基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法

摘要

本发明提供了一种基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法，该方法包括：根据待建模的特定地质现象在所述公共地理信息影像数据上的响应特征，从所述公共地理信息影像数据识别并提取对应于所述特定地质现象的地质信息；判断所述地质信息是否存在盲区；当判断所述地质信息存在盲区时，通过野外考察采集所述特定地质现象在所述盲区的基础地质数据，并通过相对位置校正法将所述基础地质数据校正到与所述地质信息相同的坐标系，生成经校正的基础地质数据；基于所述地质信息和所述经校正的基础地质数据，获得综合采集数据，并将所述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成所述大地坐标下的综合采集数据。

说明书

技术领域

本发明是关于野外地质研究技术，具体地，是关于一种基于公共地理信息影像数 据进行野外地质建模的方法。

背景技术

野外地质研究是油气勘探开发的基础，但现有的野外地质研究多集中在单一地质 现象的描述，部分学者也探索性地综合利用探地雷达资料和遥感资料建立三维地质模 型，如采用遥感技术进行煤炭勘查，利用新型的多波段、多极化、多角度、多时相、 多分辨率遥感资料，结合GIS工具进行空间分析，探索煤田分布规律；或是利用探地 雷达进行野外露头研究，建立相应的储层构型分布模式。但上述方法中用到的探地雷 达资料和遥感影像资料相对较贵，且获取较困难，品质一般，难以反映真实地质信息。

GoogleEarth影像数据的出现为地表地质信息表征提供了方便，GoogleEarth软件 具有公共资源丰富、分辨率高的特点，是全球知名的GIS软件，其通过服务器提供的 地理数据（经度、纬度、海拔、遥感图像、地理信息），结合软件绘图功能，为用户 提供了清晰真实的三维地球影像和一系列实用的工具（如测距、记录地标、获取地理 信息等）。目前，影像信息在不同的专业领域已有不同程度的应用，但多体现在建立 数据库及路径的识别上。在地质学领域，相关研究人员利用该影像数据研究河流形态 学特征、大型X断裂与岩溶发育关系、喀斯特地区节理系统与岩溶发育强度之间的 关系、浅水三角洲沉积类型等，但均未建立地质模型，且不能批量准确获取数据。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种基于公共地理信息影像数据进行野外地 质建模的方法，以根据公共地理信息影像数据建模，并可实现根据所建模型准确获取 相关地质数据。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于公共地理信息影像数据进行野外 地质建模的方法，该方法包括：步骤a：根据待建模的特定地质现象在所述公共地理 信息影像数据上的响应特征，从所述公共地理信息影像数据识别并提取对应于所述特 定地质现象的地质信息；步骤b：判断所述地质信息是否存在盲区；步骤c：当判断 所述地质信息存在盲区时，通过野外考察采集所述特定地质现象在所述盲区的基础地 质数据，并通过相对位置校正法将所述基础地质数据校正到与所述地质信息相同的坐 标系，生成经校正的基础地质数据；步骤d：基于所述地质信息和所述经校正的基础 地质数据，获得综合采集数据，并将所述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标， 生成所述大地坐标下的综合采集数据；步骤e：根据所述大地坐标下的综合采集数据 建立所述特定地质现象的地质模型。

在一实施例中，上述判断所述地质信息是否存在盲区，包括：当所述特定地质现 象的分辨率小于一预定值，或者所述公共地理信息影像数据不包含所述地质现象的数 据时，判断所述地质信息存在盲区。

在一实施例中，上述通过野外考察采集所述特定地质现象在所述盲区的基础地质 数据，包括：利用GPS仪采集所述特定地质现象在所述盲区的基础地质数据，并采 集用以界定所述盲区界线的边界数据。

在一实施例中，上述方法还包括：步骤f：根据所述地质模型分析所述特定地质 现象之间的关系。

在一实施例中，上述将所述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成所 述大地坐标下的综合采集数据，包括：将所述综合采集数据转换成shape文件，采用 高斯克里金方法将转换后的所述综合采集数据的经纬度坐标投影到六度带中，将所述 经纬度坐标转换为大地坐标，生成所述大地坐标下的综合采集数据。

在一实施例中，上述方法还包括：步骤g：当判断所述地质信息不存在盲区时， 则采集所述地质信息获取采集数据，将所述采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标， 生成所述大地坐标下的采集数据，并执行步骤d：根据所述大地坐标下的采集数据建 立所述特定地质现象的模型。

在一实施例中，上述将所述采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成所述大 地坐标下的采集数据，包括：将所述采集数据转换成shape文件，采用高斯克里金方 法将转换后的所述采集数据的经纬度坐标投影到六度带中，生成所述采集数据的大地 坐标，生成所述大地坐标下的采集数据。

具体地，上述特定地质现象包括：古岩溶系统的溶洞、溶蚀沟道、溶蚀洼地；现 代河流沉积中的河道宽度、点砂坝发育程度；现代冲积扇沉积的扇体形态和分支河道； 以及现代三角洲沉积的亚相和物源信息。

具体地，上述坐标系为正交坐标系。

本发明的有益效果在于，充分利用公共影像资源，建立起能够用于指导地下油气 地质研究的古岩溶、河流相、冲积扇相和三角洲相等野外地质定量模型，实现了野外 地质建模由定性向定量的转变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的基于影像数据的野外地质建模方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的古岩溶野外地质现象的响应特征示意图；

图3为根据本发明实施例的古岩溶野外地质现象的建模示意图；

图4为根据本发明实施例的现代河流沉积地质现象的响应特征示意图；

图5为根据本发明实施例的现代河流沉积地质现象的建模示意图；

图6为根据本发明实施例的现代冲积扇沉积地质现象的响应特征示意图；

图7为根据本发明实施例的现代冲积扇沉积地质现象的建模示意图；

图8为根据本发明实施例的现代三角洲沉积地质现象的响应特征示意图；

图9为根据本发明实施例的现代三角洲沉积地质现象的建模示意图。

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，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明实施例提供一种基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法。以 下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明实施例提供一种基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法，如 图1所示，该方法包括：

步骤S101：根据待建模的特定地质现象在公共地理信息影像数据上的响应特征， 从公共地理信息影像数据识别并提取对应于上述特定地质现象的地质信息；

步骤S102：判断上述地质信息是否存在盲区；

步骤S103：当判断上述地质信息存在盲区时，通过野外考察采集上述特定地质 现象在盲区的基础地质数据，并通过相对位置校正法将上述基础地质数据校正到与上 述地质信息相同的坐标系，生成经校正的基础地质数据；

步骤S104：基于上述地质信息和上述经校正的基础地质数据，获得综合采集数 据，并将上述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成上述大地坐标下的综 合采集数据；

步骤S105：根据上述大地坐标下的综合采集数据建立上述特定地质现象的地质 模型。

通过本发明实施例的基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法，能够 充分利用公共影像资源，建立起能够用于指导地下油气地质研究的古岩溶、河流相、 冲积扇相和三角洲相等野外地质定量模型，实现了野外地质建模由定性向定量的转变。

上述步骤S101中，实现了野外地质现象在公共地理信息影像数据上的识别与提 取，在本发明实施例中，上述公共地理信息影像数据可以是基于GoogleEarth影像资 源获取的公共地理信息影像数据。在实际应用中，可以是采用GoogleEarth影像上的 地质特征识别和提取技术，对地质现象的识别与提取，其主要是利用了不同地质现象 在GoogleEarth影像上响应特征的不同。其中，对于古岩溶而言，主要是利用色标等 的不同结合对地质现象的先验概念进行判别，沟道和围岩等在幅度差及分辨率不一 致，古岩溶数据中的溶蚀沟道两侧颜色相差较大，色调不一致，易于识别；溶蚀洼地 因充填了紫红色砂岩而呈现红色。河流相影像也是利用了河道与周围地质体有明显的 影像差别；冲积扇在影像图上呈现明显的扇形，且包括多条分支小河道，这与溶蚀沟 道和河道等影像特征类似；三角洲呈明显的扇形或鸟足状等，有分支沟道、河口砂坝 等影像响应特征。

上述步骤S102及步骤S103，是对公共地理信息影像数据中是否存在盲区或难以 把握的地质现象进行判断，如果发现存在盲区或是难以把握的地质现象，即判定特定 地质现象的分辨率小于一预定值，或者公共地理信息影像数据不包含上述地质现象的 数据的情况。在实际应用中，公共地理信息影像数据的分辨率一般能够达到分辨10 米的地质现象，即在本发明实施例中，该预定值取10米，需要说明的是，其仅是举 例说明，而并非用以限定该预定值的长度，该预定值的具体数值可以根据实际应用时 的情况进行调整。因此在本发明实施例中，当特定地质现象的分辨率小于10米，或 者公共地理信息影像数据不包含上述地质现象的数据时，则可判定该地质信息存在盲 区。此时可通过野外实地考察确定，特别是地质细节信息需要利用GPS野外定点， 从而获取古岩溶等复杂地质现象中通过公共地理信息影像数据捕捉不到的信息，并采 集用以界定上述盲区界线的边界数据，为客观地构建古岩溶等复杂地质模型提供信息 支持，并通过相对位置校正法将获取的基础地质数据进行校正，使其与步骤S101中 提取的地质信息处于相同坐标系（例如是正交坐标系），此时的数据为经校正的基础 地质数据。

经过上述步骤S101至步骤S103，识别和提取了不同的地质现象的地质信息，以 及在通过公共地理信息影像数据难以识别的盲区的经校正的基础地质数据后，需要进 行步骤S104：对上述的地质信息和经校正的基础地质数据进行采集。在实际应用中， 可以是利用GoogleEarth提供的API进行组件开发，将GoogleEarth作为一个组件， 由外部程序进行调用。外部程序可通过API提供的函数对GoogleEarth组件进行控制， 从而能够实现批量采取上述的地质信息，以及经校正的基础地质数据，进行记录并保 存。外部程序获取信息的方式为：将用户选定的屏幕坐标（计算机获取的屏幕上某一 现象点的位置实际上是屏幕的相对坐标）转换为GoogleEarth规定的相对坐标，并利 用API函数直接从GoogleEarth服务器获取地理信息（经纬度、海拔等）。外部程序 通过控制数据获取过程来批量获取、存储并在GoogleEarth上进行标识。

在上述数据采集的过程中，可通过几个不同的函数进行实现，以下以几个主要函 数为例进行介绍。利用Onsample()函数进行取样设置（例如：设置存储文件路径，名 称；设置菜单项标题）；利用GetWindowRect(rect)函数用于获取窗口信息；利用 Getlongtitude()/Getlatitude()/Getaltitude()函数来获取经纬度、海拔等信息；利用 WriteKmlfile()/ReadKml()函数用于将所获得的信息写出到Kml文件，并载入，以显示 批量采集的地质信息以及经校正的地质数据。

在获取了上述的地质信息和经校正的基础地质数据后，需要对上述的地质信息和 经校正的基础地质数据进行处理，将上述的地质信息和经校正的基础地质数据的经纬 度坐标转换成大地坐标，生成在大地坐标下的综合采集数据。在实际应用中，可以是 利用ArcMap软件进行坐标的转换，具体的处理过程包括：利用ArcMap软件把上述 的地质信息和经校正的基础地质数据转成shape文件，利用ArcToolbox进行投影和转 换，并在北京54坐标系中，采用高斯克里金方法投影到六度带中，从而将上述地质 信息和经校正的基础地质数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成在大地坐标下的综 合采集数据。

上述步骤S105中，将采集的上述地质信息和经校正的基础地质数据的经纬坐标 转换为大地坐标，生成了在大地坐标下的综合采集数据后，即可根据转换后的数据进 行地质建模。建模过程中，针对不同地质现象需采用不同的处理方法，如古岩溶数据 中对溶蚀沟道以负曲面生成；河流相数据则利用边界数据反映主流线，用负曲面生成 河道形态分布；结合采集的点砂坝和侧积层信息，对3类河流进行类似处理，可以得 到河流相沉积模型；而对冲积扇和三角洲，由于两者在形态上相似，只是发育位置不 同，因此在建模过程中主要利用边界数据，并综合分支河道等信息，利用高程数据差 实现建模。

综上所述，通过本发明的基于公共地理信息影像数据进行野外地质建模的方法， 能够充分利用公共影像资源，建立起能够用于指导地下油气地质研究的古岩溶、河流 相、冲积扇相和三角洲相等野外地质定量模型，实现了野外地质建模由定性向定量的 转变。

在一实施例中，在经过上述步骤S105进行建模之后，本发明基于公共地理信息 影像数据的野外地质建模方法还包括：

步骤S106：根据上述模型分析所述不同地质现象之间的关系。具体地，是对构 建的地质模型进行综合研究，但不同地质模型综合研究的内容不同。如古岩溶建模主 要研究影响古岩溶发育的控制因素、河流相建模主要分析河道宽度和不同曲率下河道 点砂坝的发育程度、冲积扇建模主要研究优势砂体的分布位置及亚相分布、三角洲建 模主要分析不同物源条件下三角洲构型之间的差异等。

在一实施例中，如果在上述步骤S102中，判断出公共地理信息影像数据中不存 在盲区或是难以把握的地质现象，则可省去野外实地考察的步骤，从而直接进行步骤 S107：采集步骤S101中识别和提取出的地质信息，从而获取采集数据，并以与上述 步骤S104相同的方式将采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成在大地坐标下 的采集数据，具体步骤不再赘述。然后再进行上述的步骤S105，根据大地坐标下的 采集数据分别建立不同地质现象的模型。

以下结合具体的地质现象，对本发明的基于公共地理信息影像数据进行野外地质 建模的方法进行详细描述。

（一）古岩溶野外地质建模。

以塔里木盆地西克尔露头剖面为例，采集的数据类型包括溶蚀洼地分布边界、溶 蚀沟道分布边界、溶洞分布相对位置和分布范围以及溶蚀裂缝-断裂所处位置等。为 便于形成地质数据体，对这些地质现象采用数字代码进行标识。具体的内容如表一所 示。溶洞主要通过GPS定点，进行校正获取经校正的溶洞地质数据，代码为“1”； 溶蚀沟道利用影像之间反射颜色深浅的差别，将其边界用代码“3”表示；溶蚀洼地 中因充填紫红色砂岩呈现红色，从影像图进行识别与提取，采用代码“5”；裂缝主要 利用GPS野外定点识别，采用代码“7”；断层可从GPS定点和影像上断层两侧影像 有明显的差异综合标定实现，断裂用代码“9”表示。在采集大量古岩溶地质信息数 据基础上，建立起定量化的古岩溶地质信息数据库。古岩溶采集数据样表如表一所示， 对定量化数据库中的不同地质信息数据采用不同方法处理，如溶洞刻画主要利用球形 公式进行定量计算、溶蚀沟道和溶蚀洼地采用负曲面处理，其它则采用正曲面处理， 形成古地貌图。然后将裂缝与断裂数据导入并叠合，采用本发明实施例中的上述步骤 S104：基于上述地质信息和上述经校正的基础地质数据，获得综合采集数据，并将上 述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成上述大地坐标下的综合采集数 据；以及步骤S105：根据上述大地坐标下的综合采集数据建立上述特定地质现象的 地质模型，即可得到如图3所示的古岩溶野外地质模型。

表一

（二）现代河流沉积建模。

利用河道与堤岸在GoogleEarth影像上的颜色差异进行地质信息识别与提取。根 据沉积学分类，将现代河流沉积分成曲流河、辨状河和网状河3种类型，分类采集地 质信息数据（如表二所示），包括河道宽度、点砂坝长度、点砂坝个数、点砂坝弧长、 采样位置（经度、纬度、高程）等，并对采集的数据进行赋值处理，形成影像代码数 据库。主要采用GoogleEarth影像上的地质信息识别与提取技术进行数据采集。最后 根据采集形成的曲流河、辨状河和网状河定量地质数据，采用本发明实施例中的上述 步骤S104：基于上述地质信息和上述经校正的基础地质数据，获得综合采集数据， 并将上述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成上述大地坐标下的综合采 集数据；步骤S105：根据上述大地坐标下的综合采集数据建立上述特定地质现象的 地质模型，即可得到如图5所示的各类河流相定量化构型模型。

表二河流相数据采集样表

（三）现代冲积扇沉积建模。

利用冲积扇在影像图上的形态特征进行地质信息的识别与提取。地质信息数据采 集过程中，扇体的规模按扇体的半径和扇顶展开的角度进行统计，内容包括扇体形态 特征（半径、扇顶展开角度和边界数据）、分支河道的数量和延伸范围，建立冲积扇 地质信息数据库（如表三所示）。考虑到有利砂体优势相分布，重点研究分支河道分 布，采用分支河道系数表征冲积扇分支河道发育程度，计算方法为分支河道沉积覆盖 面积/扇体面积。需要说明的是，本实例也可采用GPS定点和影像特征识别相结合的 方法进行数据采集。根据采集获得的冲积扇基础地质信息数据，采用本发明实施例中 的上述步骤S104：基于上述地质信息和上述经校正的基础地质数据，获得综合采集 数据，并将上述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成上述大地坐标下的 综合采集数据；步骤S105：根据上述大地坐标下的综合采集数据建立上述特定地质 现象的地质模型，即可得到如图7所示的冲积扇定量地质模型。该模式可为地下冲积 扇储层预测评价提供原型模型支持。

表三冲积扇数据采集样表

（四）现代三角洲沉积建模。

本发明以三角洲成因类型分类方案为依据，对全球范围内现代三角洲沉积进行统 计，建立现代沉积三角洲基础数据库。具体研究中，主要采用三角洲在影像图上的形 态特征进行地质信息的识别与提取，具体数据包括：三角洲扇体的形态、扇体面积、 扇体高程差以及三角洲前缘分流河道的数目等信息，并对采集的数据进行赋值处理， 形成影像代码数据库（如表四所示）。其中，河口坝发育程度计算方法为河道坝沉积 覆盖面积/三角洲面积。根据采集获得的三角洲基础地质信息数据，采用本发明实施 例中的上述步骤S104：基于上述地质信息和上述经校正的基础地质数据，获得综合 采集数据，并将上述综合采集数据的经纬度坐标转换为大地坐标，生成上述大地坐标 下的综合采集数据；步骤S105：根据上述大地坐标下的综合采集数据建立上述特定 地质现象的地质模型，即可得到如图9所示的三角洲定量地质模型。

表四三角洲相数据采集样表

通过上述各种不同地质现象的实例能够看出，利用本发明实施例的基于公共地理 信息影像数据进行野外地质建模的方法，能够充分利用公共影像资源，建立起能够用 于指导地下油气地质研究的古岩溶、河流相、冲积扇相和三角洲相等野外地质定量模 型，实现了野外地质建模由定性向定量的转变。需要说明的是，在实际应用中，不同 实施例之间一般都分开进行。但实际上采集数据过程是可同时进行的，只需对不同类 型数据用不同的代码进行标识（不过分批次进行采集可能更高效，后期处理更方便快 捷）。由于不同实施例代表不同的地质信息目标体，所以通常都是分开进行采集数据 及建模。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通 过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比 如ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。