城市区域三维地球物理场构建方法及系统与流程

1.本发明涉及地球物理技术领域，特别涉及一种城市区域三维地球物理场构建方法及系统。


背景技术：

2.当今，城市的快速发展已成为全球的共同趋势。联合国的统计资料表明人口城市化的趋势在不断地加速发展。1950年不到世界人口的30％生活在城市；而现在近一半的人口生活在城市。预计到2025年估计全世界83亿人口中将有60％生活在城市。城市是现代社会生活的重心，当代世界城市化方兴未艾，并出现郊区化现象，城市人口比重和城市数目不断增大人口向大城市集中的程度进一步加剧，城市机体也越来越复杂，城市地理研究发挥了越来越重要的作用。
3.城市建筑物密集，人类活动频繁，地上地下管线网线路复杂，属强干扰环境。依据干扰源性质将城市地质勘查的干扰源主要分电磁波干扰源和是声波干扰源2类。城市内的地球物理场包括电场、磁场、电磁波幅射、热场和声场等。现有技术中，地球物理勘探会把人为活动产生的地球物理场作为噪音处理，利用各种过滤和数据处理方法尽量把这些噪音干扰剔除。
4.地球物理的地球内部探测技术，主要是基于现代技术的观测、探测、调查技术与设施，应用地球物理方法，测量研究地区的地球物理场，如地磁场、地电场、地球重力场、弹性波场等，根椐探测对象与周围地区的无形差异，发现底下可能存在的地质体或地质构造，并推断其位置、大小及属性。


技术实现要素：

5.基于此，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种城市区域三维地球物理场构建方法，包括：
6.数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，并发送至与其相连接的数据处理装置；
7.数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，并存储至与其相连接的数据存储装置；
8.模型构建装置从与其相连接的数据存储装置中获取地球物理场数据，提取地球物理场数据的空间特征，根据空间特征构建生成地质空间模型并发送至与其相连接的模型嵌合装置；
9.模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，将地质结构模型及地质属性模型发送至模型嵌合装置；
10.模型嵌合装置将地质结构模型及地质属性模型与地质空间模型相嵌合，构建得到城市区域的三维地球物理场模型。
11.在一种实施例中，数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，具体包括：
12.数据采集装置包括地上采集设备及地下采集设备；利用地上采集设备及地下采集设备采集地球物理场数据；
13.其中，地上采集设备包括高密度电法数据仪、微动台阵观测装置、浅层地震勘探仪；高密度电法数据仪采集的地球物理场数据为高密度电法数据；微动台阵观测装置采集的地球物理场数据为微动台阵观测数据；浅层地震勘探仪采集的地球物理场数据为浅层地震数据；
14.其中，地下采集设备包括设置在多个工程地质钻孔中的地球物理测井；地球物理测井采集的地球物理数据包括自然电位、自然伽玛、视电阻率、声波时差、补偿密度、补偿声波、补偿中子、磁化率、极化率、孔隙度、渗透率、井径、井斜、井温中的一种或多种。
15.在一种实施例中，数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，具体包括：
16.其中，地球物理场数组包括地质水文数组、地质岩性数组、地质力学数组；
17.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据进行数据融合处理生成地质水文数组；
18.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质岩性数组；
19.对地球物理测井采集的声波时差、补偿密度、井径以及浅层地震勘探仪采集的浅层地震数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质力学数组。
20.在一种实施例中，模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，具体包括：
21.通过对地上采集设备及地下采集设备采集的多种地球物理场数据进行联合反演构建工程地质钻孔之间的地质结构模型；
22.对于各个地下含水层及地质层，通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据获得其水文地质参数；通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及微动台阵观测数据获得其地质岩性参数；通过自然伽玛、自然电位、补偿声波、补偿密度、井径以及浅层地震数据获得其地质力学参数；利用水文地质参数、地质岩性参数、地质力学参数构建生成地质属性模型。
23.在一种实施例中，地球物理场数据的空间特征包括地球物理场数据采集点的三维坐标、点号、线号、层号；
24.根据地球物理场数据的空间特征构建空间多面体模型；空间多面体模型为空间四面体模型或者空间五面体。
25.此外，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种城市区域三维地球物理场构建系统，包括数据采集装置、数据处理装置、数据存储装置、模型构建装置、模型嵌合装置；所述数据采集装置与所述数据处理装置相连接；所述数据处理装置与所述数据存储装置相连接；所述数据存储装置与所述模型构建装置相连接；所述模型构建装置与所述模型嵌合装置相连接；
26.数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，并发送至数据处理装置；
27.数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，并存储至数据存储装置；
28.模型构建装置获取地球物理场数据，提取地球物理场数据的空间特征，根据空间特征构建生成地质空间模型并发送至模型嵌合装置；
29.模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，将地质结构模型及地质属性模型发送至模型嵌合装置；
30.模型嵌合装置将地质结构模型及地质属性模型与地质空间模型相嵌合，构建得到城市区域的三维地球物理场模型。
31.在一种实施例中，数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，具体包括：
32.数据采集装置包括地上采集设备及地下采集设备；利用地上采集设备及地下采集设备采集地球物理场数据；
33.其中，地上采集设备包括高密度电法数据仪、微动台阵观测装置、浅层地震勘探仪；高密度电法数据仪采集的地球物理场数据为高密度电法数据；微动台阵观测装置采集的地球物理场数据为微动台阵观测数据；浅层地震勘探仪采集的地球物理场数据为浅层地震数据；
34.其中，地下采集设备包括设置在多个工程地质钻孔中的地球物理测井；地球物理测井采集的地球物理数据包括自然电位、自然伽玛、视电阻率、声波时差、补偿密度、补偿声波、补偿中子、磁化率、极化率、孔隙度、渗透率、井径、井斜、井温中的一种或多种。
35.在一种实施例中，数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，具体包括：
36.其中，地球物理场数组包括地质水文数组、地质岩性数组、地质力学数组；
37.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据进行数据融合处理生成地质水文数组；
38.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质岩性数组；
39.对地球物理测井采集的声波时差、补偿密度、井径以及浅层地震勘探仪采集的浅层地震数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质力学数组。
40.在一种实施例中，模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，具体包括：
41.通过对地上采集设备及地下采集设备采集的多种地球物理场数据进行联合反演构建工程地质钻孔之间的地质结构模型；
42.对于各个地下含水层及地质层，通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据获得其水文地质参数；通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及微动台阵观测数据获得其地质岩性参数；通过自然伽玛、自然电位、补偿声波、补偿密度、井径以及浅层地震数据获得其地质力学参数；利用水文地质参数、地质岩性参数、地质力学参数构建生成地质属性模型。
43.在一种实施例中，地球物理场数据的空间特征包括地球物理场数据采集点的三维
坐标、点号、线号、层号；
44.根据地球物理场数据的空间特征构建空间多面体模型；空间多面体模型为空间四面体模型或者空间五面体。
45.实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
46.本发明实现了城市区域地球物理场数据的有效管理和展示，从数据采集及存储、数据交叉校验、多模型融合、数据三维可视化表达及信息发布这几个层次上构建了城市区域三维地球物理场框架；将采集到的地球物理场形式的数据转换成地质形式，以空间多面体混合数据模型表达三维地质模型，解决了城市地球物理数据成果的展现问题。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.其中：
49.图1为本发明中城市区域三维地球物理场构建方法的流程示意图；
50.图2为本发明中城市区域三维地球物理场构建系统的示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.如图1所示，本发明公开了一种城市区域三维地球物理场构建方法，包括：
53.数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，并发送至与其相连接的数据处理装置；
54.数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，并存储至与其相连接的数据存储装置；
55.模型构建装置从与其相连接的数据存储装置中获取地球物理场数据，提取地球物理场数据的空间特征，根据空间特征构建生成地质空间模型并发送至与其相连接的模型嵌合装置；
56.模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，将地质结构模型及地质属性模型发送至模型嵌合装置；
57.模型嵌合装置将地质结构模型及地质属性模型与地质空间模型相嵌合，构建得到城市区域的三维地球物理场模型。
58.其中，数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，具体包括：
59.数据采集装置包括地上采集设备及地下采集设备；利用地上采集设备及地下采集设备采集地球物理场数据；
60.其中，地上采集设备包括高密度电法数据仪、微动台阵观测装置、浅层地震勘探
仪；高密度电法数据仪采集的地球物理场数据为高密度电法数据；微动台阵观测装置采集的地球物理场数据为微动台阵观测数据；浅层地震勘探仪采集的地球物理场数据为浅层地震数据；
61.其中，高密度电法数据仪用于识别并划分城市区域的地下水含水层；微动台阵观测装置用于识别并划分城市区域地下空间的地层岩性；浅层地震勘探仪用于识别城市区域地下空间的声波强反射界面并判定地层完整性；
62.其中，地下采集设备包括设置在多个工程地质钻孔中的地球物理测井；地球物理测井采集的地球物理数据包括自然电位、自然伽玛、视电阻率、声波时差、补偿密度、补偿声波、补偿中子、磁化率、极化率、孔隙度、渗透率、井径、井斜、井温中的一种或多种；
63.地球物理测井通过采集地球物理数据解决了垂直方向上的岩性识别、地下含水层划分、工程力学强度指数的计算问题，能够在单点上实现对城市区域地下空间的精准勘测；
64.其中，数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，具体包括：
65.其中，地球物理场数组包括地质水文数组、地质岩性数组、地质力学数组；
66.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据进行数据融合处理生成地质水文数组；
67.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质岩性数组；
68.对地球物理测井采集的声波时差、补偿密度、井径以及浅层地震勘探仪采集的浅层地震数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质力学数组；
69.结合微动台阵观测、高密度电法与地球物理测井，即利用地质岩性数组中地球物理场数据进行交叉校验可以对城市区域地下空间进行精准的岩性划分和地质分层；
70.结合高密度电法与地球物理测井，即利用地质水文数组中地球物理场数据进行交叉校验可以更精确地识别城市区域地下含水层的深度及厚度，并判定其富水性能强弱；
71.结合浅层地震、微动台阵观测及地球物理测井，即利用地质力学数组中地球物理场数据进行交叉校验可以更精确地识别城市区域地下空间的声波强反射界面，并判定地层完整性以及地质力学性质；
72.其中，根据空间特征构建生成地质空间模型，具体包括：
73.其中，地球物理场数据的空间特征包括地球物理场数据采集点的三维坐标、点号、线号、层号；
74.根据地球物理场数据的空间特征构建空间多面体模型；空间多面体模型为空间四面体模型或者空间五面体；
75.其中，模型构建装置利用采集的地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，具体包括：
76.通过对地上采集设备及地下采集设备采集的多种地球物理场数据进行联合反演构建工程地质钻孔之间的地质结构模型；
77.对于各个地下含水层及地质层，通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透
率以及高密度电法数据获得其水文地质参数；通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及微动台阵观测数据获得其地质岩性参数；通过自然伽玛、自然电位、补偿声波、补偿密度、井径以及浅层地震数据获得其地质力学参数；利用水文地质参数、地质岩性参数、地质力学参数构建生成地质属性模型。
78.如图2所示，本发明还公开了一种城市区域三维地球物理场构建系统，包括数据采集装置、数据处理装置、数据存储装置、模型构建装置、模型嵌合装置；所述数据采集装置与所述数据处理装置相连接；所述数据处理装置与所述数据存储装置相连接；所述数据存储装置与所述模型构建装置相连接；所述模型构建装置与所述模型嵌合装置相连接；
79.数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，并发送至数据处理装置；
80.数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，并存储至数据存储装置；
81.模型构建装置获取地球物理场数据，提取地球物理场数据的空间特征，根据空间特征构建生成地质空间模型并发送至模型嵌合装置；
82.模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建对应的地质属性模型，将地质结构模型及地质属性模型发送至模型嵌合装置；
83.模型嵌合装置将地质结构模型及地质属性模型与地质空间模型相嵌合，构建得到城市区域的三维地球物理场模型。
84.其中，数据采集装置采集城市区域的地球物理场数据，具体包括：
85.数据采集装置包括地上采集设备及地下采集设备；利用地上采集设备及地下采集设备采集地球物理场数据；
86.其中，地上采集设备包括高密度电法数据仪、微动台阵观测装置、浅层地震勘探仪；高密度电法数据仪采集的地球物理场数据为高密度电法数据；微动台阵观测装置采集的地球物理场数据为微动台阵观测数据；浅层地震勘探仪采集的地球物理场数据为浅层地震数据；
87.其中，地下采集设备包括设置在多个工程地质钻孔中的地球物理测井；地球物理测井采集的地球物理数据包括自然电位、自然伽玛、视电阻率、声波时差、补偿密度、补偿声波、补偿中子、磁化率、极化率、孔隙度、渗透率、井径、井斜、井温中的一种或多种。
88.其中，数据处理装置对采集的地球物理场数据进行数据融合处理生成地球物理场数组，具体包括：
89.其中，地球物理场数组包括地质水文数组、地质岩性数组、地质力学数组；
90.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据进行数据融合处理生成地质水文数组；
91.对地球物理测井采集的自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及高密度电法数据仪采集的高密度电法数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质岩性数组；
92.对地球物理测井采集的声波时差、补偿密度、井径以及浅层地震勘探仪采集的浅层地震数据、微动台阵观测装置采集的微动台阵观测数据进行数据融合处理生成地质力学数组。
93.其中，模型构建装置利用地球物理场数据联合反演构建地质结构模型，同时构建
对应的地质属性模型，具体包括：
94.通过对地上采集设备及地下采集设备采集的多种地球物理场数据进行联合反演构建工程地质钻孔之间的地质结构模型；
95.对于各个地下含水层及地质层，通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、孔隙度、渗透率以及高密度电法数据获得其水文地质参数；通过自然伽玛、自然电位、视电阻率、补偿密度以及微动台阵观测数据获得其地质岩性参数；通过自然伽玛、自然电位、补偿声波、补偿密度、井径以及浅层地震数据获得其地质力学参数；利用水文地质参数、地质岩性参数、地质力学参数构建生成地质属性模型。
96.其中，地球物理场数据的空间特征包括地球物理场数据采集点的三维坐标、点号、线号、层号；根据地球物理场数据的空间特征构建空间多面体模型；空间多面体模型为空间四面体模型或者空间五面体。
97.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。