复杂地质体块体建模方法研究
地震勘探的主要任务是实现对地下构造的成像,这主要靠偏移来完成,偏移的成功与否主要依赖于波在地层中传播的背景参数。在这些参数中,因为速度与反射信号的运动学和动力学特征紧密相关,所以是最为重要的一个。层状速度建模不能满足高精度叠前成像的需求,而三维块体速度建模可以精细刻画地下的复杂地质构造。本文通过对复杂地质体块体建模方法的研究,提出了一套行之有效的三维块体建模实用化处理流程,并给出了流程中所涉及的各种核心算法。
Delaunay三角剖分网格是维诺图的对偶,是一个空间优化结构,具有严格的数学定义和完备的基础理论,有很好的可操作性。本文通过研究二维Delaunay剖分技术,实现了Bowyer-Watson算法(空洞法);通过研究二维Delaunay剖分约束条件,实现了约束条件的规则化;并将约束条件加入到Delaunay三角网,使Delaunay三角剖分与约束条件在几何拓扑上保持一致,解决了地质层位和断层等面构造几何建模问题,保证了地质层位与断层的空间一致性。
研究了曲面求交、缝合、切割和统一输出技术,并给出了详细算法,实现了块体几何的表面建模,形成了块体几何表面的三角网格。首先,本文采用包围盒判定和带权曲面边界延伸方法,提出了基于Delaunay剖分的曲面求交算法,该算法能够确定断层与地质层位的空间位置关系;其次,根据缝合需求,对各种缝合问题进行分类,提出并实现了基于单边界曲面和双边界曲面的曲面缝合算法;然后,针对Delaunay三角网的特点,提出并实现了一种基于预处理的三角形蔓延的分割方法;最后,实现了曲面统一输出算法,将经过求交、缝合、裁剪后的属于同一个地质体的地质曲面按照地质约束条件统一编号,输出一个封闭块体的三角形网格文件,为三维限定Delaunay剖分奠定基础。
研究了块体模型的实体建模技术,给出了3D Delaunay剖分算法,实现了以块体几何表面三角网格为限定条件的复杂地质体三维限定Delaunay剖分算法,该算法解决了复杂构造块体建模的技术难题。基于复杂构造块体四面体网格模型,研究了距离加权反比插值、DSI离散光滑插值和克里金插值技术,结合复杂构造块体模型的速度控制点实现了地震勘探三维速度模型克里金光滑插值算法。
为了实现地震勘探复杂地质体块体建模功能模块的软件集成,本文借鉴国内外地震勘探软件开发平台的优点,通过分析和研究地震勘探功能模块的数据结构和共性特点,利用源码模板技术,提出并实现了一套高效的地震勘探功能模块标准化开发新方法。此方法提供了地震勘探功能模块开发的C/FORTRAN语言标准化接口,利用输入输出标准化接口、XML解析引擎和源码模板技术实现了地震勘探功能模块的自动编程,推出了功能强大的地震勘探软件功能模块标准化开发工具。
利用地震勘探复杂地质体块体建模算法,本文建立了胜利油田CB30、ZH和YX地区的三维复杂地质体块体模型,为这些区块精确成像提供了准确速度深度模型。成像结果表明本文研究并实现的复杂地质体块体建模算法是正确有效的,可以在国产地震勘探软件中推广应用。
最后,本文给出了复杂地质体块体建模技术的下一步发展方向,特别介绍了利用CPU+GPU实现多核异构高效并行计算的关键技术和形成一套地震勘探三维块体建模交互工具的重要意义。
地震勘探;空间优化结构;复杂地质体;块体建模;光滑插值
中国海洋大学
博士
地图学与地理信息系统
魏志强
2010
中文
P631.4
183
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）