談石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)

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摘要：伴隨信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，地質(zhì)勘探技術(shù)有了全新的發(fā)展可能，基于上述技術(shù)融合的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模技術(shù)，讓勘探數(shù)據(jù)變成可視化的模型，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)問題有更為直觀真實(shí)的顯示。課題研究由此出發(fā)，對(duì)三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)進(jìn)行探討，剖析現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其今后的發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)

關(guān)鍵詞：三維構(gòu)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(jì)劃的制定，基于三維建模技術(shù)的地質(zhì)勘探技術(shù)，在一定程度上實(shí)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(gòu)，結(jié)合空間分析技術(shù)、定量化數(shù)值模擬等研究技術(shù)，可以指定更為客觀合理的石油開發(fā)方案。我國(guó)對(duì)三維地質(zhì)構(gòu)建建模技術(shù)的研究起步較晚，雖然近年來進(jìn)程十分迅速，但與西方先進(jìn)國(guó)家相比仍存在一定差距，我國(guó)對(duì)三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的研究多集中于三維地質(zhì)學(xué)模擬上，對(duì)地質(zhì)建模的技術(shù)研究存在一定缺失。

1石油勘探三維構(gòu)造建模技術(shù)特點(diǎn)以及地質(zhì)規(guī)則

1.1三維地質(zhì)建模技術(shù)的主要特點(diǎn)

三維地質(zhì)建模技術(shù)的本質(zhì)是基于勘探數(shù)據(jù)結(jié)合三維立體圖形構(gòu)造技術(shù)，完成對(duì)地質(zhì)情況的三維形狀還原，因此立體幾何構(gòu)造、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、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(diǎn)。其中幾何結(jié)構(gòu)是該技術(shù)的最為直觀特點(diǎn)，地質(zhì)建模通過立體成像技術(shù)，對(duì)地質(zhì)情況的空間位置和組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行還原，采用點(diǎn)、線、面、體等幾何要素進(jìn)行表達(dá)。拓步結(jié)構(gòu)是立體幾何的重要分支，主要研究點(diǎn)、線、面、體之間的順序關(guān)系，可以分為宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和微觀拓步結(jié)構(gòu)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(biāo)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(shù)中的地質(zhì)規(guī)則

構(gòu)造建模在一定程度上就是將地質(zhì)構(gòu)造的真實(shí)特征要素在模型中體現(xiàn)出來，也就是在實(shí)際應(yīng)用中將地質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為約束數(shù)據(jù)來約束構(gòu)造模型的建立。如所建立的構(gòu)造模型必須嚴(yán)格經(jīng)過地層的采樣點(diǎn)；在有測(cè)斜數(shù)據(jù)的情況下，測(cè)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(shù)的表達(dá)方法

根據(jù)前文所述，三維地質(zhì)建模技術(shù)是通過三維建模技術(shù)以及地質(zhì)勘探技術(shù)，讓目標(biāo)空間區(qū)域的空間實(shí)體進(jìn)行立體化的模擬，從表達(dá)方式可以分為地質(zhì)概念模型、幾何模型、拓?fù)淠Ｐ腿N。其中地質(zhì)概念模型反映地質(zhì)屬性以及地質(zhì)關(guān)系等地質(zhì)信息主體，幾何模型可以對(duì)地質(zhì)表面形態(tài)進(jìn)行表達(dá)。拓?fù)淠Ｐ椭饕瓿蓪?duì)地質(zhì)變化關(guān)系的表達(dá)。

2三維地質(zhì)建模技術(shù)方法探討

2.1三維地質(zhì)建模技術(shù)實(shí)施流程

三維構(gòu)造技術(shù)是一門由淺入深的成像技術(shù)，對(duì)目標(biāo)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間建模，最終將地質(zhì)勘探結(jié)果進(jìn)行三維成像。在建模過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)之間存在緊密聯(lián)系，任何誤差都會(huì)對(duì)最終的成像結(jié)果造成影響。可能導(dǎo)致建模整體失敗。因此三維地質(zhì)建模技術(shù)的核心是質(zhì)量控制，質(zhì)量控制貫穿整個(gè)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(shù)的流程如下：首先進(jìn)行地質(zhì)信息的測(cè)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(guān)系的分析處理。完成上述工作后進(jìn)行地層面建模工作，并進(jìn)行分層點(diǎn)地層面地層面修正，建立宏觀拓?fù)潢P(guān)系，最后生成封閉地質(zhì)體。

2.2三維地質(zhì)建模技術(shù)技術(shù)難點(diǎn)

三維地質(zhì)建模技術(shù)的難點(diǎn)以及技術(shù)實(shí)施的障礙點(diǎn)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(gòu)關(guān)系復(fù)雜性以及地質(zhì)體屬性的未知性，都會(huì)提高三維地質(zhì)建模技術(shù)實(shí)施難度，從問題發(fā)生時(shí)間和發(fā)生位置主要可以分為以下幾類：其一，復(fù)雜斷層建模中，斷層中斷面的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，毫無規(guī)律可循，對(duì)其斷層之間的關(guān)系研究十分困難。其二，在對(duì)復(fù)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(gòu)的存在，造成了空間不連續(xù)性和復(fù)雜構(gòu)造變形形成的多值地質(zhì)結(jié)構(gòu)，極大地提高了建模難度。其三，現(xiàn)階段的勘探技術(shù)存在限制，無法對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)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(yán)重的誤差問題。

3三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)

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(shù)的以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的全新建模技術(shù)，它主要應(yīng)用于對(duì)建模數(shù)據(jù)的分析、融合以及處理工作中，依靠該技術(shù)可以將地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)以及建模所需數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化整合，統(tǒng)一管理，并建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，為后期的建模工作提供高效精準(zhǔn)的信息服務(wù)，從而全面提高建模效率以及建模精度。3.2地質(zhì)界面構(gòu)建地質(zhì)界面構(gòu)建是三維地質(zhì)建模的核心環(huán)節(jié)，通過點(diǎn)、線、面、向量等元素，完成三維地質(zhì)曲面的構(gòu)建，構(gòu)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(shù)主要用于對(duì)未采樣位置的高程值以及屬性值的初步預(yù)測(cè)，以及降噪工作，提高地質(zhì)界面的真實(shí)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(dāng)出現(xiàn)地層不整合、斷層錯(cuò)斷地層、地層尖滅等情形時(shí)，就會(huì)遇到地質(zhì)界面交切關(guān)系處理問題。處理交切關(guān)系，必須保持界面間的拓?fù)湟恢拢壳捌毡榈姆椒ㄊ抢萌藱C(jī)交互，使用曲面切割、曲面調(diào)整等編輯工具，完成對(duì)面面之間的拓?fù)潢P(guān)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(gòu)建精度以及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.5構(gòu)造模型的不確定性評(píng)價(jià)及模型質(zhì)量控制

構(gòu)造模型質(zhì)量控制技術(shù)主要基于模型構(gòu)建的全部流程中進(jìn)行對(duì)應(yīng)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(duì)象之間的差距，提高模型精度和實(shí)用價(jià)值，構(gòu)造模型的不確定因素主要表現(xiàn)為幾何結(jié)構(gòu)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不確定性上，不確定性的研究大多從概率統(tǒng)計(jì)著手，也有對(duì)構(gòu)造模型的幾何位置和拓?fù)浣佑|關(guān)系引入的概念及方法。

4存在問題及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)對(duì)石油勘探過程中使用的三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)研究起步較晚，雖然近年來我國(guó)石油企業(yè)以及相關(guān)研究部門逐漸認(rèn)識(shí)到建模技術(shù)對(duì)地質(zhì)勘探工作的重要意義，并加強(qiáng)對(duì)此類技術(shù)的研究工作，取得了多項(xiàng)研究成果，但與西方先進(jìn)國(guó)家相比仍存在一定問題與差距。其一，我國(guó)現(xiàn)階段的三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)建構(gòu)的建模還原能力較差，模型與實(shí)際地質(zhì)情況存在較大的誤差，最終的建模結(jié)果實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(dǎo)致了模型更新困難。其三，缺少確定性分析和研究技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)依賴性較高，在數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差時(shí)，沒有對(duì)應(yīng)的模型準(zhǔn)確性論證方法和手段?；谏鲜鰡栴}，我國(guó)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展應(yīng)從如下角度進(jìn)行。首先，三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)在我國(guó)石油勘探領(lǐng)域以及各類礦產(chǎn)資源的勘探領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。但對(duì)其利用和管理的技術(shù)研究數(shù)量較少。因此應(yīng)提高建模的技術(shù)的應(yīng)用以及管理標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化建模流程，實(shí)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(qiáng)人員培訓(xùn)，提高崗位員工的技能素質(zhì)，提高建模工作質(zhì)量。其次，應(yīng)建立共享地質(zhì)模型體制，建立三維地質(zhì)建模知識(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，加強(qiáng)地質(zhì)知識(shí)以及管理的共享性，降低信息傳播約束，最終實(shí)現(xiàn)智能化、共享化、全球信息化的三維地質(zhì)建模技術(shù)。再次，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)模型構(gòu)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(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)較難掌握的變化規(guī)律缺乏必要的預(yù)測(cè)技術(shù)以及判斷能力，因此加強(qiáng)對(duì)建模過程中不確定信息以及地質(zhì)因素的量化評(píng)定研究。最后，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造的區(qū)域，三維構(gòu)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(fù)雜構(gòu)造建模指明了方向，同時(shí)為構(gòu)造建模的自動(dòng)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(shí)的融合還可以方便構(gòu)造模型的不確定性的表達(dá)。

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作者：王玉巖 單位：大慶油田勘探開發(fā)研究院