3D-геологическое моделирование по 2D-карте профиля разведочной линии

Использование карты профиля разведочной линии в сочетании с данными бурения и другой информацией для 3D-реконструкции геологической модели является важным методом 3D-геологического моделирования. В этой статье обсуждается теория и метод реализации карты 2D-линии поиска в 3D-карту линии поиска, а затем в 3D-модель. Автор предполагает, что потребуется дважды обновить измерение для восстановления 3D-геологической модели на основе карты профиля разведочной линии.

Ключевые слова: профиль разведочной линии, 3D-геологическое моделирование, обновление размеров.

Введение

Трехмерная реконструкция района геологоразведочных работ по профилю линии разведки является одним из важных методов компьютерного 3D-геологического моделирования [1] — [3]. Преобразование профиля из 2D в 3D является ключевым этапом в 3D-геологическом моделировании с использованием профиля разведочной линии.

В данной статье представлена концепция «обновления размеров», которая преобразует 2D-профиль в 3D-модель. Автор пересматривает содержание и формы профиля поисковых линий с двух разных точек зрения геологии и географической информатики. Учитывая характеристики, по которым сверла разведочной линии не всегда располагаются по прямой линии (изгиб разведочной линии), обсуждается процесс преобразования и ключевой алгоритм.

Состав данных профиля геологоразведочной линии

Профиль линии поиска — это базовая карта, отражающая результаты геолого-разведочных работ. С точки зрения инженера-геолога, основным содержанием являются пласты, тектонические изменения, рудные тела и различные типы распределения руды природного или промышленного качества. Объекты, необходимые для отображения на карте геологического профиля, включают азимут профиля, параметры бурения, литологию, рудное тело, сорт, отбор проб, границу пласта, разлом, скважину и другие геологические факторы, которые тесно связаны с реконструкцией 3D-геологического моделирования. Кроме того, графические элементы, которые имеют мало отношения к реконструкции 3D-геологического моделирования, такие как компас, линия возвышения, название, рамка для изображения, легенда, таблица ответственности и т. д.

С точки зрения географической информатики разнообразное содержимое карты профиля разведочной линии может быть абстрагировано в виде пространственных объектов, таких как точки, кривые, полигоны и примечания. Географическая информатика использует комбинацию точек, кривых и многоугольников для описания геометрических и топологических характеристик геологического явления на профиле разведочной линии.

Карта профиля разведочной линии представляет собой виртуальную плоскость разреза для 3D-геологической модели. Трехмерные точки, кривые и элементы поверхности на ней представляют собой уменьшенное размерное выражение трехмерных точек, кривых, элементов поверхности и твердого тела в 3D-модели. В большинстве случаев трехмерный точечный объект на 3D-профиле представляет собой точку пересечения 3D-объекта кривой с плоскостью профиля, как показано на рисунке 1(a) B; но в крайнем случае это пересечение точки, поверхности или сплошного объекта с плоскостью профиля, как показано на рисунке 1(a) A, рисунке 1 (a) C и рисунке 1(a) D. В большинстве случаев объект 3D-кривой на 3D-профиле представляет собой кривую пересечения объекта 3D-поверхности с плоскостью профиля, как показано на рисунке 1(b) B

Рис. 1. Представление виртуальной трехмерной точки, кривой, поверхностных и сплошных объектов, вырезанных профилем разведочной линии: (а) точки пересечения 3D-точки, кривой, поверхности или сплошного объекта с профилем разведочной линии; (б) кривая пересечения 3D-кривой, поверхности или сплошных объектов с профилем разведочной линии; (в) поверхность пересечения 3D-поверхности или сплошных объектов с профилем разведочной линии

С точки зрения географической информатики, пространственное измерение существующего географического объекта представляет собой количество компонентов координат для описания положения в пространстве. Пространственное измерение может быть одномерным, двухмерным, вплоть до трехмерного. Геологическая модель находится в трехмерном пространстве. Бумажное пространство карты профиля — это 2D-пространство. В отличие от пространственного измерения существующих объектов, размерность географического объекта — это его расширяемое измерение. Точечный объект — это объект с нулевым измерением, потому что он не может простираться ни в каком направлении. Криволинейный объект является одномерным объектом, поскольку объект может простираться в одном направлении. Поверхностный объект является двухмерным объектом, поскольку объект может простираться в двух направлениях. Тот же аргумент, сплошной объект является трехмерным объектом. В пространстве размер объекта должен быть меньше или равен размеру пространства. Например, в 3D-пространстве могут существовать 0, 1, 2 и трехмерные объекты. В 2D-пространстве могут существовать только 0, 1 и 2D-объекты, не может существовать 3D-объект. В процессе виртуального разрезания 3D-геологической модели на основе профиля разведочной линии трехмерные сплошные объекты в модели преобразуются в 2D-полигональные объекты в 3D-профиле; 2D-объекты поверхности преобразуются в 1D-кривые объекты; 1D-кривые объекты преобразуются в 0D-точечные объекты.

Общая форма профиля разведочной линии

Профиль линии разведки — это фигура, созданная путем виртуального разрезания геологической модели вертикально вдоль линии разведки. По разным причинам сверла на линии разведки расположены не по прямой линии, из-за этого линия разведки изгибается. Таким образом, профиль разведочной линии становится составной поверхностью из нескольких смежных вертикальных плоскостей, которые изогнуты по горизонтали вдоль линии простирания, позиции бурения являются точками изгиба. Он показывает трехмерную пространственную форму изгибающихся вертикальных профилей.

Линия поиска и профиль линии поиска изогнуты в трехмерном пространстве, но пространство для рисования карты профиля является 2D (бумага), поэтому вертикальная поверхность, которая изгибается вдоль линии поиска, была выпрямлена после проецирования на пространство 2D-чертежей. Это процесс изменения координат с 3D-пространства на 2D. Он показывает 2D-пространственную форму изгибаемых вертикальных профилей.

В процессе преобразования 3D-профиля в 2D-профиль координатный размер объектов понижается с 3D до 2D. В данной статье этот процесс не обсуждается. Этот процесс обсуждался Вангом.

Построение каркаса профиля 3D-разведочной линии

Путем извлечения 3D-координат начальной точки, пяти буровых скважин и конечной точки профиля разведочной линии (начало на юго-западе, 1–2, 1–17, 1–15, 1–1, мелководье 1–1, северо-восточная оконечность), построение вертикального разреза TIN и создание 3D-рамки профиля разведочной линии. Форма изгиба вертикальных профилей в 3D и 2D исполнении: (а) трехмерная пространственная форма вертикального профиля; (б) 2D пространственная форма вертикального профиля.

Преобразование подраздела участка изгиба

Поскольку профиль линии разведки является 2D, профиль имеет только координаты x, y. Координаты y обычно связаны с координатами z в 3D-пространстве. Координаты x профиля связаны с координатами x, y в 3D-пространстве. Координату y исходных точек геологического профиля можно преобразовать в значение z в 3D-пространстве с помощью привязки линии возвышения и масштаба профиля. Координата x профиля преобразуется в значение x, y 3D-пространства путем преобразования координат. Для профиля складки с измененным направлением необходимо определить тенденцию каждого поперечного сечения складки (каждого участка линии разведки угла складки и оси X). Таким образом, можно рассчитать 3D-координату (x, y, z) каждого узла профиля складки и реализовать преобразование профиля 2D-линии разведки в 3D.

Как видно на решениях, профиль 3D разведочной линии представляет собой не простой плоский профиль, а зигзагообразный участок различной. Иллюстрация 2D- и 3D-профилей: (а) профиль 2D-линии разведки; (б) профиль 3D-линии разведки.

Прямое преобразование двумерных координат каждого линейного элемента профиля разведочной линии приведет к получению частичных линейных объектов вне разведочного профиля. Линия, содержащая E, F два узла линейных объектов, отсутствует в профиле линии поиска, поэтому необходимо добавить контрольную точку поворота G на длинном крае точки поворота поперечного профиля, затем сгенерировать в профиле линию сгиба E, G, F, чтобы кривая преобразования приходилась на профиль изгиба.

3D-координаты траектории отклонения ствола скважины

Во время бурения из-за условий пласта, бурового оборудования, искусственной эксплуатации и других причин скважины часто отклоняются. После отклонения ствола скважины траектория ствола становится 3D кривой, отклоненной от профиля разведочной линии. Таким образом, разработчики-геологи рассчитают 3D-координаты точки поворота трассы скважины в соответствии с зенитным углом, азимутальным углом и длиной трассы скважины для каждого подраздела, затем спроецируют их на профиль разведочной линии. Точки поворота трассы бурения, рассчитанные по профилю разведочной линии после обновления размерного преобразования, неизбежно попадают в вертикальную плоскость, расположенную зигзагообразно, но это имеет некоторые отклонения от реальности. Более точные данные о траектории бурения следует получать непосредственно из таблицы координат траектории бурения.

Повышение размера объекта с одномерной кривой до двумерной поверхности

В профиле 3D-разведочной линии присутствуют точечные, кривые и полигональные объекты. Второй ключ к 3D-геологическому моделированию на основе профиля 2D-разведочной линии — это изменение размера объекта с одномерной кривой на двумерную поверхность. Кривые одной и той же геологической поверхности (например, поверхности дна угольного пласта или поверхности разлома) в разных профилях геологоразведочной линии должны быть помечены как одинаковые идентификаторы геоповерхности. Таким образом, кривые одной поверхности на соседнем профиле могут быть в виде скелетных кривых, образующих поверхность. Процесс создания поверхности по скелетной кривой заключается в создании сети неправильных треугольников с помощью ограничивающей кривой в смежных профилях, метод см. в работе Маллета [13]. На основе границ раздела пластов и поверхностей разломов легко построить сплошной пласт на основе этих поверхностей.

Литература:

1. Херринг, Дж. Абстрактные спецификации OGC Тема 1—Геометрия объектов, 2001–05–10
2. Пилут М., Темпфли К. и Моленаар М. А. (1994) Трехмерная векторная модель данных на основе тетраэдров для геоинформации. Расширенное моделирование географических данных, 40, 129–140.
3. Ван Д. (2009) Исследование трехмерного геологического моделирования на основе плоской геологической карты. Нанкинский педагогический университет, Нанкин, 55–66.
4. Маллет, Дж.-Л. (2002) Геомоделирование. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
5. Лю, Х. (2011) Исследование ключевого алгоритма трехмерного геологического моделирования. Университет науки и технологий Китая, Хэфэй, 14–20.
6. Чен, Дж.Х., Чжоу, З.Ю., Чен, Г. и Гу, Д.С. (2005) Метод автоматического формирования карты профиля разведочной линии на основе базы данных буровых скважин. Журнал Центрально-Южного университета (естественные науки), 36, 2–3.
7. ISO 19107 (2003) Пространственная схема географической информации. ISO TC 211.
8. Херринг, Дж. Абстрактные спецификации OGC Тема 1—Геометрия объектов, 2001–05–10.
9. Пилут М., Темпфли К. и Моленаар М. А. (1994) Трехмерная векторная модель данных на основе тетраэдров для геоинформации. Расширенное моделирование географических данных, 40, 129–140.
10. Ван Д. (2009) Исследование трехмерного геологического моделирования на основе плоской геологической карты. Нанкинский педагогический университет, Нанкин, 55–66.
11. Маллет, Дж.-Л. (2002) Геомоделирование. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.