一种三维地质建模中新旧钻孔关联的插值方法

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1.本发明属于三维地质建模技术领域，更具体涉及三维地质建模中的基于二次钻孔情况下新旧钻孔点空间插值方法。


背景技术：

2.目前的勘探技术所获得数据基本上都是二维数据显示的，而二维数据往往不能够满足人们对于地下空间的研究，因此需要三维地质建模技术来近似的模拟地下空间。三维地质模型能够直观地展示地层的地质结构、空间拓扑、岩性等信息，不仅为研究人员分析地质构造、断层分布等工作提供准确的信息，也能为地下空间的开发利用提供可靠依据。三维地质建模的完成一般依赖于钻孔数据，而钻孔数据往往都是一系列离散的、空间上分布不均匀的有限的反映地理现象特征的勘查数据，因此要完成地层的建模，离不开对这些离散点进行合理的插值。其中，常用的空间插值方法有反距离加权(inverse distance weighted，idw)、克里金(kriging)、趋势面、样条函数、自然邻域法，而idw以其插值原理简单、计算简便且符合地理学第一定律而被广泛使用。而各插值方法的前提就是插值点的确立，因此，如何将不均匀的、离散的钻孔数据，通过虚拟钻孔点的插入，形成均匀的点集，是执行插值的首要任务。
3.在日前的勘探中，钻孔数据往往并不是只有一批，或者说钻孔并不只会执行一次，可能会根据不同的勘探要求，执行多次的钻孔，而其中的时间跨度也是不定的，当时间跨度较长的时候，往往会有研究者已经完成了对改地块的钻孔插值，在完成首次插值的情况下，又有新的钻孔点，这时，将会面临如何处理首次插值的结果这个问题：
4.(1)如果完全摒弃首次插值的结果，全部重新插值的话，将会带来比较大的计算量，尤其是当有多次钻孔的时候，如果每钻孔一次，都要放弃前插值结果，全部重新插值的话，将会带来很多不必要的工作量，降低工作的效率。
5.(2)如果把新钻孔点直接并入旧钻孔点和旧虚拟钻孔点点集的话，又将会破坏之前所构建好的均匀点集，从而影响计算结果的准确性。
6.因此，需要一种既能提高工作效率又能保证插值准确性的方法来处理，合理的应用旧插值结果，避免重复的工作量。


技术实现要素：

7.针对现实工程所需而带来的多次钻孔，本发明涉及一种三维地质建模中新旧钻孔关联的插值方法。
8.具体步骤如下：
9.步骤1，整理旧钻孔数据，依据一种重要的沉积规律提取方法——统一地层序列方法，提取出最小异常的统一地层序列。地层的状态可分为正常、重复、缺失、倒转四种，而统一地层序列的目的是为了处理当地层状态出现异常时，通过使用地层编号的相反数标记倒转、重复的地层，以确保地层之间能够正常连线。在某些情况下，地层被判断为倒转和重复
均可，此时应当基于地层异常状态最小的原则，对地层异常状态进行判定。
10.步骤2，遍历旧钻孔数据，确定旧钻孔点位置，依据delaunay三角剖分法进行三角剖分，delaunay三角剖分存在两个准则特性，其中“最大化最小角特性”要求在散点集可能形成的三角剖分中，delaunay三角剖分所形成的三角形的最小角最大。值得注意的是，delaunay三角剖分的结果是具有唯一性的。
11.步骤3，由于钻孔点是离散的，不均匀的，因此可能出现或大或小的三角形，因此，通过连接各较大三角形边的中点，形成多个小三角形，重复执行该过程至所有三角形达到约束的边长，形成一系列大小相对一致的三角形，以确保点的分布较为均匀。最后使用合适的插值方法进行插值。
12.步骤4，在完成旧钻孔点的插值计算之后，引入新钻孔点的数据，并判断新钻孔点与旧钻孔的位置关系进行局部delaunay三角剖分的重塑，实现在保留旧插值点数据的情形下进行局部插值。
13.本发明具有以下优点：
14.(1)使用统一地层序列可以比较好地处理异常地层的问题。
15.(2)最小差异的统一地层序列可以避免过多的地层分层的出现，减少不必要的运算。
16.(3)在进行二次插值计算的时候，避免的需要全局重新插值的问题，提高了工作效率。
附图说明：
17.图1是根据旧钻孔点位置作出的唯一的delaunay三角剖分图，其中的a、b、c、d等及个三角形端点均为旧钻孔点，圆为三角形的外接圆，由各外接圆的位置关系所划分出三个区域：区域1、区域2、区域3。
18.图2为新钻孔点落入区域1的重塑delaunay三角剖分图。
19.图3为新钻孔点落入区域2的重塑delaunay三角剖分图。
20.图4为新钻孔点落入区域3的重塑delaunay三角剖分图。
21.图5为技术路线。
具体实施方式：
22.以下结合附图对本发明的具体实施步骤进一步说明：
23.步骤1，整理旧钻孔数据，依据一种重要的沉积规律提取方法——统一地层序列方法，提取出最小异常的统一地层序列。地层的状态可分为正常、重复、缺失、倒转四种，而统一地层序列的目的是为了处理当地层状态出现异常时，通过使用地层编号的相反数标记倒转、重复的地层，以确保地层之间能够正常连线。在某些情况下，地层被判断为倒转和重复均可，此时应当基于地层异常状态最小的原则，对地层异常状态进行判定。步骤1具体如下：
24.步骤1.1，根据钻孔数据，并结合地层剖面图，进行地层序列的标号。
25.步骤1.2，寻找地层的异常状态，根据地层异常状态最小的原则，确定异常地层具体为重复、缺失还是倒转，并用地层编号的相反数进行标记，确定最小异常状态的地层统一序列。
26.步骤2，遍历旧钻孔数据，确定旧钻孔点位置，依据delaunay三角剖分法进行三角剖分，delaunay三角剖分存在两个准则特性，其中“最大化最小角特性”要求在散点集可能形成的三角剖分中，delaunay三角剖分所形成的三角形的最小角最大。值得注意的是，delaunay三角剖分的结果是具有唯一性的。步骤2具体如下：
27.步骤2.1，将各旧钻孔数据包括钻孔编号，x，y，z三轴坐标值储存至文本文档中。
28.步骤2.2，通过计算机语言读取各旧钻孔点的位置坐标并使用delaunay三角剖分算法对离散点进行三角剖分。其中，c#、java、c++等均有delaunay三角剖分算法，或者通过matlab中的算法获取三角编码，在此不再赘述。
29.步骤3，由于钻孔点是离散的，不均匀的，因此可能出现或大或小的三角形，因此，通过连接各较大三角形边的中点，形成多个小三角形，重复执行该过程至所有三角形达到约束的边长，形成一系列大小相对一致的三角形，以确保点的分布较为均匀。最后使用合适的插值方法进行插值。步骤3具体如下：
30.步骤3.1，取步骤2所获得delaunay三角剖分图中的各三角形的中点，并认为这些中点为插值点，然后连接各个中点形成新的delaunay三角剖分图。
31.步骤3.2，由于钻孔点的位置分布是离散的、不均匀的，因此delaunay三角剖分图会存在相对较大的三角形，对于这些相对较大的三角形，通过约束其边长，重复步骤3.1，最终获得一个三角形大小相对统一的三角剖分图，认为这些插值点为虚拟钻孔点，结合真实钻孔点和虚拟钻孔点，使得钻孔点位置均匀，保证插值和三维建模的准确性。
32.步骤3.3，对步骤3.2所获得的均匀钻孔点中的虚拟钻孔点进行插值计算，具体插值方法可根据实际情况选定，获得依赖旧钻孔点的插值数据。
33.步骤4，在完成旧钻孔点的插值计算之后，引入新钻孔点的数据，并判断新钻孔点与旧钻孔的位置关系进行局部delaunay三角剖分的重塑，实现在保留旧插值点数据的情形下进行局部插值。对步骤4结合附图进行说明，具体如下：
34.步骤4.1，读取新钻孔点中的坐标，将新钻孔点放入未布入虚拟钻孔点，即未取三角形中点，的三角剖分图中，判断其与旧钻孔点的位置关系。
35.步骤4.2，新钻孔点可能落入如附图1所示的区域1、区域2、区域3内，其中区域1由三部分组成，分别为三角形abc的外接圆与三角形bcd交集但不包含三角形bdf的外接圆和三角形cdg的外接圆的部分，分别为三角形bdf的外接圆与三角形bcd交集但不包含三角形abc的外接圆和三角形cdg的外接圆的部分，分别为三角形cdg的外接圆与三角形abc交集但不包含三角形bdf的外接圆和三角形cdg的外接圆的部分，区域2也由三部分组成，分别为三角形bcd与三角形abc的外接圆和三角形bdf的外接圆的交集，三角形bcd与三角形abc的外接圆和三角形cdg的外接圆的交集，三角形bcd与三角形cdg的外接圆和三角形bdf的外接圆的交集，区域3为三角形bcd中不包含区域1、区域2的部分(若当三角形bcd与三角形abc的外接圆、三角形bdf的外接圆、三角形cdg的外接圆存在交集时，此时交集部分为另一种情况的区域3)。具体判定结果如下：
36.当新钻孔点落在区域1时，重塑delaunay三角剖分图，结果如附图2，其中e点为新钻孔点，即剔除边bc，连接ae、be、ce、de，形成新的三角剖分图，剔除四边形abdc边及以内的旧插值数据(依赖旧钻孔点求得的插值数据)，对四边形abcd边及以内的区域按照新的三角剖分图进行步骤3所述的插值点的确立和插值的过程。
37.当新钻孔点落在区域2时，重塑delaunay三角剖分图，结果如附图3，其中e点为新钻孔点，即剔除边bc、cd，连接ae、be、ce、de、ge，形成新的三角剖分图，剔除多边形abdgc边及以内的旧插值数据(依赖旧钻孔点求得的插值数据)，对多边形abdgc边及以内的区域按照新的三角剖分图进行步骤3所述的插值点的确立和插值的过程。
38.当新钻孔点落在区域3时，重塑delaunay三角剖分图，结果如附图4，其中e点为新钻孔点，即剔除边bc、cd、bd，连接ae、be、ce、de、ge、fe，形成新的三角剖分图，剔除多边形abfdgc边及以内的旧插值数据(依赖旧钻孔点求得的插值数据)，对多边形abfdgc边及以内的区域按照新的三角剖分图进行步骤3所述的插值点的确立和插值的过程。
39.特殊地，当新钻孔点落在整个delaunay三角剖分图以外区域时，则按delaunay法则寻找整个三角剖分图外围的两个旧钻孔点，连接并形成一个符合“最大化最小角特性”的三角形，并按步骤3所述的过程确立插值点。
40.以上依据各种情况重新确立的delaunay三角剖分图，对于有重塑的部分进行局部的插值计算，可以避免由于工程和勘探需要带来的多次钻孔而导致需要全局重新插值的情况，从而减少了工作量，提高了工作效率，特别是在新钻孔数据对于旧钻孔数据相对较少的情况下，效果尤为显著。