三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)

田雨

摘 要：近年來，石油及天然氣作為社會發(fā)展的主要能源，政府和相關(guān)部門高度重視石油天然氣的勘探工作，良好的油氣勘探工作可以保證后續(xù)開采工作的有效進(jìn)行，為我國石油天然氣的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)作為油氣勘探的主要方法之一，主要分為地質(zhì)曲面重建、地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系分析及三維實體建模3個步驟，本文主要針對三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)這3個步驟，進(jìn)行具體探究，希望可以提高石油天然氣勘探技術(shù)，促進(jìn)我國油氣事業(yè)的良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模；構(gòu)造建模技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)探究

1 地質(zhì)曲面重建技術(shù)

地質(zhì)曲面重建技術(shù)可分為地質(zhì)曲面重建技術(shù)的計算方法、地質(zhì)曲面重建的斷層面重建及地質(zhì)曲面的層位面重建3部分。

地質(zhì)曲面的計算方法。地質(zhì)曲面的重建技術(shù)主要采用“Marching Cubes”算法。要想使用這種算法進(jìn)行地質(zhì)曲面的重建需滿足四方方面要求。第一在所有采樣點中，選擇k個鄰近點，進(jìn)行待重建面點的確定，即使沒有待重建點的全面數(shù)據(jù)，也可以通過采樣點的切面作為采樣點進(jìn)行局部線性逼近；第二在進(jìn)行k點臨近點計算時，保證所有法矢都指向重建曲面的一側(cè)；第三通過計算cube頂點到重建曲面的有向距離，完成網(wǎng)路曲面的生成工作；第四對所有cube進(jìn)行處理，完成地質(zhì)曲面的重建工作。

地質(zhì)曲面的斷層面和層位面的重建過程。通過Marching Cubes地質(zhì)曲面的計算方法為前提，斷層面在重建過程中，不能切割主要斷層，只能切割次要斷層。當(dāng)主要斷層與次要斷層相交時，通過對次要斷層進(jìn)行處理，保證斷層面的重建，另一方面，早期斷層不能切割，而晚期斷層則可以切割為兩個或多個，作為新的早期斷層重新使用。

層位面故障往往是因斷層的切割造成的，會出現(xiàn)不同程度的內(nèi)邊界，采用基于地質(zhì)約束的地質(zhì)曲面擬合技術(shù)進(jìn)行層位面的重建工作，與傳統(tǒng)層位面重建技術(shù)相比優(yōu)點顯著，可以保證三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的全面統(tǒng)一。其操作方式也是采用Marching Cubes地質(zhì)重建計算為基礎(chǔ)進(jìn)行的。

2 地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系分析

三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系主要是指在石油天然氣勘探過程中斷層面與層位面重建過程的計算，在實際勘探過程中，地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系的分析主要包括：斷面層與斷面層關(guān)系、層位面與層位面關(guān)系及斷面層與層位面的相互切割關(guān)系，針對這3種情況的拓?fù)潢P(guān)系分析，對油氣勘探工作空間幾何進(jìn)行有效處理，可以保證三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的可靠性。

（1）地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系分析過程中對地質(zhì)曲面空間問題的處理。在進(jìn)行地質(zhì)曲面空間的計算時首先要能夠及時求出地質(zhì)曲面幾何相交的交線數(shù)據(jù)。另一方面還會出現(xiàn)地質(zhì)曲面本身不相交。但是在進(jìn)行地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系的分析時，會有相交情況。要根據(jù)地質(zhì)約束情況，將某一曲面延長，計算出交線數(shù)據(jù)。最后是再出現(xiàn)曲面的相互交叉時，應(yīng)先進(jìn)行交線結(jié)果的計算，再根據(jù)所得結(jié)果及地質(zhì)的情況對地質(zhì)曲面進(jìn)行消減。

（2）地質(zhì)曲面交線的計算方法。在進(jìn)行地質(zhì)曲面的交線計算時。首先要對交點進(jìn)行計算，正確的交點可為交線運(yùn)算奠定基礎(chǔ)，值得一提的是，地質(zhì)曲面的交點往往分布散亂，沒有固定的交點順序，為避免出現(xiàn)交點重復(fù)的現(xiàn)象，可以采用相交元素對為邊和三角形的方法。在保證避免交點重復(fù)的同時，不會影響地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系分析的總體數(shù)據(jù)。地質(zhì)曲面的交線計算時一個相對較復(fù)雜的過程，在運(yùn)用這一方法進(jìn)行油氣的勘探工作時，應(yīng)考慮到計算的速度問題，針對這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，相關(guān)部門積極研究，探索出了平均單元格技術(shù)保存面片的位置信息?？梢杂行У奶岣呖臻g曲面的交線計算速度。在取得準(zhǔn)確的交點數(shù)據(jù)后，因其是不規(guī)則的分布的，要通過一定技術(shù)手段，進(jìn)行交點的排序工作，利用求交點過程中取得的拓?fù)鋽?shù)據(jù)及交線分離計算方法，將地質(zhì)曲面的交點進(jìn)行排序，排列成一定規(guī)律的交線，還要注意排列害的交線是否為閉合曲線。

（3）地質(zhì)曲面交線的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和改良。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是指地質(zhì)曲面的交線計算完成后，斷面層與層位面的在連接是需要加入新的交點，對三角形交線的剖分等工作。本文主要介紹Delaunay三角剖分計算方式，與其他技術(shù)相比，這一技術(shù)更為成熟，可以充分保證網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作的有效性。根據(jù)地質(zhì)曲面的性質(zhì)，采用帶約束的Delaunay三角剖分計算方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，如果對三角形的結(jié)構(gòu)沒有特定的要求，即完成了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作。但是具體運(yùn)用三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)時，是不允許出現(xiàn)其他形狀的三角形結(jié)構(gòu)的，所以要對交線的三角形結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，良好的三角形結(jié)構(gòu)不僅能保證地質(zhì)曲面的美觀，還能為后面的地層實體模型建立提供先決條件。在進(jìn)行地質(zhì)曲面交線的改良是，要保證地質(zhì)曲面相交部分的幾何一致、拓?fù)湟恢拢瑢崿F(xiàn)三維地質(zhì)構(gòu)造空間的一致性。

3 地質(zhì)曲面的地層實體模型建造

地質(zhì)曲面地層實體模型建造作為整個三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的最后一個步驟，需要良好的地質(zhì)曲面重建技術(shù)及地質(zhì)曲面拓?fù)潢P(guān)系分析作依托，獲得有效的地質(zhì)曲面幾何描述個和空間關(guān)系，才能確定地層實體模型的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)建造。

地層實體模型建造只能數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，而實際地層中的沉淀現(xiàn)象，不能有效的表現(xiàn)出來。這就要求在進(jìn)行地層實體模型建造時，模擬地層內(nèi)部的實體建造有效的地層實體模型，如地層的頂、底等都需要考慮，其次進(jìn)行斷層的空間情況將地層規(guī)劃為分開的封閉空間（簡稱地層塊體），最后根據(jù)地層實際情況進(jìn)行沉淀處理，保證地層實體模擬的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。存進(jìn)三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié)語

石油天然氣作為目前的主要能源，采用有效的勘探技術(shù)可以促進(jìn)對其的利用價值，三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)作為油氣勘探的主要方法，可以通過對其中步驟的具體探索，保證三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的利用價值，通過這一技術(shù)的運(yùn)用，提高我國石油天然氣行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]程朋根，龔健雅，史文中，等.基于似三棱柱體的地質(zhì)體三維建模與應(yīng)用研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2014，29（7）：602-607.

[2]程朋根，王承瑞，甘衛(wèi)軍，等.基于多層DEM與QTPV的混合數(shù)據(jù)模型及其在地質(zhì)建模中的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2015，35（6）：806-811.

（作者單位：沈陽市建設(shè)工程項目管理中心）