[发明专利]一种基于地质图切剖面的三维地层建模方法

说明书

本发明公开了一种基于地质图切剖面的三维地层建模方法，包括：S1、对图切剖面进行编辑，完成建模所需要的基本参数的设定；S2、对地层边界及内外区域进行离散采样，获得地层属性在空间的离散分布；S3、对地层三维空间离散点进行插值计算，生成三维空间地层属性数据场；S4、从三维空间地层属性数据场中进行等值面提取，获得地层的三维轮廓表面；S5、重复步骤S2～S4，获得所有地层的三维轮廓表面；S6、将所有地层三维轮廓表面进行空间拼接，完成三维地层建模。本发明既避免了二维轮廓重建方法中存在的复杂轮廓匹配、分叉及对应三角网连接等问题，又可以得到较高精度的三维矢量地质模型；本发明适用于任意复杂情况下的地层建模，建模效率高、适用范围广。

技术领域

本发明涉及地质、矿产及工程领域，具体涉及的是一种基于地质图切剖面的三维地层建模方法。

背景技术

三维地质建模一直是工程、地质、矿产行业研究的技术热点和难点问题。通过有限的地质数据还原地下的地质构造形态和岩石物性参数，对于工程地质分析、油气及矿产勘探与开发具有非常重要的作用。由于地质数据的多元性、多解性及数据获取手段的有限性，使得三维地质建模难度大、实现过程复杂。其中，采用地质图切剖面进行三维地质建模是一种常见的建模方式。

图切剖面建模即是在地质图上绘制一系列的平行(或近似平行)剖线，采用地质分析的方法，将三维地质目标分割成一系列的二维地质剖面，然后采用三维重建手段构建三维目标地质体模型。利用图切剖面建模的技术主要有两种方式，一种是基于二维轮廓的三维重建技术；一种是对二维剖面进行栅格化的三维网格建模技术。

基于二维轮廓的三维表面重建技术基本实现思路是从三维物体中截取一系列的二维平行截面，然后针对特定的目标提取出每个截面的边界轮廓线，在三维空间中对相邻的轮廓线进行匹配和对应的三角连接，从而完成三维物体表面的建模。基于二维剖面的网格化建模是根据地质体的属性分类对二维剖面进行栅格化，然后再映射到三维空间中，生成三维网格化地质模型。相比较网格化的三维地质模型，基于二维轮廓的三维表面重建方法生成是一种三维矢量数据模型，模型精度高，可视化效果好，是最常用的三维建模技术。

在基于平行轮廓线重建三维表面的研究中,一般只考虑两个相邻的平行面上的轮廓线重建问题。因为多层轮廓线的重建问题可以简化为多个相邻平行轮廓线重构表面的叠加，所以相邻截面的轮廓线的连接是完成建模的关键。轮廓线的连接主要包含三个问题:轮廓对应、轮廓拼接和分叉问题,其中轮廓对应和分叉问题是难点问题。现有的这类算法对相邻的轮廓线有诸多限制，如要求相邻切平面之间的间距小、对应轮廓线之间的覆盖程度高、形状相似等，而有关分支问题的算法则侧重于解决一条轮廓线与多条轮廓线间正确连接的问题。

如果同一层上的轮廓线数超过一个，则必须决定轮廓线的对应问题(不同层上的哪些轮廓线是属于同一表面的)。如果层与层之间的距离特别小，对应问题可以通过轮廓线的重合程度来解决^[1]；然而，当距离较大而重合程度不能得到正确结果时，对应问题就成了一个很难解决的问题。即使解决了对应问题，剖分时还需要解决分支问题(通过轮廓线对应问题的检查和分析，来判定一层上的一条轮廓线和另外一层上的多条轮廓线是否属于同一表面，要通过分支结构将一条轮廓线与多条轮廓线通过三角面片连接成物体表面)。许多文献都对分支问题和对应问题进行了探讨，但是至今还没有十分令人满意的解决方法^[2][3][4]。Barequet提出一个基于动态规划算法的最优化三角剖分策略，即BPLI(Barequetps Piecewise Linear Interpolation)方法^[5][6]。对于输入的两层轮廓线，该方法不直接致力于解决分支问题和对应问题，而是设法将它们连接成一个不出现自相交的三维表面。这一方法对于复杂的表面能够得到拓扑结构正确的剖分结果，从而可以巧妙地绕开对应问题和分支问题。