CN114820969A - 一种三维地质模型构建方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维地质模型构建方法，包括获取预设区域内的历史地质特征数据和钻孔数据，构建历史三维地质模型，其中历史三维地质模型中包括地表模拟地质层，钻孔模拟地质层和地下水模拟地质层；对历史三维地质模型中的地表模拟地质层表征数据进行修正，建立地表模拟层三维模型；对历史三维地质模型中的钻孔模拟地质层表征数据进行修正，建立钻孔模拟地质层三维模型；对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型；分别将得到地表模拟层三维模型，钻孔模拟地质层三维模型和地下水模拟地质层三维模型进行拼接融合，构建三维地质模型，该方法可以自动创建三维地质模型，分层次对预设区域内地质情况进行建模，建模速度快、精度高、可实时动态修改。

Description

一种三维地质模型构建方法
技术领域
本发明涉及探测领域，具体涉及一种三维地质模型构建方法。
背景技术
三维地质建模的概念最早是由加拿大人于1993年提出的。所谓三维地质建模,就是运用计算机技术,在三维环境下,将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一门新技术，其实际为将地质、测井、地球物理资料和各种解释结果或者概念模型综合在一起生成三维定量随机模型。严格的讲，三维地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80年代末开始引入Earth Vision以来，也已经发展了快二十年。
三维地质信息模型包含了地质几何信息、拓扑信息以及属性信息，这些信息来源于测绘、勘探、现场或者室内试验等。在三维地质应用中，最重要也是最困难的工作就是创建一个合理的、准确的三维地质模型。
现有技术中，获得的三维地质模型在不良地质的表达、地质的构造、地质模型的可靠性和准确性上存在诸多问题，让三维地质模型的应用停留在可视化的初级阶段。
在地质信息中，地下水资源的探勘及其建模是重要的研究课题。地下水是主要的供水水源，随着各地区用水量增加，且由于地下水资源有限，如果对地下水进行过量开采将会引发水资源枯竭、地面沉降等一系列环境地质问题。并且，地下水不是完全的纯水，而是含有一定溶质的水溶液，介质或土壤中含有大量的溶质，会导致地下水水质恶化、土壤污染和土壤盐碱化等一系列水土环问题，同时基于部分地下水能够转化为淡水资源，供人类使用，然而由于粘性土的渗透系数很小，地下水运移速度慢，所以供人类使用的地下水资源也非常有限，因此，严重影响了人类生活的健康和经济社会的发展。因此，在地质勘探中，对于地下水资源进行有效的监控，从而为人类勘探使用则十分重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种三维地质模型构建方法，该方法可以自动创建三维地质模型，分层次对预设区域内地质情况进行建模，建模速度快、精度高、可实时动态修改。
本发明提供了一种三维地质模型构建方法，包括依次进行的如下步骤：
(1)获取预设区域内的历史地质特征数据和钻孔数据，构建历史三维地质模型，其中历史三维地质模型中包括地表模拟地质层，钻孔模拟地质层和地下水模拟地质层；
(2)利用遥感方式获取预设区域内的遥感图像，对遥感图像进行预处理和深度处理，获取遥感图像表征的地质表面层数据；将地质表面层的地质表面层数据输入至历史三维地质模型，对历史三维地质模型中的地表模拟地质层表征数据进行修正，建立地表模拟层三维模型；
(3)探查预设区域内的钻孔分层数据，针对钻孔地质层的多个分层界面，分别获取对应地层分界基线；通过进行自动构体得到钻孔地质层数据，对历史三维地质模型中的钻孔模拟地质层表征数据进行修正，建立钻孔模拟地质层三维模型；
(4)利用预设的声呐声场轨迹路径上所有经过校正的水温数据绘制地下水温场景图；基于水位数据和水流速数据生成目标区域的地下水流场景图；将地下水温场景图和地下水流场景图进行整合，对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型；
(5)分别将得到地表模拟层三维模型，钻孔模拟地质层三维模型和地下水模拟地质层三维模型进行拼接融合，构建三维地质模型。
其中，所述步骤(1)中三维地质模型建立所需的参数包括地质层分布情况，层厚度，水文数据和物理参数。
其中，所述步骤(1)中历史地质特征数据和钻孔数据都是先前的数据，为基于历史的采集和模拟获取的历史数据。
其中，所述步骤(2)中地质表面层数据为地质表面层的点云数据和深度数据。
其中，所述步骤(3)中地层分界基线为每个分层界面对应的基线，其可以将不同的地质层分割。
其中，所述步骤(4)具体包括：
(4.1)利用钻孔内位置处设置的监测装置对水位，流速和图像数据进行检测，同时利用监测装置内设置声呐***测定水中的目标，确定监测装置之间的相对位置数据，对确定的孔深、钻空位置，以及对监测装置采集的其他监测数据进行修正；
(4.2)建立布置有钻孔位置坐标的相对坐标系；设置预设的声呐声场轨迹路径，基于相对坐标系建立标准模型，模拟在标准环境下，多个声呐***按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，获取标准环境下声波速度，利用声波速度得到对应水温数据，建立标准数据库；
(4.3)利用多个监测装置设置的声纳***，按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，得到实际的声波速度，获取对应的水温数据；利用标准数据库中的数据对获取的水温数据进行修正，利用预设的声呐声场轨迹路径上所有经过校正的水温数据绘制地下水温场景图；
(4.4)获取钻孔的水位数据和水流速数据后，基于水位数据和水流速数据生成目标区域的地下水流场景图；
(4.5)以相对坐标系为标准，将地下水温场景图和地下水流场景图进行整合，对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型。
其中，所述步骤(4.2)中钻孔位置在相对坐标系内以图示的形式进行表示，并且钻孔位置在相对坐标系中以钻孔坐标的形式进行标注。
其中，预设的声呐声场轨迹路径是预先根据钻孔的分布情况提前设置的。
其中，基于声呐***的特征，按照声呐声场轨迹路径以从近到远的顺序依次进行确定，预设的声波角度范围控制在2°内。
其中，先随机选择多个声呐***中的部分声呐***，然后将选择的声呐***的位置按照从近到远的顺序依次连接构成预设的声呐声场轨迹路径，预设角度范围控制在1.5°内。
本发明的三维地质模型构建方法，可以实现：自动创建三维地质模型，分层次对预设区域内地质情况进行建模，建模速度快、精度高、可实时动态修改；有效的预设角度控制和这种随机选择的方式结合，数据准确度明显提升；利用速度和温度的关系进行建模和测量，使得测量的数据更加的准确。
附图说明
图1为三维地质模型构建方法流程图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种三维地质模型构建方法，图1为三维地质模型构建方法流程图，其具体过程如附图1所示，包括依次进行的的多个步骤，下面进行具体介绍。
获取预设区域内的历史地质特征数据和钻孔数据，构建历史三维地质模型，其包括地表模拟地质层，钻孔模拟地质层和地下水模拟地质层。其中，历史三维地质模型建立所需的参数主要包括地质层分布情况，层厚度，水文数据和物理参数等。需要说明的是历史地质特征数据和钻孔数据都是先前的数据，基于历史的采集和模拟获取的历史数据，后续在地质参数变化的过程中，则需要进一步的进行测量和建模。
利用遥感方式获取预设区域内的遥感图像，对遥感图像进行预处理和深度处理，获取遥感图像表征的地质表面层数据，其具体包括地质表面层的点云数据和深度数据。将地质表面层的点云数据和深度数据输入至历史三维地质模型，对历史三维地质模型中的地表模拟地质层表征数据进行修正，建立地表模拟层三维模型。
探查预设区域内的钻孔分层数据，针对钻孔地质层的多个分层界面，分别获取对应地层分界基线，其中地层分界基线为每个分层界面对应的基线，其可以将不同的地质层分割，通过进行自动构体得到钻孔地质层数据，从而对历史三维地质模型中的钻孔模拟地质层表征数据进行修正，建立钻孔模拟地质层三维模型。
对于地下水模拟地质层，利用钻孔内位置处设置的监测装置对水位，流速和图像数据进行检测的同时，监测装置设置声呐***用于测定水中的目标，同时还利用声音的传播原理，进行水资源参数的测定。具体的，声呐***除了可以对水下物体进行监测外，还可以利用声呐***确定监测装置之间的相对位置数据，从而利用相对位置数据对确定的孔深、钻空位置等孔数据，以及对监测装置采集的其他监测数据进行修正。现有技术中通常需设置温度传感器对水温进行测量，将其测量值作为需要的温度数据，本发明在设置了声呐***基础上，免除设置温度传感器对水温进行测量的必要，数据传输需求变少，速度变快。
具体的，建立预设区域中布置有钻孔位置坐标的相对坐标系，钻孔位置在相对坐标系内以图示的形式进行表示，并且钻孔位置在相对坐标系中以钻孔坐标的形式进行标注。
设置预设的声呐声场轨迹路径，基于相对坐标系建立标准模型，模拟在标准环境下，多个声呐***按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，从而获取标准环境下声波速度，利用声波速度得到对应水温数据，建立标准数据库。需要说明的是，预设的声呐声场轨迹路径是预先根据钻孔的分布情况提前设置的，在后续的实际测量中亦选择同样的预设的声呐声场轨迹路径。在优选方式中，基于声呐***的特征，可以按照声呐声场轨迹路径以从近到远的顺序依次进行，并且预设的角度范围小于2°。此外，更优选的方式中，在确定预设的声呐声场轨迹路径时，可以先随机选择多个声呐***中的部分声呐***，然后将选择的声呐***的位置按照从近到远的顺序依次连接构成预设的声呐声场轨迹路径，并且将预设角度范围控制在1.5°，经过多次的模拟实验发现，这样的设置方式由于增加了随机性，克服了部分不利因素造成的数据偏差，并且有效的预设角度控制和这种随机选择的方式结合，数据准确度明显提升。
建立标准模型和标准数据库后，则可以实际进行测量。利用多个监测装置设置的声纳***，按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，这样就可以得到发出声波到接收到声波的时间，利用两个声呐***之间的相对距离就可以得到实际的声波速度。利用实际的声波速度，获取对应的水温数据。然后，利用标准数据库中的数据对获取的水温数据进行修正，从而最终利用预设的声呐声场轨迹路径上所有经过校正的水温数据绘制地下水温场景图。获取钻孔的水位数据和水流速数据后，基于水位数据和水流速数据生成目标区域的地下水流场景图。最后以相对坐标系为标准，将地下水温场景图和地下水流场景图进行整合，对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型。
在分别得到地表模拟层三维模型，钻孔模拟地质层三维模型和地下水模拟地质层三维模型，将其进行模型的拼接融合，构建三维地质模型。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种三维地质模型构建方法，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：
(1)获取预设区域内的历史地质特征数据和钻孔数据，构建历史三维地质模型，其中历史三维地质模型中包括地表模拟地质层，钻孔模拟地质层和地下水模拟地质层；
(2)利用遥感方式获取预设区域内的遥感图像，对遥感图像进行预处理和深度处理，获取遥感图像表征的地质表面层数据；将地质表面层的地质表面层数据输入至历史三维地质模型，对历史三维地质模型中的地表模拟地质层表征数据进行修正，建立地表模拟层三维模型；
(3)探查预设区域内的钻孔分层数据，针对钻孔地质层的多个分层界面，分别获取对应地层分界基线；通过进行自动构体得到钻孔地质层数据，对历史三维地质模型中的钻孔模拟地质层表征数据进行修正，建立钻孔模拟地质层三维模型；
(4)利用预设的声呐声场轨迹路径上所有经过校正的水温数据绘制地下水温场景图；基于水位数据和水流速数据生成目标区域的地下水流场景图；将地下水温场景图和地下水流场景图进行整合，对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型；
(5)分别将得到地表模拟层三维模型，钻孔模拟地质层三维模型和地下水模拟地质层三维模型进行拼接融合，构建三维地质模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中三维地质模型建立所需的参数包括地质层分布情况，层厚度，水文数据和物理参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中历史地质特征数据和钻孔数据都是先前的数据，为基于历史的采集和模拟获取的历史数据。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中地质表面层数据为地质表面层的点云数据和深度数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中地层分界基线为每个分层界面对应的基线，其可以将不同的地质层分割。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：
(4.1)利用钻孔内位置处设置的监测装置对水位，流速和图像数据进行检测，同时利用监测装置内设置声呐***测定水中的目标，确定监测装置之间的相对位置数据，对确定的孔深、钻空位置，以及对监测装置采集的其他监测数据进行修正；
(4.2)建立布置有钻孔位置坐标的相对坐标系；设置预设的声呐声场轨迹路径，基于相对坐标系建立标准模型，模拟在标准环境下，多个声呐***按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，获取标准环境下声波速度，利用声波速度得到对应水温数据，建立标准数据库；
(4.3)利用多个监测装置设置的声纳***，按照预设的声呐声场轨迹路径，以预设的角度依次发射声波，并在声呐声场轨迹路径的邻近的声呐***进行接收，得到实际的声波速度，获取对应的水温数据；利用标准数据库中的数据对获取的水温数据进行修正，利用预设的声呐声场轨迹路径上所有经过校正的水温数据绘制地下水温场景图；
(4.4)获取钻孔的水位数据和水流速数据后，基于水位数据和水流速数据生成目标区域的地下水流场景图；
(4.5)以相对坐标系为标准，将地下水温场景图和地下水流场景图进行整合，对历史三维地质模型中的地下水模拟地质层表征数据进行修正，建立地下水模拟地质层三维模型。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(4.2)中钻孔位置在相对坐标系内以图示的形式进行表示，并且钻孔位置在相对坐标系中以钻孔坐标的形式进行标注。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：预设的声呐声场轨迹路径是预先根据钻孔的分布情况提前设置的。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：基于声呐***的特征，按照声呐声场轨迹路径以从近到远的顺序依次进行确定，预设的声波角度范围控制在2°内。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：先随机选择多个声呐***中的部分声呐***，然后将选择的声呐***的位置按照从近到远的顺序依次连接构成预设的声呐声场轨迹路径，预设角度范围控制在1.5°内。
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