談石油勘探三維地質(zhì)構造建模技術

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摘要：伴隨信息技術、數(shù)字技術以及計算機應用技術的不斷突破，地質(zhì)勘探技術有了全新的發(fā)展可能，基于上述技術融合的三維地質(zhì)結(jié)構建模技術，讓勘探數(shù)據(jù)變成可視化的模型，對地質(zhì)結(jié)構以及地質(zhì)問題有更為直觀真實的顯示。課題研究由此出發(fā)，對三維地質(zhì)構造建模技術進行探討，剖析現(xiàn)有技術的優(yōu)缺點，并對其今后的發(fā)展方向進行預測

關鍵詞：三維構造建模；地質(zhì)界面；石油地質(zhì)

傳統(tǒng)的勘探結(jié)果是較為抽象的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)使用十分繁瑣，影響了開發(fā)計劃的制定，基于三維建模技術的地質(zhì)勘探技術，在一定程度上實現(xiàn)了勘探結(jié)果的可視化，讓地質(zhì)工作者可以更為直觀地了解地質(zhì)結(jié)構，結(jié)合空間分析技術、定量化數(shù)值模擬等研究技術，可以指定更為客觀合理的石油開發(fā)方案。我國對三維地質(zhì)構建建模技術的研究起步較晚，雖然近年來進程十分迅速，但與西方先進國家相比仍存在一定差距，我國對三維地質(zhì)構造建模技術的研究多集中于三維地質(zhì)學模擬上，對地質(zhì)建模的技術研究存在一定缺失。

1石油勘探三維構造建模技術特點以及地質(zhì)規(guī)則

1.1三維地質(zhì)建模技術的主要特點

三維地質(zhì)建模技術的本質(zhì)是基于勘探數(shù)據(jù)結(jié)合三維立體圖形構造技術，完成對地質(zhì)情況的三維形狀還原，因此立體幾何構造、拓撲結(jié)構、參數(shù)信息是三維地質(zhì)建模的主要組成因素也是主要特點。其中幾何結(jié)構是該技術的最為直觀特點，地質(zhì)建模通過立體成像技術，對地質(zhì)情況的空間位置和組成結(jié)構進行還原，采用點、線、面、體等幾何要素進行表達。拓步結(jié)構是立體幾何的重要分支，主要研究點、線、面、體之間的順序關系，可以分為宏觀拓撲結(jié)構和微觀拓步結(jié)構兩種。參數(shù)信息主要是指各類地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，如目標巖層的組成成分、孔隙度、滲透率等等。

1.2三維地質(zhì)建模技術中的地質(zhì)規(guī)則

構造建模在一定程度上就是將地質(zhì)構造的真實特征要素在模型中體現(xiàn)出來，也就是在實際應用中將地質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為約束數(shù)據(jù)來約束構造模型的建立。如所建立的構造模型必須嚴格經(jīng)過地層的采樣點；在有測斜數(shù)據(jù)的情況下，測斜數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為地層界面的產(chǎn)狀約束等。

1.3三維地質(zhì)建模技術的表達方法

根據(jù)前文所述，三維地質(zhì)建模技術是通過三維建模技術以及地質(zhì)勘探技術，讓目標空間區(qū)域的空間實體進行立體化的模擬，從表達方式可以分為地質(zhì)概念模型、幾何模型、拓撲模型三種。其中地質(zhì)概念模型反映地質(zhì)屬性以及地質(zhì)關系等地質(zhì)信息主體，幾何模型可以對地質(zhì)表面形態(tài)進行表達。拓撲模型主要完成對地質(zhì)變化關系的表達。

2三維地質(zhì)建模技術方法探討

2.1三維地質(zhì)建模技術實施流程

三維構造技術是一門由淺入深的成像技術，對目標地質(zhì)結(jié)構進行空間建模，最終將地質(zhì)勘探結(jié)果進行三維成像。在建模過程中，各個環(huán)節(jié)之間存在緊密聯(lián)系，任何誤差都會對最終的成像結(jié)果造成影響?？赡軐е陆Ｕw失敗。因此三維地質(zhì)建模技術的核心是質(zhì)量控制，質(zhì)量控制貫穿整個建模過程，影響著模型的可視化及后續(xù)數(shù)值模擬穩(wěn)定性等。三維地質(zhì)建模技術的流程如下：首先進行地質(zhì)信息的測量獲取，并建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，隨后確定建模邊界并建立斷層面，完成斷層與斷層接觸關系的分析處理。完成上述工作后進行地層面建模工作，并進行分層點地層面地層面修正，建立宏觀拓撲關系，最后生成封閉地質(zhì)體。

2.2三維地質(zhì)建模技術技術難點

三維地質(zhì)建模技術的難點以及技術實施的障礙點較多，如建模所需地質(zhì)信息獲取的困難性，地質(zhì)空間信息勘探的障礙以及不同地質(zhì)結(jié)構關系復雜性以及地質(zhì)體屬性的未知性，都會提高三維地質(zhì)建模技術實施難度，從問題發(fā)生時間和發(fā)生位置主要可以分為以下幾類：其一，復雜斷層建模中，斷層中斷面的機構較為復雜，毫無規(guī)律可循，對其斷層之間的關系研究十分困難。其二，在對復雜層面以及地質(zhì)體的建模過程中，其倒轉(zhuǎn)褶皺、鹽丘等地質(zhì)結(jié)構的存在，造成了空間不連續(xù)性和復雜構造變形形成的多值地質(zhì)結(jié)構，極大地提高了建模難度。其三，現(xiàn)階段的勘探技術存在限制，無法對地質(zhì)信息進行高精度的全面勘探，這造成三維建模中存在較多的不確定因素和較為嚴重的誤差問題。

3三維地質(zhì)建模的關鍵技術

3.1多元數(shù)據(jù)融合

多元數(shù)據(jù)融合是基于信息技術的以及大數(shù)據(jù)技術的全新建模技術，它主要應用于對建模數(shù)據(jù)的分析、融合以及處理工作中，依靠該技術可以將地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)以及建模所需數(shù)據(jù)進行優(yōu)化整合，統(tǒng)一管理，并建立對應的數(shù)據(jù)庫結(jié)構，為后期的建模工作提供高效精準的信息服務，從而全面提高建模效率以及建模精度。3.2地質(zhì)界面構建地質(zhì)界面構建是三維地質(zhì)建模的核心環(huán)節(jié)，通過點、線、面、向量等元素，完成三維地質(zhì)曲面的構建，構建方法主要有三角剖分、輪廓線表面重建等幾種，

3.3地質(zhì)空間插值

地質(zhì)空間插值技術主要用于對未采樣位置的高程值以及屬性值的初步預測，以及降噪工作，提高地質(zhì)界面的真實感以及可視化效果。

3.4地質(zhì)界面交切處理

地質(zhì)體中存在各種地質(zhì)界面，當出現(xiàn)地層不整合、斷層錯斷地層、地層尖滅等情形時，就會遇到地質(zhì)界面交切關系處理問題。處理交切關系，必須保持界面間的拓撲一致，目前普遍的方法是利用人機交互，使用曲面切割、曲面調(diào)整等編輯工具，完成對面面之間的拓撲關系處理，提高建模一致性降低建模誤差，提高地質(zhì)曲面的構建精度以及實際應用價值。

3.5構造模型的不確定性評價及模型質(zhì)量控制

構造模型質(zhì)量控制技術主要基于模型構建的全部流程中進行對應的面網(wǎng)精度控制，以此最大限度縮短，建模結(jié)果與自然對象之間的差距，提高模型精度和實用價值，構造模型的不確定因素主要表現(xiàn)為幾何結(jié)構以及拓撲結(jié)構的不確定性上，不確定性的研究大多從概率統(tǒng)計著手，也有對構造模型的幾何位置和拓撲接觸關系引入的概念及方法。

4存在問題及發(fā)展趨勢

我國對石油勘探過程中使用的三維地質(zhì)構造建模技術研究起步較晚，雖然近年來我國石油企業(yè)以及相關研究部門逐漸認識到建模技術對地質(zhì)勘探工作的重要意義，并加強對此類技術的研究工作，取得了多項研究成果，但與西方先進國家相比仍存在一定問題與差距。其一，我國現(xiàn)階段的三維地質(zhì)構造建模技術，對復雜地質(zhì)建構的建模還原能力較差，模型與實際地質(zhì)情況存在較大的誤差，最終的建模結(jié)果實際應用價值較低。其二，建模主要以交互編輯位置，雖然建模效率以及精度得到了提高，但也導致了模型更新困難。其三，缺少確定性分析和研究技術，對數(shù)據(jù)依賴性較高，在數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差時，沒有對應的模型準確性論證方法和手段?；谏鲜鰡栴}，我國三維地質(zhì)結(jié)構建模技術的優(yōu)化發(fā)展應從如下角度進行。首先，三維地質(zhì)構造建模技術在我國石油勘探領域以及各類礦產(chǎn)資源的勘探領域中有廣泛的應用。但對其利用和管理的技術研究數(shù)量較少。因此應提高建模的技術的應用以及管理標準，優(yōu)化建模流程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集、地質(zhì)解釋、地質(zhì)建模、定量化數(shù)值模擬以及生產(chǎn)方案制定的一體化。并加強人員培訓，提高崗位員工的技能素質(zhì)，提高建模工作質(zhì)量。其次，應建立共享地質(zhì)模型體制，建立三維地質(zhì)建模知識驅(qū)動系統(tǒng)，加強地質(zhì)知識以及管理的共享性，降低信息傳播約束，最終實現(xiàn)智能化、共享化、全球信息化的三維地質(zhì)建模技術。再次，加強對地質(zhì)模型構建中不確定因素的分析處理能力，現(xiàn)階段造成模型誤差較大的主要原因是勘探過程中存在不確定因素，以及復雜地質(zhì)結(jié)構較難掌握的變化規(guī)律缺乏必要的預測技術以及判斷能力，因此加強對建模過程中不確定信息以及地質(zhì)因素的量化評定研究。最后，對于復雜構造的區(qū)域，三維構造建模的解決能力還是偏弱，而且效率也很低，還不利于模型更新。隱函數(shù)建模方法的提出為解決復雜構造建模指明了方向，同時為構造建模的自動化提供了可能。此外，隱函數(shù)建模方法不僅支持地質(zhì)知識的融合還可以方便構造模型的不確定性的表達。

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作者：王玉巖 單位：大慶油田勘探開發(fā)研究院