復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的四維地質(zhì)層面自動生成算法

【摘要】地質(zhì)建模這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被充分的應(yīng)用到了礦產(chǎn)資源開采以及石油勘探開發(fā)過程中，通常是在已經(jīng)完成當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)層面算法分析的基礎(chǔ)之上，通過變形算法的方式來進(jìn)行四維地質(zhì)建模的方式。首先，必須要構(gòu)建出斷層空間關(guān)系的二叉樹以及空間變形場，才能夠有效的將已經(jīng)離散的地質(zhì)層面完全恢復(fù)到最初的狀態(tài)，并且將最初原始的地貌地質(zhì)層面的網(wǎng)格狀斷裂時(shí)間變形到時(shí)間t，從而生成四維地質(zhì)層面，最終得到驗(yàn)證算法的有效性。本篇文章針對復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的四維地質(zhì)層面自動生成算法進(jìn)行了深入的研究，以期為其他勘探工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】四維；地質(zhì)層面；自動生成；變形算法

在石油工程進(jìn)行勘探開發(fā)、地下水資源勘探、有色金屬礦區(qū)資源勘探等涉及到地質(zhì)工作的領(lǐng)域內(nèi)，都廣泛的應(yīng)用到了地質(zhì)建模，同時(shí)，隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步與勘探領(lǐng)域的需要，通過計(jì)算機(jī)的方式來進(jìn)行地質(zhì)模型建立，已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會地質(zhì)學(xué)勘探領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。本篇文章主要研究了復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下進(jìn)行四維地質(zhì)層面的地質(zhì)模型建立工作。

1、地質(zhì)層面生成算法概述

現(xiàn)目前的在進(jìn)行地質(zhì)工作過程中，最常使用的方法地質(zhì)模型建立方式就是地質(zhì)表面建立模型：將離散數(shù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中建立一個(gè)地質(zhì)層面和斷層，依據(jù)地質(zhì)的表面模型來建立一個(gè)較為完善的地質(zhì)體模型，但是又由于地質(zhì)內(nèi)部的層面在斷層的兩邊出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致了不連續(xù)現(xiàn)象的出現(xiàn)，這就為地質(zhì)層面的地質(zhì)模型建立工作帶來了極大的難題。

通過對地質(zhì)進(jìn)行勘探后所得到的離散數(shù)據(jù)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行剖析之后使用插值算法來生成一個(gè)完整的地質(zhì)層面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)，由于地質(zhì)斷層的存在，地質(zhì)層面的兩邊會出現(xiàn)幾何意義上的地質(zhì)層不連續(xù)性，而目前所存在的插值算法就會在處理的過程中出現(xiàn)極大的難度。除此之外，由于地質(zhì)層面中有逆斷層的存在，極易導(dǎo)致一個(gè)（x，y）會對應(yīng)數(shù)量較多的z值，這些情況的出現(xiàn)都導(dǎo)致了地質(zhì)層面模型生成的難度更大。

插值這兩者所生成的斷層以及地質(zhì)的連續(xù)地質(zhì)層面，都是通過目前已知的斷距與約束條件對于所勘探的地質(zhì)層面產(chǎn)生的斷裂和插值，從而生成斷裂的地質(zhì)層面。而生成地質(zhì)層面的方法主要有兩種，一種是通過斷層兩側(cè)分別插值，從而生成地質(zhì)層面力；第二種是通過Delaunay三角化及編輯斷層和地質(zhì)層面相結(jié)合部分，通過交互式的編輯相交環(huán)線的方式來生成地質(zhì)層面。通過以上我們可以明顯看出，地質(zhì)層面絕大多數(shù)都是通過交互編輯的方式來生成的，其生成的地質(zhì)層面精確度完全是由地質(zhì)模型生成操作者自身的經(jīng)驗(yàn)豐富與否來決定的，如果建立模型所需的時(shí)間較長，其更新的速度緩慢，那么地質(zhì)層面僅僅只能夠部分反映出當(dāng)前的地質(zhì)實(shí)際狀況，只是一種靜態(tài)的模式，并不能夠真正的有效的以該地質(zhì)模型來幫助地質(zhì)專家了解該區(qū)域地質(zhì)的構(gòu)造歷史詳細(xì)情況。所以，下文提出了一種適用于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的四維地質(zhì)建模方式，這種方式能夠直接全自動的生成該區(qū)域地質(zhì)任何一個(gè)時(shí)期的地質(zhì)模型，同時(shí)還能夠給出地質(zhì)層面實(shí)際所生成的算法。

定義1：四維地質(zhì)建模在四維的復(fù)雜環(huán)境之下，主要是通過當(dāng)前地質(zhì)體自身各種不同的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)能夠在不同時(shí)刻都能夠準(zhǔn)確反映出當(dāng)前地區(qū)地質(zhì)底地貌的幾何形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造要素之間所存在的拓?fù)潢P(guān)系、地質(zhì)空間屬性分布等等具有地質(zhì)特征的數(shù)字化地質(zhì)模型。

當(dāng)需要研究的地質(zhì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)有著極為復(fù)雜的斷層或者逆斷層的出現(xiàn)，并且不同斷層之間還互相交叉穿過時(shí)，這種地質(zhì)就被稱之為復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而本文的算法則完全能夠適用在這種情形的之下的地質(zhì)模型建立工作。

2、算法思路

地質(zhì)的構(gòu)造會因?yàn)榈貙硬粩嗟某练e所形成的具有連續(xù)性的地層，同時(shí)，地質(zhì)構(gòu)造在不斷運(yùn)動的過程中會產(chǎn)生大量的斷層，在出現(xiàn)了斷層之后，地層在不斷沉積的過程中，其地層就會因?yàn)閿鄬拥淖饔昧?，而不斷向斷層滑移。地質(zhì)中的地層沿著斷層的出現(xiàn)，而不斷的出現(xiàn)斷裂滑移的情況，最終使得地質(zhì)形成了當(dāng)前情況下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。地層所出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象，主要是由于不同地層在斷層的互相作用下，會逐漸沿著斷層的所斷裂的順序分層次開始斷裂。

當(dāng)所有的地層都處于未斷裂、連續(xù)的狀態(tài)時(shí)，所有斷層都不存在，這樣的地質(zhì)模型稱為原始形貌。在連續(xù)的原始形貌狀態(tài)，對地層和屬性插值時(shí)，都不會受斷層的影響，結(jié)果穩(wěn)定且易于實(shí)現(xiàn)?；趯Φ刭|(zhì)規(guī)律的認(rèn)識，本文四維地質(zhì)建模方法的思路是：首先將所有離散數(shù)據(jù)沿?cái)鄬訑嗔训哪嫘颍謴?fù)變形到原始形貌狀態(tài)，建立原始形貌的地質(zhì)模型，然后根據(jù)斷裂的順序斷裂變形模擬地層斷裂的過程，生成任意時(shí)刻的地質(zhì)模型。

3、算法描述

為了能夠更好的對所收集的地質(zhì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分與變形，本篇文章直接引入了斷層關(guān)系中的二叉樹FSRBT的概念，F(xiàn)SRBT概念能夠主要是斷層對于空間所形成的一種劃分方式，不僅僅反映了地層斷裂處所存在的空間位置關(guān)系，還充分的反映出了地質(zhì)中不同地層的順序、時(shí)代關(guān)系，二叉樹概念中所存在的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就直接對應(yīng)一個(gè)地質(zhì)斷層，而葉子節(jié)點(diǎn)自身所表示的意思是通過劃分之后的地質(zhì)空間區(qū)域。

在構(gòu)建FSRBT時(shí)，按照斷層斷裂的順序，斷裂時(shí)間早的斷層是后斷裂斷層的父節(jié)點(diǎn)，如果子節(jié)點(diǎn)在父節(jié)點(diǎn)的最小二乘面法方向一側(cè)，則此子節(jié)點(diǎn)為左子節(jié)點(diǎn)，否則為右子節(jié)點(diǎn)。

4、建變形場及恢復(fù)變形子算法

變形場是按照斷層斷裂的逆序來建立，每個(gè)斷層對應(yīng)一個(gè)變形場，根據(jù)變形場將斷層兩側(cè)的離散點(diǎn)恢復(fù)變形，地質(zhì)時(shí)代后退一步，該斷層就不存在。當(dāng)所有的斷層都恢復(fù)變形之后，根據(jù)變形后的離散點(diǎn)可以生成原始形貌。

本文依據(jù)斷層的形態(tài)和地層離散點(diǎn)在斷層兩側(cè)的落差來構(gòu)建變形場。變形場的作用是疊加的，先恢復(fù)變形的變形場影響后恢復(fù)變形的變形場?？臻g中的任意地層離散點(diǎn)空間在恢復(fù)變形和斷裂變形過程中的變形量可以通過變形場求解出來，首先根據(jù)某點(diǎn)在斷層面的投影點(diǎn)求出變形值，然后根據(jù)某點(diǎn)到斷層的距離對變形值進(jìn)行消減，離斷層越近變形值越大。最終得到實(shí)際變形子的數(shù)據(jù)。

5、結(jié)語

綜上所述，本篇文章在建立模型中的地質(zhì)層面所生產(chǎn)算法的基礎(chǔ)之上，提出了一種新的完全基于變形算法的四維來進(jìn)行地質(zhì)模型建立的手法，這種方法主要是依據(jù)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)變形的方式，利用恢復(fù)變形的方法使其恢復(fù)原狀，從而生成一個(gè)初始狀態(tài)下的地質(zhì)模型，從而利用斷裂的變形來將模型斷裂到t時(shí)刻中，該方法所生成的t時(shí)刻地質(zhì)地貌能夠直接自動適應(yīng)地質(zhì)層面。該地質(zhì)模型建立方式能夠有效的解決當(dāng)前地質(zhì)建模過程中所出現(xiàn)的一些重要問題。