專利名稱：三維復雜地質體重構的技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油物探技術，具體是針對復雜地質體的構建，是一種三維復雜地質體重構的技術。
背景技術：
在地球物理勘探中，三維地震地質體構建曲面主要是綜合利用勘探階段的地質、測井、物探、野外巖石露頭等數據，采用一定的幾何方法來構建油藏在三維空間的幾何分布形態(tài)，主要以邊界表示法和格柵表示法為主，采用一定的網格模擬三維空間的各種屬性分布，以提供在三維空間中對油藏的整體描述的手段。
隨著油氣勘探的不斷深入，對復雜構造的地質建模要求日益提高，流行的地質建模軟件如Earthvision，Gocad基本具備了處理復雜的連續(xù)和非連續(xù)多值地質體(如斷層、褶皺、鹽丘體、透鏡體等)的功能，但所采用的方法都存在一定的局限性。
在近年的SEG年會上，美國動態(tài)圖形公司(Dynamic Graphics，Inc，縮寫DGI)公司的Earthvision構建曲面采用基于規(guī)則距離場的三維最小張力插值方法構建多值體，其不足之處在于不能夠解決多值體斷裂的問題，此外也不能夠加入其他線性約束信息進行模型約束，只能用散亂控制點信息，而且常常需要大量交互地加入一定量的控制點，采用循環(huán)迭代方式調節(jié)和優(yōu)化模型，實施過程比較繁瑣。此外由于采用了三維網格化技術，所以如果網格采樣率高或者已知控制點數量龐大時，網格化計算量非常大，當然可以采取粗細網格分裂和數據點抽稀辦法，但對后續(xù)的交互修改不利。
在美國TSurf公司的Gocad三維油藏描述則采用一種離散光滑插值的來構建復雜模型，該插值是一個廣譜的插值，其實現思路不同于Erathvision軟件，可以加入各種約束條件進行模型約束，而且不需要將模型嵌入到一個規(guī)則的三維均勻網格中，只需要一個初始解，它直接建立約束信息和模型的關系，采用迭代的方式構建模型，其不足之處在于初始曲面的構建比較困難，對網格的拓撲結構信息要求比較高，而且收斂很大程度上受初始模型的影響，如果初始模型不合理，算法將無法正確地逼近已知信息，而僅僅達到局部極小收斂，而且也影響到約束條件的更新，要求網格的拓撲變化和約束條件的變化必須完全準確而且快速。
瑞典的NORSAR也采取了分片重構再合并的技術，該方法原則上可以建立各種復雜的模型，特別是存在復雜斷裂，但其不足在于每片之間光滑連接比較困難，而且對于散亂點數據，空間的劃分需要交互實現。
其他的一些自動重構，比如直接在三維空間三角剖分的方法只有在數據分布均勻的情況下才可以實現，一旦數據分布不均勻或者變化劇烈時，則這些方法往往失效。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡便、高效、準確的三維復雜地質體重構的技術。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，包括以下步驟a)將需要構建復雜地質體曲面對象嵌到一個三維均勻、規(guī)則的粗網格中，利用控制散亂點的局部鄰近點估計該點的法向量，然后利用該點的法向量交互或自動的增加內外趨勢控制點，將原有的控制點和趨勢控制點一起作為已知信息，構建基于等勢場的初始曲面；b)優(yōu)化初始復雜地質體曲面三角網格的單元質量并建立網格單元的拓撲關系，然后將所有其他已知信息按照離散光滑插值算法輸入模型的要求轉化為各種模糊控制約束信息，并將所有控制點變?yōu)槟：刂泣c約束信息；c)將上一步的所有約束信息輸入到離散光滑插值器中，然后計算這些約束信息與初始網格曲面模型的耦合關系，并用迭代的方式計算模型，在計算時對曲面網格局部加密，采用多重網格分裂的優(yōu)化迭代辦法，而且每迭代數次就可以進一步優(yōu)化約束條件與網格元素的耦合關系，直到最終逼近需要的曲面。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，對于較為簡單的曲面，其構建等勢場的方法是采取隱式曲面方法，利用所有的控制點計算出零等勢場的隱式曲面代數方程，然后利用隱式曲面的快速多邊形化算法提取出隱式曲面方程所代表的曲面，即初始曲面。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，對于較為復雜的曲面，其構建等勢場的方法是自動或則交互地增加趨勢控制點，而且設曲面中控制點的勢場值為零，內側勢場值與外側勢場值必須符號相反，利用三維變分插值算法對三維網格節(jié)點處的勢場值進行插值得到需要的等勢場，最后利用三維規(guī)則網格等值面提取算法提取出零等勢場曲面網格，即初始網格模型。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，所述的采取隱式曲面方法求取初始曲面，利用了所有控制點來構建隱式曲面方程，采用空間遞歸分裂方法提取等值面。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，所述的優(yōu)化采用了基于能量最小的離散光滑插值辦法，需要將所有的已知信息變?yōu)榧s束信息，同時需要一個拓撲關系準確、優(yōu)化的三角網格初始曲面模型，構成一個離散光滑插值初始輸入模型。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，所述的離散光滑插值通過采用多重網格分裂的迭代過程實現，每迭代15-20次即可進一步優(yōu)化約束條件和模型的耦合條件。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，所述的約束信息為線性約束信息，包括三維的斷層落差信息、曲面切向量信息、模糊控制點信息、模糊控制節(jié)點。
本發(fā)明所述的模糊控制點信息，主要由空間無組織散亂點構成，這些點作為一個外力吸引初始曲面到這些點上。
本發(fā)明所述的模糊控制節(jié)點，表示初始曲面上已知的網格節(jié)點，這些節(jié)點在離散光滑插值過程中是不變的。
本發(fā)明所述的模糊控制向量，主要表示三角網格中兩節(jié)點之間的空間位移量，它可以模擬存在斷裂的構造曲面，如果在三維空間中具有該信息，便可以直接綜合到建模器中構建多值的存在斷裂的曲面。
本發(fā)明所述的模糊控制切平面，主要約束網格上某些點處的局部平面法向量已知情況下的曲面形態(tài)建模，因為有實測井解釋信息可以提供該構造曲面在井點位置上的傾角信息，而該信息可以轉化為切平面約束信息。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，如所述的約束信息為非線性的已知信息時，則需要對其線性化后再加入。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，對于所得的模型可以進一步調整離散光滑插值的光滑因子來獲得更為光滑的模型。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，所得的模型不夠合理時，可以通過實時地交互編輯，實現對模型的修改。
本發(fā)明的三維復雜地質體重構的技術，采用基于簡單約束的三維自由變形算法和離散光滑插值算法，對模型進行交互編輯方法可在三維空間中任意地編輯模型。
1)離散光滑插值的編輯方法由于離散光滑插值算法與維數無關，具有空間對稱不變性，采用其特有的扇形拉普拉斯算子，實現曲面的節(jié)點編輯，方法為交互拾取曲面上的一些網格節(jié)點，然后移動到合適的位置，同時將這些節(jié)點設定為模糊控制節(jié)點，然后調用離散光滑插值，曲面的局部就會按照用戶的希望變形到合適的位置，如果網格過粗也可以局部加密網格使曲面更光滑。
此外，由于離散光滑插值只與三角網格單元和約束條件有聯(lián)系，采用三角網格單元的局部面積坐標系可以建立控制點與三角網格的影響關系式，為交互光滑編輯曲面提供了另一種方法，即采用增加模糊控制節(jié)點的方法來編輯曲面。
本發(fā)明三維復雜地質體重構的技術，解決了三維復雜地質體的構建問題，實現簡便、高效、準確，同時也減少多值體構建曲面模型的交互補點過程，使得復雜多值體構建曲面過程便于實現，而且曲面的交互編輯方法靈活方便。


圖1鹽體的散亂控制點數據示意2鹽體的重構結果示意3多值面的數據集示意4多值面構建曲面的結果示意5透鏡體的數據集示意6透鏡體構建曲面的結果示意7初始曲面的形態(tài)和網格示意8曲面編輯的中間狀態(tài)示意9曲面編輯的最終結果示意圖具體實施方式
實施例1構建多值鹽丘體曲面的結果圖1所示，該實例已知的地震解釋散亂數據點個數為4890個，其形狀比較復雜。采用常規(guī)的方法難以建立準確的模型，二維繪圖方法也無法描述其形態(tài)，采用本發(fā)明方法則可以有效地解決該問題。
其具體實施步驟為1.首先根據數據集采用三維等勢場建立初始三角剖分曲面。
2.優(yōu)化和建立三角網格的拓撲關系，這一步主要是重構三角面元之間、網格節(jié)點之間、三角單元邊之間的鄰接拓撲關系。
3.在上述初始網格建立的基礎上，將每個散亂數據點約束到網格單元上，采用空間最近投影距離的方法建立控制點與網格單元的約束關系。
4.在約束條件建立后，采用能量最小的離散光滑插值算法通過迭代使曲面進一步逼近散亂點集，這一步可以設置迭代步長15，光順因子2.0。
5.重復步驟3和4，即每隔10-15次迭代就修改約束信息，重新計算控制點到新的網格單元之間的對應約束關系，同時再采用步驟4進一步逼近曲面。
6.當需要得到更光滑的多值曲面或者經過步驟5的數次處理后仍然無法進一步逼近散亂點時，便需要采用多重網格分裂的方法優(yōu)化曲面的逼近效果，加密網格后再采用步驟5。
通過上述步驟就可以得到如圖2所示的結果。
實施例2構建多值地層面曲面的結果圖3是一個17000多個散亂數據點的多值地層面，初始曲面沒有采用隱式曲面，而是采用了一個最簡單的二維平面三角網格，然后采取能量變形的辦法逼近，圖4所示的最終的曲面顯示逼近效果非常好，其中三角網格的面元數為12000個。
實施例3構建透鏡體曲面圖5所示，為一個閉合的透鏡體建立結果，已知的散亂數據點個數為1500個，其具體的構建曲面步驟為1.首先利用局部估算的散亂點處的法向量在模型的內外各加入幾個控制點，然后利用隱式曲面構建曲面方法建立初始模型網格。
2.建立初始網格的拓撲關系，并建立網格單元與散亂控制點之間的對應約束關系。
3.利用基于能量的離散光滑插值方法進一步光滑和逼近模型，具體的細節(jié)與實施例1相類似。
通過以上步驟可以得到如圖6所示的結果。
當然，對于此模型也可以直接用閉合球面或閉合立方體面來代替初始的模型網格，只不過迭代次數多一些，但也可以得到同樣的結果。
實施例4多值曲面任意光滑交互編輯實例如圖7所示為一個采用上述方法建立的多值光滑網格曲面，對該網格模型的三維光滑編輯采用了兩種方法，分別為基于簡單約束的廣義元球編輯方法，具體實施步驟為1.首先設置一個空間影響半徑，在該半徑球內的曲面節(jié)點都需要移動，在半徑球外的節(jié)點則不需要移動。
2.利用鼠標交互地在三維空間中拾取一個網格節(jié)點，然后沿著該節(jié)點的曲面法向量將該節(jié)點移動，當然該方法不限制節(jié)點空間移動方向，它可以向任意方向移動，但對于某些極端的情況需要對網格做優(yōu)化處理。
3.在移動過程中，利用基于簡單約束的三維自由變形算法實時地計算球范圍內的節(jié)點位移量，這樣就可以光滑局部變形曲面以達到編輯曲面的效果，采用這一編輯方法可以實時交互地建立各種各樣的地質體曲面。
采用上述基于簡單約束的廣義元球方法的編輯結果如圖8。
基于能量最小的離散光滑插值變形的編輯方法，其具體實施步驟為1.利用鼠標交互地在三維空間中拾取一個網格節(jié)點，然后使其沿著它的曲面法向量移動，當然該方法不限制節(jié)點空間移動方向，它可以向任意方向移動。
2.如果不想移動網格節(jié)點，則可以利用鼠標在三維空間內交互地增加幾個控制點，然后將這些控制點移動到距離曲面合適的位置。
3.在上面的控制節(jié)點和控制空間點建立好后，將這些節(jié)點設置為基于能量最小的離散光滑插值的約束控制節(jié)點或者約束控制點，其中約束控制點仍采用了空間最短距離投影方法。
4.調用離散光滑插值方法在以上設置的約束基礎上變形曲面，在計算過程中，約束節(jié)點不發(fā)生位移變化，曲面將變得更加光滑同時又逼近設置的模糊控制點。
5.通過不斷地重復以上過程，該編輯方法可以交互地建立各種各樣的復雜地質體曲面。
采用上述基于能量最小的離散光滑插值變形的編輯方法得到的編輯結果如圖9所示。
權利要求
1.三維復雜地質體重構的技術，其特征在于包括以下步驟a)將需要構建曲面的對象嵌到一個三維均勻規(guī)則粗網格中，利用控制散亂點的局部鄰近點估計該點的法向量，然后利用該點的法向量交互或自動地增加內外趨勢控制點，將原有的控制點和趨勢控制點一起作為已知信息，構建基于等勢場的初始曲面；b)優(yōu)化初始曲面的三角網格單元質量并建立網格單元的拓撲關系，然后將所有的其他已知信息按照離散光滑插值算法的輸入模型要求轉化為各種模糊控制約束信息，此外將所有的控制點變?yōu)槟：刂泣c約束信息；c)將上一步的所有約束信息輸入到離散光滑插值器中，然后計算這些約束與初始網格曲面的耦合關系，并迭代計算構建模型，在計算中采用多重網格分裂的優(yōu)化迭代方法，局部地加密曲面網格，而且每迭代幾次就可以進一步優(yōu)化約束條件與網格元素的耦合關系，直到最終逼近需要的曲面。
2.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于對于不太復雜的曲面，其構建等勢場的方法是采取隱式曲面的辦法，利用所有的控制點計算出零等勢場的隱式曲面的代數方程，然后利用隱式曲面的快速多邊形化算法提取出隱式曲面方程所代表的曲面，即初始曲面。
3.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于對于非常復雜的曲面，其構建等勢場的方法是自動地或交互地增加趨勢控制點，而且設曲面上控制點的勢場值為零，內側勢場值與外側勢場值必須符號相反，利用三維變分插值算法插值計算三維網格節(jié)點處的勢場值，得到需要的等勢場，最后利用三維規(guī)則網格等值面提取算法形成零等勢場曲面網格，即初始網格模型。
4.根據權利要求2所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于所述的采取隱式曲面的方法來求取初始曲面，利用了所有的控制點來構建隱式曲面方程，采用空間遞歸分裂方法提取等值面。
5.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于所述模型的優(yōu)化采用了基于能量最小的離散光滑插值的辦法，它需要將所有的已知信息變?yōu)榧s束信息，同時需要一個拓撲關系準確、優(yōu)化的三角網格初始曲面模型，構成一個離散光滑插值初始輸入模型。
6.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于所述的離散光滑插值采用多重網格分裂的迭代技術實現，每迭代15-20次就可以進一步優(yōu)化約束條件和模型的耦合條件。
7.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于所述的約束信息為線性約束信息，包括三維的斷層落差信息、曲面切向量信息、模糊控制點信息、模糊控制節(jié)點。
8.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于所述的約束信息為非線性的已知信息時，則需要線性化后再加入到模型中。
9.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于對于所得的模型可以進一步地通過調整離散光滑插值的光滑因子獲得更為光滑的模型。
10.根據權利要求1所述的三維復雜地質體重構的技術法，其特征在于所得的模型不夠合理時，可以通過實時地交互編輯模型，實現對模型的修改。
11.根據權利要求9所述的三維復雜地質體重構的技術，其特征在于對模型進行交互編輯的方法是采用基于簡單約束的三維自由變形算法與離散光滑插值算法，在三維空間內任意光滑地編輯模型。
全文摘要
一種涉及石油物探并針對復雜地質體的構建的三維復雜地質體重構的技術，構建基于等勢場的初始曲面；優(yōu)化初始曲面的三角網格的單元質量并建立網格單元的拓撲關系，然后將所有的其他已知信息按照離散光滑插值算法的輸入模型的要求轉化為各種模糊控制約束信息，此外將所有的控制點變?yōu)槟：刂泣c約束信息；將上一步的所有約束信息輸入到離散光滑插值器中，然后計算這些約束與初始網格曲面模型的耦合關系，減少多值體構建曲面模型的交互補點過程，使得復雜多值體構建曲面模型過程便于實現，而且曲面的交互編輯方法靈活方便。
文檔編號G01V1/28GK1797035SQ200410102639
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權日2004年12月29日
發(fā)明者于海生 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司