地質曲面重構方法及設備的制作方法
【專利摘要】提供一種地質曲面重構方法及設備。所述方法包括：a)將基于采集到的地質數據生成的三維的空間散點沿Z軸方向投影到二維平面，以獲得各空間散點在二維平面上的投影點；b)在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲；c)根據各投影點的屬性值對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行插值計算，以獲得至少一個網格點的屬性值；d)根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值；e)根據已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差分求解格式對幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值；f)獲得由N重矩形網格拓撲的所有網格點及其屬性值表示的地質曲面。
【專利說明】地質曲面重構方法及設備

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探【技術領域】，更具體地講，涉及一種地質曲面重構方法及 設備。

【背景技術】
[0002] 曲面可視化重構是油氣等礦產資源評價、地質構造和各種數據場分布特征研究等 最為直接的研究手段。隨著各種三維空間數據獲取技術的不斷發(fā)展，特別是地球物理探測 技術的發(fā)展使包含被測物體更多細節(jié)的地質數據的獲取成為可能，地質勘探結果大多用一 些離散的、不規(guī)則分布的數據點來反映，基于這些地質數據的三維地質建模技術已成為綜 合地質解釋工作的發(fā)展方向。
[0003] 為了通過這些離散的地質數據建立起區(qū)域性連續(xù)的整體模型，需要利用插值、逼 近等曲面構造方法。曲面插值（Surface Interpolation)方法是嚴格通過給定的數據點來 構造曲面，并根據原始數據點的值來插補空白區(qū)的值而不改變原始數據點的值。而曲面逼 近（Surface Approximation)方法則是利用相對簡單的數學曲面來近似地構造復雜的地 質曲面，根據一定的數學準則使所給出的數學曲面最大限度地逼近地質曲面。運用較多的 插值和擬合方法包括：按近點距離加權平均法、按方位取點加權法、雙線性插值法、移動曲 面插值法、二元三點插值法、三角剖分方法、克里金（Kriging)插值法和三次樣條函數擬合 法、趨勢面擬合法、加權最小二乘擬合法等方法。
[0004] 但由于地質數據包含層位數據、斷層數據等，數據量較大，且由于受到斷層約束， 邊界條件較為復雜，目前所使用的曲面重構方式的重構過程較為復雜（例如，需要進行復 雜的參數計算）、重構時間長，并且得到的地質曲面往往不能令人滿意（例如，需要對得到 的地質曲面進行平滑處理）。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的示例性實施例在于提供一種地質曲面重構方法及設備，其能夠得到更真 實、更高質量的光滑地質曲面，且重構過程簡便、能夠實現快速重構。
[0006] 根據本發(fā)明的一方面，提供一種地質曲面重構方法，包括：a)將基于采集到的地 質數據生成的三維的空間散點沿Z軸方向投影到二維平面，以獲得各空間散點在二維平面 上的投影點，其中，各空間散點的投影點的屬性值為所述空間散點沿Z軸方向的坐標的值； b)在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲，其中，N為大于0的整數，且所述 區(qū)域越大，N越大；c)根據各投影點的屬性值對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行插 值計算，以獲得至少一個網格點的屬性值，其中，所述至少一個網格點作為已知網格點，未 獲得屬性值的網格點作為未知網格點；d)根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初 始屬性值；e)根據已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差分求解格 式對幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值；f)獲得由N重矩形網格 拓撲的所有網格點及其屬性值表示的地質曲面。
[0007] 可選地，步驟c)包括：按照從一重網格點至N重網格點的順序，依次對N重矩形網 格拓撲的每重網格點進行插值計算，其中，當對i重網格點進行插值計算時，如果所述i重 網格點所在的i重網格中存在投影點，則根據存在的投影點的屬性值對所述i重網格點進 行插值計算，其中，i為大于〇小于等于N的整數。
[0008] 可選地，在步驟c)中，通過加權距離反比插值法或克里金插值法根據存在的投影 點的屬性值對所述i重網格點進行插值計算。
[0009] 可選地，步驟d)包括：Dl)根據已知網格點的屬性值對至少一個未知網格點進行 插值計算，以獲得所述至少一個未知網格點的初始屬性值；D2)針對未通過步驟Dl)進行插 值計算的未知網格點，將距離所述未知網格點最近的網格點的屬性值或初始屬性值的平均 值作為所述未知網格點的初始屬性值。
[0010] 可選地，步驟Dl)包括：D11)根據斷層多邊形約束將所述由所有投影點構成的區(qū) 域劃分為多個子區(qū)域；D12)對至少一個子區(qū)域內的未知網格點進行插值計算，以獲得所述 至少一個子區(qū)域內的未知網格點的初始屬性值。
[0011] 可選地，在步驟D12)中：對所述子區(qū)域內具有3個以上已知網格點的行進行B樣 條曲線插值，以獲得所述行上的未知網格點的初始屬性值；對所述子區(qū)域內具有3個以上 已知網格點的列進行B樣條曲線插值，以獲得所述列上的未知網格點的初始屬性值，其中， 如果對所述子區(qū)域內的未知網格點所在的行和列分別進行了 B樣條曲線插值，則將所述未 知網格點的初始屬性值更新為分別獲得的所述未知網格點的初始屬性值的平均值。
[0012] 可選地，N = 2,所述幾何偏微分方程為四階幾何偏微分方程，步驟e)包括：El)根 據一重已知網格點的屬性值和一重未知網格點的初始屬性值，在第一預設條件下通過有限 差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得一重未知網格點的屬性值；E2) 分別針對各一重網格中的二重未知網格點，根據所述一重網格中的二重已知網格點的屬性 值和二重未知網格點的初始屬性值，在第二預設條件下通過有限差分求解格式對四階幾何 偏微分方程進行迭代求解，以獲得所述一重網格中的二重未知網格點的屬性值；E3)根據 所有已知網格點的屬性值和通過步驟El)和E2)獲得的未知網格點的屬性值，在第三預設 條件下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以更新所有未知網格 點的屬性值。
[0013] 可選地，所述第一預設條件為迭代次數達到第一預設迭代次數，或本次迭代求解 得到的各一重未知網格點的屬性值與上次迭代求解得到的各一重未知網格點的屬性值的 平均誤差小于等于第一預設誤差閾值，所述第二預設條件為迭代次數達到第二預設迭代次 數，或本次迭代求解得到的各二重未知網格點的屬性值與上次迭代求解得到的各二重未知 網格點的屬性值的平均誤差小于等于第二預設誤差閾值，所述第三預設條件為迭代次數達 到第三預設迭代次數，或本次迭代求解得到的各未知網格點的屬性值與上次迭代求解得到 的各未知網格點的屬性值的平均誤差小于等于第三預設誤差閾值。
[0014] 根據本發(fā)明的另一方面，提供一種地質曲面重構設備，包括：投影裝置，將基于采 集到的地質數據生成的三維的空間散點沿Z軸方向投影到二維平面，以獲得各空間散點在 二維平面上的投影點，其中，各空間散點的投影點的屬性值為所述空間散點沿Z軸方向的 坐標的值；網格拓撲建立裝置，在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲，其 中，N為大于0的整數，且所述區(qū)域越大，N越大；網格點插值裝置，根據各投影點的屬性值 對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行插值計算，以獲得至少一個網格點的屬性值， 其中，所述至少一個網格點作為已知網格點，未獲得屬性值的網格點作為未知網格點；初始 屬性值計算裝置，根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值；迭代裝置，根據 已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差分求解格式對幾何偏微分方 程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值；地質曲面表示裝置，獲得由N重矩形網格拓 撲的所有網格點及其屬性值表示的地質曲面。
[0015] 可選地，N = 2,所述幾何偏微分方程為四階幾何偏微分方程，迭代裝置包括：一 重網格點迭代單元，根據一重已知網格點的屬性值和一重未知網格點的初始屬性值，在第 一預設條件下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得一重未 知網格點的屬性值；二重網格點迭代單元，分別針對各一重網格中的二重未知網格點，根據 所述一重網格中的二重已知網格點的屬性值和二重未知網格點的初始屬性值，在第二預設 條件下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得所述一重網格 中的二重未知網格點的屬性值；全局迭代單元，根據所有已知網格點的屬性值和通過一重 網格點迭代單元和二重網格點迭代單元獲得的未知網格點的屬性值，在第三預設條件下通 過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以更新所有未知網格點的屬性 值。
[0016] 根據本發(fā)明示例性實施例的地質曲面重構方法及設備，可以得到更真實、更高質 量的光滑地質曲面，且重構過程簡便、能夠實現快速重構。
[0017] 將在接下來的描述中部分闡述本發(fā)明總體構思另外的方面和/或優(yōu)點，還有一部 分通過描述將是清楚的，或者可以經過本發(fā)明總體構思的實施而得知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 通過下面結合示例性地示出實施例的附圖進行的描述，本發(fā)明示例性實施例的上 述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中：
[0019] 圖1示出根據本發(fā)明示例性實施例的地質曲面重構方法的流程圖；
[0020] 圖2示出根據本發(fā)明示例性實施例的二重矩形網格拓撲的示例；
[0021] 圖3示出根據本發(fā)明示例性實施例的根據已知網格點的屬性值對至少一個未知 網格點進行插值計算的方法的流程圖；
[0022] 圖4示出根據本發(fā)明示例性實施例的通過有限差分求解格式對幾何偏微分方程 進行迭代求解來獲得未知網格點的屬性值的方法的流程圖；
[0023] 圖5示出根據本發(fā)明示例性實施例的地質曲面重構設備的框圖；
[0024] 圖6示出根據本發(fā)明示例性實施例的插值單元的框圖；
[0025] 圖7示出根據本發(fā)明示例性實施例的迭代裝置的框圖。

【具體實施方式】
[0026] 現將詳細參照本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標 號始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本發(fā)明。
[0027] 圖1示出根據本發(fā)明示例性實施例的地質曲面重構方法的流程圖。
[0028] 如圖1所示，在步驟S100,將基于采集到的地質數據生成的三維的空間散點沿Z軸 方向投影到二維平面，以獲得各空間散點在二維平面上的投影點。各空間散點的投影點的 屬性值為該空間散點沿Z軸方向的坐標的值。
[0029] 具體說來，將三維的各空間散點（x，y，z)沿Z軸方向投影到二維平面，以獲得該空 間散點的投影點（u，V)，且獲得的投影點的屬性值為該空間散點的z值，應該理解，u = X， V = y。
[0030] 在步驟S200,在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲。
[0031] N為大于0的整數，且所述區(qū)域越大，N越大。例如，如果所有投影點構成的區(qū)域較 小，則可只建立一重或二重矩形網格拓撲，如果所有投影點構成的區(qū)域較大，則可建立二重 以上的矩形網格拓撲。
[0032] 以二重矩形網格拓撲為例，可先在所有投影點構成的區(qū)域內建立一重網格拓撲， 以通過一重網格控制整體曲面的形態(tài)和趨勢，然后在各一重網格內建立二重網格，以將各 一重網格劃分為更小的區(qū)域，通過分區(qū)域構造曲面，使構造的曲面更精細和準確。也因此， N越大，網格越密，構造的曲面越精細和準確。圖2示出根據本發(fā)明示例性實施例的二重矩 形網格拓撲的不例，參照圖2,由實線圍成的4個網格表不一重網格，實心網格點表不一重 網格點；在各一重網格內部由虛線圍成的網格、或虛線和實線圍成的網格表示二重網格,空 心網格點表示二重網格點,應該理解,一重網格點也是二重網格點。
[0033] 關于確定所有投影點構成的區(qū)域，作為示例，可根據投影點的坐標來確定所有投 影點在二維平面上構成的區(qū)域。例如，假設所有投影點的u坐標的最大值為u max，u坐標的 最小值為Umin，則沿u軸方向的邊界為u = umin-C，u = umax+C，C為非負常數，同理，假設所有 投影點的V坐標的最大值為Vmax, V坐標的最小值為Vmin，沿V軸方向的邊界為V = Vmin-C、V =Vmax+C，通過上述邊界即可確定所有投影點構成的區(qū)域。
[0034] 在步驟S300,根據各投影點的屬性值對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行 插值計算，以獲得至少一個網格點的屬性值。至少一個網格點作為已知網格點，未獲得屬性 值的網格點作為未知網格點。
[0035] 作為示例，可按照從一重網格點至N重網格點的順序，依次對N重矩形網格拓撲的 每重網格點進行插值計算。當對i重網格點進行插值計算時，如果該i重網格點所在的i 重網格中存在投影點，則根據存在的投影點的屬性值對該i重網格點進行插值計算。i為大 于〇小于等于N的整數。
[0036] 如果該i重網格點所在的i重網格中不存在投影點，則不對該i重網格點進行插 值計算。
[0037] 作為示例，可通過加權距離反比插值法或克里金插值法根據存在的投影點的屬性 值對該i重網格點進行插值計算。也可通過其它適合的方法根據存在的投影點的屬性值對 該i重網格點進行插值計算。
[0038] 作為示例，當N = 2, S卩，N重矩形網格拓撲為二重矩形網格拓撲時，先對一重網格 點進行插值計算，然后對二重網格點進行插值計算。應該理解，一重網格點同時也是二重網 格點，因此，作為優(yōu)選方式，如果對某一重網格點進行插值計算得到了一個屬性值，然后將 其作為二重網格點進行插值計算得到了另一屬性值，則由于其作為一重網格點時，對其進 行插值計算時所利用的投影點更多，插值精度更高，因此，保留其作為一重網格點時的插值 結果。
[0039] 在步驟S400,根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值。
[0040] 可使用各種適合的方法根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值。
[0041] 作為示例，可首先根據已知網格點的屬性值對至少一個未知網格點進行插值計 算，以獲得所述至少一個未知網格點的初始屬性值。然后，針對未通過上述插值計算的未知 網格點，將距離該未知網格點最近的網格點的屬性值或初始屬性值的平均值作為該未知網 格點的初始屬性值。應該理解，通過上述步驟所有未知網格點都具有了初始屬性值。
[0042] 在步驟S500,根據已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差 分求解格式對幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值。
[0043] 通過有限差分求解格式對幾何偏微分方程進行迭代求解來獲得未知網格點的屬 性值，避免了復雜的參數計算，大大降低了對操作者的數學專業(yè)知識的要求；可適用于含垂 直斷層、正斷層和逆斷層等復雜斷層約束的曲面重構；引進的參數少，不需要大量的運算， 能夠實現含多種斷層約束的地質曲面的快速重構。
[0044] 幾何偏微分方程可以是二階幾何偏微分方程、四階幾何偏微分方程等。選擇不同 的幾何偏微分方程，可以實現不同特性的曲面的重建。例如，選擇二階幾何偏微分方程，生 成的曲面可在連接處（邊界處）達到C°連續(xù)，S卩，相鄰兩個曲面具有交點；選擇四階幾何偏 微分方程，生成的曲面可在連接處達到C 1連續(xù)，S卩，相鄰兩個曲面在交點處具有相同的一階 導數。
[0045] 作為示例，四階幾何偏微分方程表示如下：
[0046]

【權利要求】
1. 一種地質曲面重構方法，包括： a) 將基于采集到的地質數據生成的三維的空間散點沿Z軸方向投影到二維平面，以獲 得各空間散點在二維平面上的投影點，其中，各空間散點的投影點的屬性值為所述空間散 點沿Z軸方向的坐標的值； b) 在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲，其中，N為大于0的整數，且 所述區(qū)域越大，N越大； c) 根據各投影點的屬性值對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行插值計算，以獲 得至少一個網格點的屬性值，其中，所述至少一個網格點作為已知網格點，未獲得屬性值的 網格點作為未知網格點； d) 根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值； e) 根據已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差分求解格式對幾 何偏微分方程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值； f) 獲得由N重矩形網格拓撲的所有網格點及其屬性值表示的地質曲面。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，步驟c)包括： 按照從一重網格點至N重網格點的順序，依次對N重矩形網格拓撲的每重網格點進行 插值計算，其中，當對i重網格點進行插值計算時，如果所述i重網格點所在的i重網格中 存在投影點，則根據存在的投影點的屬性值對所述i重網格點進行插值計算，其中，i為大 于〇小于等于N的整數。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，在步驟c)中，通過加權距離反比插值法或克里金插 值法根據存在的投影點的屬性值對所述i重網格點進行插值計算。
4. 如權利要求1所述的方法，其中，步驟d)包括： D1)根據已知網格點的屬性值對至少一個未知網格點進行插值計算，以獲得所述至少 一個未知網格點的初始屬性值； D2)針對未通過步驟D1)進行插值計算的未知網格點，將距離所述未知網格點最近的 網格點的屬性值或初始屬性值的平均值作為所述未知網格點的初始屬性值。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，步驟D1)包括： D11)根據斷層多邊形約束將所述由所有投影點構成的區(qū)域劃分為多個子區(qū)域； D12)對至少一個子區(qū)域內的未知網格點進行插值計算，以獲得所述至少一個子區(qū)域內 的未知網格點的初始屬性值。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，在步驟D12)中： 對所述子區(qū)域內具有3個以上已知網格點的行進行B樣條曲線插值，以獲得所述行上 的未知網格點的初始屬性值； 對所述子區(qū)域內具有3個以上已知網格點的列進行B樣條曲線插值，以獲得所述列上 的未知網格點的初始屬性值， 其中，如果對所述子區(qū)域內的未知網格點所在的行和列分別進行了B樣條曲線插值， 則將所述未知網格點的初始屬性值更新為分別獲得的所述未知網格點的初始屬性值的平 均值。
7. 如權利要求1所述的方法，其中，N = 2,所述幾何偏微分方程為四階幾何偏微分方 程，步驟e)包括： El)根據一重已知網格點的屬性值和一重未知網格點的初始屬性值，在第一預設條件 下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得一重未知網格點的 屬性值； E2)分別針對各一重網格中的二重未知網格點，根據所述一重網格中的二重已知網格 點的屬性值和二重未知網格點的初始屬性值，在第二預設條件下通過有限差分求解格式對 四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得所述一重網格中的二重未知網格點的屬性值； E3)根據所有已知網格點的屬性值和通過步驟E1)和E2)獲得的未知網格點的屬性值， 在第三預設條件下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以更新所 有未知網格點的屬性值。
8. 如權利要求7所述的方法，其中，所述第一預設條件為迭代次數達到第一預設迭代 次數，或本次迭代求解得到的各一重未知網格點的屬性值與上次迭代求解得到的各一重未 知網格點的屬性值的平均誤差小于等于第一預設誤差閾值， 所述第二預設條件為迭代次數達到第二預設迭代次數，或本次迭代求解得到的各二重 未知網格點的屬性值與上次迭代求解得到的各二重未知網格點的屬性值的平均誤差小于 等于第二預設誤差閾值， 所述第三預設條件為迭代次數達到第三預設迭代次數，或本次迭代求解得到的各未知 網格點的屬性值與上次迭代求解得到的各未知網格點的屬性值的平均誤差小于等于第三 預設誤差閾值。
9. 一種地質曲面重構設備，包括： 投影裝置，將基于采集到的地質數據生成的三維的空間散點沿Z軸方向投影到二維平 面，以獲得各空間散點在二維平面上的投影點，其中，各空間散點的投影點的屬性值為所述 空間散點沿Z軸方向的坐標的值； 網格拓撲建立裝置，在由所有投影點構成的區(qū)域內建立N重矩形網格拓撲，其中，N為 大于0的整數，且所述區(qū)域越大，N越大； 網格點插值裝置，根據各投影點的屬性值對N重矩形網格拓撲的至少一個網格點進行 插值計算，以獲得至少一個網格點的屬性值，其中，所述至少一個網格點作為已知網格點， 未獲得屬性值的網格點作為未知網格點； 初始屬性值計算裝置，根據已知網格點的屬性值計算未知網格點的初始屬性值； 迭代裝置，根據已知網格點的屬性值和未知網格點的初始屬性值，通過有限差分求解 格式對幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得未知網格點的屬性值； 地質曲面表示裝置，獲得由N重矩形網格拓撲的所有網格點及其屬性值表示的地質曲 面。
10. 如權利要求9所述的設備，其中，N= 2,所述幾何偏微分方程為四階幾何偏微分方 程，迭代裝置包括： 一重網格點迭代單元，根據一重已知網格點的屬性值和一重未知網格點的初始屬性 值，在第一預設條件下通過有限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲 得一重未知網格點的屬性值； 二重網格點迭代單元,分別針對各一重網格中的二重未知網格點，根據所述一重網格 中的二重已知網格點的屬性值和二重未知網格點的初始屬性值，在第二預設條件下通過有 限差分求解格式對四階幾何偏微分方程進行迭代求解，以獲得所述一重網格中的二重未知 網格點的屬性值； 全局迭代單元，根據所有已知網格點的屬性值和通過一重網格點迭代單元和二重網格 點迭代單元獲得的未知網格點的屬性值，在第三預設條件下通過有限差分求解格式對四階 幾何偏微分方程進行迭代求解，以更新所有未知網格點的屬性值。
【文檔編號】G06T17/30GK104240301SQ201410461559
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權日:2014年9月11日
【發(fā)明者】陳小二, 王頎, 鄒文, 范昆, 張洞君, 王聃, 楊慶, 周晶晶, 孫慶莉 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司