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。     

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

半变异函数及取样间距对克里金法在海洋地层分析中的影响研究

以浅剖数据为源数据,钻孔实测数据为验证数据,利用普通克里金法对海底地层厚度进行空间插值得到地层分布特征,采用3种半变异函数模型和不同取样间距对某井场3组地层厚度进行普通克里金插值并验证其插值效果。结果表明:普通克里金是一种有效的海底地层厚度预测方法;结构分析最佳的模型不一定是误差最小的模型,应对不同模型下的插值结果进行综合分析来选择最合适的模型,并提出球状模型在该井场厚度估计中最优,高斯模型次之;对于球状模型,增大取样间距对地层厚度变化剧烈的地层回归效果影响较小,对地层厚度变化不大的地层回归效果影响较大;同时,SE预测值变化率分析表明对于地层厚度变化剧烈的地层,减小取样间距可以大幅度地减少插值误差,而对于地层厚度变化不大的地层,减小取样间距对插值精度提高的意义不大。     

多重分形与Kriging插值在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用钻孔信息构建三棱柱,以适合工程地质和岩土工程特点。钻孔数据具有局部的、随机的、异常的特征,另外,钻孔数据具有一定的结构特点。传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题,借鉴地质统计学的Kriging方法给出全局区域内一种距离加权插值算法,先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值,并引入多重分形理论弥补Kriging方法的滑动加权平均缺陷,度量区域化变量的局部奇异性。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的全局和局部特征插值效果     

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。     

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.     

河流侵淤作用下三维地层模型的构建

基于钻孔数据的多层DEM构模技术是构建沉积环境下三维地层模型的有效方法,但该方法对在河流的侵蚀和淤积交替作用下形成的地层建模效果并不理想。针对这种缺陷,对传统的建模流程加以改进,充分考虑到河流侵蚀作用对地层的切割影响,在建模的过程中对地层层面进行了两次插值与高程调整,使在钻孔附近地层的尖灭处理更为自然与合理。应用实例表明,该方法的建模结果非常接近于实际地层分布情况,从而验证了该方法的可靠性。     

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。     

多源数据融合的规则体元分裂三维地质建模方法

针对传统地质建模方法中地层模型表达不精确,地层边界存在锯齿现象和模型数据量大,不能在Web端流畅加载和渲染等问题,提出了一种基于规则体元分裂的三维地质建模方法。该方法首先利用地质勘察中的钻孔与地质剖面资料进行数据转换融合,通过插值算法加密地层矢量点,然后构建规则体元并进行体元类划分,设计5种不同的规则体元分裂类型,与此同时进行体元分裂模型的数据结构设计,并通过Three.js对不规则体元数据结构进行解析和展示。在此基础上,以郑州市某区域的勘测资料为基础数据构建了三维地质模型,并进行了Web端可视化。试验证明,所构建的模型能够精确、光滑地表达不同地层结构,且能够在浏览器中实现地质体内部信息的快速渲染、空间查询和分析。     

复杂地层建模与三维可视化

提出了一种新的复杂地层建模方法。该方法先将离散的钻孔数据点分类,而后将不同类的离散数据点用径向基函数进行拟合;所生成的拟合曲面相交、裁剪得到地层的空间范围;由离散的数据点以及拟合插值点生成地层交界面格网,再经过计算机图形处理生成地层模型的三维图形。利用该方法对复杂地层建模,自动化程度较高、效果较好。     

一种基于钻孔地质数据的快速递进三维地质建模方法

三维地质建模是地质数据可视化和空间分析的关键技术之一。针对传统建模方法建模速度慢、建模效率和精度较低的问题,提出了一种直接基于钻孔的点→线→面→体快速递进三维地质建模方法。该方法先对钻孔地层信息进行人机交互对比构成地质剖面,再按钻孔实际坐标在三维空间中还原地质剖面的实际位置,接着通过对剖面间的地层连线进行Kriging插值,形成一系列地层面模型,然后以此为基础构建三维地质框架模型,最后利用BSP矢量剪切技术来裁剪模型边界,形成研究区三维地质模型。该方法在福州市上街镇三维城市地质模型构建的实际应用中得到了验证。实践结果表明,该方法不仅可以实现三维地质模型的快速构建,还可以显著提高三维地质模型的精度。     

个旧高松矿区三维地质建模及储量估算

文章以云南个旧东矿区高松矿田钻孔数据和勘探线地质剖面图为基础,结合中段地质平面图,以控矿条件定性分析和控矿作用定量化为导向,基于Micromine软件平台建立研究区地形、地层、断裂以及矿体的三维模型,提取地质控矿作用定量化指标,对矿区矿化分布进行不同方法的品位插值,获得已知矿体的储量计算结果.     

平原地区水文地质结构条件模拟及其应用:以华北平原为例

为了分析储水介质非均质性问题,采用了基于马尔柯夫地层序列分析的分布条件模拟方法,用转移概率矩阵的谱分析函数替代传统地质统计学中的变差函数,利用协同指示克里格方法和条件模拟建立结构模型。以华北平原为例,论述了模拟结构建立过程及其在水流模型中的应用。通过对模拟结果与实测数据的分析比较,认为模拟结果能够客观反映整个研究区的沉积规律,以岩性赋水文地质参数的方法更加客观准确地解决储水介质非均质性问题。分析了该方法的优、缺点,并提出了该方法深入研究的方向与思路。     

基于地统计分析的大同盆地V_(se20)及建筑场地类别预测

土层剪切波速是重要的工程地质参数,对场地类别划分及工程地质条件分析具有重要意义。以大同盆地为研究对象,对盆地进行了地质单元划分及地层岩性特征分析,依据盆地内已实施的大量地质勘察钻孔的剪切波速资料,采用地统计学方法中的空间分析、探索性统计分析、Kriging插值、确定性插值方法,给出了大同盆地范围内任意场点的V_(se20)及建筑场地类别预测分布。分析结果表明大同盆地内区域范围内任意场点的等效剪切波速及建筑场地类别数据与地质单元类型具有明显的相关性,对于盆地内不具备实施钻孔及无法进行原位测试试验的场点来说,本文提供了一种很好的预测分析方法,研究成果可为当地的国土资源规划及岩土勘察设计提供基础资料,同时可为大同盆地区域性地质条件分析、三维地质模型及大震情景模型构建提供一定的借鉴意义。     

基于GOCAD的宁芜盆地云台山地区三维地质建模

阐述了利用GOCAD软件进行三维地质模型构建的思路及主要步骤,重点介绍其模拟地质界面的3种主要方法。以宁芜盆地云台山地区为例,利用GOCAD模拟了该区地层、岩体及断裂。在构建地形、地层及构造面时,利用剖面建模法以及离散光滑插值技术,快速构建研究区的表面模型。由面模型向体模型转化时,选用GOCAD的SGrid代替Solid功能,更加方便准确地反应了真实地质情况。     

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。     

泥质海岸带浅表地层沉积序列区域地质调查方法

天津市淮淀乡幅(1∶50000)浅表地层沉积序列地质调查提供了深覆盖区区调的新方法。即用浅表钻孔代替地质点,对近现代沉积物组合进行分类,判释沉积环境变化,结合年代地层学,建立浅表地层沉积序列。采用浅表地层沉积序列地质图的形式,展示测区浅表地层与近现代地质环境演化及人类活动的影响,为经济建设和决策提供直观、内涵丰富的地质资料。     

基于GMS的北京顺平地区三维地质结构模型

地下水数值模拟软件GMS提供了基于钻孔资料的三维地层生成模块,借助于GMS软件中地层模拟模块,利用钻孔数据、地层剖面资料、地质图和DEM数据,结合虚拟钻孔方法,构建了复杂地质结构区—北京顺平地区三维地层结构模型,模型包括太古宇密云群,长城系、蓟县系、青白口系、寒武系、奥陶系、石炭—二叠—侏罗系、深层第四系和浅层第四系等9组地层,刻画出了各层分布的空间范围,模拟了山区地表高程的起伏变化、断层产生的地层错动等情况,为研究区地质和水文地质条件分析及地下水数值模型的建立奠定了基础。     

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。