一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统，其方法包括获取地层三维空间离散点数据集合；基于所述地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；基于所述断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；基于所述地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；基于所述断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据所述模拟断裂面切割所述三维地层曲面，获得所述三维地层曲面的上盘和下盘；基于所述上盘、所述下盘和所述断裂矢量场位移算子建立断裂模型。本发明利用断裂矢量场位移算子使仅限于邻近断裂的影响域中的地层产生变形，构建运动学一致的构造模型，提高了构建断裂模型的速度和准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及地质建模技术领域，尤其是涉及一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统。

背景技术

地下的三维构造模型有助于可视化、理解和量化地球物理过程，并评估自然资源。事实上，地质构造在一定程度上控制了地下非均质性的空间布局。其中断裂导致地层的连续性遭到破坏，因此在构造模型中构建断裂在减轻采矿设计中的风险起着至关重要的作用。然而，现在许多工作集中于断裂物理性质的模拟，而忽略对被断裂错断地层的模拟。因此，理解和表征断裂几何结构对于理解许多地质背景下的构造结构是十分重要的，使用断裂模型和地质构造模型做进一步分析，包括资源估计和数值模拟。

传统的断裂建模采取的是以人工交互建模为主的手段，采取隐式建模主要有3种方法被考虑到：一是加入不连续漂移项来处理断裂；二是通过不同的隐式函数来表示断裂的上盘和下盘，并使用布尔运算来定义函数的边界；三是基于地层变形及位移方法。

现有技术中存在以下问题：现有技术中的方法没有充分考虑位移和影响区域的概念，地层层位的变形与断裂网络构造之间没有直接联系，断裂特征的任何变化都需要耗费大量的人工校正，以保持地层的一致性。导致无法快速、准确获得断裂模型的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统，用以解决现有技术中存在的无法快速、准确获得断裂模型的技术问题。

为了解决上述问题，一方面，本发明提供一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法，包括：

获取地层三维空间离散点数据集合；

基于所述地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；

基于所述断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；

基于所述地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；

基于所述断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据所述模拟断裂面切割所述三维地层曲面，获得所述三维地层曲面的上盘和下盘；

基于所述上盘、所述下盘和所述断裂矢量场位移算子建立断裂模型。

在一些可能的实现方式中，所述获取地层三维空间离散点数据集合，包括：

获取三维地质建模数据；

从所述三维地质建模数据中确定地层界面数据、地层产状数据以及地层面切线数据；

基于所述地层界面数据、所述地层产状数据以及所述地层面切线数据确定所述地层三维空间离散点数据集合。

在一些可能的实现方式中，所述基于所述地层三维空间离散点数据集合，建立断裂面矢量场概念模型，包括：

确定断裂面局部坐标系与三维地质空间全局坐标系的转换关系；

基于所述转换关系和所述地层三维空间离散点数据集合建立断裂面几何标量场，并根据所述断裂面几何标量场建立所述断裂面矢量场概念模型。

在一些可能的实现方式中，所述地层三维空间离散点数据集合包括多个地层三维空间离散点，所述断裂面局部坐标系包括沿走向方向的第一轴、沿倾向方向的第二轴以及沿断裂面法向方向的第三轴，所述转换关系为：

式中,(V

在一些可能的实现方式中，所述断裂矢量位移算子包括断裂上盘位移算子以及断裂下盘位移算子；基于所述断裂面矢量场概念模型，确定断裂矢量位移算子，包括：

确定矢量场断裂位移距离衰减基函数；

获取所述上盘和所述下盘的位移比，并根据所述位移比和所述矢量场断裂位移距离衰减基函数确定上盘断裂位移衰减函数和下盘断裂位移衰减函数；

根据所述上盘断裂位移衰减函数确定上盘断裂表面垂直位移衰减系数、上盘断裂表面平行位移衰减系数以及上盘垂直于断裂面位移衰减系数；

根据所述下盘断裂位移衰减函数确定下盘断裂表面垂直位移衰减系数、下盘断裂表面平行位移衰减系数以及下盘垂直于断裂面位移衰减系数；

根据所述断裂面几何标量场确定上盘断裂矢量位移方向场和下盘断裂矢量位移方向场；

根据所述上盘断裂表面垂直位移衰减系数、上盘断裂表面平行位移衰减系数、上盘垂直于断裂面位移衰减系数、下盘断裂表面垂直位移衰减系数、下盘断裂表面平行位移衰减系数、下盘垂直于断裂面位移衰减系数、所述上盘断裂矢量位移方向场以及所述下盘断裂矢量位移方向场确定所述断裂上盘位移算子以及所述断裂下盘位移算子。

在一些可能的实现方式中，所述上盘断裂位移衰减函数为：

f(x,y,z)

所述下盘断裂位移衰减函数为：

f(x,y,z)

式中，f(x,y,z)

在一些可能的实现方式中，所述断裂上盘位移算子为：

所述断裂下盘位移算子为：

式中，

在一些可能的实现方式中，所述基于所述地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面，包括：

确定所述地层三维空间离散点数据集合的界面点接触约束、产状梯度约束以及地质面切线约束；

构建标量场函数，并基于所述标量场函数、所述界面点接触约束、所述产状梯度约束、所述地质面切线约束以及所述地层三维空间离散点数据集合构建所述三维地层曲面。

在一些可能的实现方式中，所述根据所述模拟断裂面切割所述三维地层曲面，获得所述三维地层曲面的上盘和下盘，包括：

利用不规则三角网切割算法根据所述模拟断裂面切割所述三维地层曲面，获得所述三维地层曲面的上盘和下盘。

另一方面，本发明还提供一种基于断裂矢量场的断裂构造建模系统，包括：

数据获取模块，用于获取地层三维空间离散点数据集合；

断裂面建模模块，用于基于所述地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；

断裂面矢量场确定模块，用于基于所述断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；

地层曲面构建模块，用于基于所述地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；

模拟切割模块，用于基于所述断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据所述模拟断裂面切割所述三维地层曲面，获得所述三维地层曲面的上盘和下盘；

断裂模型确定模块，用于基于所述上盘、所述下盘和所述断裂矢量场位移算子建立断裂模型。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法，通过基于断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子，并基于上盘、下盘和断裂矢量场位移算子建立断裂模型，实现将断裂相关变形定量地嵌入到断裂模型构建过程中，利用断裂矢量位移算子使仅限于邻近断裂的影响域中的地层产生变形，构建运动学一致的构造模型。从原理上就防止了地层相交导致的拓扑错误，并且保持变形层位的平滑度和精细尺度特征，从而可实现快速、准确构建断裂模型的技术效果。

附图说明

图1为本发明提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法的实施例流程示意图；

图2为本发明图1中S101的一个实施例流程示意图；

图3为本发明图1中S102的一个实施例流程示意图；

图4为本发明提供的断裂面矢量场概念模型的一个实施例结构示意图；

图5为本发明提供的断裂面局部坐标系的一个实施例结构示意图；

图6为本发明图1中S103的一个实施例流程示意图；

图7为本发明图1中S104的一个实施例流程示意图；

图8为本发明提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模系统的一个实施例结构示意图；

图9为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统，以下分别进行详细说明。

图1为本发明提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法的一个实施例流程示意图，如图1所示，基于断裂矢量场的断裂构造建模方法包括：

S101、获取地层三维空间离散点数据集合；

S102、基于地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；

S103、基于断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；

S104、基于地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；

S105、基于断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据模拟断裂面切割三维地层曲面，获得三维地层曲面的上盘和下盘；

S106、基于上盘、下盘和断裂矢量场位移算子建立断裂模型。

与现有技术相比，本发明实施例提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法，通过基于断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子，并基于上盘、下盘和断裂矢量场位移算子建立断裂模型，实现将断裂相关变形定量地嵌入到断裂模型构建过程中，利用断裂矢量位移算子使仅限于邻近断裂的影响域中的地层产生变形，构建运动学一致的构造模型。从原理上就防止了地层相交导致的拓扑错误，并且保持变形层位的平滑度和精细尺度特征，从而可实现快速、准确构建断裂模型的技术效果。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，步骤S101包括：

S201、获取三维地质建模数据；

S202、从三维地质建模数据中确定地层界面数据、地层产状数据以及地层面切线数据；

S203、基于地层界面数据、地层产状数据以及地层面切线数据确定地层三维空间离散点数据集合。

应当理解的是：步骤S201中的三维地质建模数据包括但不限于以下几类数据：地质构造数据(包括地图和其他遥感数据、文字描述和地质图件)、平面地质图和剖面图、钻孔数据(包括岩芯和地球物理测井)、地球物理勘查数据以及流量数据(包括油井流速、瞬时压力/高度和流体成分测量值)。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，步骤S102包括：

S301、确定断裂面局部坐标系与三维地质空间全局坐标系的转换关系；

S302、基于转换关系和地层三维空间离散点数据集合建立断裂面几何标量场，并根据断裂面几何标量场建立断裂面矢量场概念模型。

需要说明的是：本发明实施例提出的断裂面矢量场概念模型没有直接考虑所有可能的位移模式，而是侧重于孤立简单的断裂模式，即具有以下特征的断裂：1、位移从最大位移点(称为断裂中心)开始整体下降；2、断裂表面和沿着断裂表面的位移强度等值线大致为圆形或椭圆形，即具有长轴和短轴的近椭圆形状；3、位移方向平行于断裂面。

具体地，如图4所示，断裂面矢量场概念模型用滑移最大位移D

其中，断裂面局部坐标系如图5所示，断裂面局部坐标系包括沿走向方向的第一轴、沿倾向方向的第二轴以及沿断裂面法向方向的第三轴。

在本发明的一些实施例中，地层三维空间离散点集合包括多个地层三维空间离散点，则转换关系为：

式中,(V

在本发明的一些实施例中，断裂矢量位移算子包括断裂上盘位移算子以及断裂下盘位移算子，则如图6所示，步骤S103包括：

S601、确定矢量场断裂位移距离衰减基函数；

S602、获取上盘和下盘的位移比，并根据位移比和矢量场断裂位移距离衰减基函数确定上盘断裂位移衰减函数和下盘断裂位移衰减函数；

S603、根据上盘断裂位移衰减函数确定上盘断裂表面垂直位移衰减系数、上盘断裂表面平行位移衰减系数以及上盘垂直于断裂面位移衰减系数；

S604、根据下盘断裂位移衰减函数确定下盘断裂表面垂直位移衰减系数、下盘断裂表面平行位移衰减系数以及下盘垂直于断裂面位移衰减系数；

S605、根据断裂面几何标量场确定上盘断裂矢量位移方向场和下盘断裂矢量位移方向场；

S606、根据上盘断裂表面垂直位移衰减系数、上盘断裂表面平行位移衰减系数、上盘垂直于断裂面位移衰减系数、下盘断裂表面垂直位移衰减系数、下盘断裂表面平行位移衰减系数、下盘垂直于断裂面位移衰减系数、上盘断裂矢量位移方向场以及下盘断裂矢量位移方向场确定断裂上盘位移算子以及断裂下盘位移算子。

在本发明的具体实施例中，上盘断裂位移衰减函数为：

f(x,y,z)

下盘断裂位移衰减函数为：

f(x,y,z)

式中，f(x,y,z)

具体地，矢量场断裂位移距离衰减基函数为：

式中，r(x,y,z)为各地层三维空间离散点(x，y，z)到断裂中心点的径向距离；l

在本发明的具体实施例中，断裂上盘位移算子为：

断裂下盘位移算子为：

式中，

具体地：针对不同运动类型的上盘断裂矢量位移方向场和下盘断裂矢量位移方向场分别为：

1、正断裂：首先，利用断裂面几何标量场可以得到断裂梯度场，将方向矢量转化为该点的倾角θ和倾向α，因为上盘沿着断裂面向下运动，且断裂梯度场垂直于断裂面，只需要将倾角θ加90°即可，则上盘断裂矢量位移方向场为：

下盘沿断裂面向上运动，因为下盘运动方向与上盘相反，只需要对上盘位移向量取反即可，即下盘断裂矢量位移方向场为：

2、逆断裂：逆断裂的上盘沿断裂面向上运动，下盘沿断裂向下运动，因此其运动方向与正断裂相反，具体地：

上盘断裂矢量位移方向场为：

下盘断裂矢量位移方向场为：

3、左移断裂：同理正断裂，利用断裂面几何标量场可以得到断裂梯度场，将方向矢量转化为该点的倾角θ和倾向α，因为上盘沿着断裂面向左运动，且垂直于断裂面，只需要将倾向α旋转90°，倾角不变即可，因为倾向的取值范围在0-2π之间，需要对不同情况进行不同处理。

上盘断裂矢量位移方向场为：

下盘断裂矢量位移方向场为：

4、右移断裂：逆断裂的上盘沿断裂面向右运动，下盘沿断裂面向左运动，因此，其运动方向与左移断裂正好相反，具体地：

上盘断裂矢量位移方向场为：

下盘断裂矢量位移方向场为：

在本发明的一些实施例中，断裂矢量位移算子包括断裂上盘位移算子以及断裂下盘位移算子，则如图7所示，步骤S104包括：

S701、确定地层三维空间离散点数据集合的界面点接触约束、产状梯度约束以及地质面切线约束；

S702、构建标量场函数，并基于标量场函数、界面点接触约束、产状梯度约束、地质面切线约束以及地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面。

在本发明的具体实施例中，步骤S702中的标量场函数为广义径向基函数。

其中，步骤S701中的界面点接触约束指的是地层与地层分界的三维位置数据，即：位于地质表面上的点：

f(x

式中，x

产状梯度约束指的是表征垂直于地址表面的方向数据，即地层产状点：

式中，

地质面切线约束指的是与地质表面相切的方向数据，即褶皱轴线方向：

式中，τ

在本发明的一些实施例中，步骤S105具体为：

利用不规则三角网切割算法根据模拟断裂面切割三维地层曲面，获得三维地层曲面的上盘和下盘。

具体地：第一步，找出切割面和被切割面相交的三角形；第二步，计算相交三角形的交点；第三步，对切割后的三角网进行重构和分边处理，以得到三维地层曲面的上盘和下盘。

为了更好实施本发明实施例中的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法，在基于断裂矢量场的断裂构造建模方法基础之上，对应的，本发明实施例还提供了一种基于断裂矢量场的断裂构造建模系统，如图8所示，基于断裂矢量场的断裂构造建模系统800包括：

数据获取模块801，用于获取地层三维空间离散点数据集合；

断裂面建模模块802，用于基于地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；

断裂面矢量场确定模块803，用于基于断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；

地层曲面构建模块804，用于基于地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；

模拟切割模块805，用于基于断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据模拟断裂面切割三维地层曲面，获得三维地层曲面的上盘和下盘；

断裂模型确定模块806，用于基于上盘、下盘和断裂矢量场位移算子建立断裂模型。

上述实施例提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模系统800可实现上述基于断裂矢量场的断裂构造建模方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述基于断裂矢量场的断裂构造建模方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

如图9所示，本发明还相应提供了一种电子设备900。该电子设备900包括处理器901、存储器902及显示器903。图9仅示出了电子设备900的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

处理器901在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器902中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的水泥环封隔压力确定方法。

在一些实施例中，处理器901可以是单个服务器或服务器组。服务器组可为集中式或分布式的。在一些实施例中，处理器901可为本地的或远程的。在一些实施例中，处理器901可实施于云平台。在一实施例中，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、多重云等，或以上的任意组合。

存储器902在一些实施例中可以是电子设备900的内部存储单元，例如电子设备900的硬盘或内存。存储器902在另一些实施例中也可以是电子设备900的外部存储设备，例如电子设备900上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。

进一步地，存储器902还可既包括电子设备900的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器902用于存储安装电子设备900的应用软件及各类数据。

显示器903在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器903用于显示在电子设备900的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备900的部件901-903通过系统总线相互通信。

在本发明的一些实施例中，当处理器901执行存储器902中的基于断裂矢量场的断裂构造建模程序时，可实现以下步骤：

获取地层三维空间离散点数据集合；

基于地层三维空间离散点数据集合建立断裂面矢量场概念模型；

基于断裂面矢量场概念模型确定断裂矢量位移算子；

基于地层三维空间离散点数据集合构建三维地层曲面；

基于断裂面矢量场概念模型确定模拟断裂面，并根据模拟断裂面切割三维地层曲面，获得三维地层曲面的上盘和下盘；

基于上盘、下盘和断裂矢量场位移算子建立断裂模型。

应当理解的是：处理器901在执行存储器902中的基于断裂矢量场的断裂构造建模程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。

进一步地，本发明实施例对提及的电子设备900的类型不做具体限定，电子设备900可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载IOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备900也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。

相应地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法中的步骤或功能。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上对本发明所提供的基于断裂矢量场的断裂构造建模方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。