基于三维模型的岩层移动数值模拟自动化建模方法与流程

本发明涉及三维地质建模与岩层移动数值模拟，更具体地说，本发明涉及基于三维模型的岩层移动数值模拟自动化建模方法。

背景技术：

1、在矿山开采沉陷与岩层移动数值模拟领域，构建能够反映真实地层结构的三维模型是进行可靠计算的前提。现有自动化建模流程通常先由钻孔、剖面等勘察数据提取各岩层的分界点，再利用空间插值方法生成连续的三维层面，通过实体建模与网格剖分形成可直接用于有限元或离散元计算的数值模型，该方式实现了从离散点数据到三维几何模型的自动转化，大幅减少了人工干预，且整体落在三维地质建模方法范畴。

2、然而上述流程在自动插值重建岩层面时，采用的连续光滑插值处理会系统性地将岩层面固有的沉积弱面、微起伏等非连续几何特征平滑为理想曲面，造成所建三维模型缺失了对岩层沿弱面分离、顺层滑移等关键非连续移动行为起控制作用的构造粗糙度，导致后续数值模拟演算偏向整体连续变形，无法复现岩层移动过程中实际呈现的层间离层与阶跃式沉降等非连续响应，使预测结果与现场真实变形模式之间产生根本性偏差。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供基于三维模型的岩层移动数值模拟自动化建模方法以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于三维模型的岩层移动数值模拟自动化建模方法，包括如下步骤：

4、s1、对从钻孔与剖面提取的岩层分界点进行光滑插值，生成各岩层面的光滑基准曲面；

5、s2、计算每一岩层分界点相对于光滑基准曲面的法向偏差，形成偏差标量场；

6、s3、沿钻孔路径计算偏差标量场的局部自相关长度，将岩性变化界面处分界点对应的局部自相关长度超出统计基值且其偏差幅度呈正相关的相邻分界点确定为沉积弱面影响域；

7、s4、在沉积弱面影响域内，识别法向偏差所构曲面上的正偏差局部隆起簇，将各隆起簇的延伸方向按面积加权平均作为起伏优势方向，并将各隆起簇的最大高差按面积加权平均作为粗糙度幅度；

8、s5、将粗糙度幅度沿起伏优势方向构造为起伏项，叠加至光滑基准曲面，生成保留沉积弱面几何特征的非连续层面，并以该非连续层面为地层界面构建三维地质模型，用于岩层移动数值模拟。

9、进一步地，对从钻孔与剖面提取的岩层分界点进行光滑插值，生成各岩层面的光滑基准曲面，包括：

10、对岩层分界点进行离群点检测，剔除偏离统计分布的异常分界点；基于钻孔揭露的岩层产状计算层面各向异性参数，采用顾及该各向异性参数的克里金插值对剔除后的岩层分界点进行空间插值，生成各岩层面的光滑基准曲面。

11、进一步地，计算层面各向异性参数包括：从钻孔揭露的岩层产状提取走向方位角与倾角，以走向方位角确定插值椭球体的长轴方向，以倾角的正切值确定长轴与短轴的拉伸比，构造各向异性距离度量替换克里金插值中欧氏距离进行空间插值。

12、进一步地，计算每一岩层分界点相对于光滑基准曲面的法向偏差，形成偏差标量场，包括：

13、沿光滑基准曲面在各岩层分界点处的法向作投影线，求取岩层分界点至光滑基准曲面的有向距离，将该有向距离作为法向偏差；对各岩层分界点的法向偏差进行空间连续插值，形成覆盖岩层面范围的偏差标量场。

14、进一步地，求取岩层分界点至光滑基准曲面的有向距离包括：以岩层分界点为起点，沿光滑基准曲面局部法向量作射线，计算射线与光滑基准曲面的交点，取岩层分界点至交点的矢量在法向量上的投影长度作为有向距离，交点在光滑基准曲面上不连续处取最近三角面元的法向。

15、进一步地，沿钻孔路径计算偏差标量场的局部自相关长度，将岩性变化界面处分界点对应的局部自相关长度超出统计基值且其偏差幅度呈正相关的相邻分界点确定为沉积弱面影响域，包括：

16、沿钻孔路径提取偏差标量场在各岩层分界点处的值构成偏差序列，对偏差序列进行滑动自相关运算得到各岩层分界点的局部自相关长度；从钻孔岩性编录中获取岩性变化界面位置；统计全部岩层分界点的局部自相关长度，将其均值与标准差之和作为统计基值；将岩性变化界面处且局部自相关长度超出统计基值的分界点作为种子点，并将种子点及其空间相邻且偏差幅度与种子点正相关的分界点集合确定为沉积弱面影响域。

17、进一步地，统计全部岩层分界点的局部自相关长度时，以岩性作为分层变量计算各岩性层内局部自相关长度的标准差，将各岩性层内均值与各自标准差之和中的最大值作为统计基值；滑动自相关运算时滑动窗口长度随钻孔揭露的岩层厚度自适应调整，相邻沉积旋回界面处窗口长度取两者中较小值。

18、进一步地，在沉积弱面影响域内，识别法向偏差所构曲面上的正偏差局部隆起簇，将各隆起簇的延伸方向按面积加权平均作为起伏优势方向，并将各隆起簇的最大高差按面积加权平均作为粗糙度幅度，包括：

19、在沉积弱面影响域内，以法向偏差为高程构建偏差曲面，对正偏差区域进行分水岭分割提取空间连续的局部隆起簇；对每一局部隆起簇拟合最小外接矩形，取最小外接矩形的长轴方向作为该局部隆起簇的延伸方向，取该局部隆起簇内法向偏差最大值与最小值之差作为最大高差；以各局部隆起簇的投影面积为权重，对各局部隆起簇的延伸方向进行加权平均得到起伏优势方向，对各局部隆起簇的最大高差进行加权平均得到粗糙度幅度。

20、进一步地，以投影面积为权重时，投影面积取局部隆起簇在沉积弱面影响域内光滑基准曲面切平面上的正投影面积；将各局部隆起簇的最大高差除以对应投影面积的平方根得到归一化高差，再以投影面积为权重对归一化高差加权平均，以加权平均结果与沉积弱面影响域总投影面积的平方根的乘积作为粗糙度幅度。

21、进一步地，将粗糙度幅度沿起伏优势方向构造为起伏项，叠加至光滑基准曲面，生成保留沉积弱面几何特征的非连续层面，并以该非连续层面为地层界面构建三维地质模型，用于岩层移动数值模拟，包括：

22、以光滑基准曲面上的离散点为载体，在各离散点处沿起伏优势方向附加偏移量，偏移量的幅值由粗糙度幅度与起伏优势方向在该点切平面内投影分量的乘积确定，形成起伏项；将起伏项与光滑基准曲面的坐标叠加，生成具有局部非连续起伏形态的非连续层面；以非连续层面为地层界面约束实体建模，生成包含岩层分界几何特征的三维地质模型。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、1.本方法在光滑基准曲面之上构建偏差标量场并沿钻孔路径提取偏差序列，通过局部自相关长度与岩性变化界面的耦合判识，从偏差场中分离出沉积弱面影响域，不直接在插值阶段引入非连续约束，而是利用偏差场自相关结构的异常表征沉积弱面位置，使得弱面识别与光滑插值解耦，既保持了自动化插值的稳健性，又捕获了被光滑处理所掩盖的弱面信号，在影响域内以正偏差局部隆起簇的形态参数提取起伏优势方向和粗糙度幅度，将弱面的非连续几何特征从离散偏差中量化为方向性与幅度两个控制参量，为后续层面重构提供了可直接叠加的起伏项。

25、2.将粗糙度幅度沿起伏优势方向构造为起伏项并叠加至光滑基准曲面，生成的非连续层面在沉积弱面影响域内保留了微起伏与局部隆起形态，使得三维地质模型的地层界面在弱面部位不再为理想光滑曲面，所得三维地质模型嵌入了对岩层沿弱面分离和顺层滑移起控制作用的构造粗糙度，模型用于数值模拟时能够在沉积弱面处产生非连续变形响应，减小了因层面过度光滑导致的整体连续变形偏差，使模拟结果更贴合岩层移动中实际呈现的层间离层和阶跃式沉降特征。