[发明专利]基于复杂边界约束的多级细分网格曲面拟合方法

说明书

技术领域

本发明属于三维地质建模技术领域，特别涉及一种基于复杂边界约束的多级细分网格曲面拟合方法。

背景技术

在石油工业中，面临的一个严峻问题是：如何寻找规模小而埋藏深的油气田，并且改造现存油田、延长现存油田的产油寿命。油气勘探的主要方式是通过人工地震产生的地震波在地质构造中的传播，来重构大范围内的地质构造，并通过测井数据了解局部区域的地层结构，探明油藏气藏位置及其分布，估计蕴藏量及其勘探价值。由于钻井费用昂贵，所以不允许盲目钻井开发。为此，首先必须进行准确快速的油气资源评价，再在油气资源评价结果的基础上进行油气资源的开发。于是，地震数据和测量数据能否得到有效解释便成为正确定位矿藏位置和提高钻井成功率的关键。

三维地质建模就是利用计算机建立三维地质模型对三维地震数据进行描述、重构，并在三维空间显示，帮助地质勘探人员能对原始数据做出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及其储量大小等信息，从而提高钻井的准确率和成功率。三维地质建模已经成为油气勘探开发一体化中的重要环节，同时也是实际应用研究中一个生机勃勃的重要领域。

然而，地质勘探结果大多反映在一些离散不规则分布的数据点上，为了通过这些离散数据建立起区域性连续的整体模型，需要利用插值和逼近的曲面处理方法。曲面插值是严格地通过给定的数据点来构造曲面，并根据原始数据点的值来插补空白区的值；这类方法不改变原始数据点值。而曲面逼近则是利用相对简单的数据曲面来近似构造复杂的地学曲面，根据一定得数据准则，使所给出的数据曲面最大限度地逼近地质曲面；通过拟合处理的曲面，原始数据点一般有所改变，所以曲面逼近的结果往往会取得平滑的效果。曲面的插值与逼近统称为曲面拟合。

在地质曲面构造中运用较多的插值和逼近方法包括按近点距离加权平均法、按方位取点加权法、双线性插值法、移动曲面插值法、二元三点插值法、Kriging插值法和三次样条函数拟合法、趋势面拟合法、加权最小二乘拟合法等。

自然界地质结构具有复杂性，地质层位中存在着各种复杂的断层结构，例如：逆断层、正断层、垂直断层等，这就加大了地质层位曲面拟合的难度。近几十年来，关于复杂边界约束的曲面拟合方法，已经有多种算法被提出来，但由于应用问题的千差万别，数据量大小不同，对连续性和精度的要求也不同。然而，基于复杂边界约束的曲面拟合方法始终是地质学家和计算机科学家关注的热点问题。

与本发明相关的现有技术包括：

基于边界约束网格曲面拟合的方法有很多种，我们按照约束边界的类型主要分为以下两种方法：（1）矢量边界约束；（2）标量边界约束。这里提到的边界我们可以描述成一系列具有三维坐标的点组成的折线或者多边形，用来约束曲面的边界。

这里介绍的两种方法都是基于网格化思想来实现的。首先，在选定的平面方形区域建立局部坐标系，并对该平面区域进行等分栅格化，形成平面矩形网格；然后，利用平面区域中已知点来计算矩形网格点的深度值，这样区域中的网格点具有了坐标系的三维坐标；最后，根据约束边界将矩形网格划分成三角网格，从而拟合成曲面。在处理曲面边界时，矢量边界约束方法是将边界矩形网格点和矢量边界点直接连接成三角网格；而标量边界约束方法是将约束边界投影到矩形网格点上，以这样的网格点作为边界生成三角网格。

对于简单边界约束情况，这两种方法基本上都能达到预期效果。然而，对于复杂边界约束情况（多个约束边界距离很近，甚至有交叉），两种方法都存在问题和缺陷。对于第一种方法，假设当多个相交叉的约束边界出现在一个矩形网格内时，生成三角网格要求的算法复杂度相当地高，甚至难以解决。对于第二种方法，当曲面边界精度要求很高时，虽然我们可以将矩形网格划分得更加细密以达到精度要求，但是这种对整个区域的网格划分方法，如果应用在较大范围的曲面拟合会在极大程度上增加内存的开销，因此难以满足高精度边界的要求。

以上现有技术的不足是算法自身存在缺陷导致的，于是提出一种新的高效率、高精度曲面拟合算法是非常有意义的。基于三维地质建模等多种应用的要求，本发明提出了基于复杂边界约束的多级细分网格曲面拟合方法，以解决不同情况下的应用需求。

当前国内外针对层位曲面拟合方案有很多，也有相当多的成熟软件产品。但是就目前来说，这些方案对于国内石油地质勘探来说，有其局限性，比如：只是针对某一特定的应用，比如生成等值线，还原地质盖帽，三维成块等，而没有可以通用于各种应用方案；或者不支持某些复杂的边界约束条件。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于复杂边界约束的多级细分网格曲面拟合方法。