斷層構(gòu)造三維建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種斷層構(gòu)造三維建模方法，首先將斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線；然后進(jìn)行多種情況的連接分析以及斷層線及斷層屬性的修訂，計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)；之后將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交得到地層與斷層的初始交線，并對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得含上下盤的3D斷層線；再通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行地層模型構(gòu)建。能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，保證斷層模型的精度，能夠應(yīng)用于石油、地礦等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】斷層構(gòu)造三維建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維地質(zhì)建模技術(shù)，尤其涉及一種斷層構(gòu)造三維建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維地質(zhì)建模在地質(zhì)勘探認(rèn)識(shí)、地質(zhì)演化進(jìn)程解析等方面起著重要的作用，建立3D地質(zhì)模型是地球科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要手段，涉及自然資源的評(píng)價(jià)、災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)等。由于斷層切割巖石單元并在地下自然現(xiàn)象中扮演著重要的角色，斷層構(gòu)造的構(gòu)建是三維地質(zhì)建模中至關(guān)重要的一步。
[0003]國(guó)內(nèi)外提出了一些建立斷層模型的設(shè)計(jì)方法以及基于網(wǎng)格的3D結(jié)構(gòu)建模的流程。然而，在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中，斷層、斷裂等自然現(xiàn)象增加了研究區(qū)地下地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性。在闡述地質(zhì)構(gòu)造時(shí)的一個(gè)重要困難是存在大量的未揭露斷層，與斷層相關(guān)的不確定性問(wèn)題嚴(yán)重影響著自然進(jìn)程的數(shù)值模擬。現(xiàn)有技術(shù)中的方法是通過(guò)認(rèn)知學(xué)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合，使得3D模型與當(dāng)前地質(zhì)觀察和理解相一致，如采用參數(shù)斷層表示法來(lái)模擬斷層相關(guān)的位移。一些結(jié)構(gòu)不確定性建模技術(shù)或是允許幾何改變而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定，或是構(gòu)建拓?fù)渥兓碾S機(jī)斷層網(wǎng)絡(luò)，試圖降低由地下成像和解釋模糊引起的斷層相關(guān)的不確定性。然而，現(xiàn)有技術(shù)方法與三維結(jié)構(gòu)建模的真實(shí)客觀表示仍然存在差距，許多的實(shí)現(xiàn)僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。由于稀疏的樣本數(shù)據(jù)及復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，斷層構(gòu)造三維建模過(guò)程依舊嚴(yán)重依賴于手動(dòng)干預(yù)。這種情況下，斷層與地層網(wǎng)格在空間上不能緊密地匹配，存在縫隙或重疊情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種斷層構(gòu)造三維建模方法，該方法集成區(qū)域內(nèi)可能獲取的各種斷層數(shù)據(jù)，構(gòu)建斷層三維模型，并有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，保證斷層模型的精度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的斷層構(gòu)造三維建模方法，包括步驟:
[0007]A、斷層數(shù)據(jù)集成:
[0008]將包括鉆孔、2D/3D剖面、構(gòu)造地質(zhì)圖、斷層屬性的斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線，所形成的斷層線主要分為2類:一類是含上下盤的3D斷層線，二類是2D斷層線；
[0009]對(duì)于一類斷層線，對(duì)控制點(diǎn)無(wú)法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)外延；
[0010]對(duì)于二類斷層線，基于地層的斷點(diǎn)插值后再進(jìn)行斷層插值；
[0011]B、斷層網(wǎng)絡(luò):
[0012]根據(jù)斷層樣本數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性、不確定性的特點(diǎn)，進(jìn)行多種情況的連接分析、以及斷層線及斷層屬性的修訂，使模擬的斷層接近真實(shí)情況，選擇可信度高的斷層連接方案，計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)；
[0013]C、斷層插值:
[0014]根據(jù)地礦領(lǐng)域勘探獲得的2D斷層線結(jié)合斷層屬性，對(duì)所述二類斷層線進(jìn)行斷點(diǎn)插值以及斷層面外延，將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交，得到地層與斷層的初始交線，或者從鉆孔、剖面中直接提取斷層面與地層面的初始交線，之后，對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得所述一類斷層線。
[0015]D、斷層模型構(gòu)建:
[0016]通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，結(jié)合斷層趨勢(shì)面分析，進(jìn)行斷層數(shù)據(jù)融合，消除二義性問(wèn)題，之后，依據(jù)斷層級(jí)別，對(duì)每個(gè)斷層進(jìn)行相交性測(cè)試，完成斷層之間的切割計(jì)算，實(shí)現(xiàn)斷層線的自動(dòng)封閉，形成斷層多邊形，并將其導(dǎo)入地層模型，最后，進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)；
[0017]E、地層模型構(gòu)建:
[0018]包括初始地層模型、基于斷層插值的地層模型重構(gòu)、以及地層模型局部重構(gòu)三個(gè)階段，采取反距離加權(quán)法、徑向基函數(shù)法或普通Kriging法對(duì)地層層面進(jìn)行整體擬合，得到初始地層模型，根據(jù)斷層尖滅標(biāo)識(shí)和斷層尖滅形狀，將上下盤斷層線或斷層多邊形導(dǎo)入初始地層模型中，基于斷層插值方法，對(duì)地層模型中每條斷層附近的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，并實(shí)現(xiàn)地層模型重構(gòu)，當(dāng)斷層模型不斷修正、完善后，再對(duì)地層模型進(jìn)行局部重構(gòu)，提高模型表達(dá)的精度；
[0019]F、斷層數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正:
[0020]在斷層的構(gòu)建過(guò)程中，依據(jù)有效的鉆井?dāng)?shù)據(jù)、地震剖面數(shù)據(jù)、斷層趨勢(shì)面、斷層屬性對(duì)構(gòu)建過(guò)程中的插值數(shù)據(jù)以及最終生成的模型進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)不符合實(shí)際情況的模型進(jìn)行修正，以提高斷層模型的精度和可靠性。
[0021]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的斷層構(gòu)造三維建模方法，首先將斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線；然后進(jìn)行多種情況的連接分析以及斷層線及斷層屬性的修訂，計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)；之后將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交得到地層與斷層的初始交線，并對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得含上下盤的3D斷層線；再通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行地層模型構(gòu)建。集成區(qū)域內(nèi)可能獲取的各種斷層數(shù)據(jù)，構(gòu)建斷層三維模型，并有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，保證斷層模型的精度。不僅能夠應(yīng)用于擁有豐富數(shù)據(jù)的石油等領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)稀疏的地礦等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中斷層三維構(gòu)建流程示意圖；
[0023]圖2 (a)、2 (b)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層基本形態(tài)示例示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中斷層網(wǎng)絡(luò)示例示意圖；
[0025]圖4 (a)、4 (b)、4 (c)、4 (d)為本發(fā)明實(shí)施例中斷距計(jì)算示例示意圖；
[0026]圖5 (a)、5 (b)、5 (c)為本發(fā)明實(shí)施例中上下盤斷層線插值示例示意圖；
[0027]圖6 (a)、6 (b)、6 (c)、6 (d)、6 (e)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層切割計(jì)算分類示例示意圖；
[0028]圖7 (a)、7 (b)、7 (c)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層網(wǎng)格模型示意圖；
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中具體實(shí)施框架示意圖；[0030]圖9 (a)、9 (b)、9 (c)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層數(shù)據(jù)集成示意圖；
[0031]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中剖面及形成的斷層網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0032]圖11 (a)、ll (b)、ll (c)、ll (d)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層構(gòu)建示例示意圖；
[0033]圖12 (a)、12 (b)、12 (c)、12 (d)為本發(fā)明實(shí)施例中三維地質(zhì)模型示意圖；
[0034]圖13 (a)、13 (b)、13 (c)、13 (d)為本發(fā)明實(shí)施例中斷層移動(dòng)模擬示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]本發(fā)明的斷層構(gòu)造三維建模方法，其較佳的【具體實(shí)施方式】包括步驟:
[0037]A、斷層數(shù)據(jù)集成:
[0038]將包括鉆孔、2D/3D剖面、構(gòu)造地質(zhì)圖、斷層屬性的斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線，所形成的斷層線主要分為2類:一類是含上下盤的3D斷層線，二類是2D斷層線；
[0039]對(duì)于一類斷層線，對(duì)控制點(diǎn)無(wú)法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)外延；
[0040]對(duì)于二類斷層線，基于地層的斷點(diǎn)插值后再進(jìn)行斷層插值；
[0041]B、斷層網(wǎng)絡(luò):
[0042]根據(jù)斷層樣本數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性、不確定性的特點(diǎn)，進(jìn)行多種情況的連接分析、以及斷層線及斷層屬性的修訂，使模擬的斷層接近真實(shí)情況，選擇可信度高的斷層連接方案，計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)；
[0043]C、斷層插值:
[0044]根據(jù)地礦領(lǐng)域勘探獲得的2D斷層線結(jié)合斷層屬性，對(duì)所述二類斷層線進(jìn)行斷點(diǎn)插值以及斷層面外延，將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交，得到地層與斷層的初始交線，或者從鉆孔、剖面中直接提取斷層面與地層面的初始交線，之后，對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得所述一類斷層線。
[0045]D、斷層模型構(gòu)建:
[0046]通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，結(jié)合斷層趨勢(shì)面分析，進(jìn)行斷層數(shù)據(jù)融合，消除二義性問(wèn)題，之后，依據(jù)斷層級(jí)別，對(duì)每個(gè)斷層進(jìn)行相交性測(cè)試，完成斷層之間的切割計(jì)算，實(shí)現(xiàn)斷層線的自動(dòng)封閉，形成斷層多邊形，并將其導(dǎo)入地層模型，最后，進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)；
[0047]E、地層模型構(gòu)建:
[0048]包括初始地層模型、基于斷層插值的地層模型重構(gòu)、以及地層模型局部重構(gòu)三個(gè)階段，采取反距離加權(quán)法、徑向基函數(shù)法或普通Kriging法對(duì)地層層面進(jìn)行整體擬合，得到初始地層模型，根據(jù)斷層尖滅標(biāo)識(shí)和斷層尖滅形狀，將上下盤斷層線或斷層多邊形導(dǎo)入初始地層模型中，基于斷層插值方法，對(duì)地層模型中每條斷層附近的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，并實(shí)現(xiàn)地層模型重構(gòu)，當(dāng)斷層模型不斷修正、完善后，再對(duì)地層模型進(jìn)行局部重構(gòu)，提高模型表達(dá)的精度；
[0049]F、斷層數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正:
[0050]在斷層的構(gòu)建過(guò)程中，依據(jù)有效的鉆井?dāng)?shù)據(jù)、地震剖面數(shù)據(jù)、斷層趨勢(shì)面、斷層屬性對(duì)構(gòu)建過(guò)程中的插值數(shù)據(jù)以及最終生成的模型進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)不符合實(shí)際情況的模型進(jìn)行修正，以提高斷層模型的精度和可靠性。
[0051]所述步驟A具體包括:
[0052]將原始地質(zhì)數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、解釋、集成處理，提取斷層控制點(diǎn)、斷層屬性以及斷層線，從中獲得如下相關(guān)結(jié)果:斷層網(wǎng)絡(luò)的空間分布、漸滅或侵蝕巖體的關(guān)系、斷層間的隱含關(guān)系；
[0053]所述斷層控制點(diǎn)主要來(lái)源于鉆孔、2D/3D地震剖面或物探剖面、井下采掘工程揭露、地面露頭觀測(cè)，是控制斷層空間產(chǎn)狀的原始依據(jù)；
[0054]所述斷層屬性主要包括走向、傾向、傾角、斷距、斷層正/逆類別、根據(jù)斷層的主次及生成的先后劃分的斷層級(jí)別、斷層尖滅標(biāo)識(shí)、斷層尖滅形狀、斷層切割的起始位置，在研究區(qū)內(nèi)，為了使算法便于自動(dòng)實(shí)現(xiàn)插值斷層面，設(shè)定斷層走向，將斷層分為斷層不尖滅、兩端尖滅、起端尖滅、終端尖滅4種基本情況，每種情況又可分為屬性固定不變、屬性連續(xù)變化、屬性突變3種類型，于是，斷層共分為:4X3 = 12種基本形態(tài)，這些斷層屬性以斷層屬性表方式存儲(chǔ)，其中，對(duì)于屬性突變的斷層需要進(jìn)行分段處理；
[0055]所述斷層線主要由斷層控制點(diǎn)及斷層屬性插值或解釋獲得，依賴于樣本的精度，存在不同程度的不確定性因素，分為上盤斷層線和下盤斷層線，對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，斷層線相互交錯(cuò)，形成了斷層線狀網(wǎng)絡(luò)，對(duì)這些斷層線再進(jìn)行進(jìn)一步的擬合、插值，得到斷層面，形成最終的3D斷層網(wǎng)絡(luò)。
[0056]所述步驟B具體包括:
[0057]斷層數(shù)據(jù)主要來(lái)自于野外地質(zhì)填圖、鉆井、物探等，煤礦區(qū)還可以通過(guò)井下巷道揭示推測(cè)的斷層數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)形成斷層的控制點(diǎn)，對(duì)于剖面可控制斷層面產(chǎn)狀的斷層，通過(guò)控制點(diǎn)直接擬合斷層面模型，對(duì)于無(wú)法控制斷層面的空間展布的斷層，需要進(jìn)行進(jìn)一步的斷層插值；
[0058]如果根據(jù)區(qū)域內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，得出多種斷層連接方式，則根據(jù)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查情況，選擇其中可信度最高的一種，通過(guò)斷層相交性檢測(cè)，建立其斷層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成Network,用于記錄斷層之間的切割關(guān)系以及斷層群，設(shè)Network= {V, E, L}, V集合由η個(gè)斷層組成，E集合由斷層之間的切割關(guān)系組成，L依次記錄了斷層的層次關(guān)系；
[0059]所述步驟C具體分為兩步:斷距計(jì)算和上下盤斷層線插值；
[0060]所述斷距計(jì)算是在斷層插值過(guò)程中，根據(jù)斷層屬性表中的斷層信息，針對(duì)不同情況的斷層，需要計(jì)算斷層的初始交線上各個(gè)斷點(diǎn)的斷距，如果斷層的斷距出現(xiàn)突變時(shí)，則先對(duì)斷層進(jìn)行分段處理；
[0061]所述上下盤斷層線插值是根據(jù)斷層面與地層面的初始交線及其上各個(gè)斷點(diǎn)的斷距，結(jié)合斷層面的傾向、傾角和斷層的正逆數(shù)據(jù)，自動(dòng)插值出斷層面與地層上下盤的斷層線數(shù)據(jù)。
[0062]所述步驟D具體包括:
[0063]斷層模型構(gòu)建依次包括斷層相交性檢測(cè)、斷層切割計(jì)算、斷層多邊形形成、斷層網(wǎng)格模型重構(gòu)，并進(jìn)行斷層模型修正；
[0064]所述斷層相交性檢測(cè)包括:按照實(shí)際地質(zhì)勘察的結(jié)果，將斷層的錯(cuò)切關(guān)系分為主輔關(guān)系、“Y”型關(guān)系和輔輔關(guān)系，所述主輔關(guān)系表現(xiàn)為一條斷層被另外一條斷層切割，即舊斷裂地層又出現(xiàn)了新的斷裂，所述“Y”型關(guān)系表現(xiàn)為一條斷層衍生出一條新的斷層，所述輔輔關(guān)系是指兩天斷層沒(méi)有相互切割；
[0065]所述斷層切割計(jì)算包括:對(duì)于存在切割關(guān)系的斷層，采用基于斷層屬性的切割計(jì)算，自動(dòng)產(chǎn)生切割處的斷點(diǎn)，并將其插入斷層線中，形成最終斷層切割關(guān)系；
[0066]所述斷層多邊形形成包括:為了正確進(jìn)行斷層地質(zhì)建模，必須使得斷層網(wǎng)格在交線處滿足幾何匹配和拓?fù)淦ヅ?，幾何匹配是為了使得斷層面之間的相互關(guān)系準(zhǔn)確，拓?fù)淦ヅ涫菫榱吮ＷC能夠正確地提取斷層區(qū)塊，最終得到依照斷點(diǎn)生成的順序，自動(dòng)連接而成斷層多邊形；
[0067]所述斷層網(wǎng)格模型重構(gòu)與修正包括:基于原始控制點(diǎn)以及通過(guò)上述方法獲得的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)及其斷層線，對(duì)計(jì)算出的斷層與樣本數(shù)據(jù)之間的差異進(jìn)行檢測(cè)并完成修復(fù)工作，其結(jié)果會(huì)對(duì)產(chǎn)生二義性的斷層屬性進(jìn)行修正，之后，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，生成三角形網(wǎng)格的曲面模型，并對(duì)剖分后的模型進(jìn)行檢測(cè)，修正與實(shí)際不符的斷層數(shù)據(jù)，建立有效的斷層網(wǎng)格模型。
[0068]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0069]I)針對(duì)現(xiàn)有勘探數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了斷層建模的流程，能夠集成各類斷層樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)斷層網(wǎng)絡(luò)分析、斷層插值、斷層數(shù)據(jù)融合、斷層切割等技術(shù)方法，完成斷層模型的構(gòu)建。結(jié)合斷層數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層產(chǎn)狀的預(yù)測(cè)。同時(shí)，采用基于斷層插值的方法，對(duì)地層模型重構(gòu)，最終建立有效的3D地質(zhì)模型。
[0070]2)在傳統(tǒng)意義上的斷層要素(走向、傾向、傾角、斷距)基礎(chǔ)上，增加了斷層級(jí)別、斷層尖滅標(biāo)識(shí)、斷層尖滅形狀、可信度這類斷層屬性，對(duì)于屬性突變情況，需要建立相應(yīng)的分段斷層表。這些信息能夠有利于斷層模型的自動(dòng)插值和預(yù)測(cè)。
[0071]3)基于斷層屬性的斷層模擬方法，通過(guò)對(duì)斷層尖滅形狀識(shí)別分類，設(shè)計(jì)了斷距計(jì)算方法，并實(shí)現(xiàn)了上下盤斷層線的自動(dòng)插值；通過(guò)斷層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，完成了斷層相交性測(cè)試與切割計(jì)算。在樣本稀疏區(qū)域，合理地豐富了斷層數(shù)據(jù)，為斷層面的有效構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。
[0072]4)所提出的方法，兼顧斷層樣本的多樣性、復(fù)雜性、不確定性特點(diǎn)，采用了擬合、插值方法，不僅能夠應(yīng)用于擁有豐富數(shù)據(jù)的石油等領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)稀疏的地礦等領(lǐng)域。
[0073]下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述:
[0074]斷層三維構(gòu)建流程如圖1所述，主要步驟如下:
[0075]I)斷層數(shù)據(jù)集成:
[0076]將鉆孔、2D/3D剖面、構(gòu)造地質(zhì)圖、斷層屬性的斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線。所形成的斷層線主要分為2類:1)含上下盤的3D斷層線；以及2) 2D斷層線。對(duì)于一類斷層線，需要對(duì)控制點(diǎn)無(wú)法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)外延；而對(duì)于二類斷層線，需要基于地層的斷點(diǎn)插值后再進(jìn)行斷層插值。
[0077]2)斷層網(wǎng)絡(luò):
[0078]由于斷層樣本數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性、不確定性特點(diǎn)，需要進(jìn)行多種情況的連接分析、以及斷層線及斷層屬性的修訂，力求模擬的斷層盡可能接近真實(shí)情況。一旦選擇了可信度較高的斷層連接方案，需要計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)。
[0079]3)斷層插值:
[0080]在實(shí)際應(yīng)用中，地礦領(lǐng)域通常會(huì)提供勘探獲得的2D斷層線。結(jié)合斷層屬性，對(duì)二類斷層線進(jìn)行斷點(diǎn)插值以及斷層面外延，將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交，得到地層與斷層的初始交線，如果能從鉆孔、剖面中直接提取斷層面與地層面的初始交線則最準(zhǔn)確，最后，再對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得斷層的上下盤斷層線。
[0081]4)斷層模型構(gòu)建:
[0082]通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，結(jié)合斷層趨勢(shì)面分析等，進(jìn)行斷層數(shù)據(jù)融合，消除二義性問(wèn)題。表1給出了一般情況下的權(quán)值取值范圍，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，視情況而定。例如，地礦領(lǐng)域主要數(shù)據(jù)來(lái)源包括斷層控制點(diǎn)、斷層屬性、二類斷層線、以及插值上下盤斷層線；而油田領(lǐng)域主要的樣本包含斷層控制點(diǎn)和一類斷層線，其中，控制點(diǎn)和一類斷層線有重合部分。依據(jù)斷層級(jí)別，對(duì)每個(gè)斷層進(jìn)行相交性測(cè)試，完成斷層之間的切割計(jì)算。實(shí)現(xiàn)斷層線的自動(dòng)封閉，形成斷層多邊形，并將其導(dǎo)入地層模型。最后進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)。
[0083]表1斷層數(shù)據(jù)權(quán)重設(shè)置
[0084]
【權(quán)利要求】
1.一種斷層構(gòu)造三維建模方法，其特征在于，包括步驟: A、斷層數(shù)據(jù)集成: 將包括鉆孔、2D/3D剖面、構(gòu)造地質(zhì)圖、斷層屬性的斷層數(shù)據(jù)集成于三維可視化系統(tǒng)中，從中提取斷層控制點(diǎn)，并解釋而形成斷層線，所形成的斷層線主要分為2類:一類是含上下盤的3D斷層線，二類是2D斷層線； 對(duì)于一類斷層線，對(duì)控制點(diǎn)無(wú)法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)外延； 對(duì)于二類斷層線，基于地層的斷點(diǎn)插值后再進(jìn)行斷層插值； B、斷層網(wǎng)絡(luò): 根據(jù)斷層樣本數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性、不確定性的特點(diǎn)，進(jìn)行多種情況的連接分析、以及斷層線及斷層屬性的修訂，使模擬的斷層接近真實(shí)情況，選擇可信度高的斷層連接方案，計(jì)算斷層之間的關(guān)系，并建立反映其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的斷層網(wǎng)絡(luò)； C、斷層插值: 根據(jù)地礦領(lǐng)域勘探獲得的2D斷層線結(jié)合斷層屬性，對(duì)所述二類斷層線進(jìn)行斷點(diǎn)插值以及斷層面外延，將斷層面與構(gòu)建的初始地層模型進(jìn)行求交，得到地層與斷層的初始交線，或者從鉆孔、剖面中直接提取斷層面與地層面的初始交線，之后，對(duì)初始交線上每個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行斷距計(jì)算，并獲得所述一類斷層線； D、斷層模型構(gòu)建: 通過(guò)對(duì)上述產(chǎn)生的各類斷層數(shù)據(jù)設(shè)置權(quán)重，結(jié)合斷層趨勢(shì)面分析，進(jìn)行斷層數(shù)據(jù)融合，消除二義性問(wèn)題，之后，依據(jù)斷層級(jí)別，對(duì)每個(gè)斷層進(jìn)行相交性測(cè)試，完成斷層之間的切割計(jì)算，實(shí)現(xiàn)斷層線的自動(dòng)封閉，形成斷層多邊形，并將其導(dǎo)入地層模型，最后，進(jìn)行斷層面擬合，形成斷層面網(wǎng)絡(luò)； E、地層模型構(gòu)建: 包括初始地層模型、基于斷層插值的地層模型重構(gòu)、以及地層模型局部重構(gòu)三個(gè)階段，采取反距離加權(quán)法、徑向基函數(shù)法或普通Kriging法對(duì)地層層面進(jìn)行整體擬合，得到初始地層模型，根據(jù)斷層尖滅標(biāo)識(shí)和斷層尖滅形狀，將上下盤斷層線或斷層多邊形導(dǎo)入初始地層模型中，基于斷層插值方法，對(duì)地層模型中每條斷層附近的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，并實(shí)現(xiàn)地層模型重構(gòu)，當(dāng)斷層模型不斷修正、完善后，再對(duì)地層模型進(jìn)行局部重構(gòu)，提高模型表達(dá)的精度； F、斷層數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正: 在斷層的構(gòu)建過(guò)程中，依據(jù)有效的鉆井?dāng)?shù)據(jù)、地震剖面數(shù)據(jù)、斷層趨勢(shì)面、斷層屬性對(duì)構(gòu)建過(guò)程中的插值數(shù)據(jù)以及最終生成的模型進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)不符合實(shí)際情況的模型進(jìn)行修正，以提高斷層模型的精度和可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷層構(gòu)造三維建模方法，其特征在于，所述步驟A具體包括: 將原始地質(zhì)數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、解釋、集成處理，提取斷層控制點(diǎn)、斷層屬性以及斷層線，從中獲得如下相關(guān)結(jié)果:斷層網(wǎng)絡(luò)的空間分布、漸滅或侵蝕巖體的關(guān)系、斷層間的隱含關(guān)系； 所述斷層控制點(diǎn)主要來(lái)源于鉆孔、2D/3D地震剖面或物探剖面、井下采掘工程揭露、地面露頭觀測(cè)，是控制斷層空間產(chǎn)狀的原始依據(jù) ； 所述斷層屬性主要包括走向、傾向、傾角、斷距、斷層正/逆類別、根據(jù)斷層的主次及生成的先后劃分的斷層級(jí)別、斷層尖滅標(biāo)識(shí)、斷層尖滅形狀、斷層切割的起始位置，在研究區(qū)內(nèi)，為了使算法便于自動(dòng)實(shí)現(xiàn)插值斷層面，設(shè)定斷層走向，將斷層分為斷層不尖滅、兩端尖滅、起端尖滅、終端尖滅4種基本情況，每種情況又可分為屬性固定不變、屬性連續(xù)變化、屬性突變3種類型，于是，斷層共分為:4X3 = 12種基本形態(tài)，其中，對(duì)于屬性突變的斷層需要進(jìn)行分段處理； 所述斷層線主要由斷層控制點(diǎn)及斷層屬性插值或解釋獲得，依賴于樣本的精度，存在不同程度的不確定性因素，分為上盤斷層線和下盤斷層線，對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，斷層線相互交錯(cuò)，形成了斷層線狀網(wǎng)絡(luò)，對(duì)這些斷層線再進(jìn)行進(jìn)一步的擬合、插值，得到斷層面，形成最終的3D斷層網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷層構(gòu)造三維建模方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: 斷層數(shù)據(jù)主要來(lái)自于野外地質(zhì)填圖、鉆井、物探，煤礦區(qū)還可以通過(guò)井下巷道揭示推測(cè)的斷層數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)形成斷層的控制點(diǎn)，對(duì)于剖面可控制斷層面產(chǎn)狀的斷層，通過(guò)控制點(diǎn)直接擬合斷層面模型，對(duì)于無(wú)法控制斷層面的空間展布的斷層，需要進(jìn)行進(jìn)一步的斷層插值； 如果根據(jù)區(qū)域內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，得出多種斷層連接方式，則根據(jù)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查情況，選擇其中可信度最高的一種，通過(guò)斷層相交性檢測(cè)，建立其斷層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成Network,用于記錄斷層之間的切割關(guān)系以及斷層群,設(shè)Network={V, E, L}, V集合由η個(gè)斷層組成，E集合由斷層之間的切割關(guān)系組成，L依次記錄了斷層的層次關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷層構(gòu)造三維建模方法，其特征在于，所述步驟C具體分為兩步:斷距計(jì)算和上下盤斷層線插值； 所述斷距計(jì)算是在斷層插值過(guò)程中，根據(jù)斷層屬性表中的斷層信息，針對(duì)不同情況的斷層，需要計(jì)算斷層的初始交線上各個(gè)斷點(diǎn)的斷距，如果斷層的斷距出現(xiàn)突變時(shí)，則先對(duì)斷層進(jìn)行分段處理； 所述上下盤斷層線插值是根據(jù)斷層面與地層面的初始交線及其上各個(gè)斷點(diǎn)的斷距，結(jié)合斷層面的傾向、傾角和斷層的正逆數(shù)據(jù)，自動(dòng)插值出斷層面與地層上下盤的斷層線數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的斷層構(gòu)造三維建模方法，其特征在于，所述步驟D具體包括: 斷層模型構(gòu)建依次包括斷層相交性檢測(cè)、斷層切割計(jì)算、斷層多邊形形成、斷層網(wǎng)格模型重構(gòu)，并進(jìn)行斷層模型修正； 所述斷層相交性檢測(cè)包括:按照實(shí)際地質(zhì)勘察的結(jié)果，將斷層的錯(cuò)切關(guān)系分為主輔關(guān)系、“Y”型關(guān)系和輔輔關(guān)系，所述主輔關(guān)系表現(xiàn)為一條斷層被另外一條斷層切割，即舊斷裂地層又出現(xiàn)了新的斷裂，所述“Y”型關(guān)系表現(xiàn)為一條斷層衍生出一條新的斷層，所述輔輔關(guān)系是指兩天斷層沒(méi)有相互切割； 所述斷層切割計(jì)算包括:對(duì)于存在切割關(guān)系的斷層，采用基于斷層屬性的切割計(jì)算，自動(dòng)產(chǎn)生切割處的斷點(diǎn)，并將其插入斷層線中，形成最終斷層切割關(guān)系； 所述斷層多邊形形成包括:為了正確進(jìn)行斷層地質(zhì)建模，必須使得斷層網(wǎng)格在交線處滿足幾何匹配和拓?fù)淦ヅ?，幾何匹配是為了使得斷層面之間的相互關(guān)系準(zhǔn)確，拓?fù)淦ヅ涫菫榱吮ＷC能夠正確地提取斷層區(qū)塊，最終得到依照斷點(diǎn)生成的順序，自動(dòng)連接而成斷層多邊形； 所述斷層網(wǎng)格模型重構(gòu)與修正包括:基于原始控制點(diǎn)以及通過(guò)上述方法獲得的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)及其斷層線，對(duì)計(jì)算出的斷層與樣本數(shù)據(jù)之間的差異進(jìn)行檢測(cè)并完成修復(fù)工作，其結(jié)果會(huì)對(duì)產(chǎn)生二義性的斷層屬性進(jìn)行修正，之后，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，生成三角形網(wǎng)格的曲面模型，并對(duì)剖分后的模型進(jìn)行檢測(cè)，`修正與實(shí)際不符的斷層數(shù)據(jù)，建立有效的斷層網(wǎng)格模型。
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK103514630SQ201310485186
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】武強(qiáng), 徐華 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院, 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)