技术领域
[0001] 本发明涉及三维建模技术领域，尤其是涉及一种智能识别活动断层的三维模型自动构建方法。
相关背景技术
[0002] 地震序列精定位是确定发震断层深浅部几何形态的重要手段。根据成丛小震发生在大震断层面及其附近的规律，可以利用小震位置建立三维断层模型。基于地震目录构建活动断层三维模型的关键，在于提取与建模断层相关的小震群，并合理拟合断层的精细几何结构。传统的基于小震目录刻画活动断层模型方法大多依赖小震数据的定性约束，具有较大的主观性。而本发明基于改进的层次聚类方法和对小震目录的丛集性进行定量判断，获得了一种新的定量化方式，以获取高质量的小震目录。通过高密度三维切片技术拟合断层解译线，克服了人工解译的主观性，从而获得定量化的断层二维结构。该方式为全新的工作流程，可以直接基于小震目录构建活动断层的三维模型，为刻画活动断层三维模型提供了新方法。
具体实施方式
[0063] 实施例
[0064] 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的一部分实施例，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做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。
[0065] 参照图1‑图5，本发明公开了一种智能识别活动断层的三维模型自动构建方法，包括以下步骤：
[0066] S1、获取震中区域的资料，资料包括地表断层迹线、地震目录和相关地震的震源机制解等；基于资料中的地震重定位数据分析最小完整性震级，提取完备地震子目录，通过最近邻指数法定量判断小震目录是否符合小震丛集性。
[0067] S11、获取震中区域的地表断层迹线、地震目录和相关地震的震源机制解等资料；
[0068] S12、采用最大曲率法，对获取的地震目录分析最小完整性震级，提取其最小完备子目录，得到小震目录；
[0069] S13、判断小震目录是否符合丛集性。
[0070] S131、计算每个地震事件到其最近邻地震事件的初始临界距离dmin；
[0071] S132、对所有的初始临界距离dmin按照模式中地震事件的数量n，计算平均最近邻距离dmin：
[0072]
[0073] 其中，si为研究区的地震事件，n是地震事件的数量；
[0074] S133、在完全随机分布情况下，同等数量的地震事件在同样大小的区域内的理论平均距离E(dmin)为：
[0075]
[0076] 其中，V为研究区域的体积，n是地震事件的数量；
[0077] S134、计算最近邻指数(NearestNeighbor Index,NNI)，NNI为平均最近邻距离dmin与期望平均最近邻距离E(dmin)的比值：
[0078]
[0079] S135、根据NNI的值判断地震目录的分布模式：
[0080] f、NNI＜1，表示地震事件属于空间聚集分布；
[0081] g、NNI＝1，表示地震事件属于随机分布；
[0082] NNI＞1，表示地震事件趋向均匀分布。
[0083] S2、在小震目录符合小震丛集性的基础上，通过设置层次聚类的临界距离和噪音阈值，得到丛集的小震目录。
[0084] 根据成丛小震发生在大震断层面及其附近的原则，断层破裂面假设为曲面，小震分布在一个破坏区内，并且与断层表面近似对称分布，S2具体包括：
[0085] S21、设置临界距离列表(d_list)：设置初始临界距离dmin为1000m，步长为100米，及其5倍值(5*dmin)作为最大临界距离dmax，以此组成临界距离列表d_list；
[0086] S22、设置噪音阈值列表(ZY_list)：结合小震完备子目录的丛集性，设置最小的噪音阈值ZYmin，噪音阈值步长为ZY_step，及最大噪音阈值ZYmax，以此组成噪音阈值列表ZY_list。(为了简便，其中噪音阈值可以直接设置为1)；
[0087] S23、选择临界距离列表(d_list)中的初始临界距离(dmin)作为凝聚式层次聚类的停止聚类的距离阈值，得到聚类的初始聚类结果；
[0088] S24、选择噪音阈值列表(ZY_list)中的最小噪音值(ZYmin)作为筛选地震簇的噪音阈值。S23得到的初始聚类结果中，每个簇的地震事件数目大于噪音阈值的簇，被识别为地震簇；小于或等于噪音阈值的簇,被认定为噪音事件。这样得到一个临时的聚类结果。接下来，遍历噪音阈值列表中的每一个噪音阈值，得到对应的临时聚类结果。
[0089] S25、从临界距离列表(d_list)中依次选择下一个临界距离值，作为层次聚类的停止聚类的距离阈值，得到聚类的初始聚类结果。使用这个临界距离，执行S24，得到一组临时聚类结果。
[0090] S26、重复上述过程，遍历临界距离列表中的所有临界距离值，对每个临界距离值执行S24，得到相应的临时聚类结果，直至遍历列表中的所有临界距离值；
[0091] S27、根据S26得到的所有临时聚类结果，结合实际地质信息，选择地震簇在走向和倾向上保持一致时，地震簇数量最大的聚类结果对应的临界距离和噪音阈值，则为层次聚类的最优临界距离(d)和最优噪音阈值(ZY_n)；
[0092] S28、根据S27得到最终的小震目录的聚类结果。
[0093] S3、拟合最优断层解译线，通过沿着丛集地震的方向，建立自定义步长的高密度的三维切片和设置每个剖面投影的重叠度，得到丰富的刻画断层的地震数据，再采用随机抽样一致拟合断层线，得到客观的断层二维几何结构。
[0094] S31、根据S28得到小震目录的聚类结果，识别出的每个小震丛集趋势，以设置三维切片的旋转角度dip和每个切片的间隔步长，可自由设置，此处设置间隔步长为2km，建立高密度的三维切片；
[0095] S32、自定义设置每个切片剖面来查询地震的重叠度(TY_overlap)，此处设置重叠度为间隔步长2km的10％，20％等。
[0096] S33、将小震投影至每个切片剖面上，通过随机抽样一致拟合每个剖面上的断层二维解译线，其中，设置随机抽样一致的抽样数量为参与剖面上地震数量的90％，迭代次数为1000次，选择误差最小的模型为最优断层线。
[0097] S4、根据S3得到的断层二维几何结构，通过空间插值法构建活动断层三维初始模型。
[0098] S41、首先确定活动断层的性质；基于S3获得的活动断层二维几何结构，结合研究区地表断层迹线、相关地震的震源机制解以及获取的地表破裂情况，确定是否为出露地表断层；
[0099] S42、构建活动断层的三维初始模型；采用离散元插值算法等空间插值方法，对S3得到的多条断层解译线进行光滑处理，生成活动断层的三维初始模型。三维断层面的插值算法和光滑处理满足以下要求：
[0100] d、采用符合地质和数理约束的插值算法；
[0101] e、生成三角网格或四边形网格节点；
[0102] f、光滑处理受边界节点约束。
[0103] S5、针对包含多条分支断层的断裂带，重复S4，结合地质信息，判定各分支断层的空间关系，构建最终的活动断层三维模型。
[0104] S51、针对包含多条分支断层的断裂带，重复S4，得到每条断层的三维初始模型；
[0105] S52、计算活动断层的三维属性模型，包括断层规模(长度、切割深度、面积)以及产状信息(走向、倾向、倾角)。
[0106] 因此，本发明采用上述的一种智能识别活动断层的三维模型自动构建方法，可定量揭示活动断层的空间结构，分析地下断层的三维几何结构、分段特征及非均一性，为活动断裂的强应变分析和地震地质灾害评估等研究提供重要支撑。该方法不仅适用于单条断层，还可应用于具有复杂交切关系的断层三维建模。提出了全新的小震丛集判定，可以直接定量化判断小震数据在三维空间是否具有丛集特征。提出了全新的层次聚类参数选择方式，可以定量化的识别建模断层的小震群。提出了全新的断层面拟合方式，可以利用随机抽样一致拟合出活动断层三维精细结构。
[0107] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
