一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法及系统与流程

本发明涉及三维地质建模技术领域，特别是一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法及系统。

背景技术：

三维地质模型可以较完整准确的表达各种地质现象，快速直观地再现地质单元的空间展布以及相互关系。钻孔资料对于建立三维地质模型至关重要，利用钻孔数据直接建立三维模型已经成为国内外学者的研究焦点。

当前利用钻孔数据构建三维地质模型的建模方法存在的较为普遍的共同问题是，这些建模方法要求较多的人工干预，建模过程复杂。因此，基于钻孔数据的三维地质体自动建模技术正在成为该领域的重点研究方向。

现有的基于钻孔数据的三维地质体自动建模方法，根据建模思路可以分为两个大类，第一种为综合考虑所有钻孔，逐层构建地层模型；第二种为根据钻孔构造若干个相互邻接的三棱柱，在每个三棱柱内部独立完成局部地层模型的构建，局部地层模型由一系列模型体元构成，将所有三棱柱内部生成的模型体元进行拼接，就得到了完整的地层模型。

但上述两种方法存在的问题在于：

第一种方法在地质情况较为简单、无颠倒地层、无重复地层的情况下，可以较快地构造地层模型，如果地质情况变得复杂，出现重复或颠倒地层时，自动建模的难度会急剧上升，需要人工介入以完成地层对比，而且建模过程中，如何处理地层模型中可能出现的孔洞，也是一个较难解决的问题；

第二种方法采取了化整为零的思想，实现过程较为容易。但在处理重复或颠倒地层时，两个相邻三棱柱的相邻面可能会出现异构的情况，此时便无法完成模型体元的拼接。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法及系统，旨在解决现有技术中某些情况下无法根据地层分界线进行局部模型构建的问题，实现精准建模，提高模型准确性。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法，所述方法包括以下步骤：

s1、视三个钻孔构成一个三棱柱，在任意两个钻孔上连接对应的地层边界点，生成两个钻孔间的地层边界线；

s2、当存在地层边界线相交时，在地层边界线与三棱柱侧棱构成的四边形的对角线添加一条新的地层边界线，将所述四边形分割成两个三角形；

s3、根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型用若干个四面体组合进行表示。

优选地，所述钻孔的数据结构形式为：

钻孔段列表或数组、钻孔编号、钻孔类型、孔口坐标。

优选地，所述钻孔段包括钻孔段的分层序号、钻孔段的岩性代号、钻孔段的上端点坐标、钻孔段的下端点坐标、钻孔段的倾斜角、钻孔段的倾角、钻孔段对应地层层底埋深、钻孔段对应地层的厚度、钻孔段的地层描述。

本发明还提供了一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模系统，所述系统包括：

地层边界线生成模块，用于将三个钻孔构成一个三棱柱，在任意两个钻孔上连接对应的地层边界点，生成两个钻孔间的地层边界线；

边界线添加模块，用于当存在地层边界线相交时，在地层边界线与三棱柱侧棱构成的四边形的对角线添加一条新的地层边界线，将所述四边形分割成两个三角形；

四面体构造模块，用于根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型用若干个四面体组合进行表示。

优选地，所述钻孔的数据结构形式为：

钻孔段列表或数组、钻孔编号、钻孔类型、孔口坐标。

优选地，所述钻孔段包括钻孔段的分层序号、钻孔段的岩性代号、钻孔段的上端点坐标、钻孔段的下端点坐标、钻孔段的倾斜角、钻孔段的倾角、钻孔段对应地层层底埋深、钻孔段对应地层的厚度、钻孔段的地层描述。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明以基于钻孔数据自动构建三维地层模型为目标，研究、继承并拓展了将整体地层模型的构建划分到一系列三棱柱内部构建局部模型后再拼接的思想，通过对三棱柱侧面不相交的地层分界线添加对角线，确保地层分界线将三棱柱的侧面分割为一系列三角形，解决了某些情况下无法根据地层分界线进行局部模型构建的问题，最后将算法应用到实际钻孔数据中，检验了算法的合理性和有效性。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法流程图；

图2为本发明实施例中所提供的一种三棱柱内部地层分界面示意图；

图3为本发明实施例中所提供的一种相邻三棱柱相邻面上地层分界线的异构示意图；

图4为本发明实施例中所提供的一种地层边界线可能出现的情况示意图；

图5为本发明实施例中所提供的一种三棱柱分割方法示意图；

图6为本发明实施例中所提供的一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模系统结构框图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法及系统进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模方法，所述方法包括以下步骤：

s1、视三个钻孔构成一个三棱柱，在任意两个钻孔上连接对应的地层边界点，生成两个钻孔间的地层边界线；

s2、当存在地层边界线相交时，在地层边界线与三棱柱侧棱构成的四边形的对角线添加一条新的地层边界线，将所述四边形分割成两个三角形；

s3、根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型用若干个四面体组合进行表示。

根据图形显示或数据处理的需求，钻孔的数据结构有多种形式，在本发明实施例中为了更加方便地构建地层模型，为钻孔定义了如下的数据结构形式：钻孔段列表或数组、钻孔编号、钻孔类型、孔口坐标等；钻孔段是钻孔的基本组成单位，每个钻孔段包含以下信息：钻孔段的分层序号、钻孔段的岩性代号、钻孔段的上端点坐标、钻孔段的下端点坐标、钻孔段的倾斜角、钻孔段的倾角、钻孔段对应地层层底埋深、钻孔段对应地层的厚度、钻孔段的地层描述等。

本发明实施例不考虑钻孔在垂直方向上的延伸长度，只考虑钻孔孔口的空间位置，即提取所有钻孔的孔口xyz坐标，得到一系列点，将这些点进行三角剖分形成三角网格，则网格的每个节点都有一条对应的钻孔，如图2所示。

三维空间内构建地层模型，最少需要三个钻孔，从格网上任选一个三角形，根据其对应的钻孔都可完成局部地层模型的构建，剖分出的所有三角形拼接在一起，可以形成一个完整的曲面，将各个三角形对应的钻孔构建的局部地层模型拼接在一起，理论上可以形成一个完整的地层模型。

利用三个钻孔进行局部地层模型的构建，其基本思路为：

视三个钻孔构成一个三棱柱，在三棱柱内部生成各相邻地层间的分界面，利用某一地层的上界面和下界面，便可在三棱柱内部构建模型体元，将相邻三棱柱的各模型体元进行连接，便可得出整体区域的地层模型；或是将相邻三棱柱的各个分界面进行连接，得出整个区域的地层分界面，进而利用地层分界面构建整体模型。

为确保三棱柱内部在构建地层分界面时不会出现交互、错乱等不合理情况发生，需要同时考虑三棱柱的三条边来构建地层分界面，在完成所有三棱柱的处理工作后，若实际地层中有重复、颠倒情况存在，则很难确保相邻三棱柱的相邻面上的地层分界面横截面，即地层分界线是一致的。如图3所示，图中两个三棱柱的邻接面上，地层边界线出现交错，无法进行拼接，从而阻碍后继建模工作的进行。

若要确保相邻三棱柱在相邻面上的地层边界线一致，则两个钻孔间的地层边界只能由该两个钻孔的数据信息决定，而不是三棱柱内部地层分界面在此相邻面的剖面。如此则需要每两个钻孔进行考虑，连接钻孔上对应的地层边界点，给出两个钻孔间的地层边界线，然后根据三个侧面上的地层边界线，得出三棱柱内部的地层边界面。而地层在三棱柱侧面上的地层边界线有如图4所示几种可能。在图4中，第3、6示例中地层边界线闭合会出现问题，继而影响后续的地层边界面的构造。

针对上述情况，若当存在地层边界线相交时，即地层边界线与三棱柱侧棱构成四边形，则沿所构成四边形的对角线添加一条新的地层边界线，使得当前地层边界线所夹区域分割为两个三角形。利用这种方法分割后的目标地层的地层边界线连接情况以及利用分割后的地层边界线可构造出的地层模型体元，如图5所示。

利用原有地层边界连线，因地层边界线没有封闭，无法进行地层体元模型的构建，添加新的地层边界线将所有地层边界线与三棱柱侧棱形成的四边形分割为三角形，根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型可以用若干个这样的四面体组合进行表示，利用该方法对三棱柱上所有地层边界线进行处理后，三棱柱内部会被分解为若干个四面体形状的模型体元。

地层边界线连接方式确定的依据是：厚度更大的地层其影响范围越大，因此，同一钻孔上长度越长的钻孔段越有可能连接到相邻钻孔的对应钻孔段上，长度越小的钻孔则越有可能发生尖灭。

在本发明实施例中，选取实际勘探所得钻孔数据，利用所述方法生成整体地层模型，所生成的模型地层分布基本合理，说明本发明实施例所述方法可用于三维地层模型的构建。

本发明实施例以基于钻孔数据自动构建三维地层模型为目标，研究、继承并拓展了将整体地层模型的构建划分到一系列三棱柱内部构建局部模型后再拼接的思想，通过对三棱柱侧面不相交的地层分界线添加对角线，确保地层分界线将三棱柱的侧面分割为一系列三角形，解决了某些情况下无法根据地层分界线进行局部模型构建的问题，最后将算法应用到实际钻孔数据中，检验了算法的合理性和有效性。

如图6所示，本发明还提供了一种基于钻孔数据的三棱柱分解建模系统，所述系统包括：

地层边界线生成模块，用于将三个钻孔构成一个三棱柱，在任意两个钻孔上连接对应的地层边界点，生成两个钻孔间的地层边界线；

边界线添加模块，用于如果在三棱柱的某个侧面，目标地层的地层边界线不相交，则在地层边界线与三棱柱侧棱构成的四边形的对角线添加一条新的地层边界线，将所述四边形分割成两个三角形；

四面体构造模块，用于根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型用若干个四面体组合进行表示。

提取所有钻孔的孔口xyz坐标，得到一系列点，将这些点进行三角剖分形成三角网格，则网格的每个节点都有一条对应的钻孔。

三维空间内构建地层模型，最少需要三个钻孔，从格网上任选一个三角形，根据其对应的钻孔都可完成局部地层模型的构建，剖分出的所有三角形拼接在一起，可以形成一个完整的曲面，将各个三角形对应的钻孔构建的局部地层模型拼接在一起，理论上可以形成一个完整的地层模型。

视三个钻孔构成一个三棱柱，在三棱柱内部生成各相邻地层间的分界面，利用某一地层的上界面和下界面，便可在三棱柱内部构建模型体元，将相邻三棱柱的各模型体元进行连接，便可得出整体区域的地层模型；或是将相邻三棱柱的各个分界面进行连接，得出整个区域的地层分界面，进而利用地层分界面构建整体模型。

若要确保相邻三棱柱在相邻面上的地层边界线一致，则两个钻孔间的地层边界只能由该两个钻孔的数据信息决定，而不是三棱柱内部地层分界面在此相邻面的剖面。如此则需要每两个钻孔进行考虑，连接钻孔上对应的地层边界点，给出两个钻孔间的地层边界线，然后根据三个侧面上的地层边界线，得出三棱柱内部的地层边界面。

在三棱柱的某个侧面上，目标地层的地层边界线不相交，即地层边界线与三棱柱侧棱构成四边形，则沿所构成四边形的对角线添加一条新的地层边界线，使得当前地层边界线所夹区域分割为两个三角形。利用这种方法分割后的目标地层的地层边界线连接情况以及利用分割后的地层边界线可构造出的地层模型体元。

利用原有地层边界连线，因地层边界线没有封闭，无法进行地层体元模型的构建，添加新的地层边界线将所有地层边界线与三棱柱侧棱形成的四边形分割为三角形，根据三棱柱侧棱及其所在两个三角形，可构造一个四面体，目标地层的地层模型可以用若干个这样的四面体组合进行表示，利用该方法对三棱柱上所有地层边界线进行处理后，三棱柱内部会被分解为若干个四面体形状的模型体元。

所述钻孔的数据结构形式为：钻孔段列表或数组、钻孔编号、钻孔类型、孔口坐标。所述钻孔段包括钻孔段的分层序号、钻孔段的岩性代号、钻孔段的上端点坐标、钻孔段的下端点坐标、钻孔段的倾斜角、钻孔段的倾角、钻孔段对应地层层底埋深、钻孔段对应地层的厚度、钻孔段的地层描述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。