一种多矿物岩石结构建模方法、装置及设备

1.本技术涉及岩石力学领域，特别是涉及一种多矿物岩石结构建模方法、装置及设备。


背景技术：

2.岩石结构的精细表征和重构是研究岩石力学及其水力特性的重要前提，其中岩心微观孔隙结构是影响储层宏观性质和油气资源开采的重要因素。
3.相关技术中，为了构建岩石模型，可以采用dip(digital image processing，数字图像处理技术)，利用岩石新鲜截面的数字照片，结合图像分割算法，获得不同矿物成分的数字图像，进而根据数字图像进行模型构建。或采用x射线ct(computed tomography，计算机断层扫描)成像技术，获得岩石材料内部结构信息，依据内部结构信息进行模型构建。
4.在实现本技术的过程中，申请人发现相关技术至少存在以下问题：
5.相关技术的建模方法主要针对砂岩等沉积岩，但由于砂岩等沉积岩结构精细但规模小，通常不适合岩石强度特征的研究，且dip技术受限于二维平面，看不到岩石内部信息，而x射线ct在实际操作过程中很难区分不同的矿物且往往需要处理大量的ct图像，操作复杂繁琐且只能根据岩样一比一生成，无法大量建立相近的岩石模型，因此行业内亟需一种针对规模大、矿物多的岩石材料的建模方法。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术提供了一种多矿物岩石结构建模方法、装置及设备，主要目的在于解决目前亟需一种针对规模大、矿物多的岩石材料的建模方法的问题。
7.依据本技术第一方面，提供了一种多矿物岩石结构建模方法方法，该方法包括：
8.对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；
9.按照所述各向异性表征参数和所述成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型；
10.计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；
11.当所述第一差值命中第一预设范围且所述第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。
12.可选地，所述依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数，包括：
13.按照所述成分比例，对所述二维图像中的每个像素添加成分标签；
14.对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，通过计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的矿物颗粒的长短轴比，得到所述各向异性表征参数；
15.对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述目标分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述目标沙漏参数。
16.可选地，所述确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，包括：
17.采用预设分形维数计算方法计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数，得到所述多种矿物成分对应的多个分形维数，所述分形维数用于描述所述矿物成分对应的矿物颗粒形状；
18.依据所述图像识别方法，得到所述多种矿物成分的成分分布，以及依据所述成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给所述矿物像素，所述其他矿物像素为所述多种矿物成分中除所述矿物成分以外的矿物成分对应的矿物像素；
19.将所述多个矿物像素的赋值求和，得到第一参数，以及聚合所述多个矿物像素得到聚合图形，将每个矿物元素距离所述聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定第二参数，将所述第一参数和所述第二参数的比值作为所述矿物成分的沙漏参数，所述沙漏参数用于描述所述矿物成分的矿物颗粒大小；
20.计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数。
21.可选地，所述采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，包括：
22.按照成分比例由大到小的顺序，对所述多种矿物成分进行排名，按照排名顺序逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型；
23.其中，所述逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，包括：
24.若构建二维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设平面范围内，向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，为所述预设数量个圆形或椭圆形气泡中每个圆形或椭圆形气泡包含的点赋予高程值；
25.所述向上生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为正值；
26.所述向下生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为负值；
27.对于所述预设平面范围内的每个点，确定所述点被赋予的全部高程值，通过将所述点对应的全部高程值相加，得到所述点关联的目标高程值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；
28.在所述预设平面范围内删除前一名矿物成分选定的点，将剩余点的目标高程值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；
29.按照所述目标高程值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；
30.将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；
31.确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的二维岩石模型。
32.可选地，逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，还包括：
33.若构建三维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设空间内，生成预设数量个球形或椭球形气泡，为所述预设数量个球形或椭球形气泡中每个球形或椭球形气泡包含的点赋予正值属性值或负值属性值；
34.对于所述预设空间内的每个点，确定所述点被赋予的全部属性值，通过将所述点对应的全部属性值相加，得到所述点关联的目标属性值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；
35.在所述预设空间内删除前一名矿物成分选定的点，剩余点的目标属性值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；
36.按照所述目标属性值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；
37.将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；
38.确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的三维岩石模型。
39.可选地，所述计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，包括：
40.若所述岩石模型为二维模型，则根据每种所述矿物成分对应的分布区域，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数；
41.若所述岩石模型为三维模型，则在所述岩石模型中等间隔截取多个指定横截面，根据每个所述指定横截面关联的每种矿物成分的分布区域，计算多个所述指定横截面对应的多个分形维数和多个沙漏参数，将所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，将所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数。
42.可选地，所述计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值之后，所述方法还包括：
43.当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数；
44.按照所述更新控制参数，采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，以及再次计算所述岩石模型对应的指定分形维数和指定沙漏参数，所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；
45.当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述更新控制参数，以及按照已修改的更新控制参数重新构建岩石模型，直至重新构建的岩石模型对应的第一差值命中所述第一预设范围且对应的第二差值命中所述第二预设范围。
46.可选地，所述当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数，包括：
47.当所述第一差值未命中所述第一预设范围时，确定所述第一预设范围关联的第一指定范围和第二指定范围，若所述第一差值命中所述第一指定范围，则减小所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数，若所述第一差值命中所述第二指定范围，则增大所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数；
48.当所述第二差值未命中所述第二预设范围时，确定所述第二预设范围关联的第三指定范围和第四指定范围，若所述第二差值命中所述第三指定范围，则减少所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数，若所述第二差值命中所述第四指定范围，则增加所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数。
49.依据本技术第二方面，提供了一种多矿物岩石结构建模装置，该装置包括：
50.确定模块，用于对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；
51.设置模块，用于按照所述各向异性表征参数和所述成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型；
52.计算模块，用于计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别将所述指定分形维数和所述指定沙漏参数与所述目标分形维数和所述目标沙漏参数进行比对；
53.生成模块，用于当比对结果指示所述指定分形维数与所述目标分形维数一致且所述指定沙漏参数分别与所述目标沙漏参数一致或相差小于设定阈值时，得到目标模型。
54.可选地，所述确定模块，用于按照所述成分比例，对所述二维图像中的每个像素添加成分标签；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，通过计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的矿物颗粒的长短轴比，得到所述各向异性表征参数；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述目标分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述目标沙漏参数。
55.可选地，所述确定模块，用于采用预设分形维数计算方法计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数，得到所述多种矿物成分对应的多个分形维数，所述分形维数用于描述所述矿物成分对应的矿物颗粒形状；依据所述图像识别方法，得到所述多种矿物成分的成分分布，以及依据所述成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给所述矿物像素，所述其他矿物像素为所述多种矿物成分中除所述矿物成分以外的矿物成分对应的矿物像素；将所述多个矿物像素的赋值求和，得到第一参数，以及聚合所述多个矿物像素得到聚合图形，将每个矿物元素距离所述聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定第二参数，将所述第一参数和所述第二参数的比值作为所述矿物成分的沙漏参数，所述沙漏参数用于描述所述矿物成分的矿物颗粒大小；计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数。
56.可选地，所述设置模块，用于按照成分比例由大到小的顺序，对所述多种矿物成分
进行排名，按照排名顺序逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型；其中，所述逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，包括：若构建二维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设平面范围内，向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，为所述预设数量个圆形或椭圆形气泡中每个圆形或椭圆形气泡包含的点赋予高程值；所述向上生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为正值；所述向下生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为负值；对于所述预设平面范围内的每个点，确定所述点被赋予的全部高程值，通过将所述点对应的全部高程值相加，得到所述点关联的目标高程值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设平面范围内删除前一名矿物成分选定的点，将剩余点的目标高程值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标高程值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的二维岩石模型。
57.可选地，所述设置模块，还用于若构建三维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设空间内，生成预设数量个球形或椭球形气泡，为所述预设数量个球形或椭球形气泡中每个球形或椭球形气泡包含的点赋予正值属性值或负值属性值；对于所述预设空间内的每个点，确定所述点被赋予的全部属性值，通过将所述点对应的全部属性值相加，得到所述点关联的目标属性值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设空间内删除前一名矿物成分选定的点，剩余点的目标属性值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标属性值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的三维岩石模型。
58.可选地，所述计算模块，用于若所述岩石模型为二维模型，则根据每种所述矿物成分对应的分布区域，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数；若所述岩石模型为三维模型，则在所述岩石模型中等间隔截取多个指定横截面，根据每个所述指定横截面关联的每种矿物成分的分布区域，计算多个所述指定横截面对应的多个分形维数和多个沙漏参数，将所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，将所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数。
59.可选地，所述装置还包括：
60.修改模块，用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数；
61.比对模块，用于按照所述更新控制参数，采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，以及再次计算所述岩石模型对应的指定分形维数和指定沙漏参数，所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；
62.所述修改模块，还用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值
未命中第二预设范围时，修改所述更新控制参数，以及按照已修改的更新控制参数重新构建岩石模型，直至重新构建的岩石模型对应的第一差值命中所述第一预设范围且对应的第二差值命中所述第二预设范围。
63.可选地，所述修改模块，用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围时，确定所述第一预设范围关联的第一指定范围和第二指定范围，若所述第一差值命中所述第一指定范围，则减小所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数，若所述第一差值命中所述第二指定范围，则增大所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数；当所述第二差值未命中所述第二预设范围时，确定所述第二预设范围关联的第三指定范围和第四指定范围，若所述第二差值命中所述第三指定范围，则减少所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数，若所述第二差值命中所述第四指定范围，则增加所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数。
64.依据本技术第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
65.依据本技术第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述的方法的步骤。
66.借由上述技术方案，本技术提供的一种多矿物岩石结构建模方法、装置、设备及存储介质，本技术首先对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据成分比例和目标岩石对应的二维图像，确定目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。随后，按照各向异性表征参数和成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。接下来，计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。本发明通过实验室矿物成分检测和对目标岩石表面图片的数值图像处理获取目标岩石的各向异性表征参数，利用各向异性表征参数与鼓泡法的相关参数的关联性，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。相比于目前其他方法，本发明的方法更加简便高效，只需要进行岩样表面的图像处理分析，就可以批量构建出各种规模的岩石三维模型，大大减少了对岩样数据的过度采集和处理量，降低成本的同时提高了效率。且完全不受尺寸限制，只要计算能力允许，理论上可以建立任意大尺寸的岩石结构三维模型。另外，通过改变球形气泡到椭球形气泡，可以生成矿物颗粒具有各向异性分布特征的岩石模型。无论是具有多种不规则分布矿物成分，还是孔隙结构，都可以通过该方法建立二维或三维模型，这在岩石力学的物理实验和数值模拟中表现出了很好的潜力。
67.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
68.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通
技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
69.图1示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法流程示意图；
70.图2a示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法流程示意图；
71.图2b示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法的图像识别示意图；
72.图2c示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法的参数示意图；
73.图2d示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法的矿物分布示意图；
74.图2e示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法的单种矿物数值图像与初始模型剖面示意图；
75.图2f示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法的矿物分布示意图；
76.图2g示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模方法流程示意图；
77.图3a示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模装置的结构示意图；
78.图3b示出了本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模装置的结构示意图；
79.图4示出了本技术实施例提供的一种计算机设备的装置结构示意图。
具体实施方式
80.下面将参照附图更详细地描述本技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本技术，并且能够将本技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
81.岩石结构的精细表征和重构是研究岩石力学及其水力特性的重要前提，其中岩心微观孔隙结构是影响储层宏观性质和油气资源开采的重要因素。
82.在岩石建模过程中，基于岩石的非均质性，在数值模型中对岩石材料进行了非均匀性假设，然后直接对相关参数赋值，如voronoi镶嵌技术，其产生了相对均匀的晶粒尺寸分布，但它显然不是岩石内部结构的真实反映。因而还需要精细检测方法来建立岩石的非均匀结构，可以采用dip(digital image processing，数字图像处理技术)，利用岩石新鲜截面的数字照片，结合图像分割算法，获得不同矿物成分的数字图像，进而根据数字图像进行模型构建。或采用x射线ct(computed tomography，计算机断层扫描)成像技术，获得岩石材料内部结构信息，依据内部结构信息进行模型构建。dip技术利用岩石新鲜截面的数字照片，结合图像分割算法，可以获得不同矿物成分的数字图像，但受限于二维平面，难以实现三维建模。ct技术可以获得岩石材料内部结构信息，且善于识别岩石孔隙结构或裂缝，但ct技术的研究规模普遍较小，低于几厘米或更小，且矿物成分的详细区分不容易实现，难以建立多种矿物岩石模型。此外使用岩石显微镜，其检测尺度能达到微米级，可以获得岩石结构和矿物的更详细的信息，但其更小的规模，不具备研究和工程意义。
83.就三维建模具体步骤而言，基于ct图像建立岩石三维模型是将一系列相邻的岩石切片在空间中放置，建立孔隙或岩石材料的空间关系，需要计算大量的图像，存在效率低、
经济性差的约束。遵循相同的原理,利用dip技术，基于一系列表面图像建立花岗岩样品的三维长方体细观结构，假设岩石表面是内部非均质性的表征，且深度较小。采用该方法时，需要采用迭代磨铣扫描系统，对岩样造成不可恢复的损伤。此外这两种方法建立的模型都是对岩样的一比一复刻，无法生成大量相近模型。而单一孤立模型描述随机岩石结构的宏观差异的能力有限。遗憾的是，由于环境条件的限制或成本高，一般只能获得一个或非常有限的样本数量，难以满足对复杂随机异质介观结构宏观力学响应的研究。
84.因而各种基于统计参数策略或基于随机理论或相关算法的建模方法，实现了岩石的三维模型批量建立。但迄今为止，多孔岩石材料的三维建模方法大多只包括岩石和孔隙两相介质，且主要针对砂岩等沉积岩。由于其结构精细但规模小，通常不适合岩石强度特征的研究，因此对于规模大、矿物多的岩石材料仍缺乏一种重建方法。基于马尔可夫随机场理论，有人提出了一种生成具有不同异质性特征的岩石材料相似图像的方法，基于二维图像分析的技术路径在三维岩石模型重建中必然面临困难。要建立多尺度、多分量的岩石模型，通过不同分辨率的微计算机断层扫描岩石样品通常是必不可少的，这与快速生成具有相同或相似微观结构或成分的岩样的目标相距甚远，并不是实际意义上真正的“模型重构”。因此，本技术提供了一种多矿物岩石结构建模方法，首先对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据成分比例和目标岩石对应的二维图像，确定目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。随后，按照各向异性表征参数和成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。接下来，计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。本发明通过实验室矿物成分检测和对目标岩石表面图片的数值图像处理获取目标岩石的各向异性表征参数，利用各向异性表征参数与鼓泡法的相关参数的关联性，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。相比于目前其他方法，本发明的方法更加简便高效，只需要进行岩样表面的图像处理分析，就可以批量构建出各种规模的岩石三维模型，大大减少了对岩样数据的过度采集和处理量，降低成本的同时提高了效率。且完全不受尺寸限制，只要计算能力允许，理论上可以建立任意大尺寸的岩石结构三维模型。另外，通过改变球形气泡到椭球形气泡，可以生成矿物颗粒具有各向异性分布特征的岩石模型。无论是具有多种不规则分布矿物成分，还是孔隙结构，都可以通过该方法建立二维或三维模型，这在岩石力学的物理实验和数值模拟中表现出了很好的潜力。
85.本技术实施例提供了一种多矿物岩石结构建模方法，如图1所示，该方法包括：
86.101、对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据成分比例和目标岩石对应的二维图像，确定目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。
87.在本技术实施例中，矿物成分检测是由相关技术人员在实验室中完成的，通过对目标岩石进行矿物成分检测，可以检测出目标岩石包含的多种矿物成分，以及每种矿物成分所占的成分比例。进一步地，通过拍摄目标岩石表面，可以获取到目标岩石的二维图像，依据每种矿物成分所占的成分比例，对二维图像中的每个像素添加成分标签。基于图像识别技术识别该二维图像，确定出目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对
应的目标分形维数和目标沙漏参数。在实际运行过程中，还可以采用结构扫描技术扫描目标岩石，截取目标岩石的二维图像，进而根据该二维图像确定出目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。其中，分形维数用于描述矿物颗粒形状，沙漏参数用于描述矿物颗粒大小，即分布集中度。沙漏参数越大，矿物分布越集中，反之亦然。
88.102、按照各向异性表征参数和成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。
89.其中，鼓泡法是指在一定范围内的平面或空间上生成一系列半球形或球形气泡，这些气泡随机向下或向上冒泡，表现出典型的非均质特征。当足够多的气泡重叠时，就会得到一个粗糙的岩石表面，即目标岩石的岩石模型。需要说明的是，鼓泡法是粗糙岩石节理面重建方法(同时可以进行三维拓展)，鼓泡法生成的气泡半径服从正态分布，球形气泡内随机赋予正的或负的属性值，且大小随半径变化。鼓泡法的控制参数，包括生成气泡总数n；气泡半径正态分布的μ和σ(如果半径产生负值，则将其绝对值作为气泡半径)；高程(属性值)缩放系数δh；通过改用椭半球(椭球)气泡，并设置x轴、y轴和z轴方向的尺度系数δx、δy和δz，可以实现各向异性；各种矿物所占空间比例ω；生成模型大小s，总网格数nt。按照目标岩石对应的各向异性表征参数，也就是尺度系数和每种矿物成分所占的成分比例，对上述控制参数进行赋值，得到初始控制参数。
90.103、计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。
91.在本技术实施例中，首先计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，并依据指定分形维数和指定沙漏参数，计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。进而通过将第一差值与第一预设范围比对，将第二差值与第二预设范围比对，判断构建的岩石模型是否符合要求。
92.104、当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。
93.在本技术实施例中，当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，说明构建的岩石模型符合要求，即可将已构建的模型作为目标模型，以供相关人员执行后续操作步骤。
94.本技术实施例提供的方法，通过实验室矿物成分检测和对目标岩石表面图片的数值图像处理获取目标岩石的各向异性表征参数，利用各向异性表征参数与鼓泡法的相关参数的关联性，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。相比于目前其他方法，本发明的方法更加简便高效，只需要进行岩样表面的图像处理分析，就可以批量构建出各种规模的岩石三维模型，大大减少了对岩样数据的过度采集和处理量，降低成本的同时提高了效率。且完全不受尺寸限制，只要计算能力允许，理论上可以建立任意大尺寸的岩石结构三维模型。另外，通过改变球形气泡到椭球形气泡，可以生成矿物颗粒具有各向异性分布特征的岩石模型。无论是具有多种不规则分布矿物成分，还是孔隙结构，都可以通过该方法建立二维或三维模型，这在岩石力学的物理实验和数值模拟中表现出了很好的潜力。
95.本技术实施例提供了一种多矿物岩石结构建模方法，如图2a所示，该方法包括：
96.201、对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比
例，以及依据成分比例和目标岩石对应的二维图像，确定目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。
97.以目标岩石为50mm
×
50mm
×
100mm的立方体花岗岩为例进行说明。
98.在本步骤中，需要用过矿物成分检测以及图像识别技术确定立方体花岗岩对应的矿物分布特征参数，其中，矿物分布特征参数包括多种矿物成分的成分比例、各向异性表征参数、多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。获取立方体花岗岩矿物分布特征参数的具体过程如下：
99.首先，通过实验室矿物成分检测获得花岗岩的成分和比例，如石英30％、云母30％、长石40％。进一步地，获取岩石表面的rgb二维图像，对二维图像进行图像处理。需要说明的是，二维图像可以通过对花岗岩表面进行拍摄得到，也可以通过结构扫描技术扫描花岗岩，进而截取二维图像。对二维图像进行图像处理的过程如图2b所示，相关技术人员可以手动框选特征区域并求平均值，从而获取三种矿物的rgb特征值。
100.接下来，将三种矿物的rgb特征值转化为hsv值，并以此为聚类中心，加以成分比例限制进行聚类分析，从而确定每个像素所属矿物成分，以该矿物成分作为标签内容为对应的像素添加成分标签。
101.进一步地，对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，通过计算多种矿物成分中每种矿物成分对应的矿物颗粒的长短轴比，得到各向异性表征参数。以及确定多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数。其中，分形维数用于描述矿物颗粒形状，沙漏参数用于描述矿物颗粒大小，即分布集中度。沙漏参数越大，矿物分布越集中，反之亦然。具体地，如图2c所示，根据图像识别得到的矿物截面分布，采用预设分形维数计算方法计算分形维数，预设分形维数计算方法包括盒计数法、随机游走法以及频域法。具体可以采用盒计数法进行计算，如下述公式1所示：
102.公式1：
103.其中，ε为格子边长，n(ε)为当前矿物所占格子数。根据图像识别得到的矿物各成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给该矿物像素。为该矿物成分对应的每个矿物像素赋值，将多个矿物像素的赋值求和，得到v*
sum
第一参数。需要说明的是，其他矿物像素为多种矿物成分中除矿物成分以外的矿物成分对应的矿物像素。将多个矿物像素聚合为一个矩形或圆形，并将每个矿物元素距离聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定v
total
第二参数。最终将第一参数和第二参数的比值作为矿物成分的沙漏参数。最后，计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数。以矿物a为例，将每个a矿物像素距离最近非a矿物像素的距离d赋值给对应的a矿物像素，并对所有a矿物像素的所赋值进行求和得到v*
sum
。同理，假设将a矿物所有像素集中到一起(或直接用图像总像素)，组成一个大正方形或圆，同上得到参数v
total
，计算v*
sum
与v
total
的比值所得即为沙漏参数。
104.202、按照各向异性表征参数和成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。
105.在本技术实施例中，按照目标岩石对应的各向异性表征参数，也就是尺度系数和每种矿物成分所占的成分比例，对上述控制参数进行赋值，得到初始控制参数，进而按照初
始控制参数进行鼓泡，构建目标岩石的岩石模型。
106.具体地，设置鼓泡法中的初始控制参数为模型大小s＝50mm
×
50mm
×
100mm，网格/像素数nt＝500
×
500
×
1000；矿物比例ω为石英:云母:长石＝3:3:4；气泡半径正态分布参数初始值μ＝0、σ＝8；气泡数量n＝10000；各向同性采用球形气泡，方向尺度系数比δx:δy:δz＝1:1:1；属性值缩放系数δh＝1。
107.接下来，如图2d和2f所示，按照成分比例由大到小的顺序，对所述多种矿物成分进行排名，按照排名顺序逐一提取矿物成分对应的分布区域，得到岩石模型。
108.具体地，如构建二维岩石模型，则如图2b所示，对于任一的矿物成分，按照初始控制参数，在预设平面范围内，随机向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，以使多个气泡在预设平面范围内重叠，表现出典型的非均质特征。具体地，在预设平面范围内，向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，为预设数量个圆形或椭圆形气泡中每个圆形或椭圆形气泡包含的点赋予高程值。需要说明的是，对于向上生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为正值。对于向下生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为负值。对于预设平面范围内的每个点，确定点被赋予的全部高程值，通过将点对应的全部高程值相加，得到点关联的目标高程值，以实现多个气泡在预设平面范围内重叠。需要说明的是，预设数量的具体值可以采用系统默认数值，也可以由相关个工作人员根据实际情况确定，本技术对预设数量的具体指不进行限定。当气泡数量达到预设数量，即存在足够多的气泡重叠时，就会得到一个粗糙的岩石表面，即目标岩石的岩石模型。需要说明的是，鼓泡法生成的气泡半径服从正态分布。进一步的，在预设平面范围内选定每种矿物成分对应的分布区域。具体地，在预设平面范围内删除前一名矿物成分选定的点，将剩余点的目标高程值按照从大到小的顺序排名，根据矿物成分对应的成分比例，确定矿物成分对应的可选数量值。随后，按照目标高程值的排名顺序，逐一选定多个目标点，多个目标点的点数与可选数量值一致。最终，如图2e所示，将选定的多个目标点作为矿物成分的分布区域。以及确定多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到目标岩石的二维岩石模型。
109.例如，假设预设平面范围内有1000个点，立方体花岗岩对应的成分比例为石英:云母:长石＝3:3:4，按照成分比例排名，首先在预设平面范围内为长石选取分布区域，在预设平面范围内进行鼓泡，为生成的每个气泡包含的点进行高程值赋值，并计算预设平面范围内每个点的目标高程值。将目标高程值按照从大到小的顺序排名，按照排名顺序选取400个目标高程值，将这400个目标高程值对应的点作为目标点，最终将这些目标点作为长石的分布区域。进一步地，为石英选取分布区域，重新进行鼓泡，为生成的每个气泡包含的点进行高程值赋值，并计算预设平面范围内每个点的目标高程值。此时需要在预设平面范围内将为长石选定的目标点删除，将剩余的目标高程值按照从大到小的顺序排名，按照排名顺序选取300个目标高程值，将这300个目标高程值对应的点作为目标点，将这些目标点作为石英的分布区域。最终可以将预设平面范围内剩余的点作为云母的分布区域。在实际运行过程中，为了确保选取分布区域的准确率，避免少选或漏选，可以在选定最后一种矿物成分的分布区域时重新进行鼓泡并赋值，依据目标高程值选定最后一种矿物成分的分布区域。也就是说，若目标岩石存在n种成分，则至少需要进行n-1次鼓泡，每次鼓泡后选定一种矿物成分对应的分布区域。
110.如构建三维岩石模型，如图2f所示，则对于任一矿物成分，按照初始控制参数，在
预设空间内，生成预设数量个球形或椭球形气泡，为球形或椭球行气泡内的每个点随机赋予正的或负的属性值，且大小随半径变化，具体采用线性赋值，气泡内某点属性值ρ＝r-r，r为气泡半径，r为点到中心距离。通过将所述点对应的全部属性值相加，得到所述点关联的目标属性值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠。需要说明的是，后续的矿物成分无法覆盖之前矿物质成分所占据的空间。也就是说，在第一种矿物成分截取区域或空间后，会将这一部分截取的区域或空间剔除，第二种矿物成分在剔除后的区域或空间中进行接下来的截取操作。具体地，在预设空间内删除前一名矿物成分选定的点，剩余点的目标属性值按照从大到小的顺序排名，根据矿物成分对应的成分比例，确定矿物成分对应的可选数量值。按照目标属性值的排名顺序，逐一选定多个目标点，其中，多个目标点的点数与可选数量值一致。最终将选定的多个目标点作为矿物成分的分布区域。确定多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到目标岩石的三维岩石模型。
111.203、计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。
112.在步骤中，首先计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，并依据指定分形维数和指定沙漏参数，计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。进而通过将第一差值与第一预设范围比对，将第二差值与第二预设范围比对，判断构建的岩石模型是否符合要求。
113.具体地，若岩石模型为二维模型，则根据每种矿物成分对应的分布区域，通过图像识别得到岩石模型的矿物截面分布，依据矿物截面分布采用盒计数法计算每种矿物成分的分形维数，得到多个分形维数，将多个分形维数的均值作为指定分形维数。通过图像识别得到的矿物各成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给该矿物像素。为该矿物成分对应的每个矿物像素赋值，将多个矿物像素的赋值求和，得到v*
sum
第一参数。将多个矿物像素聚合为一个矩形或圆形，并将每个矿物元素距离聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定v
total
第二参数。将第一参数和第二参数的比值作为矿物成分的沙漏参数。计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数，计算多个沙漏参数的均值作为指定沙漏参数。进而计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值，通过将第一差值与第一预设范围比对，将第二差值与第二预设范围比对，判断构建的岩石模型是否符合要求。
114.若所述岩石模型为三维模型，则在岩石模型中等间隔截取多个指定横截面，如等间隔取z＝d，2d，3d
…
的平面作为指定横截面。对于每个指定横截面，根据指定横截面关联的每种矿物成分的分布区域，计算指定横截面对应的分形维数和沙漏参数。计算多个指定横截面对应的多个分形维数和多个沙漏参数，将多个分形维数的均值作为指定分形维数，将多个沙漏参数的均值作为指定沙漏参数。
115.204、当所述第一差值命中第一预设范围且所述第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。
116.其中，当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，说明构建的岩石模型符合要求，即可将已构建的模型作为目标模型，以供相关人员执行后续操作步骤。需要说明的是，第一预设范围和第二预设范围可以一致，本技术对第一预设范围和第二
预设范围的取值不进行具体限定。
117.而当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，需要修改初始控制参数，获取更新控制参数。具体地，当第一差值未命中第一预设范围时，确定第一预设范围关联的第一指定范围和第二指定范围。例如，当第一差值未0.1，未命中第一预设范围(0-0.05)，则查看第一预设范围关联的第一指定范围(-∞，0)和第二指定范围(0.05，+∞)。若第一差值命中第一指定范围，则减小初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到更新控制参数，若第一差值命中第二指定范围，则增大初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到更新控制参数。当第二差值未命中第二预设范围时，确定第二预设范围关联的第三指定范围和第四指定范围，若第二差值命中第三指定范围，则减少初始控制参数中的生成网格尺寸，得到更新控制参数，若第二差值命中第四指定范围，则增加初始控制参数中的生成网格尺寸，得到更新控制参数。
118.重复上述步骤202和步骤203，按照更新控制参数，按照更新控制参数，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型，以及再次计算岩石模型对应的指定分形维数和指定沙漏参数，指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。当第一差值未命中第一预设范围或第二差值未命中第二预设范围时，修改更新控制参数，以及按照已修改的更新控制参数重新构建岩石模型，直至重新构建的岩石模型对应的第一差值命中第一预设范围且对应的第二差值命中第二预设范围。
119.综上所述，如图2g所示，首先对目标岩石进行成分检测和图像识别，确定矿物分布特征参数，矿物分布特征参数包括多种矿物成分的成分比例、各向异性表征参数、多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数。依据矿物分布特征参数，设置鼓泡法的初始控制参数，以及按照初始控制参数开始鼓泡。不断统计鼓泡次数，当鼓泡次数达到目标值时，进行单种矿物成分的挑选，直至挑选出全部矿物成分。依据挑选情况，计算每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，将多个分形维数的均值作为指定分形维数，多个沙漏参数的均值作为指定沙漏参数。接下来，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值。当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。
120.本技术实施例提供的方法，通过实验室矿物成分检测和对目标岩石表面图片的数值图像处理获取目标岩石的各向异性表征参数，利用各向异性表征参数与鼓泡法的相关参数的关联性，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。相比于目前其他方法，本发明的方法更加简便高效，只需要进行岩样表面的图像处理分析，就可以批量构建出各种规模的岩石三维模型，大大减少了对岩样数据的过度采集和处理量，降低成本的同时提高了效率。且完全不受尺寸限制，只要计算能力允许，理论上可以建立任意大尺寸的岩石结构三维模型。另外，通过改变球形气泡到椭球形气泡，可以生成矿物颗粒具有各向异性分布特征的岩石模型。无论是具有多种不规则分布矿物成分，还是孔隙结构，都可以通过该方法建立二维或三维模型，这在岩石力学的物理实验和数值模拟中表现出了很好的潜力。
121.进一步地，作为图1所述方法的具体实现，本技术实施例提供了一种多矿物岩石结构建模装置，如图3a所示，所述装置包括：确定模块301、设置模块302、计算模块303、生成模块304。
122.该确定模块301，用于对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿
物成分的成分比例，以及依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；
123.该设置模块302，用于按照所述各向异性表征参数和所述成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型；
124.该计算模块303，用于计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；
125.该生成模块304，用于当所述第一差值命中第一预设范围且所述第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。
126.在具体的应用场景中，该确定模块301，用于按照所述成分比例，对所述二维图像中的每个像素添加成分标签；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，通过计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的矿物颗粒的长短轴比，得到所述各向异性表征参数；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述目标分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述目标沙漏参数。
127.在具体的应用场景中，该确定模块301，用于采用预设分形维数计算方法计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数，得到所述多种矿物成分对应的多个分形维数，所述分形维数用于描述所述矿物成分对应的矿物颗粒形状；依据所述图像识别，得到所述多种矿物成分的成分分布，以及依据所述成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给所述矿物像素，所述其他矿物像素为所述多种矿物成分中除所述矿物成分以外的矿物成分对应的矿物像素；将所述多个矿物像素的赋值求和，得到第一参数，以及聚合所述多个矿物像素得到聚合图形，将每个矿物元素距离所述聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定第二参数，将所述第一参数和所述第二参数的比值作为所述矿物成分的沙漏参数，所述沙漏参数用于描述所述矿物成分的矿物颗粒大小；计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数。
128.在具体的应用场景中，该设置模块302，用于按照成分比例由大到小的顺序，对所述多种矿物成分进行排名，按照排名顺序逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型；其中，所述逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，包括：若构建二维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设平面范围内，向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，为所述预设数量个圆形或椭圆形气泡中每个圆形或椭圆形气泡包含的点赋予高程值；所述向上生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为正值；所述向下生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为负值；对于所述预设平面范围内的每个点，确定所述点被赋予的全部高程值，通过将所述点对应的全部高程值相加，得到所述点关联的目标高程值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设平面范围内删除前一名矿物成分选定的点，将剩余点的目标高程值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标高程值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每
种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的二维岩石模型。
129.在具体的应用场景中，该设置模块302，还用于若构建三维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设空间内，生成预设数量个球形或椭球形气泡，为所述预设数量个球形或椭球形气泡中每个球形或椭球形气泡包含的点赋予正值属性值或负值属性值；对于所述预设空间内的每个点，确定所述点被赋予的全部属性值，通过将所述点对应的全部属性值相加，得到所述点关联的目标属性值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设空间内删除前一名矿物成分选定的点，剩余点的目标属性值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标属性值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的三维岩石模型。
130.在具体的应用场景中，该计算模块303，用于若所述岩石模型为二维模型，则根据每种所述矿物成分对应的分布区域，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数；若所述岩石模型为三维模型，则在所述岩石模型中等间隔截取多个指定横截面，根据每个所述指定横截面关联的每种矿物成分的分布区域，计算多个所述指定横截面对应的多个分形维数和多个沙漏参数，将所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，将所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数。
131.在具体的应用场景中，如图3b所示，所述装置还包括：修改模块305、比对模块306。
132.该修改模块305，用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数；
133.该比对模块306，用于按照所述更新控制参数，采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，以及再次计算所述岩石模型对应的指定分形维数和指定沙漏参数，所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；
134.该修改模块305，还用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述更新控制参数，以及按照已修改的更新控制参数重新构建岩石模型，直至重新构建的岩石模型对应的第一差值命中所述第一预设范围且对应的第二差值命中所述第二预设范围。
135.在具体的应用场景中，该修改模块305，用于当所述第一差值未命中所述第一预设范围时，确定所述第一预设范围关联的第一指定范围和第二指定范围，若所述第一差值命中所述第一指定范围，则减小所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数，若所述第一差值命中所述第二指定范围，则增大所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数；当所述第二差值未命中所述第二预设范围时，确定所述第二预设范围关联的第三指定范围和第四指定范围，若所述第二差值命中所述第三指定范围，则减少所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数，若所述第二差值命中所述第四指定范围，则增加所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数。
136.本技术实施例提供的装置，通过实验室矿物成分检测和对目标岩石表面图片的数值图像处理获取目标岩石的各向异性表征参数，利用各向异性表征参数与鼓泡法的相关参数的关联性，采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型。相比于目前其他方法，本发明的方法更加简便高效，只需要进行岩样表面的图像处理分析，就可以批量构建出各种规模的岩石三维模型，大大减少了对岩样数据的过度采集和处理量，降低成本的同时提高了效率。且完全不受尺寸限制，只要计算能力允许，理论上可以建立任意大尺寸的岩石结构三维模型。另外，通过改变球形气泡到椭球形气泡，可以生成矿物颗粒具有各向异性分布特征的岩石模型。无论是具有多种不规则分布矿物成分，还是孔隙结构，都可以通过该方法建立二维或三维模型，这在岩石力学的物理实验和数值模拟中表现出了很好的潜力。
137.需要说明的是，本技术实施例提供的一种多矿物岩石结构建模装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1和图2a至图2g中的对应描述，在此不再赘述。
138.在示例性实施例中，参见图4，还提供了一种设备，该设备包括通信总线、处理器、存储器和通信接口，还可以包括输入输出接口和显示设备，其中，各个功能单元之间可以通过总线完成相互间的通信。该存储器存储有计算机程序，处理器，用于执行存储器上所存放的程序，执行上述实施例中的多矿物岩石结构建模方法。
139.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施场景所述的方法。
140.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本技术所必须的。
141.本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
142.上述本技术序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
143.以上公开的仅为本技术的几个具体实施场景，但是，本技术并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种多矿物岩石结构建模方法，其特征在于，包括：对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；按照所述各向异性表征参数和所述成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型；计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；当所述第一差值命中第一预设范围且所述第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数，包括：按照所述成分比例，对所述二维图像中的每个像素添加成分标签；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，通过计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的矿物颗粒的长短轴比，得到所述各向异性表征参数；对已添加成分标签的二维图像进行图像识别，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述目标分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述目标沙漏参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，包括：采用预设分形维数计算方法计算所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数，得到所述多种矿物成分对应的多个分形维数，所述分形维数用于描述所述矿物成分对应的矿物颗粒形状；依据所述图像识别方法，得到所述多种矿物成分的成分分布，以及依据所述成分分布，确认任一矿物成分对应的多个矿物像素，将每个矿物像素距离其他矿物像素的最近距离赋值给所述矿物像素，所述其他矿物像素为所述多种矿物成分中除所述矿物成分以外的矿物成分对应的矿物像素；将所述多个矿物像素的赋值求和，得到第一参数，以及聚合所述多个矿物像素得到聚合图形，将每个矿物元素距离所述聚合图形边缘的最近距离赋值给对应的矿物元素，确定第二参数，将所述第一参数和所述第二参数的比值作为所述矿物成分的沙漏参数，所述沙漏参数用于描述所述矿物成分的矿物颗粒大小；计算每个矿物成分对应的沙漏参数，得到多个沙漏参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，包括：按照成分比例由大到小的顺序，对所述多种矿物成分进行排名，按照排名顺序逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型；
其中，所述逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，包括：若构建二维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设平面范围内，向上或向下生成预设数量个圆形或椭圆形气泡，为所述预设数量个圆形或椭圆形气泡中每个圆形或椭圆形气泡包含的点赋予高程值；所述向上生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为正值；所述向下生成的圆形或椭圆形气泡，其高程值为负值；对于所述预设平面范围内的每个点，确定所述点被赋予的全部高程值，通过将所述点对应的全部高程值相加，得到所述点关联的目标高程值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设平面范围内删除前一名矿物成分选定的点，将剩余点的目标高程值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标高程值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的二维岩石模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述逐一选取每种所述矿物成分对应的分布区域，得到所述岩石模型，还包括：若构建三维岩石模型，则对于任一矿物成分，按照所述初始控制参数，在预设空间内，生成预设数量个球形或椭球形气泡，为所述预设数量个球形或椭球形气泡中每个球形或椭球形气泡包含的点赋予正值属性值或负值属性值；对于所述预设空间内的每个点，确定所述点被赋予的全部属性值，通过将所述点对应的全部属性值相加，得到所述点关联的目标属性值，以实现所述多个气泡在所述预设平面范围内重叠；在所述预设空间内删除前一名矿物成分选定的点，剩余点的目标属性值按照从大到小的顺序排名，根据所述矿物成分对应的成分比例，确定所述矿物成分对应的可选数量值；按照所述目标属性值的排名顺序，逐一选定多个目标点，所述多个目标点的点数与所述可选数量值一致；将选定的多个目标点作为所述矿物成分的分布区域；确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分布区域，得到所述目标岩石的三维岩石模型。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，包括：若所述岩石模型为二维模型，则根据每种所述矿物成分对应的分布区域，确定所述多种矿物成分中每种矿物成分对应的分形维数和沙漏参数，得到多个分形维数和多个沙漏参数，以及计算所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，计算所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数；若所述岩石模型为三维模型，则在所述岩石模型中等间隔截取多个指定横截面，根据
每个所述指定横截面关联的每种矿物成分的分布区域，计算多个所述指定横截面对应的多个分形维数和多个沙漏参数，将所述多个分形维数的均值作为所述指定分形维数，将所述多个沙漏参数的均值作为所述指定沙漏参数。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值之后，所述方法还包括：当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数；按照所述更新控制参数，采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型，以及再次计算所述岩石模型对应的指定分形维数和指定沙漏参数，所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述更新控制参数，以及按照已修改的更新控制参数重新构建岩石模型，直至重新构建的岩石模型对应的第一差值命中所述第一预设范围且对应的第二差值命中所述第二预设范围。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述当所述第一差值未命中所述第一预设范围或所述第二差值未命中第二预设范围时，修改所述初始控制参数，得到更新控制参数，包括：当所述第一差值未命中所述第一预设范围时，确定所述第一预设范围关联的第一指定范围和第二指定范围，若所述第一差值命中所述第一指定范围，则减小所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数，若所述第一差值命中所述第二指定范围，则增大所述初始控制参数中的鼓泡半径分布标准差，得到所述更新控制参数；当所述第二差值未命中所述第二预设范围时，确定所述第二预设范围关联的第三指定范围和第四指定范围，若所述第二差值命中所述第三指定范围，则减少所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数，若所述第二差值命中所述第四指定范围，则增加所述初始控制参数中的生成网格尺寸，得到所述更新控制参数。9.一种多矿物岩石结构建模装置，其特征在于，包括：确定模块，用于对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，以及依据所述成分比例和所述目标岩石对应的二维图像，确定所述目标岩石对应的各向异性表征参数，以及所述多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；设置模块，用于按照所述各向异性表征参数和所述成分比例，设置鼓泡法的初始控制参数，并采用所述鼓泡法构建所述目标岩石的岩石模型；计算模块，用于计算所述岩石模型中所述多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算所述指定分形维数与所述目标分形维数的第一差值和所述指定沙漏参数与所述目标沙漏参数的第二差值；生成模块，用于当所述第一差值命中第一预设范围且所述第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种多矿物岩石结构建模方法、装置及设备，涉及岩石力学领域，可以针对规模大、矿物多的岩石材料建模。所述方法包括：对目标岩石进行矿物成分检测，得到目标岩石包含的多种矿物成分的成分比例，确定目标岩石对应的各向异性表征参数，以及多种矿物成分对应的目标分形维数和目标沙漏参数；按照各向异性表征参数和成分比例，并采用鼓泡法构建目标岩石的岩石模型；计算岩石模型中多种矿物成分对应的指定分形维数和指定沙漏参数，分别计算指定分形维数与目标分形维数的第一差值和指定沙漏参数与目标沙漏参数的第二差值；当第一差值命中第一预设范围且第二差值命中第二预设范围时，得到目标模型。得到目标模型。得到目标模型。


技术研发人员：刘溪鸽 范儒泓 李虹毅 张华
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/19