[发明专利]一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点网格剖分方法，属于三维图形 学及三维地质建模领域。

背景技术

三维地质建模技术是地质信息科技领域的核心技术，也是三维空间信息系统建设 的关键技术和热点问题。地质空间数据具有多源、异构、多尺度等特征，这对具有真三维数 据结构的三维地质模型的构建和可视化提出了更高的要求，所建模型不仅要满足复杂地质 结构的三维可视化展示要求，更应支持后续地质空间分析。三维地质建模可分为三维地质 结构建模和地质属性建模。三维地质结构建模是指包含地层、岩体、地质构造等地质结构的 空间形态建模；地质属性建模是指包括密度、电阻率、矿化度、孔隙度等各种物化探参数在 内的地质属性场的空间分布特征建模。长期以来，人们更加关注三维地质结构模型的构建 方法，特别对尖灭、断层、褶皱等复杂地质结构模型的构建方法都有较深入的研究。但是，对 于地质体属性建模的理论和方法还不是很成熟，没有统一的数据模型来支持复杂地质结构 内部属性的空间分布及表达，难以实现地质结构模型与精细体元模型之间的转换方法。

体元模型基于三维空间的体元分割对地质体进行三维实体表达，有利于三维空间 的地质属性的可视化表达与分析。按体元的面数，体元模型可以分为四面体 (Tetrahedron)、五面体(Pentrahedron)、六面体(Hexahedron)、多面体(Polyhedron)和棱 柱体(Prism)等5种基本类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和非规则体元两个大 类。角点网格模型是体元模型的一个代表性数据模型，是目前应用较广的一种结构化网格 类型，本质上是不规则六面体格网，网格位置能用行列层的编号i、j、k来定义，单元网格的 长、宽大小可变，垂向连接顶底网格点的网格面也可以是倾斜的，因此可以很好的表达出复 杂地质构造的形态。空间体元剖分是地质属性建模的基础，只有对地质空间按照地质构造 规律进行合理的体元剖分，才能在此基础上利用空间插值等方法对每个空间体元赋予不同 的地质属性，从而实现地质结构内部非均质属性特征的三维可视化表达。然而现有的空间 体元剖分方法没有考虑地质结构的空间分布特征，没有以地质结构模型为依据进行空间体 元的划分，这使得所建立的属性模型缺乏地质构造条件的约束，为后续的属性赋值以及其 对真实地质属性表达的准确性带来了困难。

褶皱是地质结构中最基本的构造形式，普遍存在且结构复杂多样。褶皱形态多种 多样，根据轴面产状和两翼产状特点可分为：直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱和平卧褶皱(如 图2所示)。兰姆赛的经典专著“现代构造地质学方法(第二卷)”中对褶皱的特征及分类给出 了详细的解释(Ramsay，1967)，该分类法已经成为描述褶皱的标准方法。如图3(a)所示，是 兰姆赛给出的确定等倾斜线和正交厚度的方法，t_α为褶皱等倾角线之间的距离，即正交厚 度。以t_α′＝cosα为标准化正交厚度，据此褶皱的基本类型可描述为：1A类褶皱翼部的正交 厚度大于枢纽处的正交厚度；1B类褶皱的正交厚度处处相等，为平行褶皱；1C、2和3类褶皱 的翼部都变薄，与真正的相似褶皱(2类)相比，1C类翼部减薄少一些，而3类多一些(如图3 (b))。如图3(c)所示为5种基本褶皱类型的倾角等斜线，通过这种图解方法能够迅速的确定 岩层的基本褶皱类型，并能反映褶皱形成的构造应力情况和岩体的基本特征。因此，在对包 含褶皱的三维地质结构模型进行空间体元剖分时，一定要考虑褶皱的空间展布形态，使其 符合兰姆赛褶皱等斜线分类的基本要求，而不是做简单的空间体元划分。

鉴于上述分析的顾及褶皱的复杂地质结构的特征，以及现有体元模型的研究现 状，有必要提出一种专门针对褶皱的三维地质结构模型的体元剖分方法。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种顾及褶皱的三维地质结构模型角点 网格剖分方法，面向包含褶皱的复杂地质结构特征，及其在地质属性模型和后续地质空间 分析中的应用需求，以角点网格作为基本数据结构模型，根据兰姆赛褶皱分类中等斜线的 规定，实现了三维地质结构模型到精细体元模型的快速转换，而且其体元形态符合褶皱、尖 灭等地质构造的空间特征，为后续空间体元的属性赋值提供了载体和模型基础。