谈石油勘探三维地质构造建模技术

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摘要：伴随信息技术、数字技术以及计算机应用技术的不断突破，地质勘探技术有了全新的发展可能，基于上述技术融合的三维地质结构建模技术，让勘探数据变成可视化的模型，对地质结构以及地质问题有更为直观真实的显示。课题研究由此出发，对三维地质构造建模技术进行探讨，剖析现有技术的优缺点，并对其今后的发展方向进行预测

关键词：三维构造建模；地质界面；石油地质

传统的勘探结果是较为抽象的数据，数据使用十分繁琐，影响了开发计划的制定，基于三维建模技术的地质勘探技术，在一定程度上实现了勘探结果的可视化，让地质工作者可以更为直观地了解地质结构，结合空间分析技术、定量化数值模拟等研究技术，可以指定更为客观合理的石油开发方案。我国对三维地质构建建模技术的研究起步较晚，虽然近年来进程十分迅速，但与西方先进国家相比仍存在一定差距，我国对三维地质构造建模技术的研究多集中于三维地质学模拟上，对地质建模的技术研究存在一定缺失。

1石油勘探三维构造建模技术特点以及地质规则

1.1三维地质建模技术的主要特点

三维地质建模技术的本质是基于勘探数据结合三维立体图形构造技术，完成对地质情况的三维形状还原，因此立体几何构造、拓扑结构、参数信息是三维地质建模的主要组成因素也是主要特点。其中几何结构是该技术的最为直观特点，地质建模通过立体成像技术，对地质情况的空间位置和组成结构进行还原，采用点、线、面、体等几何要素进行表达。拓步结构是立体几何的重要分支，主要研究点、线、面、体之间的顺序关系，可以分为宏观拓扑结构和微观拓步结构两种。参数信息主要是指各类地质勘探数据，如目标岩层的组成成分、孔隙度、渗透率等等。

1.2三维地质建模技术中的地质规则

构造建模在一定程度上就是将地质构造的真实特征要素在模型中体现出来，也就是在实际应用中将地质数据转换为约束数据来约束构造模型的建立。如所建立的构造模型必须严格经过地层的采样点；在有测斜数据的情况下，测斜数据可转换为地层界面的产状约束等。

1.3三维地质建模技术的表达方法

根据前文所述，三维地质建模技术是通过三维建模技术以及地质勘探技术，让目标空间区域的空间实体进行立体化的模拟，从表达方式可以分为地质概念模型、几何模型、拓扑模型三种。其中地质概念模型反映地质属性以及地质关系等地质信息主体，几何模型可以对地质表面形态进行表达。拓扑模型主要完成对地质变化关系的表达。

2三维地质建模技术方法探讨

2.1三维地质建模技术实施流程

三维构造技术是一门由浅入深的成像技术，对目标地质结构进行空间建模，最终将地质勘探结果进行三维成像。在建模过程中，各个环节之间存在紧密联系，任何误差都会对最终的成像结果造成影响。可能导致建模整体失败。因此三维地质建模技术的核心是质量控制，质量控制贯穿整个建模过程，影响着模型的可视化及后续数值模拟稳定性等。三维地质建模技术的流程如下：首先进行地质信息的测量获取，并建立地质信息数据库，随后确定建模边界并建立断层面，完成断层与断层接触关系的分析处理。完成上述工作后进行地层面建模工作，并进行分层点地层面地层面修正，建立宏观拓扑关系，最后生成封闭地质体。

2.2三维地质建模技术技术难点

三维地质建模技术的难点以及技术实施的障碍点较多，如建模所需地质信息获取的困难性，地质空间信息勘探的障碍以及不同地质结构关系复杂性以及地质体属性的未知性，都会提高三维地质建模技术实施难度，从问题发生时间和发生位置主要可以分为以下几类：其一，复杂断层建模中，断层中断面的机构较为复杂，毫无规律可循，对其断层之间的关系研究十分困难。其二，在对复杂层面以及地质体的建模过程中，其倒转褶皱、盐丘等地质结构的存在，造成了空间不连续性和复杂构造变形形成的多值地质结构，极大地提高了建模难度。其三，现阶段的勘探技术存在限制，无法对地质信息进行高精度的全面勘探，这造成三维建模中存在较多的不确定因素和较为严重的误差问题。

3三维地质建模的关键技术

3.1多元数据融合

多元数据融合是基于信息技术的以及大数据技术的全新建模技术，它主要应用于对建模数据的分析、融合以及处理工作中，依靠该技术可以将地质勘探数据以及建模所需数据进行优化整合，统一管理，并建立对应的数据库结构，为后期的建模工作提供高效精准的信息服务，从而全面提高建模效率以及建模精度。3.2地质界面构建地质界面构建是三维地质建模的核心环节，通过点、线、面、向量等元素，完成三维地质曲面的构建，构建方法主要有三角剖分、轮廓线表面重建等几种，

3.3地质空间插值

地质空间插值技术主要用于对未采样位置的高程值以及属性值的初步预测，以及降噪工作，提高地质界面的真实感以及可视化效果。

3.4地质界面交切处理

地质体中存在各种地质界面，当出现地层不整合、断层错断地层、地层尖灭等情形时，就会遇到地质界面交切关系处理问题。处理交切关系，必须保持界面间的拓扑一致，目前普遍的方法是利用人机交互，使用曲面切割、曲面调整等编辑工具，完成对面面之间的拓扑关系处理，提高建模一致性降低建模误差，提高地质曲面的构建精度以及实际应用价值。

3.5构造模型的不确定性评价及模型质量控制

构造模型质量控制技术主要基于模型构建的全部流程中进行对应的面网精度控制，以此最大限度缩短，建模结果与自然对象之间的差距，提高模型精度和实用价值，构造模型的不确定因素主要表现为几何结构以及拓扑结构的不确定性上，不确定性的研究大多从概率统计着手，也有对构造模型的几何位置和拓扑接触关系引入的概念及方法。

4存在问题及发展趋势

我国对石油勘探过程中使用的三维地质构造建模技术研究起步较晚，虽然近年来我国石油企业以及相关研究部门逐渐认识到建模技术对地质勘探工作的重要意义，并加强对此类技术的研究工作，取得了多项研究成果，但与西方先进国家相比仍存在一定问题与差距。其一，我国现阶段的三维地质构造建模技术，对复杂地质建构的建模还原能力较差，模型与实际地质情况存在较大的误差，最终的建模结果实际应用价值较低。其二，建模主要以交互编辑位置，虽然建模效率以及精度得到了提高，但也导致了模型更新困难。其三，缺少确定性分析和研究技术，对数据依赖性较高，在数据出现误差时，没有对应的模型准确性论证方法和手段。基于上述问题，我国三维地质结构建模技术的优化发展应从如下角度进行。首先，三维地质构造建模技术在我国石油勘探领域以及各类矿产资源的勘探领域中有广泛的应用。但对其利用和管理的技术研究数量较少。因此应提高建模的技术的应用以及管理标准，优化建模流程，实现数据信息采集、地质解释、地质建模、定量化数值模拟以及生产方案制定的一体化。并加强人员培训，提高岗位员工的技能素质，提高建模工作质量。其次，应建立共享地质模型体制，建立三维地质建模知识驱动系统，加强地质知识以及管理的共享性，降低信息传播约束，最终实现智能化、共享化、全球信息化的三维地质建模技术。再次，加强对地质模型构建中不确定因素的分析处理能力，现阶段造成模型误差较大的主要原因是勘探过程中存在不确定因素，以及复杂地质结构较难掌握的变化规律缺乏必要的预测技术以及判断能力，因此加强对建模过程中不确定信息以及地质因素的量化评定研究。最后，对于复杂构造的区域，三维构造建模的解决能力还是偏弱，而且效率也很低，还不利于模型更新。隐函数建模方法的提出为解决复杂构造建模指明了方向，同时为构造建模的自动化提供了可能。此外，隐函数建模方法不仅支持地质知识的融合还可以方便构造模型的不确定性的表达。

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作者：王玉岩 单位：大庆油田勘探开发研究院