基于钻孔数据的三维地层建模关键技术

在基于钻孔数据进行三维地层建模方法中,钻孔样本间地层层序不一致导致建模时难以确定各地层的拓扑关系,快速准确地确定各地层层序和充分利用钻孔数据是建模的关键难点之一。拟通过综合考虑区域内所有钻孔数据,基于地质解释方法理论,以地层出现次数频率高原则进行全自动确定地层层序。首次引入子钻孔递归思想,利用表面建模方法,自下而上逐层创建三维地层模型,可确保钻孔数据不丢失且准确地应用于地层建模中,并能适应地层尖灭、地层超覆、透镜体等复杂地质构造。该方法地学意义明确,具有鲁棒性好、运行效率高及可操作性强等特点,算法已在同济曙光软件中实现,并已在多个实际地质建模工程中得到了验证。研究结果表明,该算法能充分利用已有钻孔信息,建模过程全自动完成,对复杂地层建模亦具有较强的适应性。     

三维地层建模钻孔数据预处理研究

钻孔数据是三维地层建模的主要数据来源之一,在三维地层建模中,地层界面一般基于钻孔数据插值而成,正确处理钻孔数据是构建理想三维地层模型的前提和基础。三维地层拓扑关系极其复杂,地层界面插值数据在数学上选择也不是惟一的,因此,常导致构建地层模型出现与事实相悖的情形。针对这一点,根据地层地质演变历史,建立地层层序序列,此序列记录地层地质年代顺序及其拓扑关系。根据地层地质特征,可将地层拓扑关系概化为两类：“覆盖”和“侵蚀”。据此地层层序序列可惟一确定地层界面插值数据,从而构建正确地层模型。采用python语言实现了该钻孔数据预处理算法,实例表明,该预处理方案能正确地预测实际地层。     

含复杂倒转的地层层序统一修正与连接方法

在三维地质模型构建过程中,由于复杂地质构造运动形成的地层倒转、褶皱、节理等现象,传统的地层连接方法对相邻钻孔的地层对应考虑不足,从而导致三维模型地层连接不合理.针对该问题,提出一种含复杂倒转的地层层序统一修正与连接方法,引入逻辑钻孔递归统一地层层序思想,通过地层底板高程插值依据倒转地层的判别规则计算零厚度层的插入位置,统一钻孔的地层序列及修正标准地层层序,对钻孔中倒转、缺失、重复问题进行建模前的处理.通过讨论地层缺失、倒转、重复等复杂地层构造情况和实验验证,研究结果表明该方法能够充分解决零厚度层插入位置的二义性和倒转地层判定的二义性问题.该算法能够有效解决复杂地层倒转现象,为三维地质建模中地层连接提供依据.     

城市级三维地质建模的统一地层序列方法

三维地质建模是“智慧城市”建设的基础内容之一,涉及数百平方公里到数千平方公里的城市级地质范围。由于城市级地质范围跨越地质单元多、地质情况复杂,传统的三维地质建模方法对跨地质单元的地层连线考虑不足,常导致不同地质单元间的地层连线出现错误。针对该问题,提出一种基于地层沉积顺序的统一地层序列方法,进而识别钻孔分层中的缺失和倒转情况,将同一岩性中倒转与正常的情况加以区分,避免建模时的错误连线或插值。通过添加0厚度层,使所有钻孔的地层序列可完全一致,构建各钻孔分层间的对应关系,以降低不同地质单元间的地层连线错误率。通过讨论地层缺失、倒转、重复等特殊情况和实例验证,研究结果能够有效地对城市级三维建模中各种地质情况的连线问题做出明确的判断,减少在跨越地质单元多、地质情况复杂的城市级三维地质建模中的地层连线错误,为“智慧城市”建设提供底层支撑。     

基于子面模板库的第四纪三维地质模型快速构建

为了实现第四纪地质三维地质模型的快速半自动构建,利用地表地形图、第四系分区图、钻孔、剖面等第四系相关数据源,按照第四系具有的严格自上而下的标准层序,依次计算每一地层的地层分区.将所有地层分区图在一张平面图上进行叠加分析,得到平面分区求交后的碎小多边形集合即地层二维子面模板库.从二维子面模板库中提取各个地层所包含的子面,并利用钻孔、剖面上相应地层的高程样本数据插值得到地层的三维顶面和底面模型,进行拓扑处理建立三维地质模型.该方法完全参照第四系三维地质填图工作的基本流程,引入二维子面模板库的概念,通过将三维地层面构建分解为地层平面分布各子区域构建和地层子面高程计算两个部分,将三维建模过程中大量计算工作转化到二维平面中完成,在保证三维地质模型精度的前提下,大大提高了建模的效率.      

引入虚拟钻孔的地层连接推理与地质体建模

结合南京市城市地质调查信息系统项目,将虚拟钻孔引入到地层连接对比过程中,借用广义三棱柱数据模型,实现了地层连接的自动推理和地质体建模。从钻孔数据建模的难点分析入手,介绍了基于钻孔的地表不规则三角形网的生成方法,重点介绍了将虚拟钻孔引入到地层尖灭情况下的地层对比连接算法,最后介绍了该方法在实际应用过程中的情况。该方法能够实现地层连接的自动推理分析,实现地质体的自动建模,减少人工交互建模的工作量。     

三维地层模型误差修正机制及其实现技术

三维地层模型是地下工程辅助分析的有效工具,而工程钻孔数据是建模主要的数据源。由于地质现象的复杂性和采样数据的稀疏性,仅仅利用零散的钻孔采样数据无法有效地控制最终建模结果的误差和精度。在分析三维地层建模误差来源的基础上,提出并实现了两种误差修正方法：地质剖面修正法和虚拟孔修正法。在建模过程中,基于实际勘察获取的资料和工作经验,结合对地质模型的理解,在特定位置处生成能反映地层局部变化特征的地质剖面或虚拟孔,然后将其与实际的钻孔数据一起约束到模型之中,构建出相对精细的三维地层模型,从而在三维空间中实现对地层模型的精确修正。     

基于地质雷达和钻孔数据的三维地层建模

为了结合地质雷达探测图像和钻孔数据共同用于地层的三维建模,根据反射波组的同相性和反射波形的相似性,通过与钻孔采样数据的对比,从处理后的地质雷达数据中提取出虚拟钻孔数据用于建模;基于该类数据的一般分布特点,根据曲面光顺的条件构建了网格的插值算法。采用该方法对某区域进行了三维地层建模。     

沉积地层系统三维实体模型构建方法

全面系统地研究了沉积地层系统三维实体构模的原理、方法及实施过程。针对沉积地层系统的几何结构特征,提出了一种基于钻孔数据的三维实体模型生成方法“钻孔-层面-实体法”。该方法首先使用二分拓扑结构将钻孔数据离散化为一系列散点,基于这些散点插值拟合出各个地层顶、底界面的初始高程,自动推算出缺失地层的地质成因;然后按照不同的地质成因,自动对缺失地层及其控制界面进行交切处理、高程调整与一致性处理;最后生成用三维块体或三棱柱体元充填的三维实体模型。通过上海城建工程中的一个应用实例验证了“钻孔-层面-实体法”的有效性。     

三维地层模型中地层划分的探讨

地层作为三维地层模型的一个重要概念,在三维地层模型的建立中起着关键作用。如何以岩性来刻划这些层面就显得非常重要了。根据地质钻孔资料中岩层分界点的排列,确定地层的排序。根据多层DEM建模的概念,按岩性对多层DEM进行了交叉划分处理。形成空间中严格按照岩性为要素进行划分的三维地层模型的骨架结构。     

基于钻孔数据的地层三维建模与可视化研究

地质体三维建模是地学信息系统核心课题之一,对现有建模方法进行分析,结合地层特点,提出首先引入虚拟钻孔,利用Kriging插值方法建立地层三维模型;其次把虚拟钻孔参数的调试结果及专家知识等资料在建模流程中予以充分体现,从而建立相对精确的三维地层模型;最后基于本文建模方法开发了一个三维地层模型,并用实际资料进行了验证,能有效满足工程需求。     

基于地层信息的三维洞室可视化仿真技术研究

在大规模的岩土工程建设中隧洞和洞室群是最为常见的地下结构。由于受岩土工程所处复杂地质条件的影响,针对地层和洞室的三维GIS综合建模及可视化分析是信息岩土工程面临的难题。讨论了基于栅格模型的地层三维建模技术,提出了由多层数字等高模型（DEM）生成三维地层的自适应控制算法。在此基础上,系统研究了地层中的三维洞室可视化仿真技术,提出了地层信息和洞室的三维综合建模技术,通过地下洞室的三维实体模型生成、洞室和地裙相减、洞室和地层相交等运算,实现了基于地层模型的洞室开挖与漫游,最终生成了赋含地层信息的三维洞室,并给出了一个典型的工程应用实例。     

火山地层中的沉积层特征及其地层对比意义:以松辽盆地营城组为例

火山地层常具穿时和倒转现象,并且缺少化石资料,致使其地层序列划分和对比困难.营城组火山地层序列是松辽盆地火山岩油气勘探的基础和关键,火山岩中的厚层沉积夹层（营城组二段）在火山地层序列划分中可作为标志层,是营城组进一步分段的关键层位.从盆缘露头剖面入手,根据实测剖面、钻井、测井、地震、同位素年龄等资料,证实徐家围子断陷存在营二段地层,通过地层对比,总结其地层发育时限、岩性及序列特征、地层分布规律及其成因、地球物理识别标志,并将其作为标志层对火山地层进行准确划分和对比.结果显示:营二段形成于早白垩世Albian期（110~108 Ma）,沉积时限2~3 Ma;以富含凝灰质夹煤层为主要特征,其碎屑粒度自下至上呈现"粗-细-粗"的全韵律;断陷内营二段地层厚度变化大,平面上存在着两类沉积中心:（1）与营一段火山岩最大厚度中心重叠的火山期后热沉降中心;（2）继承性古地貌凹陷.不同成因地层其地球物理识别特征不同.以营二段为标志层可将徐家围子断陷营城组分为3段,其中一段和三段均以火山岩为主.而原分层中的营四段实属盆地不同充填期的两套地层:下部细粒砂泥岩段应为断陷期的营二段,上部粗粒砂砾岩段应为拗陷期的登娄库组一段.该方法可为其他地区火山地层划分与对比提供借鉴.      

塔里木盆地北部古生代层序地层系统

层序地层系统，本质上就是以各种不同级次的海平面变化所控制的不同级次的沉积层序为单位，在年代地层学格架中所建立起来的地层系统。本文以露头剖面的层序地层研究为主要依据，结合生物地层和地震地层的研究成果，在进行详细层序划分的基础上，在塔里木盆地北部古生代地层中建立起了由不同周期叠加的海平面变化所控制的不同级次的层序所组成的层序地层系统。通过生物地层和层序地层相结合的方法，厘定并标定了一系列重要地质界线的     

Sequence Stratigraphy of the Desert System: A Case Study of the Lower Cretaceous in the Kuqa Basin in Xinjiang, Northwestern China

The Lower Cretaceous strata in the Kuqa Basin in Xinjiang are marked by a set of arid red beds. Several types of sedimentary fades can be identified in this set of arid red beds: mudstones of the plaza and intracontinental sebkha, aeolian sandstones, sandy conglomerates of the intermittent river, conglomerates of the pluvial fan, etc. These types of sedimentary facies constitute a typical desert system. Therefore, the Cretaceous strata in the Kuqa Basin provide a favorable condition for studies of sequence stratigraphic divisions of the desert system. With the rise and fall of the base level of the sedimentary basin, cyclicity is clearly revealed in stratigraphic records, which helps the identification of the third-order sequences. Based on the cyclicity in stratigraphic records, 5 third-order sequences can be found in the strata of the Early Cretaceous in the Kuqa Basin. These sequences comprise a second-order tectonic     

三维地质建模中虚拟钻孔的引入及其确定

三维地质建模中由于地质数据缺乏导致模型难以控制三维形体边界特征,直接影响到模型的实用价值.针对这一问题,文章引入了虚拟钻孔,用于增加数据点密度,有效控制三维形体边界.以地层受断层破坏为例,分别就地层与断层4种典型空间分布组合特征下虚拟钻孔的确定方法进行了研究,提出了相应解决方案.由于虚拟钻孔具有普通钻孔的性质,在数据存储方式、数据结构和表达方式等方面具有一致性,可以加快三维地质建模,提高建模精度.     

东海陆架全新统高分辨率层序地层学研究

在高分辨率１４Ｃ测年、岩石、生物、化学、同位素、气候及磁性地层学研究成果基础上,通过不同沉积背景典型钻孔的沉积学分析,运用层序地层学理论,对东海陆架全新统进行了高分辨率层序划分及对比;建立了全新世层序地层格架及海平面变化过程;提出了相应的层序成因模式。研究结果表明,东海陆架全新统相当于一个发育中的六级（１～１０ｋａ）层序,可进一步划分为３个七级（０．１～１ｋａ）层序和若干个更次级层序。代表１个六级或３个七级周期相对海平面变化过程中叠加有若干更次级的海平面波动,它们与地球旋回谱系中的太阳带、历法带密切相关。七级层序具有与三级层序相近的内部构型和成因格架。在东海陆架全新世沉积演化过程中,长江三角州至少有３次不同程度地越过东海陆架进入冲绳海槽,并滞留有至少３层海侵改造“残积砂”沉积。在东海陆架全新世海平面变化期间,最大海平面时期为约距今６～５ｋａ,大致高于现今海平面２～４ｍ,最低海平面在距今１０ｋａ左右,大约低于现今海平面１３０ｍ。目前,由于温室效应的影响,海平面仍呈小幅度波浪式上升。事实证明,层序地层学不仅丰富了现代海洋沉积学的内容,而且解决了许多海洋沉积学未能解决的问题。