行封閉塊提取，獲得封閉塊外圍邊組成的界面，定義封閉塊的地質(zhì)屬性，形成三維模型塊。本發(fā)明徹底解決了復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)的三維模型輸入和成塊問(wèn)題，不用求解難度和計(jì)算量比較大的方程組，同時(shí)構(gòu)建方法簡(jiǎn)單實(shí)用。
文檔編號(hào)G06T17/50GK101582173SQ200910059740
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者鴻 劉, 敬龍江, 晨 朱, 振 李, 陶正喜, 才 魯 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司