基于地质大数据与构造语义约束的断层建模

断层作为一种重要的地质构造,在自然界中普遍存在。在地质体三维建模中,断层处理的难点主要在于数据获取不易。如今,在地质大数据条件下,可以利用不同地质语义约束来推测断层的产状。但由于断层构造往往十分复杂,要利用地质大数据对断层构造进行约束建模,需厘清断层的形态分类及其数据模型。通过研究断层的分类,提取出影响断层产状的要素,将这些要素作为断层数据模型的组成部分,在地质大数据挖掘中作为挖掘目标,形成断层地质语义信息表,为后续断层建模提供数据支撑。在此基础上,提出一种新的断层建模思路,即将断层看成一个整体,通过Apriori算法对断层地质语义信息表进行分类,找到每个断层的标准模型。然后,利用断层地质语义信息表对该断层模型进行几何形态约束,形成符合特定地质语义的断层模型。最后,通过断层牵引构造的平滑过渡,将断层镶嵌在已经建好的地层格架模型中,完成断层的三维建模。      

虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法

在三维地质体模型构建过程中所采用的数据多为钻孔数据,而研究区域内原始钻孔数据通常数量有限且分布不均,难以构建出既能够准确地反映研究区域地质构造,又具有良好可视化效果的三维地质体模型。针对此问题,本文对虚拟钻孔概念进行延伸,提出了用于三维地质体建模不同阶段的三种虚拟钻孔概念,并基于此设计了一种虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法。首先,根据原始钻孔数据空间分布特征,自适应地确定插值点位,并采用克里金插值算法构建插值加密虚拟钻孔;其次,根据尖灭规则构建尖灭处理虚拟钻孔,采用改进的自适应蝴蝶细分算法构建细分光滑虚拟钻孔;最后,利用原始钻孔、插值加密虚拟钻孔、尖灭处理虚拟钻孔,以及细分光滑虚拟钻孔构建研究区域内符合地统计学规律且具有C¹几何连续性,可视化效果良好的三维地质体模型。与将虚拟钻孔作为专家知识补充手段的传统建模方法不同,该建模方法将虚拟钻孔引入三维地质体构建的各个环节中作为核心的算法中间单元,有效简化了建模算法的实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。     

平面地质图的三维地质体建模方法研究

长期以来,三维地质体建模研究主要依赖于钻孔、剖面等勘察数据进行精细化建模。然而,在缺乏大区域宏观地质背景的前提下,仅考虑局部地区的精细建模,往往会导致以偏盖全。鉴此,本文提出了一种以平面地质图为基础数据,以图切地质剖面为中介的三维地质体建模方法。该方法通过间接法加密了研究区域的产状数据,用三次样条拟合与人工修编结合的方法,对褶皱等复杂构造作处理,实现了平面地质图的图切剖面自动绘制方法;以规则体元为三维空间数据模型,通过自动绘制研究区域一系列相互平行的图切剖面,构建了栅格化的三维地质体模型;以星岗地区为研究区域,构建了原型实验系统,验证了该方法的有效性与实用性。实例证明,在其他地质数据匮乏的条件下,平面地质图的三维地质体建模方法是构建区域三维地质体模型的一种有效解决方案。     

带约束的体元属性插值方法与可视化表达

在地质体体元剖分、属性插值中如何实现属性模型和空间结构模型的一致性,体现地质知识的表达,是一个难点问题。融合边界表示法和角点网格模型,以B Rep表达地质体空间形态,以角点网格模型离散化地质体,建立地质体三维结构模型及其属性模型。充分考虑到地质原理和相关的地质约束条件,对位于断层面两边同一地层插值时,采用“距离环绕法”求点对距离参与插值计算。在地质体建模时引入“等时地层”的概念,纵向上采用分层插值的方式对属于同一等时地层的地质体属性数据进行求值,横向上采用分区域插值的方法,通过提取沉积相边界来添加控制线约束插值,很好地解决了地质体结构模型对地质体属性模型的插值约束问题。将理论与实践相结合,利用福州三维城市地质数据,将基于角点网格的体元模型和三维属性插值算法实际应用到三维城市地质系统的建模中。      

四川盆地油气勘探三维地理信息系统与应用

本文在三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式分析的基础上,以ArcSDE作为空间数据引擎,利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库,基于三维可视化软件平台Skyline TerraDeveloper设计、开发了全球三维模型的四川盆地油气勘探三维地理信息系统。同时集成基础地理数据、区域地质数据、油气勘探空间数据、多尺度遥感影像、勘探数据库,这不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形建模以及模型的可视化功能,还为专业技术人员提供了一个可视化的设计、分析平台。     

一种基于GTP的复杂地质体真3维

在总结分析现有复杂断层及倒转褶皱3维建模方法的基础上，提出一种基于广义三棱柱（GTP）的3维交互建模方法（岩柱体分区RPBP建模法）。文中定义了岩柱体、界限三角形两个重要概念，RPBP法可以通过构建断层界限三角形，将复杂断层系转化为多个简单断层系，然后采用构建简单断层系模型的方法来实现复杂断层系的3维建模；而对于倒转褶皱，RPBP法则通过构建褶皱轴界限三角形避免数据局部重复和冲突，使GTP建模过程得以顺利进行。实验表明，该方法能便捷可靠地实现含多断层相互切割、倒转褶皱等复杂地质体的真3维建模。     

一种基于GTP的复杂地质体真3维建模方法:岩柱体分区法

在总结分析现有复杂断层及倒转褶皱3维建模方法的基础上,提出一种基于广义三棱柱(GTP)的3维交互建模方法(岩柱体分区RPBP建模法)。文中定义了岩柱体、界限三角形两个重要概念,RPBP法可以通过构建断层界限三角形,将复杂断层系转化为多个简单断层系,然后采用构建简单断层系模型的方法来实现复杂断层系的3维建模;而对于倒转褶皱,RPBP法则通过构建褶皱轴界限三角形避免数据局部重复和冲突,使GTP建模过程得以顺利进行。实验表明,该方法能便捷可靠地实现含多断层相互切割、倒转褶皱等复杂地质体的真3维建模。     

地质大数据可视化关键技术探讨

详述了地质大数据可视化的研究内容,从应用角度可将其分为:表达三维可视化、分析三维可视化、过程三维可视化、设计三维可视化和决策三维可视化5类。针对地质大数据这5类可视化中涉及到的几方面关键技术进行了深入探讨,包括:地质体三维可视化动态精细建模技术;基于CUDA+GPU集群的地质体属性场数据并行可视化技术;针对地质大数据的可视化分析技术;基于地质大数据的虚拟现实和增强现实技术等。对这几方面关键技术的现状、技术路线以及实现效果进行了论述和展示。      

山东招远夏甸金矿深部三维成矿可视化定位预测

招远夏甸金矿床位于华北板块之胶北隆起区内的招远-平度断裂带(简称招平断裂)中。招平断裂沿玲珑花岗岩体与前寒武纪结晶基底岩系的接触面展布,既是控矿构造,又是导矿和容矿构造,夏甸金矿床主要产于断裂下盘的碎裂状玲珑花岗岩中,在其上盘的基底岩系亦有分布,为一典型的破碎带蚀变岩型金矿床。该文以夏甸金矿田为研究对象,引入三维地质建模(3DGM)及三维可视化技术,研究探索隐伏矿体预测的三维化、定量化及可视化技术,重点突破了复杂地质体三维形态分析、控矿地质因素场模拟、成矿信息三维定量提取等关键技术,初步形成了隐伏矿体三维可视化预测的方法。依据勘探工程数据、矿体圈定规范并结合地质规律进行了矿体三维建模,结合已知的地震、重力、大地电磁等方法获得的各类数据作为研究深部地质构造的基本资料,对深部成矿构造进行了三维重构,对夏甸金矿深部进行了矿化空间分析和三维成矿信息提取,开展了三维定量成矿预测,在此基础上建立了三维定量成矿预测模型。在夏甸金矿田共圈定了Ⅰ号、Ⅱ号两个可视化立体找矿靶区,为今后深部工作优选区位提供了信息资料。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。      

利用二维活断层探测资料构建焦作地区浅层三维构造模型

运用专业地震解释及构造建模软件，综合利用焦作地区地震数据、钻孔数据、地质信息对活断层二维浅层地震剖面进行层位与断层解释，同时对断层平面组合与空间展布规律进行研究，实现地质资料与地震数据的有机结合，构建近地表Q₃地层底界面、Q地层底界面、N地层底界面分布模型和第四纪断层模型。以第四纪断层模型为基本骨架，以近地表地层分布为主要分层，模拟Q-Q₃地质体、N-Q地质体的构造形态和断层发育情况，系统反映近地表N地层底界面至Q₃地层底界面的空间结构特征。     

沂沭断裂带中段金矿特征及找矿方向研究

沂沭断裂带是中国东部著名的深大断裂,由4条大断裂组成,沂水-汤头断裂是其4条主干断裂之一。近几年来,在该断裂上发现了龙泉站、牛家小河、南小尧等金矿,使沂沭断裂带金矿找矿取得了突破。该文在研究金矿地质背景、矿床地质特征、矿床成因的基础上,归纳总结了金矿类型、成矿规律,认为沂沭断裂带不但导矿,而且储矿,提出了新的找矿方向,为沂沭断裂带乃至整个郯庐断裂带进一步开展金矿找矿工作提供了依据。     

面向地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究

随着传感器实时监测等高新技术在地质勘查或生产开发中的应用,形成了动态与静态并存、多源异构的地质时空大数据.然而,目前地质信息系统在地质数据组织管理方面,主要是静态地存储和表达出地质矿产勘查或生产开发在某个特定时期的状态,尚不能满足对勘查或生产开发过程中实时信息的存储管理,进而支持对地质过程的分析和研判.针对性开展了地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究,目标是能够融合数据多源与时空多维性,又能够支持时间关联与时间多粒性.针对地质大数据、地质过程的静态与动态数据紧密结合的特点,采用面向对象和基于事件的思想,提出了基于事件多因素驱动的地质时空大数据概念模型,并开展了相应的地质大数据存储管理逻辑模型、基于系统工程库的管理结构和地质时空对象管理模型设计.基于地质时空大数据逻辑组织管理模型和时空过程的非关系型分布式数据库架构,设计了地质大数据存储模型.融合三维地质建模技术、动态监测信息实时可视化等技术,构建了所需模型过程模拟的三维环境,通过绑定观测数据源,设计实现了基于OPC接口的模拟数据产生事件、作用对象响应的矿山动态开采流程.在王家岭煤矿首采区地质数据支持下开展了应用研究,实现地质时空事件条件下的矿山动态开采过程表达与数据管理,验证了本文模型的可行性和有效性.     

断层相互作用的模拟研究

以库仑破裂应力变化计算为基础，研究断层的相互作用。从震源断层和投影断层两个角度出发，研究5种地震断层模型分别描述地震断层和投影断层时库仑破裂应力变化的分布特征，分析震源断层以及投影断层的不同滑动机制对库仑破裂应力变化分布的影响。分析发现，断层的相互作用与断层的滑动机制关系密切；走滑断层还与其左右旋有一定关系；除斜滑断层外，其他断层之间的相互作用呈现一定的对称关系。     

沁水煤田赵庄矿区地质构造分析与研究

在野外踏勘和室内资料整理分析的基础上,对赵庄矿区物探工作所查明的断层、井下揭露的断层以及野外观测到的断层进行了断层倾角统计和分断距统计对比分析。对矿区范围内井上下的断层和野外实测节理滑动面的发育规律进行了总结。在此基础上,分析了赵庄矿区地质构造体系及其演化规律。     

基于钻井数据的地质体3维可视化研究

地质体3维可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题,利用可视化的结果,可以将地质体的结构特征直观形象地展现在用户面前,使之可以非常直观地、清楚地对地质体进行各种观察和分析。笔者在综合考虑各种建模方法的基础之上,结合本文的建模数据——钻井数据的特点,采用广义三棱柱(Generalized tri-prism,简称GTP)作为建模的体元对地质体进行3维建模,并对传统的基于钻井数据的3维地质建模的方法做了一些改进,使GTP可以自动地、快速地剖分成四面体,以此来解决由于GTP的侧面不是平面所带来的问题。最后,利用VTK(Visualization Toolkit,简称VTK)可视化技术,开发了一个3维地质可视化系统,并利用该系统对本文建模方法的实际建模效果进行了展示和验证。