基于全新隱函數的三維構造建模技術

顧曉東，梁 琰，張希晨，劉曉波，杜長江

（東方地球物理公司物探技術研究中心，河北 涿州 072750）

遼河地區的潛山內部油藏較為發育，興隆臺潛山有利勘探面積120 km2，為洼中之隆、雙元結構，目前已連續多年達到百萬噸生產水平，但是潛山內幕構造多變，巖性復雜，儲層研究技術手段單一，其中中生界儲層礫巖體發育，勘探程度低，潛力大。

面對稀油上產五百萬噸的嚴峻挑戰，開發地質的科研工作量和難度成倍增加，需要從勘探思路創新、認識創新、技術創新以及管理創新入手，深入開展精細的勘探工作[1-3]。急需依托綜合性強、兼容性強的軟件建立多角度、多方位、多學科的一體化數字平臺，實現油田直觀、便捷、高效的科學研究[4]。

GeoSGD 井位論證系統具有的三維地質復雜構造建模技術能夠綜合油藏地質研究的各個方面和各項內容，本文以遼河地區興隆臺構造潛山為例，從創建復雜構造模型到建立反演初始模型，最終到反演結果驗證，通過全流程應用，分析GeoSGD 的算法優勢、列舉本次建模流程中的難點與對應解決方案、驗證評價模型效果。這也是軟件在遼河地區的首次應用，用以解決復雜難題，提高油藏認識精度。

1 三維構造建模軟件現狀

1.1 國內外使用現狀

從大類上來看，三維地質建模軟件是地理信息系統的一個分支。三維地質建模主要針對地下空間，三維地理信息系統（geographic information system，GIS）主要針對地上空間，兩者在應用領域與實現技術方面有很大的不同。三維地質建模軟件從20世紀70年代開始研發，已經走過近50年的發展歷史，中外有許多研究學者與團隊為此進行了堅持不懈的努力[5]。

自20世紀90年代以來，國外相關軟件開始問世，隨著逐年完善已經趨近成熟。雖然在當時，我國還沒有研發出任何一個三維地質建模軟件，但近年來，隨著我國在計算機領域的迅速發展，這一領域的軟件技術空白也在不斷填補，先后出現了一大批優秀的三維地質建模軟件。通過調研，整理了國內外常用三維地質建模軟件情況，包括軟件算法優缺點、所運用的油藏網格技術及軟件通用性，見表1。

表1 國內外常用三維地質建模軟件及對比

1.2 GeoSGD 軟件簡介

GeoSGD 軟件是基于數據驅動的增量式實時更新的可視化建模軟件，功能豐富，見圖1。軟件建模自動化程度高、效率高，可適應東西部各種正逆斷層、復雜巖體和礦體、各種地層不整合等構造類型，可以實現基于模型共享的石油地礦勘探開發一體化工作流程，支撐地震采集、處理、解釋、重磁電、地震地質工程一體化、油藏開發、非油地礦、工程地質、城市地質等領域的基于模型的各種應用[6]。

圖1 GeoSGD 部分功能

2 建模應用流程與難點

2.1 研究區概況

興隆臺潛山位于遼河斷陷西部凹陷中部，遼河坳陷是新生代時期在華北地臺背景上發育起來的斷陷裂谷盆地，主要處于華北地臺的東北隅，它東起遼東臺背斜，西至燕山臺褶皺帶，南起勸海，北至內蒙地軸東緣[7]。北東-南西向展布，被清水洼陷、盤山洼陷和陳家洼陷包圍，生烴成藏條件極為優越[8-9]。

其中，中生界潛山主要發育有三套斷裂系統。首先，中生代印支擠壓構造應力場形成近東西向逆沖斷層；其次，中生代燕山拉張應力場形成北東走向斷裂，新生代繼承發育，控制潛山整體格局；最后，新生代形成的近東西向斷裂將潛山劃分為多個斷塊。

2.2 數據準備

建模前需要進行層位、斷層數據的篩選與井數據的預處理。本地區數據類型繁雜，結合GeoSGD 軟件特點，最終挑選出的數據分類為：

（1）網格文件：用于建立工區測網。

（2）層位數據：建模需要使用到本區域4 個解釋層位，所篩選出的每套層位均以興古逆斷層為界，分為上、下兩盤分別解釋，共8 個層位文件。

（3）斷層數據：需要用到共10 條原始解釋的斷層數據，詳細分為7 條正斷層、2 條逆斷層和1 條反轉斷層。

（4）井數據：19 口大斜度井及其各類井曲線數據，其中PP_IMP 曲線用來基于構造建模約束插值屬性模型。以上全部數據共計82 個文件，占用存儲空間約為2.34 GB。

2.3 建模流程

建模整體流程見圖2。在數據準備妥當后，首先進行數據加載。基于Windows 的中文軟件界面也讓加載更加便捷，加載后務必在三維空間中瀏覽檢查數據有無異常。

圖2 GeoSGD 軟件構造建模應用流程

其次，進入斷面建模階段。“更新斷面”把斷棱插值為光滑的斷面，依據實際情況，判斷是否需要調整斷面邊界。利用自動定義斷面交切關系功能，快速判定斷層間的主輔關系。然后檢查交切模型是否存在錯誤，并逐一修改。若不存在問題，則點擊“劃分斷塊”。

而后，進入層面建模階段。在這里，可以將層位錯誤解釋的跳點或線刪除，并依據斷層類型調整有錯誤的上下盤位置。到這里，構造模型就基本創建完畢了。通過對比模型與原始地震數據的同相軸、斷層，在剖面和切片上反復檢驗模型的準確性，若存在偏差則需要調整。

接著，進入模型的應用階段，井曲線基于構造建模約束進行插值得到屬性模型，用于反演。

最后，將反演結果與井上分層、巖性等數據進行對比，再次驗證模型的準確性。

2.4 建模難點與解決方案

工作中，建立構建模型的目的通常是為了反演及后續儲層預測。為了使反演結果達到高分辨率和高精度，有必要精確地創建構造模型，這對操作過程提出了更高的要求。

對于本次應用，對精度造成影響的難點多存在于圖2 中斷面建模與層面建模的構建過程。經總結，難點共分為三大類：地層橫向厚度變化劇烈、斷裂系統復雜、解釋成果精度不高。它們給實際建模工作造成較大操作困難，花費大量時間，降低工作效率，如不解決，還將對后期儲層預測形成誤導。對于這些問題，在GeoSGD 軟件中都可以一一找到對應的解決方案，下面逐一敘述。

2.4.1 地層橫向厚度變化劇烈 本區域發育有三座潛山，自南向北依次劃分為馬圈子低潛山、興隆臺高潛山與陳家低潛山，見圖3，根據羅海炳等[10]研究表明，高潛山和低潛山頂面埋深幅度差可達1 500 m，地層橫向厚度變化劇烈，尤其是圖3 中Mz 中生界地層，最厚地區可達2 200 m，而最薄處僅200 m。

圖3 潛山分布位置

興隆臺潛山是由中生界、太古界組成的復合型潛山，參與本次建模的4 個層位都屬于中生界地層，這樣的數據如若使用業內其他軟件，無法順利、快速完成建模，正如表1 內所含調研內容。而GeoSGD 軟件采用的新一代隱函數建模技術，支持基于數據驅動的增量式實時更新能力，無厚度橫向變化限制，不會出現錯誤。中生界地層的這一特征剛好能夠驗證并體現出軟件的算法優勢。

2.4.2 斷裂系統復雜 正如地質概況所述，該地區發育有三套大型斷裂系統，不過GeoSGD 軟件自動化程度高，其中自動定義交切關系功能、質控交切模型功能強大，新手也能夠在半小時內快速建立精美的斷面模型。

2.4.3 解釋成果精度不高 第一類表現為層位解釋問題：（1）層位解釋存在偏差，見圖4（a），由于解釋人員習慣，在上下盤層位與斷層連接處，層位均延伸有多余線條。可以采用以下兩種對策來解決該問題：①利用GeoSGD 軟件的“斷層過濾距離”功能，使貼合斷層的多余數據不起作用；②直接圈畫多邊形，刪除多余散點。

（2）層位不完整，見圖4（b），各個層位均存在不同程度的解釋缺失，即工區范圍內層位數據不完整的情況。如果不加以處理，所生成的層面模型會出現層面交叉、層面三維展布形態錯誤等一系列問題。對此，在不裁剪工區范圍的情況下，利用“創建缺失區域”功能，劃取較完整層位的不同范圍數據，粘貼給其余層位。但注意，這一方法僅針對地層整合、已知地層形態基本一致的地區。

第二類表現為斷層解釋問題：由圖4（c）可知部分斷層存在解釋偏差的斷棱，還有一些斷層存在未分配的現象，即多個斷層解釋為一個，見圖4（d）。這些問題將會生成錯誤的斷面形態，導致軟件錯誤判斷斷層間交切關系。對此，必須要有嚴謹的工作態度，人工瀏覽檢查是不可或缺的，及時發現問題斷層，從而編輯或刪除錯誤的斷棱。

圖4 解釋成果精度不高的典型表現

第三類表現為斷層類型未指定：由于所獲取到的斷層數據沒有指定斷層類型，加載進GeoSGD 時，軟件會將所有未指定類型的斷層默認為正斷層，這就造成逆斷層在創建“層面輔助線”時，將其賦予錯誤的一盤。快捷的解決辦法是，在拾取逆斷層輔助線時，直接反選上升盤與下降盤。

其實，上述解釋成果的大部分問題都是解釋人員在工作時僅觀察二維空間中的地震剖面造成的。建議讀者可以使用GeoSGD 結合GeoEast，在三維空間中建立“邊解釋，邊建模，邊質控”的思路。在二維中解釋，在三維中質控，及時發現錯誤的層位跳點或多余的斷棱，提高解釋精度同時，提升工作效率，避免造成后續工作中反復修改的麻煩，這也是GeoSGD 的輔助功能之一。

3 應用成效

3.1 斷面模型

不同方位的斷面模型呈現效果見圖5，模型精美，斷面邊緣平整。去除錯誤解釋的斷棱后，斷面形態平滑、規則，交切關系明確，已不存在斷層未分配問題，復雜的斷裂系統得以清晰直觀地展現。

圖5 斷面模型效果

3.2 層面模型

4 個層位的最終展現效果見圖6，在斷層邊緣處層位解釋多余數據均已去除，層面光滑、無異常突變。通過調整，層位均已補充完整，且符合地層正確的接觸關系。經多次檢查，確保每個層位的所有斷層上下盤關系全部正確。斷距在三維空間下清晰、立體且直觀。

圖6 層面模型效果

3.3 地層體

在斷面模型與層面模型的基礎上，軟件一鍵填充實體色塊，見圖7。系統自動配色，色彩美觀，模型細節清晰可辨。

圖7 地層體效果

3.4 模型驗證

通過對比地震剖面，見圖8，模型與剖面上地震特征一致，確認模型準確，證實前期工作的必要性。

圖8 構造模型與地震剖面驗證比對

3.5 模型應用

構造模型建立完畢后，如若僅使用傳統層控法插值屬性模型，斷層附近會呈現藕斷絲連狀態，常常會勾勒出錯誤的地層形態。而本次反演應用中，大斷距斷層處干脆利落，無需分塊反演，驗證了建模的便捷性。經比對，與井上巖性匹配度高、地層厚度變化無誤，再次驗證了三維模型構建的準確性。

4 結論

通過對遼河興隆臺潛山內幕三維復雜構造建模的應用，本文得出了以下幾點結論：

（1）基于全新隱函數的三維構造模型能夠清晰、直觀地理解潛山內部的構造形態、地層展布與斷裂交切狀態。

（2）GeoSGD 軟件實現了針對復雜構造的階梯狀油藏網格建模核心技術，支持地層橫向厚度變化劇烈的地層建模，適應正逆斷層、非通透斷層等復雜構造的精細描述，拓撲信息完備，自動化程度高。

（3）相對傳統建立反演初始模型的層控法，通過軟件構造框架約束井曲線進行反演初始建模，提高了斷層（尤其是逆斷層）附近的地震反演精度，且無需分塊反演。

（4）借助三維構造模型軟件“邊解釋，邊建模，邊質控”的思路，大大提高層位與斷層的解釋精度，提升解釋效率，為油田開發提供更可靠的依據。

（5）由于本地區潛山構造較為復雜，解釋成果資料精度不高，所以這次應用所構筑的模型存在一定的不足，在很多方面仍存在進一步的提升空間。