地质建模方法有哪些

『壹』 三维地质建模

是两种不同的概抄念，但也有联袭系。
狭义来讲，三维地质建模是利用可靠的地质资料，运用空间插值、几何重建、计算机图形图像等技术方法，还原地质对象实体或属性的空间分布特征的技术方法和工作过程。
地质数据三维可视化是指利用三维可视化技术，展示地质数据本身的时空特征。
从字面上来看，三维地质建模强调了推测，重视推理和分析，重视地质专家的经验和知识的参与，三维模型只是分析结果的展示手段；而地质数据三维可视化，强调的的利用三维可视化方法，还原地质对象原本的三维空间特征。
广义来讲，三维地质建模是地质数据三维可视化的一种手段。国内，这两个概念没有人搞清楚，就算是地质行业的专家也是模棱两可。科研领域对三维地质建模的研究或局限在网格构建算法方面，或局限在地质构造的几何结构描述方面，三维可视化普遍被认为是没有技术含量的软件方法而已。

『贰』 　什么是地质模型

地质模型通过量化以下信息来描述地质对象：

●几何形态；

●拓扑信息（地质对象间的关系）；

●物性。

一个计算机地质模型包含的元素层次有：

●点（拾取）；

●线（井路径）；

●曲面（层位面、断层面）；

●交线（层面与断层交线）；

●闭合岩石区域（断块）；

●网络（规则网格、地层网格）；

●物性（速度、孔隙度等）。

一个地质模型就是由这些对象的各种信息综合而成的一个复杂的整体。许多三维地质模型是在一维和二维的数据解释后建立的。当地质学家在解释中而非解释后能交互建立和编辑三维地质模型对象时，建立模型的周期将缩短。因为任何三维研究——地震、构造、地层或油藏，花费的大部分时间是在模型的构造和有效的编辑上。

『叁』 地质体三维建模方法

在分析三维空间建模方面的国内外大量研究文献的基础上，目前主要有四种类型的建模方法：基于体的建模方法、基于面的建模方法、混合建模方法（表1-1）以及泛权建模方法。

表1-1 3D空间建模方法分类

1.基于体的建模方法

体模型基于3D空间的体元分割和真3D实体表达，体元的属性可以独立描述和存储，因而可以进行3D空间操作和分析。体元模型可以按体元的面数分为四面体（Tetrahedral）、六面体（Hexahedral）、棱柱体（Prismatic）和多面体（Polyhedral）等类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和不规则体元两个大类。建模方法如下：

（1）规则块体（Regular Block）建模；

（2）结构实体几何（CSG）建模；

（3）3D体素（Voxel）建模；

（4）八叉树（Octree）建模；

（5）针体（Needle）建模；

（6）四面体格网（TEN）建模；

（7）金字塔（Pyramid）模型；

（8）三棱柱（Tri-Prism，TP）建模；

（9）地质细胞（Geocellular）模型；

（10）不规则块体（Irregular Block）建模；

（11）实体（Solid）建模；

（12）3D Voronoi图模型；

（13）广义三棱柱（GTP）建模。

2.基于面的建模方法

基于面模型的建模方法侧重于3D空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、构筑物（建筑物）及地下工程的轮廓与空间框架。所模拟的表面可能是封闭的，也可能是非封闭的。基于采样点的TIN模型和基于数据内插的Grid模型通常用于非封闭表面模拟；而B-Rep模型和Wire Frame模型通常用于封闭表面或外部轮廓模拟。Section模型、Section-TIN混合模型及多层DEM模型通常用于地质建模。通过表面表示形成3D空间目标轮廓，其优点是便于显示和数据更新，不足之处由于缺少3D几何描述和内部属性记录而难以进行3D空间查询与分析。建模方法如下：

（1）TIN和Grid模型；

（2）边界表示（B-Rep）模型；

（3）线框（Wire Frame）模型；

（4）断面（Section）模型；

（5）断面-三角网混合模型；

（6）多层DEM建模。

3.混合建模方法

基于面模型的建模方法侧重于3D空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面等，通过表面表示形成3D目标的空间轮廓，其优点是便于显示和数据更新，不足之处是难以进行空间分析。基于体模型的建模方法侧重于3D空间实体的边界与内部的整体表示，如地层、矿体、水体、建筑物等，通过对体的描述实现3D目标的空间表示，优点是易于进行空间操作和分析，但存储空间大，计算速度慢。混合模型的目的则是综合面模型和体模型的优点，以及综合规则体元与不规则体元的优点，取长补短。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.泛权建模方法

陈树铭认为地质三维领域中，地矿、石油的三维分析相对来说是比较简单的，相比之下工程地质、水文地质等的三维分析更复杂，比如说在地矿、石油领域应用克里格方法基本就可以分析，但是对于工程地质、水文地质分析来说，克里格方法基本是不可行的。他认为目前主要有三类地质三维重构算法，即剖面成面法、直接点面法，以及拓扑分析方法。在综合应用概率统计、模糊、神经网络、插值、积分等理论的基础上，构造了一种新算法（他称之为“泛权”算法），其核心思想就是能对任意M维的连续、非连续边界进行重构分析，并同时能耦合地模拟各种复杂背景因素的影响。

（1）剖面成面法。剖面成面法的基本思路是，在生成大量的地质剖面的基础上，再应用曲面构造法（趋势面法、DEM生成技术）来生成各个层面，进而来表达三维体。比如国外的三维地质分析软件GEOCOM就是采取此种思路的一个典型。具体的解决步骤如下：

①收集、整理原始地质资料，并进行柱状和综合分层；

②建立地质空间多参数数据库；

③根据以上资料，应用人工交互式的地质剖面生成软件平台，加上专家的人工干预生成各种各样的空间地质剖面；

④分别根据各已计算剖面的地层分布结果，加上专家的干预、分析参数的控制来生成各个地质曲面；

⑤建立地层空间曲面构架数据库；

⑥应用地质三维展示平台，基于地层空间曲面构架数据库、地质空间多参数数据库，来进行地质三维展示，三维切割分析、方量计算等功能。

（2）直接点面法。直接点面法的基本思路是，直接将原始的散状数据进行有效的分层，直接根据各个层面的标高，应用曲面构造法（趋势面法、DEM生成技术）来生成各个层面。比如国外的三维地质分析软件ROCKWARE就是采取此种思路的一个典型。其解决步骤基本同于剖面成面法，只是没有下文第3）步，但是地层曲面生成技术相对前者来说要更难一些。

（3）拓扑分析法。拓扑分析法的基本思路就是，基于各个层面的离散点，通过分析这些点的空间拓扑关系，构造地质体。目前来说进行拓扑分析基本采用六面体、四面体模型，或者是Delaunay四面体模型等。其与剖面成面法、直接点面法，在本质上没有什么区别，还是从离散的点出发去构造地质层面。

『肆』 三维地质建模的简介

三维地质建模（Three-dimensionalgeological modeling ）是一个基于数据/ 信息分析，合成的学科，或者说是一个整合各种学科的学科。这样建立的地质模型汇总了各种信息和解释结果。所以是否了解各种输入数据/ 信息的优势和不足是合理整合这些数据的关键。我们的储层一般都会有多尺度上的非均质性和连续性，但是由于各种原因我们不可能直接测量到所有的这些细节。
那么借助于地质统计技术来生成比较真实的，代表我们对储层非均质性和连续性的认识的模型是一个比较有效的研究储层的手段。同一套数据可以生成很多相似的但是又不同的模型，这些模型就是随机（stochastic）的。
那么什么是地质模型呢？地质模型是一个三维网格体。这些网格建立在surface，断层和层位的基础之上。它决定了储层的构造和几何形态。网格中的每一个节点都有一系列属性，比如孔隙度，渗透率，含水饱和度等等。一般来说，节点的尺度为200英尺×200英尺×1英尺。不过具体的模型节点尺度要取决于油田的大小，要解决的关键地质问题的尺度以及模型的商业用途。不同情况下建立的地质模型节点尺度会有很大差别。地质模型的建立可以细分为三步：建立模型框架，建立岩相模型，建立岩石物性模型。

『伍』 地质建模

国内常用的地质建模软件是Petrel,RMS,Gocad, Gocad国内用的不多，Petrel用的最多
确定性建模利用插值算版法得到一个储层的权地质模型，不确定建模考虑参数的概率分布得到多个储层的地质模型实现，具体算法差别可以参考相关书籍或者看看下面的连接

『陆』 §三维地质建模的方法体系

三维地质建模是一门高度交叉的学科，不同领域的学者从不同角度对三维地质建模的内涵进行了论述。Houlding(1994)最早提出了三维地学模拟(3D Geoscience Modeling)的概念，从广义角度对三维地质建模进行了界定，将空间信息管理、地质解译的图形处理、空间地质统计、地质体的模拟、地质信息的可视化等统称为三维地学模拟。Mallet(2002)将地质建模定义为能够统一模拟地质对象的拓扑、几何与物理属性并且能够考虑多源地质数据的数学方法的集合。

三维地质建模技术是以数字化与可视化手段刻画地质实际、构建地质模型的工具，一个完整的三维地质模型应该具备以下特征:

(1)地质模型所表示的地质对象具有明确的几何形状与空间位置，并与地质勘探数据吻合，所有几何元素均以图形与数字化的形式存在。

(2)具有有效的数据模型，所有几何元素之间具有完备的拓扑关系。

(3)拥有有效的图形与属性数据库支持，便于图形与属性信息的查询与分析。

(4)地质模型是可视的、直观的，真实感强。

上述特征决定了三维地质建模方法所涵盖的基本内容。三维地质建模方法是若干理论、方法与技术的集合体，主要涉及地质勘探数据的标准化处理、几何造型、三维空间数据模型、属性数据管理与图形可视化等方面。图1.1为三维地质建模的方法体系。

图1.1 三维地质建模的方法体系

地质数据来源众多，可靠程度不一，而且分布不均匀，建模时需要借助地质方面的知识与经验进行分析与处理，形成合理有效的信息源。地质勘探数据的标准化处理包括两方面:一是对地质勘探数据进行系统的地质分析，保证数据的可靠性;二是制定标准的数据格式，对地质信息进行标准化处理。目前，各国学者在这方面的研究较少，还没有形成统一的方法。

为了方便、简洁、合理地表达、存储与管理地质模型，必须建立有效的三维空间数据模型。简单地说，三维空间数据模型就是指图形数据的表示与存储方式以及图形元素之间的拓扑关系。常用的空间数据模型包括两类:曲面表示模型与体元表示模型。曲面表示模型是指用曲面的组合来表示地质对象，例如，用地层界面围成地层实体。目前，常见的曲面表示模型有边界表示模型、表面模型与线框模型等。体元表示模型就是将地质对象离散成若干六面体、四面体、三棱柱等形式的体元，用体元的组合表示地质体。目前文献报道较多的体元表示模型包括结构实体几何模型、规则块体模型、四面体模型、三棱柱模型、混合体元模型等。

几何造型是三维地质建模的核心内容，是指根据地质地理数据，利用数学、几何与地质分析方法重构地质对象的空间几何形态，并利用点、线、面、体等基本几何元素及其衍生的几何元素表示地质对象的过程。例如，地层界面常用不规则三角网表示，建模时可以根据钻孔数据进行插值运算，计算出三角网格结点的空间坐标，从而得到由空间三角形面片连接而成的地层界面。地质建模中常见的几何造型方法包括边界建模方法、线框建模方法、断面建模方法、映射建模方法、块段建模方法等。这些方法的思路、过程与实用性有一定的差异，但是，大多数方法都会涉及一些基本内容，如三角剖分与优化、插值计算、曲面细分与优化、曲面曲线求交、环与块体搜索、空间体元剖分等。

图形可视化就是在计算机屏幕上绘制出地质模型，利用材质、颜色与光照等手段实现真实感成像。属性数据管理是指建立属性数据库，存储与管理地质对象的物性参数，如地层名称、岩性、力学参数等。在地质建模中，图形可视化与数据库技术与其他领域的相关内容类似，没有明显的特别之处，因此，本书不再详细介绍相关内容。

『柒』 三维地质建模方法都有哪些，说得具体点，谢谢

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『捌』 地质体三维建模方法及流程

以建立的综合地质数据库作为数据基础，并综合利用 Vulcan 7.5和 Datamine Studio 3 软件各自的优点来进行地质信息三专维可视化属建模，主要工作内容包括：(1)地质建模数据（Geodatabase）的导入；(2)剖面地质界线圈定；(3)地质体线框模型建立；(4)地质体块体模 型建立。

通过综合地质数据库的建立，将繁杂的各类地质数据进行了分类并利用关系数据库进 行了存储与管理（见第2章）。因此，进行地质体三维建模是从综合地质数据库中导入各 类地质建模数据并采用 Vulcan 和Datamine 软件来进行地质体三维建模，并在不同的地质 剖面上对各类地质体界线进行圈定，并最终形成各类地质体的线框模型和块体模型。其具 体流程如图4.1所示。

『玖』 地质体建模

（一）一般地质体构建算法

通过表面表示法表示地质体具有存储量小，建模速度快的优点，本文的地质体采用面表面表示法。一个地质体由多个地层组成，一个地层可以由以下的表面组成，如图4-68所示。

图4-68 地质体的几何构成

①两个相邻的地层顶面组成一个地层的上表面和下表面。

②地层与每个断面相交而成的曲面称为内围边。

③地层与每个工区表面相交而成的曲面称为外围边。

在一般情况下，在已知地层面和断层面的情况，都采用地层面和断层面求交的方法来计算地质体。具体算法如下：

（1）将地层面排序。

根据地层顶面的海拔排序，按从海拔低到海拔高的地层顶面的顺序下，前一地层面是随后的地层面地层底面，n个地层顶面可以构造n-1个地层体。如图4-69所示：三个地层顶面表示两个地层体，最下面的地层顶面不需要计算实际的地层体。

断面与地层面求交，每两个相邻的地层与断层求到一组交线，将交线整理连称多边形环（可能多个），将每个环细分为三角形网格，根据断面的采样点插值求得的每个环的表示的曲面，得到内围边。

图4-69 地层排序

（2）用工区表面与地层面及断面求交，得到多组环。

如图4-70所示：得到地层与工区表面的围边。围边和地层表面共同组成了地层体——外围边。

图4-70 外围边连环示意图

在这个算法求交的过程中，断面与地层面求交存在需要严格控制几何一致性的问题，否则可能造成在连环的过程中因几何位置不统一，连环失败的情况，对建模的精度要求很高。如图4-71所示，地层顶面之间有互相相交的情况，在连环时难以处理：

图4-71 地层面互相侵入图

综上所述，直接通过曲面求交的方式来构建地质体数值稳定性很难得到保证，本文在建立地层面模型时采用的是基于变形场的地层面模型构建算法，根据该算法思想可知，变形场可以作用于整个建模空间，对整个地层体同样有效，所以可以通过已建立好的变形场来解决地质体建模的问题。

（二）地层体构建算法

本算法是在已知地层面和断层面的情况下，采取变形场的方法来构造地质体。根据变形场建模的思想，所有的地质元素都是在逐步断裂的情况下，形变达到当前的形态的，所以地质体的围边也是由初始的形态变形而成的。初始状态的地层与断层面相交形成的围边具有形状简单的特点，一般情况只有四个拐点，初始地层面的围边易于求解，所以可以采用通常的方法求得初始地层的围边，然后将变形场逐级作用于初始围边，就可以得到当前状态下地层体的围边了。生成地层的具体算法如下：

（1）首先构建地层初始网格，及地层的初始外围边网格；

（2）按断裂顺序找到当前断裂的断面，直至地层没有新裂口为止；

（3）复制一份断层网格记为A，用地层裁剪断层网格A分为若干地层围边，分层后的断层网格被复制两份，一份是断层左侧地层裂口的内围边，一份是断层右侧地层裂口的内围边；

（4）将该断层的变形场作用到地层上及其围边上，地层的表面网格发生形变，围边网格发生变形；

（5）按上述步骤（2），（3），（4）作用于地层面即可得到地层的体网格。

虽然在这个过程中地层和断层有求交的操作，但这种操作可以保证是在连续地层面和断面之间的求交，所以稳定性高，初始地层面的易于求交简单。变形后的地层体如图4-72所示：

图4-72 不连续的地层体

（三）小结

本小节介绍了在基于变形场的地质元素的生成方法，充分证明了变形场和断面树机制不仅能应用于地层构建，也在地质体构建中起到框架的作用，变形场和断面树作为整个地质体模型建模框架有效地完成构造信息自动建模工作。