三维地质模型四面体剖分及优化研究

论文摘要

三维地质模型在石油勘探开发、矿产资源开采等领域发挥着至关重要的作用。近年来,随着计算机技术的不断发展以及地下资源勘探开发的迫切需要,利用计算机将三维地质模型剖分成科学精细的四面体网格模型,再把四面体网格模型用于间断有限元数值模拟算法中,从而了解地震波场在各种复杂的地质条件中的传播规律,进而找出更有效的地质勘探方法,指导勘探开发,这已经成为地学领域研究的热点课题之一。三维地质四面体网格模型是间断有限元数值模拟算法能够应用的必要条件,间断有限元数值模拟算法对四面体网格质量要求很高,模拟算法执行过程中每一个四面体的形态和尺寸大小都必须满足质量要求,否则就会导致计算失败。然而三维地质模型相对于建筑或机械模型体量更大,三维曲面更加复杂,模型曲面起伏较大,且存在断裂、尖灭、透镜体及侵入体等地质现象,因此三维地质模型的四面体剖分具有更大的难度。本文针对国内外不存在其他成熟的对三维地质模型进行四面体剖分优化的研究且没有一款能对三维地质模型进行四面体剖分的商用化软件的问题,创新地提出了利用Delaunay插入优化和粒子群优化算法来对四面体质量进行优化,从而得到高质量的四面体网格模型。论文首先对三维地质模型进行Delaunay四面体网格剖分,然后在限定条件的基础下,对模型进行约束面的恢复。四面体剖分完成后,必然存在网格单元的质量不满足要求的情况,为解决这个难题,本文首先使用了Delaunay插入优化通过插入额外顶点的方式来对模型中尺寸较大的网格进行加密,消除了空间外接球半径与边长比不满足要求的四面体。由于间断有限元数值模拟算法中对四面体有边长尺寸的限制,不能无限制的使用Delaunay插入优化加密网格,论文又创新地使用粒子群优化算法来对网格的质量进行优化,并且通过实验进行分析后得出最终剖分的四面体网格模型中,每一个四面体的质量都满足要求。最终本文按照XXX物探研究院正演模拟算法的要求,将Seam Foot Hills模型进行四面体剖分及优化,在剖分出两亿多个四面体网格的情况下,依然保证每一个四面体单元的质量都满足要求,并将剖分的四面体模型提交给了XXX物探研究院进行正演模拟计算,得到了良好的计算结果,证明了本文研究的三维地质模型四面体网格剖分及优化技术具有较高的可用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与研究意义
•     1.1.1 三维地质建模的研究背景与意义
•     1.1.2 网格剖分的研究背景与意义
•   1.2 国内外发展及研究现状
•     1.2.1 三维地质建模的发展及研究现状
•     1.2.2 网格剖分技术的发展及研究现状
•   1.3 论文主要研究内容与成果
• 第2章 四面体网格剖分
•   2.1 网格剖分算法的分类
•     2.1.1 八叉树法
•     2.1.2 推进波前法
•     2.1.3 Delaunay法
•   2.2 四面体网格剖分算法的选择
•   2.3 三维地质模型四面体网格剖分的步骤
•   2.4 三维地质模型Delaunay四面体网格剖分
•   2.5 三维地质模型限定Delaunay四面体网格剖分
•     2.5.1 限定Delaunay剖分中顶点的可见性
•     2.5.2 限定Delaunay四面体网格剖分主要步骤
•     2.5.3 限定面的恢复
• 第3章 四面体网格质量优化
•   3.1 优化网格质量的必要性与原则
•     3.1.1 网格优化的必要性
•     3.1.2 网格优化的原则
•   3.2 四面体网格质量判定依据
•   3.3 Delaunay插入优化
•     3.3.1 算法的核心思想
•     3.3.2 算法实现的主要步骤
•     3.3.3 薄元的产生
•   3.4 粒子群优化
•     3.4.1 粒子群优化的必要性
•     3.4.2 粒子群优化算法的基本原理
•     3.4.3 粒子群优化算法的实现
• 第4章 实验分析与验证
•   4.1 网格剖分程序开发平台
•   4.2 SEAM Foot Hills模型四面体剖分的实验分析
•     4.2.1 SEAM Foot Hills模型的剖分
•     4.2.2 SEAM Foot Hills模型剖分优化后网格质量对比
•   4.3 其他地质模型四面体剖分的实验分析
•     4.3.1 其他地质模型剖分优化前后基本信息
•     4.3.2 其他地质模型剖分优化后网格质量对比
•   4.4 SEAM Foot Hills四面体模型的正演模拟验证
•   4.5 部分四面体网格的展示
• 结论
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 詹学才

导师: 邓飞,魏嘉

关键词: 三维地质模型,四面体网格,粒子群优化

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 地质学,矿业工程,计算机软件及计算机应用,自动化技术

单位: 成都理工大学

分类号: TP391.41;TP18;P628

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000628

总页数: 84

文件大小: 5318K

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