本發明屬于油氣地層分析模擬技術領域，具體涉及一種地質剖面自然網格的剖分方法。

背景技術：

地質剖面油氣運移輸導體系的刻畫與定量表征，是油氣成藏研究、含油氣系統分析及盆地模擬領域的關鍵技術，地質剖面網格剖分為刻畫和定量表征油氣運移輸導體系提供重要的研究手段。自然網格剖分方法可以最大限度地保持地質剖面原形，自然網格剖分方法創新的邊網格技術為斷層、裂縫及不整合帶內的油氣運移精細模擬奠定基礎，從而提高油氣藏分布預測水平。

用于地質、地形等領域的網格剖分方法，主要包括Delaunay三角形剖分方法、PEBI網格生成方法、有限元剖分方法、角點網格剖分方法、自由網格剖分方法和六面體網格剖分方法等。近年來，主要有以下研究進展。段進(剪力墻結構的自由網格劃分[J].土木建筑工程信息技術,2010,2(2):57-62.)提出了一種新的自由網格劃分方案，以鋪砌法自由網格算法為核心并聯合幾何拆分法和映射網格法，使得剪力墻結構的有限元離散模型更加合理，從而提高有限元分析的精確性和可靠性。王煜等(考慮三維地形的水工建筑物有限元網格剖分[J].水電與新能源,2010,第3期,總第89期,p:4-5.)以三維地形等高線作基礎，采用近點距離加權平均法對各高程點進行插值，生成水工建筑物數值計算需要的有限元計算網格，結合實際工程進行網格剖分。李小娟等(三角網格剖分方法及其在河道水流模擬中的應用[J].江西水利科技,2013,39(1):48-51.)結合波前推進法的思想和Delaunay三角形剖分方法的優點，提出一種適用于平面二維河道水流模擬的網格自動剖分方法。孫章慶等(CN 104123449A)提供一種針對復雜山地區域的分區局部變加密不等距雙重網格剖分方法。陳睿智等(幾何特征的六面體網格剖分方法.北京航空航天大學學報.2014.)提出了幾何特征的六面體網格剖分方法。劉剛等(CN 105513131A)充分考慮了褶皺的空間形態特征，采用角點網格為基本數據模型，通過平面趨勢線和垂向細劃分數目的控制，實現了空間體元的局部加密，可對需詳細研究區域進行更加細致的剖分。楊艷林等(多相流數值模擬中復雜地質體網格剖分實現技術[J].吉林大學學報(工學版),2015,45(4):1281-1287.)考慮到復雜地質體的網格化剖分建模技術對多相流體數值模擬精準度的影響，提出了基于布點法構建任意多邊形、任意約束的PEBI網格多約束、交互式網格剖分，實現技術與網格生成算法。

但是，上述網格剖分方法都未能很好的實現對斷層、裂縫和不整合面通道連通關系方面的刻畫。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種地質剖面自然網格的剖分方法。

為達到上述目的，本發明提供了一種地質剖面自然網格的剖分方法，該方法包括生成地層網格的步驟，以及在劃分所述地層網格的基礎上進一步形成的用于反映斷層、裂縫和不整合面通道連通關系的邊網格和點網格的步驟；

所述地層網格由地質剖面中的地層界線和斷裂線之間，以及與人工插入線相交所形成的若干封閉的第一網格單元組成；所述地層界線包括地層整合接觸線和地層不整合接觸線，所述斷裂線包括斷層和裂縫；所述人工插入線包括貫穿于地質剖面的若干垂直線，以及地層細分線。

本發明提供的地質剖面自然網格的剖分方法中所涉及網格的幾何形態，是一種保留地質剖面自然現狀的網格形態，是一種復雜的凹多邊形、凸多邊形或三角形；涉及的網格種類，除了具有地層網格之外，還引入了邊網格和點網格。本發明提供的地質剖面自然網格的剖分方法重點考慮了網格邊(邊網格)是否連通，即考慮了斷層、裂縫和不整合面通道，是一種適用于刻畫斷層、裂縫和不整合面輸導體系的地質剖面自然網格的剖分方法。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，所述邊網格包括不整合邊網格和斷裂邊網格；所述不整合邊網格由形成所述地層網格時對地層不整合接觸線進行長度分段的基礎上，進一步綜合地層不整合接觸層的風化殼厚度，對地層不整合層面進行網格劃分后形成的若干封閉的第二網格單元組成；所述斷裂邊網格由形成所述地層網格時對斷層或裂縫進行長度分段的基礎上，進一步綜合斷層寬度或裂縫寬度，對斷層層面或裂縫層面進行網格劃分后形成的若干封閉的第三網格單元組成；

所述點網格由邊網格中各地層不整合層層面、斷層層面以及裂縫層面之間的交匯點組成。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，所述地層細分線為地層的等分線所述垂直線為地質剖面的垂向等分線。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，所述地質剖面自然網格為經數字化處理后的矢量圖，其中，在矢量圖中顯示所述地層網格實體，且不顯示邊網格和點網格的網格實體。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，所述矢量圖中的邊網格與地層網格之間的聯系通過邊網格的長邊位置進行確定；邊網格與邊網格之間的交叉關系通過點網格進行確定。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，該方法具體包括以下步驟：

S1：生成地層網格

在地質剖面上插入若干人工插入線，在此基礎上，地層界線和斷裂線之間，以及與人工插入線相交后形成了若干封閉的第一網格單元；構成所述第一網格單元的邊線和交點，經數字化處理后得到所述地層網格；所述人工插入線包括貫穿于地質剖面的若干垂直線，以及地層細分線；所述地層細分線為地層的等分線；所述垂直線為地質剖面的垂向等分線；

S2：生成邊網格

不整合邊網格的生成：根據形成所述地層網格時地層不整合接觸線各分段線設置不整合邊網格的長邊長度，并根據該段分段線的地層不整合接觸線風化殼的厚度設置不整合邊網格的短邊長度，在此基礎上形成若干封閉的第二網格單元；構成所述第二網格單元的邊線和交點經數字化處理后獲得所述不整合邊網格；

斷裂邊網格的生成：根據形成所述地層網格時斷層或裂縫的各分段線設置斷裂邊網格的長邊長度，并根據該段分段線的斷層寬度或裂縫寬度設置斷裂邊網格的短邊長度，在此基礎上形成若干封閉的第三網格單元；構成所述第三網格單元的邊線和交點經數字化處理后獲得所述斷裂邊網格；

S3：生成點網格

計算各第二網格單元、第三網格單元中短邊的交點，并對獲得的交點數據整理后形成所述點網格；

S4：獲得所述地質剖面自然網格

將所述地層網格顯示于矢量圖中，并將所述邊網格和點網格經虛擬化處理，輸出獲得的地質剖面自然網格。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，在所述S1步驟中，生成地層網格的具體過程包括：

(1)形成地質剖面自然網格圖形

在地質剖面上插入若干垂直線使之與地層界線和斷裂線相交，構成地質剖面自然形態的地層網格圖形；

(2)將地質剖面數字化，形成矢量剖面

分別對上述地層網格圖形中的地層界線、斷裂線和垂直線進行數字化處理，形成矢量剖面；所述矢量剖面包括若干條線構成的線組合數據體，其中每條線由若干個折線段組成；

(3)插入小層界線，加密地層網格

在所述矢量剖面上，對需要細分的地層采用等分插入的方法，插入若干地層等分線；該地層等分線等同于地層界線，將新增的線加入原有的線組合數據體；

(4)生成地層網格

網格化預處理：對所述線組合數據體中所有折線求交，并將交點插入各自的折線中；合并重復點，計算各點的連通度(連通度指與該點連接的折線段數，連通度為1代表只有一條折線段與該點連接，即該點為線段的端點)；將折線兩端中連通度為1的端點刪除；連接交點之間的線段為邊線，環線作為邊線，刪除重復邊；

生成地層網格：計算邊線兩端線段的外方向角，外方向角逆時針排序，從交點沿邊線順序追蹤，直至回到起點，即生成一個新網格，同時計算該網格中心位置；繼續追蹤下一個地層網格，直至生成全部地層網格；

所述地層網格包含地層線邊、斷裂線邊和垂直線邊三種邊類型；所述地層線邊包括整合邊、不整合邊和插入的小層等分線。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，在所述S2步驟中，生成邊網格的具體過程包括：

生成不整合邊網格：對于不整合層面上的地層網格邊，根據不整合風化殼的厚度h_j，h_j>0m，設定每個地層網格不整合邊的厚度，形成不整合邊網格，共4個邊，同時計算該網格中心位置；邊網格的兩個長邊邊長相等，長度為該地層網格不整合邊的長度；兩個短邊邊長也相等，寬度為給定的厚度；遍歷所有地層網格邊，直至生成所有不整合邊網格；

生成斷裂邊網格：對于斷層或裂縫上的地層網格邊，根據斷裂帶的寬度w_k，w_k>0m，設定每個地層網格斷裂邊的寬度，形成斷裂邊網格，共4個邊，同時計算該網格中心位置；邊網格的兩個長邊邊長相等，長度為該地層網格斷裂邊的長度；兩個短邊邊長也相等，寬度為給定的寬度，短邊為虛邊，不記錄該邊，但記錄與短邊相連的其他邊網格或點網格；遍歷所有的地層網格邊，直至生成所有斷裂邊網格；

其中，每個邊網格的兩個長邊各與一個地層網格相鄰，長邊是邊網格與地層網格的共用邊；通過長邊找到邊網格與地層網格的位置關系。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，在所述S3步驟中，生成點網格的具體過程包括：

計算邊網格短邊中心點與其他邊網格短邊中心點的位置關系，判斷邊網格是否存在分叉聚連；如果存在，則在交點處生成點網格，同時記錄與點網格相連的邊網格號，一個點網格至少連接3個邊網格；采用上述方法生成全部點網格；所述的點網格是虛構網格，在圖形上不顯示；

其中，被點網格記錄的邊網格通過點網格查找與其他邊網格的分叉聚連關系；對于沒有發生交叉的邊網格，記錄通過短邊相鄰的其他邊網格；對于發生交叉的邊網格，如果交叉點位于某短邊上，則相應記錄該交叉點網格，通過點網格建立與其他邊網格之間的關系。

在上述地質剖面自然網格的剖分方法中，優選地，在所述S4步驟中，在輸出獲得的地質剖面自然網格步驟之前，該方法還包括用五色填圖方法區分邊網格屬性值的大小的步驟。

本發明提供的一種地質剖面自然網格及其剖分方法與現有技術相比，具有以下幾方面的區別和優勢：

(1)網格幾何形態的差異

現有的三角形剖分方法、PEBI網格生成方法、有限元剖分方法、角點網格剖分方法、自由網格剖分方法、六面體網格剖分方法等，生成的網格為三角形、四邊形、其他多變形(或多面體)，以凸多邊形為主；本發明中地質剖面自然網格的網格主體是左右兩側為垂直邊，上下為地層自然界線或斷裂線，是一種保留地質剖面自然現狀的網格形態，是一種復雜的凹多邊形、凸多邊形或三角形。

(2)網格種類不同

在地質剖面網格剖分方面，現有的網格剖分方法只形成一類網格，即只生成地層網格；本發明的除了生成主體網格——地層網格之外，還引入了邊網格和點網格。其中，邊網格和點網格在圖形上可以沒有實體，但可用于油氣運移計算。

(3)用途的差異

在油氣運移模擬方面，現有網格剖分主要側重于地層網格之間的流體傳導性模擬；本發明地質剖面自然網格剖分方法突出考慮網格邊(邊網格)是否連通，即考慮了斷層、裂縫和不整合面通道，是一種適用于斷層、裂縫和不整合面輸導體系的剖分方法。

本發明提供的地質剖面自然網格及其剖分方法依托邊網格特有的自然網格形態特征——保留斷層、裂縫和不整合層的原始形態，更好地刻畫油氣輸導體系的分布與輸導能力的特征，為開展油氣運聚模擬、含油氣系統分析和油氣成藏研究提供重要的手段。

附圖說明

圖1為實施例1中地質剖面自然網格剖分方法的流程示意圖；

圖2為實施例1中地質剖面自然網格示意圖；

圖3為實施例1中地層網格追蹤流程圖；

圖4為實施例1中地質剖面矢量化結果圖；

圖5為實施例1中地層網格加密結果圖；

圖6為實施例1中的用五色填圖方法繪制的地層網格圖；

圖7為實施例1中的地層網格、邊網格屬性顯示圖。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種地質剖面自然網格剖分方法，并將該剖分方法實際應用于某研究區建立地質剖面自然網格。該研究區的基本地質情況是：長度10000米、深度2000米的地質剖面，包括4個地層(即4條地層界線，其中第一條為地層不整合線，其余為地層整合線)、3條斷層線和6條裂縫線。具體地，本實施例中采用的地質剖面自然網格剖分方法包括以下步驟(流程圖見圖1)：

(1)形成地質剖面自然網格圖形

在地質剖面上插入若干垂直線使之與地層界線和斷裂線相交，構成地質剖面自然形態的地層網格圖形；其中，地層界線包括地層整合接觸線和地層不整合接觸線，斷裂線包括斷層和裂縫。

具體地，在研究區地質剖面圖上，等距離插入12條垂線，使之與4條地層接觸線相交，同時部分垂線和部分斷裂線相交，形成地質剖面自然網格圖形(如圖2所示)。

(2)將地質剖面數字化，形成矢量剖面

分別對地層網格圖形中的地層界線、斷裂線和垂直線進行數字化處理，形成矢量剖面；矢量剖面包括若干條線構成的線組合數據體，其中每條線由若干個折線段組成。

具體地，將地質剖面圖中的4條地層界線、3條斷層線、6條裂縫線和12條垂直線各類不同的線進行數字化處理，將地層不整合線的厚度設為2米，將斷層的厚度設為2-4米，將裂縫的厚的設為1米，形成若干條線構成的線組合數據體(電子剖面)，其中每條線由若干個折線段組成(如圖4所示)。

(3)插入小層界線，加密地層網格

在矢量剖面上，對需要細分的地層采用等分插入的方法，插入若干地層等分線；該地層等分線等同于地層界線，將新增的線加入原有的線組合數據體。

具體地，在電子剖面上，等分插入小層界線，加密地層網格，其中地層1插入1個小層，地層2分不同斷塊分別插入3個和4個小層，地層3根據不同斷塊分別插入3個和5個小層，地層4沒插入小層，形成新的電子剖面(如圖5所示)。

(4)生成地層網格

a)網格化預處理：對線組合數據體中所有折線求交，并將交點插入各自的折線中；合并重復點，計算各點的連通度；將折線兩端中連通度為1的端點刪除；連接交點之間的線段為邊線，環線作為邊線，刪除重復邊。

b)生成地層網格：計算邊線兩端線段的外方向角，外方向角逆時針排序，從交點沿邊線順序追蹤，直至回到起點，即生成一個新網格，同時計算該網格中心位置；繼續追蹤下一個地層網格，直至生成全部地層網格(地層網格追蹤流程圖如圖3所示)。

(5)生成邊網格

a)生成不整合邊網格：對于不整合層面上的地層網格邊，根據不整合風化殼的厚度h_j，h_j>0m，設定每個地層網格不整合邊的厚度，形成不整合邊網格，共4個邊，同時計算該網格中心位置；邊網格的兩個長邊邊長相等，長度為該地層網格不整合邊的長度；兩個短邊邊長也相等，寬度為給定的厚度；遍歷所有地層網格邊，直至生成所有不整合邊網格。

b)生成斷裂邊網格：對于斷層或裂縫上的地層網格邊，根據斷裂帶的寬度w_k，w_k>0m，設定每個地層網格斷裂邊的寬度，形成斷裂邊網格，共4個邊，同時計算該網格中心位置；邊網格的兩個長邊邊長相等，長度為該地層網格斷裂邊的長度；兩個短邊邊長也相等，寬度為給定的寬度，短邊為虛邊，不記錄該邊，但記錄與短邊相連的其他邊網格或點網格；遍歷所有的地層網格邊，直至生成所有斷裂邊網格。

(6)建立邊網格與地層網格之間的聯系

每個邊網格的兩個長邊各與一個地層網格相鄰，長邊是邊網格與地層網格的共用邊；通過長邊可以找到邊網格與地層網格的位置關系。

(7)生成點網格，通過點網格確定邊網格與邊網格之間的交叉關系

a)生成點網格：通過計算邊網格短邊中心點與其他邊網格短邊中心點的位置關系判斷邊網格是否存在分叉聚連。如果存在，則在交點處生成點網格，同時記錄與點網格相連的邊網格號，一個點網格至少連接3個邊網格。通同樣的方法生成全部點網格。

b)通過點網格確定邊網格與邊網格之間的交叉關系：被點網格記錄的邊網格可以通過點網格查找與其他邊網格的分叉聚連關系。

(8)建立其他邊網格與邊網格之間的關系：對于沒有發生交叉的邊網格，記錄通過短邊相鄰的其他邊網格，對于發生交叉的邊網格，如果交叉點位于某短邊上，則相應記錄該交叉點網格。

(9)用五色填圖方法繪制地層網格(如圖6所示)；用顏色區分邊網格屬性(如孔隙度等)值的大小，并在剖面上顯示出來。

具體的，對網格屬性(以孔隙度為例)進行賦值，地層1給定2％-4％，地層2給定10％-12％，地層3給定8％-10％，地層4給定3％-5％，裂縫給定5％-15％，斷層給定5％-25％。設定顏色表，顯示屬性(如圖7所示)。