复杂地质构造的拓扑构建方法研究

摘要

三维地质构造模型是认识地下地层结构并开展地下油气资源勘探的重要手段。构造建模包括三个要素：几何要素、拓扑要素和属性要素。其中地质构造模型的拓扑反映了地质曲面之间的空间关系，对构造模型的表达和控制起着至关重要的作用。同时，复杂地质构造建模向智能建模的方向发展，一个基础的科学问题是构造模型的计算机认知问题。其中，构造模型的拓扑认知是模型认知的关键。现有对地质构造模型拓扑的研究是将拓扑作为模型的基本属性从模型的合理性和不确定性两个方面开展研究。本文从构造模型拓扑的语义描述出发，建立构造拓扑认知的语义模型，并在此基础上进行复杂地质构造的拓扑提取方法研究。研究工作具有较大的理论意义和实际的应用价值。 针对复杂地质构造模型拓扑的计算机认知问题，本文从构造拓扑的语义描述和构造拓扑的提取方法开展研究。主要工作和贡献如下： 1、提出了地质构造模型的语义描述和计算机表征方法。从地质对象和地质对象之间的关系（构造拓扑）出发，建立构造模型计算机认知的语义描述体系。随后本文定义了一个多层次复杂异质语义网络作为地质语义描述的载体，其中节点是实体的抽象，弧是拓扑关系的抽象，其中同一层的实体间用邻接关系连接，不同层的实体间用关联关系连接。 2、提出了构造模型语义网络的提取方法。在构造模型语义描述的基础上，针对复杂地质构造拓扑网络的构建和提取问题，提出了构造模型的语义网络提取方法。其基本思想是从构造模型认知的过程出发，从宏观的地质块到微观的特征点，自顶向下地建立构造模型的拓扑网络。通过采用实际工区的构造模型数据进行仿真，验证了方法的有效性。 3、实现了构造模型语义网络的可视化。拓扑的表征模型实现了构造模型的逻辑描述，在此基础上，开展了拓扑网络的可视化研究。其主要目的是通过可视化提高复杂地质构造模型的交互分析能力。其关键问题是拓扑网络的布局问题，本文采用基于力引导算法的拓扑网络混合布局算法，充分展示了拓扑网络的层次和每个层次内各个实体节点的逻辑关系，取得了较好的可视化效果。 本文利用实际工区的地质数据，从构造拓扑的语义描述系统设计、构造模型语义网络的建立及语义网络的可视化三个方面开展研究，取得了一定的研究成果。

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