地质空间非平稳性特征的多点统计学三维随机模拟研究

Reproduction of non-stationary geological characteristics precisely on large scale is the bottleneck of 3D geological model applications in many fields such as geology process simulation and deep mineral targeting. Taking 3D simulation of non-stationary characteristics of spatial structure in geology domain as the study subject, this project starts from building the distance-based kernel functions for aggregating multiple geological cross-sections in vector-mode, on the basis of information entropy theory and pattern-based multiple point statistics (MPS). The theoretical study and framework of MPS-based 3D simulation for non-stationary characteristics will be carried out, based on reproducing non-stationary characteristics of direction extension on the term of transition probability. Coupling multiple geological cross-sections and multi-types data is specifically focused in the study. The impact of MPS-based simulation to the non-stationary spatial characteristics will be revealed with identifying key factors in the MPS simulating process. This research is aiming to provide theoretical basis and techniques for integrating the spatial structures reproduction and stochastic simulation in 3D geology simulation.

非平稳性地质空间结构的大比例尺、高精度重构是制约三维地质模型在地质过程模拟、深部矿产预测等领域应用的瓶颈所在。以地质空间非平稳性特征三维模拟为研究对象，依托基于模板的多点统计学理论和信息熵理论，本课题拟从构建基于距离的多地质剖面矢量集成的核函数入手，引入转换概率方法以重构具有方向延展性的非平稳地质空间结构特征，建立基于多点统计学的非平稳地质特征三维随机模拟理论和方法体系，着重探讨多地质剖面矢量集成与多类型数据的耦合，厘定制约非平稳地质结构多点统计学重构的关键因子，揭示基于多点统计学的随机模拟对非平稳地质空间结构的响应规律，为地质空间结构三维重构和模拟过程随机性的融合提供理论基础和技术方法。

非平稳性地质空间结构的大尺度、高精度重构是深化三维地质模型在工程建设、矿产预测等领域应用的瓶颈所在。以地质结构非平稳性特征三维模拟为研究对象，本课题以地质对象间具有语义相似性和结构相似性为基础，利用多点统计学在模拟局部结构连续性的优势，依托基多点统计学理论和信息熵理论，结合转换概率方法，实现了非平稳特征地质结构的三维随机模拟，突破了随机模拟难以准确刻画非平稳性地质特征的理论和技术瓶颈，厘定了制约非平稳地质结构多点统计学重构的关键因子。本项目取得的主要成果有：.（1）研究并构建了基于条件概率和具有方向特征的距离反比加权的模板集成函数，提出并建立了融合序贯模拟过程与迭代优化过程的多地质剖面集成的地质结构三维重建方法。.（2）引入指示函数以标识具有非平稳、方向延展性的地质体，构建了基于马尔可夫链的非平稳地质结构的转换函数，结合Monte Carlo采样模拟，实现了具有非平稳、方向延展性的地质结构的三维重建。.（3）融合分级和EM迭代策略，初步构建了具备非平稳特征和方向延展性特征的地质对象三维重构的架构体系。该方法体系能有效重建基于CT、SEM的微观结构，多条（非）平行剖面条件下区域地质结构，也能有效再现方向延展性的非平稳宏观地质结构特征。.（4）厘定了基于多点统计学的非平稳、方向延展性特征地质体三维重建的关键因子，包括序贯模拟模板大小、迭代次数、地层层序约束等，同时揭示了模板大小决定了地质结构在三维空间的连续性及展布范围，迭代次数的多寡影响了结构体的光滑程度，地层层序的约束是最终模型中地质对象语义关系正确性的基本前提。.（5）以条件概率为关键变量，推导了多类型建模数据集成的核函数。.本研究创新点为：(1)耦合多地质剖面与多类型地质数据，揭示MPS随机模拟对非平稳地质空间结构特征的响应规律。(2) 构建非平稳性地质空间结构的MPS三维重构方法体系,突破了三维随机模拟难以准确刻画非平稳性地质结构的理论和技术瓶颈。