基于线框架模型的三维地质断层结构模型及其构建技术

基于地质断层构造的特点,文中提出了一种适合三维断层模拟的数据模型——线框架模型,并基于该数据模型详细描述三维断层结构模型的构建方法,实现了从层面结构的地质模型向块体结构的地质模型进行自动转换的关键算法。线框架模型以方向线框架来表达地质模型的骨架,以方向TIN网来表达地质模型的血肉,具备地质断层结构模型所要表达的各种几何元素与拓扑关系。基于线框架模型的三维地质断层构模技术将地质界面之间的交切在地质界面三角网形成之前就进行处理,将面与面之间的切割操作简化为线与线之间的操作,这种方法不仅能有效地减轻断层地质体构模的复杂程度,而且可以将线与线之间的交线作为地质界面三角网构建时的约束边,从而有效地保证了地质界面之间交切关系的正确性。     

基于线框架模型的三维复杂地质体建模方法

提出了一种基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法,在准确表达复杂地质体各要素空间几何形态与相互关系的基础上,实现地层交错情况下断层面、地层面模型及复杂地质体模型的准确快速构建.建模实践表明:基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法是准确高效的,能适应常见复杂地质条件下三维复杂地质体模型的构建.     

基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。     

基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。     

基于隐函数曲面的三维断层网络建模与不确定性分析

针对地质环境中不同断层构造出现交叉、削截等现象而构成的复杂断层网络,本文基于隐函数曲面重建提出了一种三维断层网络隐式建模方法。该方法首先以径向基隐函数曲面重建理论为基础,基于地质剖面图中断层轮廓线数据以及断层产状信息隐式构建三维断层面模型;然后使用二叉树结构描述不同断层间的空间拓扑关系构建断层网络模型;最后,考虑断层建模中产状信息估计的不确定性,定义了断层面法向量概率分布模型,采用信息熵指标定量评价断层模型质量。以贵州水银洞金矿床为实例矿床,选定包含多条断层的区域作为试验区,采用该方法构建了实例三维断层网络模型,结果表明,基于隐函数曲面的三维断层网络建模方法能快速构建区域内多条断层的三维断层网络模型和拓扑结构,有助于复杂断层网络快速建模和三维形态分析,为断层构造定量研究提供基础。     

断层模型约束反演在煤层横向预测中的应用研究

在精细断层解释的基础上,以地震层位为趋势面,通过对趋势面局部微调,使各层面的变化趋势和空间关系更加合理。通过网格精度和地层厚度有控制构建包含断层在内的精细构造框架模型,并根据波阻抗的差异特征,利用断层模型约束波阻抗反演实现煤层的横向预测。实例表明,基于断层模型约束反演技术的煤层横向预测方法,可精细描述煤层尖灭、变薄、分叉合并、厚度变化等赋煤形态,经实际钻井资料验证吻合较好。     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。     

异源点集下三维断层建模方法

用于断层建模的异源点集,因其具有不同特征而影响到建模途径和方法。以三维断层模型的3D GIS应用为目标,分析了原始地质观测点集、钻孔点集、剖面点集和平面点集的信息构成特征,提出了异源点集下三维断层数据模型的构建方法和流程。原始地质观测点集和钻孔点集间接表达了断层的空间特征,通过空间平面、曲面和曲线构建了断层面、地层面和断层交线的数学模型,并借助于连续模型的离散化,实现了独立断层建模点集的重建;剖面点集和平面点集可直接用于断层建模。以双TIN面模型为例阐述了断层三维模型的构建方法。     

三维地质建模方法在复杂断块油气藏研究中的应用

断块油气藏断层发育,构造复杂,应用确定性地质建模技术可实现构造模型的三维可视化.通过对油气藏顶底层面断层线的精确编辑,实现油气藏内部断层之间复杂的切割关系,从而形成油气藏精确构造模型,解决了内部被多条断层切割的复杂油气藏构造建模研究过程中回避内部断层的缺陷.该技术可以建立油气藏精确构造模型,并在梨树断陷河山地区地震反演的应用中取得了较好的效果.     

地质剖面图中复杂断层的自动生成方法

为实现地质剖面图中复杂断层的自动生成,通过分析断层数据类型,实现断层数据规范化处理;分析断层自身的基本要素(断点、断距、性质、走向、倾向、与地层的切割、错动关系等),提出采用“复原法”构建单一断层模型的方法;依据复杂断层的空间拓扑关系及其重要性,划分断层级别,理顺断层之间、断层与地层之间的关系,探索出地质剖面图中复杂断层的自动生成方法。通过开滦某煤矿的地质数据验证了该方法的有效性。该方法可依据用户需要,生成任意方向的地质剖面数据,为基于剖面的三维建模提供了充足的原始建模数据。     

基于线框模型的复杂断层三维建模方法

建立了包含复杂断层面地质体的三维数学模型.为准确表达复杂地质体各要素的空间几何形态及其相互之间的关联关系,设计了线框单元体模型,并提出了整体描述断层面的技术思路,解决了地层交错情况下断层面和地层面的模拟难题;在上述基础上,结合平面地质图数据,实现了复杂地质条件下三维地质体模型的构建.     

基于线框单元体的三维闭合地质块体构建方法

为能充分利用空间数据模型中的拓扑关系来实现三维闭合块体的构建,引入了表示简单块体轮廓的线框单元体概念来组织三维模型间各要素之间的拓扑关系;并以此为基础给出了以方向边和方向三角形作为基本识别单元进行三维简单形体的自动识别方法。应用实例表明：利用该方法不仅可以准确构建复杂地质块体,还可以准确描述块体内各要素的拓扑关系,再现局部特殊地质现象,如小断层（悬面）等。为三维地质模型在地震正演模拟、射线追踪等分析应用方面提供了基础。     

三维无缝工程地质建模系统的研制

在边界表示法的基础上,提出了无缝工程地质模型的概念,实现了基于模型线框架的无缝工程地质建模方法,研制了无缝建模系统（ROCKModel）。该系统包括3个部分：原始数据转换工具、实体建模工具与辅助工具,涉及剖分、插值、曲面求交等8个基本功能模块。在基本功能模块的基础上,提出并实现了形态复杂曲面的创建、构建模型线框架、界面编辑与重构、块体搜索、岩体质量三维分级等关键技术。该系统能够实现复杂地质对象与工程对象的无缝建模与可视化,并为数值模拟软件直接提供几何模型。     

地质断层三维构模技术研究

对包含断层的复杂地质体三维构模技术展开讨论并提出相应的解决方案。分析了实际勘察所获取的断层数据类型,设计了标准的断层数据库格式;系统地评价了两类基本的断层构模方法（即基于地层恢复的断层构模技术和基于分区插值的断层构模技术）,分析了各自的特点和不足,在此基础上提出了断层与地层的统一构模技术;该技术既能应用于同沉积断层,又能适应断层终止于地层内部的情况,还能处理具有多值面的逆断层构造的拟合问题,在理论上能够构造任意复杂的断层系统。通过北京奥运公园场址的断层构模实例验证了该方法的有效性。     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

云南罗平复杂地层煤矿勘查泥浆体系的研究与应用

云南省曲靖市罗平县红丫口煤矿勘探项目临近大断裂带,受多期构造地质作用影响,走向逆断层发育,且发育有横向平移断层和少量正断层。地层受挤压变形严重,岩层倾角普遍较大,局部直立至倒转,地层破碎。上部漏水严重,下部钻遇多条断层破碎带以及煤系地层,造成钻进效率低下,钻孔事故频繁,甚至钻孔报废,严重影响勘查工作的顺利进行。针对这一系列的施工难题,经过多次研究和反复试验,探索出一种适合该矿区煤矿勘察复杂地层钻进的泥浆,保障了勘查项目的顺利完成。     

基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题,水平集用隐函数表达曲面（或超曲面）,可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中,插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面,利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作,建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上,插入水平集表达的各种工程活动界面,利用水平集理论进行拓扑操作,可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面,构建可用于实时可视化或用于工程评估（如有限元计算）等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。     

鄂尔多斯盆地南缘寒武纪同沉积伸展断裂系统及其成因机制分析

由于复杂的构造叠加及严重的覆盖,人们对鄂尔多斯盆地早古生代深部结构的研究仍很薄弱。本文主要通过地震数据处理和解释,结合野外地质调查,发现在寒武纪时期,盆地的南缘发育了一套北东向和近东西向的正断裂系统。作者对这套断裂系统的平面及剖面特征进行了详细的描述和分析,并结合区域地质背景探讨了其成因机制,结果表明该套断裂系统主要是由于先存的元古宙北东向基底断层在寒武纪时期发生了继承性活动而形成,同时在断裂系统的局部区段派生出了东西向展布的小规模新生断层。这套断裂系统的发现可能对鄂尔多斯盆地南缘在寒武纪的演化认识及油气勘探具有一定的启示意义。