談石油勘探三維地質構造建模技術
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摘要：伴隨信息技術、數字技術以及計算機應用技術的不斷突破，地質勘探技術有了全新的發展可能，基于上述技術融合的三維地質結構建模技術，讓勘探數據變成可視化的模型，對地質結構以及地質問題有更為直觀真實的顯示。課題研究由此出發，對三維地質構造建模技術進行探討，剖析現有技術的優缺點，并對其今后的發展方向進行預測
關鍵詞：三維構造建模；地質界面；石油地質
傳統的勘探結果是較為抽象的數據，數據使用十分繁瑣，影響了開發計劃的制定，基于三維建模技術的地質勘探技術，在一定程度上實現了勘探結果的可視化，讓地質工作者可以更為直觀地了解地質結構，結合空間分析技術、定量化數值模擬等研究技術，可以指定更為客觀合理的石油開發方案。我國對三維地質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，我國對三維地質構造建模技術的研究多集中于三維地質學模擬上，對地質建模的技術研究存在一定缺失。
1.1三維地質建模技術的主要特點
三維地質建模技術的本質是基于勘探數據結合三維立體圖形構造技術，完成對地質情況的三維形狀還原，因此立體幾何構造、拓撲結構、參數信息是三維地質建模的主要組成因素也是主要特點。其中幾何結構是該技術的最為直觀特點，地質建模通過立體成像技術，對地質情況的空間位置和組成結構進行還原，采用點、線、面、體等幾何要素進行表達。拓步結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構和微觀拓步結構兩種。參數信息主要是指各類地質勘探數據，如目標巖層的組成成分、孔隙度、滲透率等等。
1.2三維地質建模技術中的地質規則
構造建模在一定程度上就是將地質構造的真實特征要素在模型中體現出來，也就是在實際應用中將地質數據轉換為約束數據來約束構造模型的建立。如所建立的構造模型必須嚴格經過地層的采樣點；在有測斜數據的情況下，測斜數據可轉換為地層界面的產狀約束等。
根據前文所述，三維地質建模技術是通過三維建模技術以及地質勘探技術，讓目標空間區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概念模型、幾何模型、拓撲模型三種。其中地質概念模型反映地質屬性以及地質關系等地質信息主體，幾何模型可以對地質表面形態進行表達。拓撲模型主要完成對地質變化關系的表達。
2三維地質建模技術方法探討
2.1三維地質建模技術實施流程
三維構造技術是一門由淺入深的成像技術，對目標地質結構進行空間建模，最終將地質勘探結果進行三維成像。在建模過程中，各個環節之間存在緊密聯系，任何誤差都會對最終的成像結果造成影響?？赡軐е陆Ｕw失敗。因此三維地質建模技術的核心是質量控制，質量控制貫穿整個建模過程，影響著模型的可視化及后續數值模擬穩定性等。三維地質建模技術的流程如下：首先進行地質信息的測量獲取，并建立地質信息數據庫，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，最后生成封閉地質體。
2.2三維地質建模技術技術難點
三維地質建模技術的難點以及技術實施的障礙點較多，如建模所需地質信息獲取的困難性，地質空間信息勘探的障礙以及不同地質結構關系復雜性以及地質體屬性的未知性，都會提高三維地質建模技術實施難度，從問題發生時間和發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體的建模過程中，其倒轉褶皺、鹽丘等地質結構的存在，造成了空間不連續性和復雜構造變形形成的多值地質結構，極大地提高了建模難度。其三，現階段的勘探技術存在限制，無法對地質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。
3三維地質建模的關鍵技術
3.1多元數據融合
多元數據融合是基于信息技術的以及大數據技術的全新建模技術，它主要應用于對建模數據的分析、融合以及處理工作中，依靠該技術可以將地質勘探數據以及建模所需數據進行優化整合，統一管理，并建立對應的數據庫結構，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地質界面構建地質界面構建是三維地質建模的核心環節，通過點、線、面、向量等元素，完成三維地質曲面的構建，構建方法主要有三角剖分、輪廓線表面重建等幾種，
3.3地質空間插值
地質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，提高地質界面的真實感以及可視化效果。
3.4地質界面交切處理
地質體中存在各種地質界面，當出現地層不整合、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量控制
構造模型質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精度控制，以此最大限度縮短，建模結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為幾何結構以及拓撲結構的不確定性上，不確定性的研究大多從概率統計著手，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存在問題及發展趨勢
我國對石油勘探過程中使用的三維地質構造建模技術研究起步較晚，雖然近年來我國石油企業以及相關研究部門逐漸認識到建模技術對地質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，我國現階段的三維地質構造建模技術，對復雜地質建構的建模還原能力較差，模型與實際地質情況存在較大的誤差，最終的建模結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，對數據依賴性較高，在數據出現誤差時，沒有對應的模型準確性論證方法和手段?；谏鲜鰡栴}，我國三維地質結構建模技術的優化發展應從如下角度進行。首先，三維地質構造建模技術在我國石油勘探領域以及各類礦產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量較少。因此應提高建模的技術的應用以及管理標準，優化建模流程，實現數據信息采集、地質解釋、地質建模、定量化數值模擬以及生產方案制定的一體化。并加強人員培訓，提高崗位員工的技能素質，提高建模工作質量。其次，應建立共享地質模型體制，建立三維地質建模知識驅動系統，加強地質知識以及管理的共享性，降低信息傳播約束，最終實現智能化、共享化、全球信息化的三維地質建模技術。再次，加強對地質模型構建中不確定因素的分析處理能力，現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，以及復雜地質結構較難掌握的變化規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因素的量化評定研究。最后，對于復雜構造的區域，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，隱函數建模方法不僅支持地質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：大慶油田勘探開發研究院
