地質建模方法有哪些

『壹』 三維地質建模

是兩種不同的概抄念，但也有聯襲系。
狹義來講，三維地質建模是利用可靠的地質資料，運用空間插值、幾何重建、計算機圖形圖像等技術方法，還原地質對象實體或屬性的空間分布特徵的技術方法和工作過程。
地質數據三維可視化是指利用三維可視化技術，展示地質數據本身的時空特徵。
從字面上來看，三維地質建模強調了推測，重視推理和分析，重視地質專家的經驗和知識的參與，三維模型只是分析結果的展示手段；而地質數據三維可視化，強調的的利用三維可視化方法，還原地質對象原本的三維空間特徵。
廣義來講，三維地質建模是地質數據三維可視化的一種手段。國內，這兩個概念沒有人搞清楚，就算是地質行業的專家也是模稜兩可。科研領域對三維地質建模的研究或局限在網格構建演算法方面，或局限在地質構造的幾何結構描述方面，三維可視化普遍被認為是沒有技術含量的軟體方法而已。

『貳』 　什麼是地質模型

地質模型通過量化以下信息來描述地質對象：

●幾何形態；

●拓撲信息（地質對象間的關系）；

●物性。

一個計算機地質模型包含的元素層次有：

●點（拾取）；

●線（井路徑）；

●曲面（層位面、斷層面）；

●交線（層面與斷層交線）；

●閉合岩石區域（斷塊）；

●網路（規則網格、地層網格）；

●物性（速度、孔隙度等）。

一個地質模型就是由這些對象的各種信息綜合而成的一個復雜的整體。許多三維地質模型是在一維和二維的數據解釋後建立的。當地質學家在解釋中而非解釋後能交互建立和編輯三維地質模型對象時，建立模型的周期將縮短。因為任何三維研究——地震、構造、地層或油藏，花費的大部分時間是在模型的構造和有效的編輯上。

『叄』 地質體三維建模方法

在分析三維空間建模方面的國內外大量研究文獻的基礎上，目前主要有四種類型的建模方法：基於體的建模方法、基於面的建模方法、混合建模方法（表1-1）以及泛權建模方法。

表1-1 3D空間建模方法分類

1.基於體的建模方法

體模型基於3D空間的體元分割和真3D實體表達，體元的屬性可以獨立描述和存儲，因而可以進行3D空間操作和分析。體元模型可以按體元的面數分為四面體（Tetrahedral）、六面體（Hexahedral）、稜柱體（Prismatic）和多面體（Polyhedral）等類型，也可以根據體元的規整性分為規則體元和不規則體元兩個大類。建模方法如下：

（1）規則塊體（Regular Block）建模；

（2）結構實體幾何（CSG）建模；

（3）3D體素（Voxel）建模；

（4）八叉樹（Octree）建模；

（5）針體（Needle）建模；

（6）四面體格網（TEN）建模；

（7）金字塔（Pyramid）模型；

（8）三稜柱（Tri-Prism，TP）建模；

（9）地質細胞（Geocellular）模型；

（10）不規則塊體（Irregular Block）建模；

（11）實體（Solid）建模；

（12）3D Voronoi圖模型；

（13）廣義三稜柱（GTP）建模。

2.基於面的建模方法

基於面模型的建模方法側重於3D空間實體的表面表示，如地形表面、地質層面、構築物（建築物）及地下工程的輪廓與空間框架。所模擬的表面可能是封閉的，也可能是非封閉的。基於采樣點的TIN模型和基於數據內插的Grid模型通常用於非封閉表面模擬；而B-Rep模型和Wire Frame模型通常用於封閉表面或外部輪廓模擬。Section模型、Section-TIN混合模型及多層DEM模型通常用於地質建模。通過表面表示形成3D空間目標輪廓，其優點是便於顯示和數據更新，不足之處由於缺少3D幾何描述和內部屬性記錄而難以進行3D空間查詢與分析。建模方法如下：

（1）TIN和Grid模型；

（2）邊界表示（B-Rep）模型；

（3）線框（Wire Frame）模型；

（4）斷面（Section）模型；

（5）斷面-三角網混合模型；

（6）多層DEM建模。

3.混合建模方法

基於面模型的建模方法側重於3D空間實體的表面表示，如地形表面、地質層面等，通過表面表示形成3D目標的空間輪廓，其優點是便於顯示和數據更新，不足之處是難以進行空間分析。基於體模型的建模方法側重於3D空間實體的邊界與內部的整體表示，如地層、礦體、水體、建築物等，通過對體的描述實現3D目標的空間表示，優點是易於進行空間操作和分析，但存儲空間大，計算速度慢。混合模型的目的則是綜合面模型和體模型的優點，以及綜合規則體元與不規則體元的優點，取長補短。主要包括如下混合建模方法：

（1）TIN-CSG混合建模；

（2）TIN-Octree混合建模；

（3）Wire Frame-Block混合建模；

（4）Octree-TEN混合建模；

（5）GTP-TEN混合建模。

4.泛權建模方法

陳樹銘認為地質三維領域中，地礦、石油的三維分析相對來說是比較簡單的，相比之下工程地質、水文地質等的三維分析更復雜，比如說在地礦、石油領域應用克里格方法基本就可以分析，但是對於工程地質、水文地質分析來說，克里格方法基本是不可行的。他認為目前主要有三類地質三維重構演算法，即剖面成面法、直接點面法，以及拓撲分析方法。在綜合應用概率統計、模糊、神經網路、插值、積分等理論的基礎上，構造了一種新演算法（他稱之為「泛權」演算法），其核心思想就是能對任意M維的連續、非連續邊界進行重構分析，並同時能耦合地模擬各種復雜背景因素的影響。

（1）剖面成面法。剖面成面法的基本思路是，在生成大量的地質剖面的基礎上，再應用曲面構造法（趨勢面法、DEM生成技術）來生成各個層面，進而來表達三維體。比如國外的三維地質分析軟體GEOCOM就是採取此種思路的一個典型。具體的解決步驟如下：

①收集、整理原始地質資料，並進行柱狀和綜合分層；

②建立地質空間多參數資料庫；

③根據以上資料，應用人工互動式的地質剖面生成軟體平台，加上專家的人工干預生成各種各樣的空間地質剖面；

④分別根據各已計算剖面的地層分布結果，加上專家的干預、分析參數的控制來生成各個地質曲面；

⑤建立地層空間曲面構架資料庫；

⑥應用地質三維展示平台，基於地層空間曲面構架資料庫、地質空間多參數資料庫，來進行地質三維展示，三維切割分析、方量計算等功能。

（2）直接點面法。直接點面法的基本思路是，直接將原始的散狀數據進行有效的分層，直接根據各個層面的標高，應用曲面構造法（趨勢面法、DEM生成技術）來生成各個層面。比如國外的三維地質分析軟體ROCKWARE就是採取此種思路的一個典型。其解決步驟基本同於剖面成面法，只是沒有下文第3）步，但是地層曲面生成技術相對前者來說要更難一些。

（3）拓撲分析法。拓撲分析法的基本思路就是，基於各個層面的離散點，通過分析這些點的空間拓撲關系，構造地質體。目前來說進行拓撲分析基本採用六面體、四面體模型，或者是Delaunay四面體模型等。其與剖面成面法、直接點面法，在本質上沒有什麼區別，還是從離散的點出發去構造地質層面。

『肆』 三維地質建模的簡介

三維地質建模（Three-dimensionalgeological modeling ）是一個基於數據/ 信息分析，合成的學科，或者說是一個整合各種學科的學科。這樣建立的地質模型匯總了各種信息和解釋結果。所以是否了解各種輸入數據/ 信息的優勢和不足是合理整合這些數據的關鍵。我們的儲層一般都會有多尺度上的非均質性和連續性，但是由於各種原因我們不可能直接測量到所有的這些細節。
那麼藉助於地質統計技術來生成比較真實的，代表我們對儲層非均質性和連續性的認識的模型是一個比較有效的研究儲層的手段。同一套數據可以生成很多相似的但是又不同的模型，這些模型就是隨機（stochastic）的。
那麼什麼是地質模型呢？地質模型是一個三維網格體。這些網格建立在surface，斷層和層位的基礎之上。它決定了儲層的構造和幾何形態。網格中的每一個節點都有一系列屬性，比如孔隙度，滲透率，含水飽和度等等。一般來說，節點的尺度為200英尺×200英尺×1英尺。不過具體的模型節點尺度要取決於油田的大小，要解決的關鍵地質問題的尺度以及模型的商業用途。不同情況下建立的地質模型節點尺度會有很大差別。地質模型的建立可以細分為三步：建立模型框架，建立岩相模型，建立岩石物性模型。

『伍』 地質建模

國內常用的地質建模軟體是Petrel,RMS,Gocad, Gocad國內用的不多，Petrel用的最多
確定性建模利用插值算版法得到一個儲層的權地質模型，不確定建模考慮參數的概率分布得到多個儲層的地質模型實現，具體演算法差別可以參考相關書籍或者看看下面的連接

『陸』 §三維地質建模的方法體系

三維地質建模是一門高度交叉的學科，不同領域的學者從不同角度對三維地質建模的內涵進行了論述。Houlding(1994)最早提出了三維地學模擬(3D Geoscience Modeling)的概念，從廣義角度對三維地質建模進行了界定，將空間信息管理、地質解譯的圖形處理、空間地質統計、地質體的模擬、地質信息的可視化等統稱為三維地學模擬。Mallet(2002)將地質建模定義為能夠統一模擬地質對象的拓撲、幾何與物理屬性並且能夠考慮多源地質數據的數學方法的集合。

三維地質建模技術是以數字化與可視化手段刻畫地質實際、構建地質模型的工具，一個完整的三維地質模型應該具備以下特徵:

(1)地質模型所表示的地質對象具有明確的幾何形狀與空間位置，並與地質勘探數據吻合，所有幾何元素均以圖形與數字化的形式存在。

(2)具有有效的數據模型，所有幾何元素之間具有完備的拓撲關系。

(3)擁有有效的圖形與屬性資料庫支持，便於圖形與屬性信息的查詢與分析。

(4)地質模型是可視的、直觀的，真實感強。

上述特徵決定了三維地質建模方法所涵蓋的基本內容。三維地質建模方法是若干理論、方法與技術的集合體，主要涉及地質勘探數據的標准化處理、幾何造型、三維空間數據模型、屬性數據管理與圖形可視化等方面。圖1.1為三維地質建模的方法體系。

圖1.1 三維地質建模的方法體系

地質數據來源眾多，可靠程度不一，而且分布不均勻，建模時需要藉助地質方面的知識與經驗進行分析與處理，形成合理有效的信息源。地質勘探數據的標准化處理包括兩方面:一是對地質勘探數據進行系統的地質分析，保證數據的可靠性;二是制定標準的數據格式，對地質信息進行標准化處理。目前，各國學者在這方面的研究較少，還沒有形成統一的方法。

為了方便、簡潔、合理地表達、存儲與管理地質模型，必須建立有效的三維空間數據模型。簡單地說，三維空間數據模型就是指圖形數據的表示與存儲方式以及圖形元素之間的拓撲關系。常用的空間數據模型包括兩類:曲面表示模型與體元表示模型。曲面表示模型是指用曲面的組合來表示地質對象，例如，用地層界面圍成地層實體。目前，常見的曲面表示模型有邊界表示模型、表面模型與線框模型等。體元表示模型就是將地質對象離散成若干六面體、四面體、三稜柱等形式的體元，用體元的組合表示地質體。目前文獻報道較多的體元表示模型包括結構實體幾何模型、規則塊體模型、四面體模型、三稜柱模型、混合體元模型等。

幾何造型是三維地質建模的核心內容，是指根據地質地理數據，利用數學、幾何與地質分析方法重構地質對象的空間幾何形態，並利用點、線、面、體等基本幾何元素及其衍生的幾何元素表示地質對象的過程。例如，地層界面常用不規則三角網表示，建模時可以根據鑽孔數據進行插值運算，計算出三角網格結點的空間坐標，從而得到由空間三角形面片連接而成的地層界面。地質建模中常見的幾何造型方法包括邊界建模方法、線框建模方法、斷面建模方法、映射建模方法、塊段建模方法等。這些方法的思路、過程與實用性有一定的差異，但是，大多數方法都會涉及一些基本內容，如三角剖分與優化、插值計算、曲面細分與優化、曲面曲線求交、環與塊體搜索、空間體元剖分等。

圖形可視化就是在計算機屏幕上繪制出地質模型，利用材質、顏色與光照等手段實現真實感成像。屬性數據管理是指建立屬性資料庫，存儲與管理地質對象的物性參數，如地層名稱、岩性、力學參數等。在地質建模中，圖形可視化與資料庫技術與其他領域的相關內容類似，沒有明顯的特別之處，因此，本書不再詳細介紹相關內容。

『柒』 三維地質建模方法都有哪些，說得具體點，謝謝

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『捌』 地質體三維建模方法及流程

以建立的綜合地質資料庫作為數據基礎，並綜合利用 Vulcan 7.5和 Datamine Studio 3 軟體各自的優點來進行地質信息三專維可視化屬建模，主要工作內容包括：(1)地質建模數據（Geodatabase）的導入；(2)剖面地質界線圈定；(3)地質體線框模型建立；(4)地質體塊體模 型建立。

通過綜合地質資料庫的建立，將繁雜的各類地質數據進行了分類並利用關系資料庫進 行了存儲與管理（見第2章）。因此，進行地質體三維建模是從綜合地質資料庫中導入各 類地質建模數據並採用 Vulcan 和Datamine 軟體來進行地質體三維建模，並在不同的地質 剖面上對各類地質體界線進行圈定，並最終形成各類地質體的線框模型和塊體模型。其具 體流程如圖4.1所示。

『玖』 地質體建模

（一）一般地質體構建演算法

通過表面表示法表示地質體具有存儲量小，建模速度快的優點，本文的地質體採用面表面表示法。一個地質體由多個地層組成，一個地層可以由以下的表面組成，如圖4-68所示。

圖4-68 地質體的幾何構成

①兩個相鄰的地層頂面組成一個地層的上表面和下表面。

②地層與每個斷面相交而成的曲面稱為內圍邊。

③地層與每個工區表面相交而成的曲面稱為外圍邊。

在一般情況下，在已知地層面和斷層面的情況，都採用地層面和斷層面求交的方法來計算地質體。具體演算法如下：

（1）將地層面排序。

根據地層頂面的海拔排序，按從海拔低到海拔高的地層頂面的順序下，前一地層面是隨後的地層面地層底面，n個地層頂面可以構造n-1個地層體。如圖4-69所示：三個地層頂面表示兩個地層體，最下面的地層頂面不需要計算實際的地層體。

斷面與地層面求交，每兩個相鄰的地層與斷層求到一組交線，將交線整理連稱多邊形環（可能多個），將每個環細分為三角形網格，根據斷面的采樣點插值求得的每個環的表示的曲面，得到內圍邊。

圖4-69 地層排序

（2）用工區表面與地層面及斷面求交，得到多組環。

如圖4-70所示：得到地層與工區表面的圍邊。圍邊和地層表面共同組成了地層體——外圍邊。

圖4-70 外圍邊連環示意圖

在這個演算法求交的過程中，斷面與地層面求交存在需要嚴格控制幾何一致性的問題，否則可能造成在連環的過程中因幾何位置不統一，連環失敗的情況，對建模的精度要求很高。如圖4-71所示，地層頂面之間有互相相交的情況，在連環時難以處理：

圖4-71 地層面互相侵入圖

綜上所述，直接通過曲面求交的方式來構建地質體數值穩定性很難得到保證，本文在建立地層面模型時採用的是基於變形場的地層面模型構建演算法，根據該演算法思想可知，變形場可以作用於整個建模空間，對整個地層體同樣有效，所以可以通過已建立好的變形場來解決地質體建模的問題。

（二）地層體構建演算法

本演算法是在已知地層面和斷層面的情況下，採取變形場的方法來構造地質體。根據變形場建模的思想，所有的地質元素都是在逐步斷裂的情況下，形變達到當前的形態的，所以地質體的圍邊也是由初始的形態變形而成的。初始狀態的地層與斷層面相交形成的圍邊具有形狀簡單的特點，一般情況只有四個拐點，初始地層面的圍邊易於求解，所以可以採用通常的方法求得初始地層的圍邊，然後將變形場逐級作用於初始圍邊，就可以得到當前狀態下地層體的圍邊了。生成地層的具體演算法如下：

（1）首先構建地層初始網格，及地層的初始外圍邊網格；

（2）按斷裂順序找到當前斷裂的斷面，直至地層沒有新裂口為止；

（3）復制一份斷層網格記為A，用地層裁剪斷層網格A分為若乾地層圍邊，分層後的斷層網格被復制兩份，一份是斷層左側地層裂口的內圍邊，一份是斷層右側地層裂口的內圍邊；

（4）將該斷層的變形場作用到地層上及其圍邊上，地層的表面網格發生形變，圍邊網格發生變形；

（5）按上述步驟（2），（3），（4）作用於地層面即可得到地層的體網格。

雖然在這個過程中地層和斷層有求交的操作，但這種操作可以保證是在連續地層面和斷面之間的求交，所以穩定性高，初始地層面的易於求交簡單。變形後的地層體如圖4-72所示：

圖4-72 不連續的地層體

（三）小結

本小節介紹了在基於變形場的地質元素的生成方法，充分證明了變形場和斷面樹機制不僅能應用於地層構建，也在地質體構建中起到框架的作用，變形場和斷面樹作為整個地質體模型建模框架有效地完成構造信息自動建模工作。