一种三维岩溶边界的辨识定位方法与流程

1.本发明涉及地质勘探技术领域，具体为一种三维岩溶边界的辨识定位方法。


背景技术：

2.岩溶的三维空间建模是运用计算机技术，在三维环境下，将岩溶的空间信息与可视化工具相结合，用于岩溶分析的技术。
3.由于岩溶发育条件的复杂性、人类认知程度的局限性，导致岩溶的三维辨识方法和技术尚不完善。现有的三维岩溶边界辨识方法多以物探资料为基础，在多种物探信息综合分析基础上，对地下岩溶的边界进行预测和评估。上述方法受到物探方法和解译理论限制，且受人为因素干扰较大，工作量大且效率低。
4.通过公开检索，发现以下相关专利：
5.cn111007578a，公开了一种路基岩溶及采空区的综合探测方法及系统，利用地震波法和可控源法对大范围、深部的路基岩溶及采空区进行普查，进行远距离粗略探测；利用探地雷达法、瞬变电磁法、跨孔高密度电法和地表高密度电法进行近距离精细探测；将上述探测方法的探测结果作为先验信息，进行约束反演；然后通过钻孔对反演结果进行验证；对钻孔扩大孔径，探入三维激光扫描仪进行岩溶及采空区扫描；该发明实现了路基岩溶及采空区的多地球物理方法综合探测，加入先验约束反演，降低反演多解性，提高反演精度，并且通过三维激光钻孔扫描仪对岩溶及采空区进行扫描，实现了对路基岩溶及采空区的精确定位、范围大小以及填充物的探测。
6.cn111161415a，公开了一种岩溶区地下水岩溶发育通道三维空间模拟方法，顺序的包括如下步骤：1)对岩溶区进行地质勘验，得到岩溶区的地质，地基、地下水的勘探参数，基于勘探参数建立水岩溶发育通道建立地质结构模型，得到地质结构图；2)利用数字高程模型dem生成正立体视觉效果的人工光源图像，通过光谱保真融合处理，将人工光源图像与地质图进行数据融合，形成视立体地质图，该方法快速高效的模拟岩溶区地下水岩溶发育通道三维空间，进行模型搭建，以直接的方式呈现。
7.经分析，上述两篇公开专利在单一岩溶以及多个单一岩溶组成的岩溶带边界的辨识及定位步骤上存在较大差异，其边界的辨识定位结果亦不相同，因此不影响本技术的新颖性。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种三维岩溶边界的辨识定位方法，该方法根据地质钻孔信息自动辨识岩溶三维边界，可根据客观钻孔信息，结合空间逻辑算法，自动辨识三维岩溶边界，彻底去除人为因素干扰，效率高，满足大体量勘探应用的需求。
9.一种三维岩溶边界的辨识定位方法，包括以下步骤：
10.s1、基础数据准备：钻探资料整理，主要包括岩溶区域内的网状钻探信息，该钻探
信息包括岩溶层顶、层底高程等；
11.s2、岩溶空间信息标注：定义岩溶空间与普通地层分层节点，在每一个地质钻孔中找出岩溶地层所在位置，找到其层顶和层底与普通地层的分界点；将上述分界点按照带有钻孔编号、岩溶段号与位置号的命名原则整理；
12.s3、岩溶顶、底面边界辨识：从任一钻孔开始，以该钻孔的岩溶分界点为中心，生成特定尺寸的圆柱体，被包含在该区域内的且位置号与中心岩溶分界点一致的其他岩溶分界点，被认定属于同一岩溶边界面的顶面或底面；
13.s4、岩溶三维边界自动生成：完成岩溶边界面的点集搜索后，利用三角拓扑原理，生成岩溶区域的顶面和底面，此时溶边界面的顶面与底面在水平方向上的投影重合；假定这一投影平面为m，位于顶面与底面之间；使岩溶区域的顶面与底面分别朝m面进行垂直拉伸，最终合成一个封闭的空间，即生成了岩溶三维空间；
14.s5、区域岩溶带边界辨识：根据步骤s1～s4可以得到单个岩溶空间的三维边界，多个岩溶空间集合在一起形成岩溶带，该岩溶带的三维空间边界确定方法如下：
15.s5.1、根据s4步骤可得到每个独立岩溶空间内的一个投影平面m，假设一共有n个岩溶空间，则存在包括m1，m2，
……
mn-1，mn在内的n个投影平面，设每个m平面的形心为空间点p1，p2，
……
pn-1，pn，将所有的p点两两对应的连在一起，形成若干条空间直线d；设每个p点到自身岩溶空间边缘的最远距离为k，如果某个d小于或等于被其连接的两端岩溶空间k值之和的1.5倍，则这两个岩溶空间属于同一岩溶带；以此类推，直至将所有属于同一岩溶带的岩溶空间全部找到为止；
16.s5.2、以空间平面直角坐标系为标准，寻找上述岩溶带内所有岩溶空间在三维坐标系统上的最大、最小值，以这些极值为界限形成一个立方体形状的岩溶带边界，进而最终确定岩溶带的边界范围。
17.而且，步骤s1中岩溶区域内的网状钻探过程中，平均钻探间距为10-12m。
18.而且，步骤s3还包括以下子步骤：
19.s3.1、步骤s3中被搜索到的岩溶分界面各自以自身为中心，继续生成特定尺寸的圆柱体并向外搜索，直至无法再找到符合上述要求的岩溶分界点为止；
20.s3.2、依次使用未被确定的岩溶分界点继续上述过程，直至找到所有岩溶分界点所属的岩溶界面；进而完成所有岩溶空洞的顶、底面识别。
21.本发明的优点和技术效果是：
22.本发明的一种三维岩溶边界的辨识定位方法，针对三维岩溶边界辨识问题，提出了一种根据地质钻孔信息自动辨识岩溶三维边界的方法，可根据客观钻孔信息，结合空间逻辑算法，自动辨识单一三维岩溶，以及三维岩溶带的边界，彻底去除人为因素干扰，效率高，满足大体量岩溶评估的应用需求。
附图说明
23.图1a、1b为本发明步骤s3中的圆柱体区域示意图，(1a为俯视图，1b为单一圆柱体的立体示意图)；
24.图2a、2b为本发明步骤s5中岩溶带判识示意图，(2a为岩溶空间平面分布图，2b为岩溶空间整合为岩溶带三维示意图)；
25.图3为本发明的实施流程示意图；
26.图中：l1-l7：为某钻孔中心在平面方向上与其他钻孔中心的连线；h、r：为用以搜索岩溶分界点的圆柱体高度和半径；s1，s2：为岩溶段落在钻孔上、下方紧邻的地层厚度；h：为岩溶段落厚度。
具体实施方式
27.为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
28.一种三维岩溶边界的辨识方法，如图1所示，他包含以下步骤：
29.s1、基础数据准备
30.钻探资料的整理，主要包括岩溶区域内的网状钻探信息(平均钻探间距10-12m)，信息内容包括岩溶层顶、层底高程等。
31.s2、岩溶空间信息标注
32.定义岩溶空间与普通地层分层节点，在每一个地质钻孔中找出岩溶地层所在位置，将其层顶和层底与普通地层的分界点找到。将上述分界点按照钻孔编号+岩溶段号+位置的原则整理。
33.(1)钻孔编号：即钻孔的序列号，用以表达钻孔的唯一性。
34.(2)岩溶段号：用来表达该岩溶分界点所属段落位于钻孔上的空间位置，例如，某一钻孔上共钻出三段岩溶，按照从地表依次向下的顺序，可分别将对应岩溶段号编为1、2、3。
35.(3)位置号：确定了该岩溶分界点所处钻孔及岩溶段落后，用位置号最终确定其空间位置，1代表岩溶顶面点，2代表岩溶底面点。例如，某钻孔z1上第2段岩溶区段内的顶面点，可以被定义为z1-2-1。
36.s3、岩溶顶、底面边界辨识
37.从某一钻孔开始，以该钻孔岩溶分界点为中心，生成特定尺寸的圆柱体，被包含在该区域内的且位置号与中心岩溶分界点一致的其他岩溶分界点，被认定属于同一岩溶边界面(顶面或底面)。
38.上述被搜索到的岩溶分界面各自以自身为中心，继续生成特定尺寸的圆盘并向外搜索，直至无法再找到符合上述要求的岩溶分界点为止。
39.随后，依次使用未被确定的岩溶分界点继续上述过程，直至找到所有岩溶分界点所属的岩溶界面。进而完成所有岩溶空洞的顶、底面识别。
40.圆柱体区域的尺寸确定方法如下：
41.(1)以某一岩溶分界点为圆心，以一定半径画圆，得到一个空间的平面圆形区域。其中，半径的确定方法为：从圆心位置分别向其余钻孔的中心点画直线，假设一共可以画出n条直线(n≥2)，即一共存在n+1根钻孔。n条直线的长度分别为l1、l2、
……
、ln-1、ln。取其中位数la为半径。
42.(2)以上述平面圆形为基准，垂直向上延伸一定高度，值取h1＝(h+s1)/2，垂直向下延伸一定高度，值取h2＝(h+s2)/2，h＝h1+h2。
43.其中，h代表此岩溶分界点所属岩溶空间在该钻孔上的厚度；s1代表位于该岩溶段落上方的钻孔地层厚度；s2代表位于该岩溶段落下方的钻孔地层厚度，h代表圆柱体高度。
44.s4、岩溶三维边界自动生成
45.完成岩溶边界面的点集搜索后，利用三角拓扑原理，生成岩溶区域的顶面和底面，此时的顶面与底面在水平方向上的投影重合。假定这一投影为空间平面m，位于岩溶顶、底面之间。使岩溶区域的顶、底平面分别朝m面进行垂直拉伸，最终合成一个封闭的空间，即生成了岩溶三维空间。
46.s5、区域岩溶带边界辨识
47.根据s1-s4的步骤，可以得到单个岩溶空间的三维边界。在岩溶发育地区，还存在这样的现象，一个空间区域内，存在大量小岩溶空洞，这些空洞集合在一起，形成岩溶带。
48.岩溶带的三维空间边界确定方法如下。
49.(1)根据s4步骤可得到每个独立岩溶空间内的一个平面m，假设一共有n个岩溶空间，则存在n个m平面(m1，m2，
……
mn-1,mn)，设每个m平面的形心为空间点p(p1，p2，
……
pn-1,pn)，将所有的p点两两对应的连在一起，形成若干条空间直线d(假定a号和b号岩溶空间之间的空间直线则命名为da-b)。设每个p点到自身岩溶空间边缘的最远距离为k(k1，k2，
……
kn-1,kn)，而k的取值相当于p点到自身岩溶空间边缘的最大半径。
50.假定首先判断a和b两个岩溶空间，如果da-b≤1.5(ka+kb)，则a，b两个岩溶空间属于同一岩溶带，然后继续判断b和c岩溶空间的关系，以此类推，直至将所有属于同一岩溶带的岩溶空间全部找到为止。
51.(2)以空间平面直角坐标系为标准，寻找上述岩溶带内所有岩溶空间在三维坐标系统上的最大、最小值，以这些极值为界限形成一个立方体形状的岩溶带边界，进而最终确定岩溶带的范围。
52.另外，本发明结合的空间逻辑算法采用现有技术中的成熟技术手段。
53.最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
54.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。