基于虚拟钻孔层状盐岩地质三维模型探究

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1、基于虚拟钻孔层状盐岩地质三维模型探究摘要：针对层状盐岩地层钻孔分布不均衡的问题，本文提出了基于虚拟钻孔的地质三维模型构建及光滑算法。以广义三棱柱（GTP）为中间单元，构建研究区域地质体对象的三维实体边界表达（B-Rep）模型，完成建模算法流程。关键词：虚拟钻孔；地质三维模型；GTP；B-Rep中图分类号：TU413.3文献标识码：A文章编号：基金项目：国家高新技术研究计划（863计划）资助项目（2007AA12Z236）；国家自然科学基金资助项目（40801147）利用盐岩地下溶腔空间资源对国家能源战略储备起到至关重要的作用，地下溶腔可以储备天然气、石油和核废料等。在研究

2、盐岩地下溶腔稳定性的过程中，必须首先利用三维地质建模［1］技术建立研究区域的地层三维模型。一般而言，由于建模研究区域内钻孔资料分布极不均衡，有的区域相对密集，有的区域则非常稀疏甚至没有任何数据，直接利用原始的钻孔资料难以构建相对精确、完整且具有良好可视化效果的三维地质体模型。对于该问题的解决目前主要有以下二种方法：1）由工程人员根据经验或其它勘察手段获得的结果，采用人工交互编辑的方式添加虚拟钻孔数据。2）采用特定的空间插值算法，如克里金算法、反距离加权算法、自然临近法等，对地层参数进行适当的内插外推，进而估计地层的空间展布规律。但建立的模型在几何连续性上不好，对地质现象（

3、如地层尖灭等）的表达欠缺。本文采用基于虚拟钻孔的地质三维模型构建及光滑算法。首先，根据研究区域内钻孔勘察资料空间分布，自适应地在数据相对稀疏的地区添加用于插值处理的虚拟钻孔，采用克里金插值算法计算出虚拟钻孔中的地层底板埋深数据；其次，对原始钻孔和插值处理虚拟钻孔数据构建Delaunay[3,4]三角网TO,根据用户选择的地层尖灭处理策略在TO的三角形中添加尖灭处理虚拟钻孔点构成三角网T1；最后，根据三角网T1及其中各顶点对应的原始钻孔、插值处理虚拟钻孔、尖灭处理虚拟钻孔，以广义三棱柱（GTP）为中间单元，构建研究区域地质体对象的三维实体边界表达（B-Rep）模型[5],完

4、成建模算法流程。2建模数据预处理地质三维建模的主要数据包括钻井数据（钻井基本信息表、钻井地层信息表、钻井品位信息表，如图1所示）、研究区域边界图层、研究区域数字高程模型。图1钻井基本信息与地层信息、品位信息之间的关系描述在建模开始前，要建立钻孔地层的层面编号。地层是在一定地质时期所形成的层状堆积物或岩石，是其他地质实体和地质构造赋存的物质基础。按地层沉积顺序对研究区钻孔所揭示的全部地层进行编号，建立地层层序表，并据此对各钻孔进行地层层面编号是地质三维建模流程中的重要环节。进行地层编号的规则是：按照地层层序律，从老到新，逐层递增，即最古老的地层编号为1,然后随地层年代逐渐递

5、增。将研究区钻孔中的各个地层与地层层序表相对照，对钻孔中各个地层层面进行编号，编号规则是用钻孔中每个地层在地层层序表中对应的编号来指定钻孔中该地层顶板的地层层面编号。建立钻孔的地层层面编号的目的是为插值拟合地层层面做准备。为了方便后续的算法设计，在完成钻孔地层层面编号时，对于每个钻孔的地层描述信息都按照标准地层描述表进行补全，对于缺失的地层，则将其顶板值与底板值都设为上一层的底板，即为假想的零厚度地层。3插值处理虚拟钻孔生成在建模区内，钻孔勘察资料有限且分布不均。图2为研究区域内钻孔勘察资料分布图。相对于由建模者手工编辑虚拟钻孔或通过地质剖面转化为虚拟钻孔，通过空间插值算

6、法对地层参数进行适当的内插外推在效率上具有明显的优势。此方法的关键在于选择合适的空间插值方法及确定插值点的分布。在插值方法上，目前较多采用的是地统计学中的克里金插值算法及其扩展算法。如颜辉武等采用克里金插值方法以苏锡常地区为研究区域建立了水文地质层三维几何及物理化学属性模型。NicolasRemy开发了基于C++模板的地统计学算法库GSTL,其中包括了各类克里金插值算法［2］。而插值点的分布则需顾及原始数据的分布情况。如采用均匀分布插值点策若布点密度较小，则不足以补充原始勘察资料稀疏的地区，建模效果较差；若布点密度较大，则在原始勘察资料较密处存在冗余，且增大后续算法计算负

7、担。图2研究区域内钻孔分布图3插值处理后的研究区域钻孔分布图具体生成步骤为：(1)根据户指定的添加插值点的间距，离散研究区域边界，添加边界插值点；(2)规则离散研究区域内部，添加内部插值点；(3)根据原始钻孔勘察资料分布情况，将靠近(距离小于指定的间距值)原始钻孔点的插值点移除；(4)在边界插值点和内部插值点处构建插值处理虚拟钻孔，采用克里金插值算法，利用原始钻孔勘察资料计算虚拟钻孔中的地层参数，进而可以构建插值虚拟钻孔。(5)对插值虚拟钻孔进行后处理，如处理零厚度地层等。在对原始钻孔进行空间插值计算时，以地层的底板埋深作为插