本發(fā)明涉及一種顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法，屬于地質(zhì)信息科學(xué)及三維地質(zhì)建模領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

地質(zhì)體屬性模型是地質(zhì)體內(nèi)部非均質(zhì)屬性場可視化表達(dá)和定量評價與分析的基礎(chǔ)。根據(jù)研究目的和應(yīng)用需求的不同，三維地質(zhì)建?？煞譃槿S地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模和地質(zhì)屬性建模。三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模主要關(guān)注于地層、巖體、沉積相、特殊地質(zhì)構(gòu)造等的空間形態(tài)構(gòu)建，旨在真實刻畫地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間展布狀況；而地質(zhì)屬性建模的目的是為了精細(xì)刻畫地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部非均質(zhì)屬性場的空間分布特征，包括密度、溫度、飽和度、電阻率、礦化度、孔隙度、富水性等各種物化探參數(shù)。

地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取相當(dāng)困難，通常需要通過非常有限的采樣數(shù)據(jù)來推測、估計整個研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造及屬性分布情況。根據(jù)數(shù)據(jù)特征的不同，三維地質(zhì)建模中所需的原始數(shù)據(jù)可抽象為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類?？臻g數(shù)據(jù)主要包括鉆孔、剖面、地質(zhì)界線、沉積環(huán)境分布、河流、基巖分布、地貌特征等具有空間形態(tài)指示意義的數(shù)據(jù)。主要用于構(gòu)建三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可將其作為一個基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造的框架。屬性數(shù)據(jù)反映某一地質(zhì)變量的屬性特征及其空間分布情況，是各類物化探數(shù)據(jù)的空間有限采樣。通過空間插值讓有限的采樣屬性充滿地質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間，是實現(xiàn)非均質(zhì)屬性場可視化表達(dá)和地質(zhì)屬性建模的有效途徑。

通過將三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型按照一定的規(guī)則進(jìn)行體元離散化，生成地質(zhì)體內(nèi)部精細(xì)的三維體元模型。體元模型是對地質(zhì)體的三維實體表達(dá)，是地質(zhì)屬性賦值的載體，有利于三維空間地質(zhì)屬性的可視化表達(dá)與分析。按體元的面數(shù)，體元模型可以分為四面體(Tetrahedron)、五面體(Pentrahedron)、六面體(Hexahedron)、多面體(Polyhedron)和棱柱體(Prism)等5種基本類型，也可以根據(jù)體元的規(guī)整性分為規(guī)則體元和非規(guī)則體元兩個大類。

屬性建模的過程是指應(yīng)用空間插值的方法，在有限的地質(zhì)采樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為體元模型中每一個空間實體對象賦予對應(yīng)的地質(zhì)屬性值，從而使得該屬性布滿整個地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，完成了地質(zhì)屬性場的全空間表達(dá)。但是，如何實現(xiàn)屬性模型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的一致性，讓所得的屬性模型能夠體現(xiàn)構(gòu)造特征、專家知識、地質(zhì)語義的約束，是一個難點(diǎn)問題。這就是說，在進(jìn)行體元屬性賦值的過程中，必須考慮地質(zhì)構(gòu)造條件對屬性分布的約束作用，對分布于不同地質(zhì)背景下的空間體元簇，應(yīng)該分而治之，分別采用不同方法進(jìn)行空間屬性的賦值。

鑒于上述分析的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和屬性模型的相互關(guān)系，以及體元屬性賦值中的關(guān)鍵問題，有必要提出一種地質(zhì)構(gòu)造條件約束下的精細(xì)體元屬性賦值方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法，在地質(zhì)精細(xì)體元模型的基礎(chǔ)上，充分考慮地質(zhì)沉積、構(gòu)造及相關(guān)專家知識、地質(zhì)語義的約束，縱向上以等時地層格架為約束，對屬于不同地層的精細(xì)體元依次進(jìn)行處理；橫向上以沉積相邊界、地質(zhì)界線、河流邊界、地貌分布等為約束，將平面劃分成不同的區(qū)域，并為每個區(qū)域給定其基本屬性，然后對分布于不同基本屬性區(qū)域內(nèi)的精細(xì)體元采用與各自基本屬性相適應(yīng)的插值方式進(jìn)行屬性賦值。這種以地質(zhì)構(gòu)造條件為約束，對地質(zhì)空間進(jìn)行語義劃分的區(qū)域化體元屬性賦值方法，使得生成的地質(zhì)屬性模型在更大程度上反映了地質(zhì)構(gòu)造特征，同時也體現(xiàn)了地質(zhì)構(gòu)造條件對地質(zhì)體內(nèi)部非均質(zhì)屬性場空間分布特征的影響，保證了地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和精細(xì)體元屬性模型在地質(zhì)語義層面的一致性。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法，包括以下步驟：

(1)對于已經(jīng)由地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型剖分得到的精細(xì)體元模型，將對應(yīng)于所述精細(xì)體元模型的n層等時地層的n+1個格架面作為縱向約束條件；

(2)令循環(huán)控制變量i＝1；

(3)獲取第i層等時地層對應(yīng)的頂格架面s_top和底格架面s_bot；

(4)遍歷所有體元，挑選出分布于頂格架面s_top和底格架面s_bot之間的所有體元，并將其存儲在對象集voxels里；

(5)將對應(yīng)于第i層等時地層的橫向約束條件進(jìn)行整合，根據(jù)橫向約束條件將第i層等時地層劃分成為不同的區(qū)域，并根據(jù)各區(qū)域所代表的地質(zhì)含義為每個區(qū)域賦予其對應(yīng)的基本屬性，對于其中任意一個基本屬性用下式表示：

p_k∈{p₁,p₂,...,p_m}，1≤k≤m

其中，k為當(dāng)前屬性類別編號，m為基本屬性的總數(shù)，令當(dāng)前基本屬性的編號k＝1；

(6)獲取基本屬性為p_k的所有區(qū)域，并將其存儲在對象集Zones里；

(7)遍歷對象集Voxels，挑選出分布于區(qū)域Zones之內(nèi)的所有體元并將其存儲在基本屬性p_k對應(yīng)的對象集Voxels_k；

(8)判斷p_k是否為絕對約束條件，如果是則轉(zhuǎn)至步驟(9)，否則轉(zhuǎn)步驟(10)；

(9)根據(jù)基本屬性p_k為對象集Voxels_k內(nèi)所有體元賦予一致的特定屬性值，然后轉(zhuǎn)步驟(11)；

(10)選擇插值方法為對象集Voxels_k內(nèi)體元進(jìn)行屬性賦值；

(11)將屬性值賦予每個體元對象的屬性字段中保存，并令k++；

(12)判斷k≤m是否成立，是則轉(zhuǎn)至步驟(6)繼續(xù)其它基本屬性所對應(yīng)區(qū)域內(nèi)體元的屬性賦值，否則轉(zhuǎn)下一步；

(13)令循環(huán)控制變量i++；

(14)判斷i≤n是否成立，是則轉(zhuǎn)至步驟(3)，繼續(xù)后續(xù)等時地層內(nèi)部體元的屬性賦值，否則轉(zhuǎn)下一步；

(15)可視化顯示屬性賦值后的精細(xì)體元模型。

步驟(1)所述精細(xì)體元模型為規(guī)則體元模型和不規(guī)則體元模型的任意一種。

步驟(5)所述橫向約束條件包括地質(zhì)界線、沉積環(huán)境分布、河流、基巖分布和地貌特征。

步驟(8)所述絕對約束條件，指直接根據(jù)該條件判定最終的屬性值，且分布于這些區(qū)域內(nèi)的所有體元具有相同屬性值的約束條件。

步驟(9)所述特定屬性值由地質(zhì)專家或者操作者根據(jù)地質(zhì)條件及應(yīng)用環(huán)境給定。

步驟(10)所述插值方法根據(jù)體元的分布特征和屬性的具體地質(zhì)條件決定，包括線性插值方法和非線性插值方法，并根據(jù)基本屬性選擇估值參數(shù)。

本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于：

(1)本發(fā)明的顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法以等時地層作為縱向約束條件，保證了同一等時地層內(nèi)部屬性分布的一致性，同時也控制了不同時期沉積地層內(nèi)部屬性的差異性；

(2)本發(fā)明的顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法以沉積相邊界、地質(zhì)界線、基巖邊界、河流邊界等作為橫向約束條件，對不同區(qū)域內(nèi)的體元采用不同的插值方式進(jìn)行屬性賦值，保證了地質(zhì)構(gòu)造條件對空間屬性分布的影響；

(3)本發(fā)明的顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法采用對地質(zhì)空間進(jìn)行語義劃分的區(qū)域化體元屬性賦值方法，使得生成的地質(zhì)屬性模型在更大程度上反應(yīng)了地質(zhì)構(gòu)造特征，保證了地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和精細(xì)體元屬性模型在地質(zhì)語義層面的一致性；

(4)本發(fā)明的顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法所獲得的地質(zhì)屬性模型包含了更多的地質(zhì)含義、專家知識，其屬性場的空間分布特征更加符合地質(zhì)沉積及構(gòu)造條件的作用結(jié)果，這將為后續(xù)地質(zhì)定量評價與分析提供更加準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)；

(5)本發(fā)明的顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法可在各種三維地質(zhì)建模、地質(zhì)信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、地質(zhì)過程模擬系統(tǒng)等系統(tǒng)中應(yīng)用，適應(yīng)性廣。

附圖說明

圖1是顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法流程示意圖。

圖2是等時地層及對應(yīng)的格架面，其中圖2(a)為等時地層的剖面示意圖，圖2(b)為包含n個等時地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，圖2(c)為各層在縱向上撐開的展示效果，圖2(d)是與之相對應(yīng)的n+1個頂?shù)赘窦苊妗?/p>

圖3是某一層橫向約束條件的示意圖，其中圖3(a)為各類地質(zhì)沉積及構(gòu)造的邊界條件，圖3(b)為平面分區(qū)后各自所代表的基本屬性分布示意圖。

圖4是顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的體元屬性賦值過程示意圖。

圖5是利用本發(fā)明中體元屬性賦值方法得到的富水性屬性模型，其中圖5(a)是富水性屬性模型的整體形態(tài)，圖5(b)是等時地層約束下隔水層和含水層的屬性分布對比示意圖，圖5(c)是橫向條件約束下含水層內(nèi)部屬性的分布特征示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照圖1，本發(fā)明提供了一種顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法，包括以下步驟：

(1)對于已經(jīng)由地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型剖分得到的精細(xì)體元模型，載入縱向約束條件：如圖2所示，將對應(yīng)于所述精細(xì)體元模型的n層等時地層的n+1個格架面作為縱向約束條件；

(2)令循環(huán)控制變量i＝1；

(3)獲取第i層等時地層對應(yīng)的頂格架面s_top和底格架面s_bot；

(4)遍歷所有體元，挑選出分布于頂格架面s_top和底格架面s_bot之間的所有體元，并將其存儲在對象集voxels里；

(5)載入橫向約束條件：參照圖3，將對應(yīng)于第i層等時地層的橫向約束條件進(jìn)行整合，對于富水性來說，主要橫向約束條件有基巖邊界、沉積環(huán)境分布、河流、古河道邊界等；根據(jù)橫向約束條件將第i層等時地層劃分成為不同的區(qū)域，并根據(jù)各區(qū)域所代表的地質(zhì)含義為每個區(qū)域賦予其對應(yīng)的基本屬性(如基巖、淤泥、粘土層等為隔水層，可將其賦予一樣的基本屬性；砂、卵石等為含水層，但由于河道砂、漫灘砂、點(diǎn)砂壩等各自的含水性各具特點(diǎn)，可根據(jù)其沉積環(huán)境的不同分別賦予不同的基本屬性)，對于其中任意一個基本屬性用下式表示：

p_k∈{p₁,p₂,...,p_m}，1≤k≤m

其中，k為當(dāng)前屬性類別編號，m為基本屬性的總數(shù)，令當(dāng)前基本屬性的編號k＝1；

(6)獲取基本屬性為p_k的所有區(qū)域，并將其存儲在對象集Zones里；

(7)遍歷對象集Voxels，挑選出分布于區(qū)域Zones之內(nèi)的所有體元并將其存儲在基本屬性p_k對應(yīng)的對象集Voxels_k；

(8)判斷p_k是否為絕對約束條件，如圖4所示，如果是則轉(zhuǎn)至步驟(9)，否則轉(zhuǎn)步驟(10)；

(9)根據(jù)基本屬性p_k為對象集Voxels_k內(nèi)所有體元賦予一致的特定屬性值，該屬性值由地質(zhì)專家或者操作者根據(jù)地質(zhì)條件及應(yīng)用環(huán)境給定(如分布于基巖邊界內(nèi)或者隔水層范圍內(nèi)的體元，富水性的屬性值很顯然為0，直接交互賦值，不用再通過插值方法賦值)然后轉(zhuǎn)步驟(11)；

(10)選擇插值方法為對象集Voxels_k內(nèi)體元進(jìn)行屬性賦值；

(11)將屬性值賦予每個體元對象的屬性字段中保存，并令k++；

(12)判斷k≤m是否成立，是則轉(zhuǎn)至步驟(6)繼續(xù)其它基本屬性所對應(yīng)區(qū)域內(nèi)體元的屬性賦值，否則轉(zhuǎn)下一步；

(13)令循環(huán)控制變量i++；

(14)判斷i≤n是否成立，是則轉(zhuǎn)至步驟(3)，繼續(xù)后續(xù)等時地層內(nèi)部體元的屬性賦值，否則轉(zhuǎn)下一步；

(15)可視化顯示屬性賦值后的精細(xì)體元模型。至此，完成了所有精細(xì)體元的屬性賦值，也得到了相應(yīng)的屬性模型，如圖5所示，圖中像素由淺至深依次表示豐富、中等、貧乏、隔水和基巖5種屬性。

步驟(1)所述精細(xì)體元模型是一個載體，在其上可以掛載多種物化探屬性，并且不限制其具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以是背景技術(shù)中介紹到的規(guī)則或非規(guī)則體元的任意一種，不限制其具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

步驟(2)中n+1個格架面必須參與了地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，即它們必須是與該體元模型相匹配的；之所以要用等時地層作為縱向約束條件，是因為地質(zhì)沉積過程中同一時間段內(nèi)沉積的地層往往具有更加相似的屬性，比如同屬同一等時地層的斷層體，雖然在空間上不具有連續(xù)性，但其沉積時間因素影響下的屬性分布在斷層兩側(cè)應(yīng)該是連續(xù)的。

步驟(5)所述的橫向約束條件的具體類型是由研究的屬性本身來決定的，任意對當(dāng)前屬性起到限定性的地質(zhì)邊界條件，都可作為橫向約束條件；基本屬性的劃定也是以當(dāng)前賦值的屬性為導(dǎo)向的，根據(jù)其對當(dāng)前屬性的影響程度，賦予不同的基本屬性值(對于富水性來說，主要橫向約束條件有基巖邊界、沉積環(huán)境分布、河流、古河道邊界等)；多個區(qū)域可以具有相同的基本屬性，說明這些區(qū)域的屬性賦值方式是一致的。

步驟(8)所述的絕對約束條件，是指直接可以根據(jù)該條件判定最終的屬性值，且分布于這些區(qū)域內(nèi)的所有體元具有相同屬性值(如分布于基巖區(qū)和隔水層區(qū)域的體元，其富水性的屬性值全部為0)。

步驟(10)所述插值方法的選擇是由體元的分布特征和屬性的具體地質(zhì)條件來決定的，現(xiàn)有的線性、非線性的插值方法都在選擇之列；而且還可根據(jù)基本屬性的不同，選擇不同的估值參數(shù)(如搜索半徑、變差函數(shù)、搜索橢球體的空間形態(tài)等)。

本發(fā)明提供的一種顧及地質(zhì)構(gòu)造條件約束的精細(xì)體元屬性賦值方法，在地質(zhì)精細(xì)體元模型的基礎(chǔ)上，充分考慮地質(zhì)沉積、構(gòu)造及相關(guān)專家知識、地質(zhì)語義的約束，縱向上以等時地層格架為約束，對屬于不同地層的精細(xì)體元依次進(jìn)行處理；橫向上以沉積相邊界、地質(zhì)界線、河流邊界、地貌分布等為約束，將平面劃分成不同的區(qū)域，并為每個區(qū)域給定其基本屬性，然后對分布于不同基本屬性區(qū)域內(nèi)的精細(xì)體元采用與各自基本屬性相適應(yīng)的插值方式進(jìn)行屬性賦值。這種以地質(zhì)構(gòu)造條件為約束，對地質(zhì)空間進(jìn)行語義劃分的區(qū)域化體元屬性賦值方法，使得生成的地質(zhì)屬性模型在更大程度上反映了地質(zhì)構(gòu)造特征，同時也體現(xiàn)了地質(zhì)構(gòu)造條件對地質(zhì)體內(nèi)部非均質(zhì)屬性場空間分布特征的影響，保證了地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和精細(xì)體元屬性模型在地質(zhì)語義層面的一致性。