Question

地质体建模

Answer 1

（一）一般地质体构建算法

通过表面表示法表示地质体具有存储量小，建模速度快的优点，本文的地质体采用面表面表示法。一个地质体由多个地层组成，一个地层可以由以下的表面组成，如图4-68所示。

图4-68 地质体的几何构成

①两个相邻的地层顶面组成一个地层的上表面和下表面。

②地层与每个断面相交而成的曲面称为内围边。

③地层与每个工区表面相交而成的曲面称为外围边。

在一般情况下，在已知地层面和断层面的情况，都采用地层面和断层面求交的方法来计算地质体。具体算法如下：

（1）将地层面排序。

根据地层顶面的海拔排序，按从海拔低到海拔高的地层顶面的顺序下，前一地层面是随后的地层面地层底面，n个地层顶面可以构造n-1个地层体。如图4-69所示：三个地层顶面表示两个地层体，最下面的地层顶面不需要计算实际的地层体。

断面与地层面求交，每两个相邻的地层与断层求到一组交线，将交线整理连称多边形环（可能多个），将每个环细分为三角形网格，根据断面的采样点插值求得的每个环的表示的曲面，得到内围边。

图4-69 地层排序

（2）用工区表面与地层面及断面求交，得到多组环。

如图4-70所示：得到地层与工区表面的围边。围边和地层表面共同组成了地层体——外围边。

图4-70 外围边连环示意图

在这个算法求交的过程中，断面与地层面求交存在需要严格控制几何一致性的问题，否则可能造成在连环的过程中因几何位置不统一，连环失败的情况，对建模的精度要求很高。如图4-71所示，地层顶面之间有互相相交的情况，在连环时难以处理：

图4-71 地层面互相侵入图

综上所述，直接通过曲面求交的方式来构建地质体数值稳定性很难得到保证，本文在建立地层面模型时采用的是基于变形场的地层面模型构建算法，根据该算法思想可知，变形场可以作用于整个建模空间，对整个地层体同样有效，所以可以通过已建立好的变形场来解决地质体建模的问题。

（二）地层体构建算法

本算法是在已知地层面和断层面的情况下，采取变形场的方法来构造地质体。根据变形场建模的思想，所有的地质元素都是在逐步断裂的情况下，形变达到当前的形态的，所以地质体的围边也是由初始的形态变形而成的。初始状态的地层与断层面相交形成的围边具有形状简单的特点，一般情况只有四个拐点，初始地层面的围边易于求解，所以可以采用通常的方法求得初始地层的围边，然后将变形场逐级作用于初始围边，就可以得到当前状态下地层体的围边了。生成地层的具体算法如下：

（1）首先构建地层初始网格，及地层的初始外围边网格；

（2）按断裂顺序找到当前断裂的断面，直至地层没有新裂口为止；

（3）复制一份断层网格记为A，用地层裁剪断层网格A分为若干地层围边，分层后的断层网格被复制两份，一份是断层左侧地层裂口的内围边，一份是断层右侧地层裂口的内围边；

（4）将该断层的变形场作用到地层上及其围边上，地层的表面网格发生形变，围边网格发生变形；

（5）按上述步骤（2），（3），（4）作用于地层面即可得到地层的体网格。

虽然在这个过程中地层和断层有求交的操作，但这种操作可以保证是在连续地层面和断面之间的求交，所以稳定性高，初始地层面的易于求交简单。变形后的地层体如图4-72所示：

图4-72 不连续的地层体

（三）小结

本小节介绍了在基于变形场的地质元素的生成方法，充分证明了变形场和断面树机制不仅能应用于地层构建，也在地质体构建中起到框架的作用，变形场和断面树作为整个地质体模型建模框架有效地完成构造信息自动建模工作。