绘制含正断层地质体构造等值线图的矩形网网格化方法

摘要

一种绘制含正断层地质体构造等值线时的矩形网网格化方法，散点数据预处理，建立索引；断层数据预处理，建立索引；对每个网格点进行数据搜索并插值，不必在全部离散点数组中查找数据点，从而大幅提高数据的搜索速度。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探成图技术，尤其是实现自动追踪绘制含正断层地质体构造等值线图的矩形网网格化方法。

技术背景

在石油地质勘探工作时，需要将采集并处理后的地震数据绘制成地质构造图，对于带有复杂断层组合线(多边形)的数据，要先进行网格化才能自动追踪并绘制出等值线。网格化是对于规则的矩形网格上的节点利用周围的离散数据点采用拟合或者插值的方法计算出网格节点的值。

网格化技术是自动绘制等值线图技术的关键，由于地震数据多数情况下含有断层，使得地学曲面非常复杂，由于原始数据常常分布不均，有时呈现出一簇簇的极端情况，这就会造成网格化时某些方向权重过大而另一些方向权重偏小，造成估值不准，影响网格化的合理性，从而使自动追踪绘制的效果不佳，现有的技术不能实现对包含断层组合线的数据进行网格化。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种插值准确、能够实现自动追踪绘制含正断层地质体构造等值线图的矩形网网格化方法。

本发明提供以下技术方案：绘制含正断层地质体构造等值线图的矩形网网格化方法，包括以下步骤：

1)散点数据预处理，建立索引；

在用户指定的勘探区域上建立插值网格，在比插值网格稍微大一点的区域上建立索引网格；

将离散数据投影到索引网格的具体单元上并记录散点的索引号；

2)断层组合线数据预处理，建立索引；

对断层组合线在x、y平面投影并且建立索引，记录每个网格单元中穿过单元的断层组合线段数，记录穿过的断层号、断层线的段号；

对网格节点与数据点组成的线段，经过的索引网格单元记录的断层组合线进行相交判断；

3)对每个网格点进行数据搜索并插值；

逐列批量、滚动地判断插值网格的所有节点，落在断层组合线多边形内的节点直接赋予无效值；

对每一个落在断层多边形之外的网格节点，以网格节点为圆心、给定的半径做搜索圆，将搜索圆均分成八个扇区，落在搜索圆内的数据分配到相应的扇区当中，从当前网格节点出发，由内向外、由近及远旋转搜索数据，用落在圆内的与该节点在断层同一侧的层位数据拟合局部曲面或直接插值计算每一个网格节点的值；

4)将网格数据和断裂线数据存入文件，供等值线追踪并绘制含正断层地质体构造等值线图。

本发明还提供以下技术方案：索引网格的密度以每个网格单元包含不超过4到6个数据点为准。

判断插值网格的所有节点时，当在网格的一列中有连续的节点所在的单元有断层组合线穿过，逐个判断节点是否在断层组合线所属的断层多边形内；

当连续的节点所在的单元没有断层段穿过，而在下一个和上一个节点所在的单元有断层段穿过，则：

当下一个和上一个节点所在的单元的断层段所属断层多边形是同一个，则中间的一个节点如果在这个多边形内，那么这些连续的节点就都在此断层多边形内，否则就都不在此断层多边形内；

当下一个和上一个节点所在的单元的断层段所属断层多边形没有相同的，则这些连续的节点就都不在此断层多边形内。

采用沿垂向网格线滚动判断技术对断层多边形数据进行预处理。

对网格节点进行插值的算法包括角度校正的反比距离加权插值法、加权最小二乘曲面拟合、薄板样条曲面插值、克里金插值法。

对于整个绘图区数据点很少的情况，采用滑动加权趋势面误差校正网格化算法。

本发明对离散点数据进行预处理，建立索引网格，不必在全部离散点数组中查找数据点，从而大幅提高数据的搜索速度。本发明矩形网网格化所插值准确、合理，自动追踪绘制含正断层地质体构造等值线图效果好。

附图说明

图1是“簇”状数据集及八象限搜索示意图；

图2是网格节点落在断层多边形内外的快速判断示意图；

图3是数据点(图中井点)较少情况时的网格化效果示意图。

具体实施方式

本发明实施例采用以下步骤：

第一步，对离散点数据进行预处理。根据网格的范围确定一个稍大一点的范围，根据这个范围建立索引网格并将离散数据索引到该网格中。

对离散点数据进行预处理，即在用户指定的区域上建立插值网格，在比插值网格稍微大一点的区域上建立索引网格，索引网格的密度以每个网格单元包含不超过4到6个数据点为准。将离散数据投影到索引网格的具体单元上并记录散点的索引号，根据插值网格节点所在的索引网格单元螺旋状由内向外逐个单元寻找索引网格单元内的离散点。这样不必在全部离散点数组中查找数据点，从而大幅提高数据的搜索速度。

第二步，断层多边形预处理：采用沿垂向网格线滚动判断技术，记录穿过网格单元的断层号、断裂线段号，对网格的每一列采用滚动判断技术快速判断那些网格节点落在断层多边形内，从而直接赋予无效值跳过计算。

本发明所述的绘制含正断层地质体构造等值线时的矩形网网格化方法，对断层组合线数据预处理。在对插值网格节点进行插值时需要对搜索到的数据点进行是否与网格节点在断层同一侧的判断，具体说来就是进行线段相交判断，即网格节点与数据点组成的线段是否与任意一条断层组合线相交。这个过程计算量很大，为了提高运算速度，这里对断层组合线数据进行预处理，即对断层组合线在x、y平面投影并且建立索引：在每个网格单元中记录如下信息：穿过该单元的断层组合线段数；如果穿过该单元的断层组合线段数不为0，还要记录穿过的断层号、断层线的段号。进行相交判断时，只需要对网格节点与数据点组成的线段经过的索引网格单元记录的断层组合线进行少量的相交判断运算，从而提高网格化运算速度，节省计算时间。

在图2中，空心或实心圆表示的连续多个网格节点所在的网格单元中都没有断层多边形穿过，但它们的情况并不一样：实心点所在单元的上下单元穿过的断层多边形是不同的断层多边形，因此这些节点都落在断层多边形外；空心点所在单元的上下单元穿过的断层多边形是同一个断层多边形，此时又分为两种情况：如果这一串空心点其中有一个落在断层多边形内，则它们就都落在该断层多边形内(图2中空心小圆圈所示的网格节点)；否则，就都落在断层多边形之外(图2中同心小圆圈所示的网格节点)。在有断层多边形穿过的网格单元，其上的网格节点是否落在断层多边形内需要逐点判断，但这样的情况已经大为减少，并且知道单元中穿过的断层号，因此断层预处理速度非常快。

本发明在断层组合线数据建立索引的基础上，还对插值网格的所有节点逐列批量、滚动地判断出哪些网格节点落在断层组合线多边形内从而直接赋予无效值而不必计算。方法如下：分成两种情况：第一，在网格的一列中，有一些连续的节点所在的单元都有断层组合线穿过，此时对它们逐个判断是否在断层组合线所属的断层多边形内；第二，有一些连续的节点所在的单元没有断层段穿过，而在它们的下一个和上一个节点所在的单元有断层段穿过，此时又分为两种情况：其一，下一个和上一个节点所在的单元的断层段所属断层多边形是同一个，则中间的一个节点如果在这个多边形内，那么这些连续的节点就都在此断层多边形内，否则就都不在此断层多边形内；其二，下一个和上一个节点所在的单元的断层段所属断层多边形没有相同的，则这些连续的节点就都不在此断层多边形内。该方法可以大大提高运算速度。

第三步，对每一个落在断层多边形之外的网格节点，以该点为圆心、以用户指定的半径作搜索圆，采用八象限分块选取技术搜索散点数据，以待计算网格节点为圆心，以给定的半径做搜索圆，将这个搜索圆均分成八个扇区，落在搜索圆内的数据分配到相应的扇区当中，在每个扇区中只取距离圆心最近的若干个数据点，较好地解决了数据分布不均的问题。

本发明用落在圆内的与该节点在断层同一侧的层位数据拟合局部曲面或直接插值计算每一个网格节点的值。

采用数据螺旋搜索法搜索各象限中的数据，从当前网格节点出发，由内向外由近及远旋转搜索数据，直到所有扇区中的数据点满足要求时自动停止。

本发明由当前网格点出发螺旋向外寻找经过索引的数据点，当所有八个扇区中数据点数满足条件时即自动停止数据搜索。

本发明断层组合线两侧的数据处理原则是：断层两盘的数据特性是不连续的，因此断层两盘的数据不能同时参与运算，即要计算一个网格节点的值，只有与其在同一盘上的数据才能参与运算。

本发明对于整个绘图区数据点很少的情况(如井数据)，采用了加权趋势面加误差校正的网格化方法。先用加权最小二乘一次多项式拟合计算出粗网格(每个节点计算一个方程)。这时的粗网格在有数据的地方是比较精确的，在数据区以外则给出了趋势，对于发生在数据区以外外推的z值超出原始z值范围很多的情况，首先将原始数据z值范围适当外延，得到一个较合理的z值范围，然后将粗网格压缩到这个数值范围，此时粗网格在有数据点的地方不够准确，但它的趋势是合理的。用这个粗网格内插出细网格，然后求出原始数据点处的误差，然后将这些误差分配到细网格上，这时的细网格既保证了在有数据点处的准确性，又有正确的趋势，因此是理想的。

第四步，用搜索到的离散数据，采用插角度校正的反比距离加权插值法或加权最小二乘曲面拟合或薄板样条曲面插值或克里金插值法给当前网格节点插值。

本发明网格化的插值/拟合算法共有四种：角度校正的反比距离加权法、加权最小二乘曲面拟合、简单克里金估计和薄板样条曲面插值法。

本发明关于距离加权插值法，对于如何估计各数据点相对于待估点的权值，基于：距离越小权越大(距离某次方的倒数)和内插比外推权大的原则，在应用权值计算法时同时考虑距离和位置关系，为了求一个数据点的权值，用其余数据点和它本身及待估点形成的夹角余弦被1减对作影响因子，其越接近内插则夹角余弦越小。

cosang＝1-(((xco-x[m])*(xco-x[n])+(yco-y[m])*

(yco-y[n]))/(di s[m]*di s[n]))

当全部数据点对当前这个数据点的影响值direct计算出来后，每个数据点对待估点的权值就是：

$>>>1>+>direct>{}_{}^{}>$>

第五步，将网格化后的数据和断裂线数据存入文件中，采用通常的方法对数据进行等值线追踪绘图。