我國油氣探明儲量三維立體圖形表征方法探討

周立明，張道勇，姜文利，張 銳，任繼紅，劉 華，郭海曉，谷宇峰，張昊澤，張 臣，張晨朔

（1.自然資源部油氣資源戰略研究中心，北京 100860；2.北京創時空科技發展有限公司，北京 100083）

近年來，自然資源部將構建自然資源三維立體“一張圖”作為一項重要工作，該工作通過統一的國土空間基礎信息平臺和三維可視化與分析應用功能建設，形成統一、高效、互聯互通的自然資源管理、應用和共享服務機制，為自然資源管理與決策提供重要的支撐和保障，實現自然資源管理與服務的精準化和高效化[1-2]。油氣礦產是重要的自然資源，我國油氣礦產的圖件以平面圖形為主，三維立體圖形表征的相關研究較少。近些年，自然資源部開展礦產資源國情調查工作，將三維立體圖形表征作為重要研究內容[3-4]。油氣探明儲量三維立體圖形表征是自然資源三維立體“一張圖”工作的重要組成部分，對于理清油氣礦產資源與各種保護區之間空間關系，全面掌握油氣資源供應能力和開發利用潛力具有重要意義。

1 探明儲量圖形現狀

我國油氣探明儲量圖形數量多，以平面圖形為主。平面矢量圖形格式和投影坐標系統多元化，三維立體圖形表征方法未開展過系統研究，基礎較為薄弱。

1.1 平面圖形數量多，部分為紙質圖件

我國從20 世紀50 年代開始實行油氣儲量審查制度，含油氣面積圖、有效厚度圖和有效孔隙度圖等平面圖是估算油氣儲量的重要圖件。截至目前，全國油氣探明儲量平面圖數量超1.5 萬張，存檔的圖形類型主要包括紙質圖件、電子圖片和矢量圖件。2000 年以前存檔的儲量圖形主要為紙質圖件，2000—2005 年主要以電子圖片存檔，2006 年至今主要以多種格式的數字化矢量圖存檔。對于審查時間較長的老油氣田，平面圖形主要為紙質和電子圖片，需開展圖形資料的矢量化工作。

1.2 平面矢量圖形格式和投影坐標系統多元化

油氣儲量平面矢量圖形的格式多元化，主要有GeoMap、雙狐、CorelDRAW、MapGIS 等多種格式，其中，GeoMap 格式圖件占比最大，約為42%。平面矢量圖形的投影坐標系統大部分為西安80 坐標系，占比約為85%，也有少部分為北京54 坐標系和2000國家大地坐標系。平面矢量圖形格式和投影坐標系統需要統一。

1.3 三維立體圖形表征方法缺乏系統研究

油氣探明儲量三維立體圖形表征研究基礎薄弱，未開展過系統研究。由于油氣礦產一般埋深較大，開發成本高，為提高經濟性，陸上油氣勘探和開發早期一般沒有開展三維立體建模工作[5-7]。對于很多老油氣田，大部分構造圖為紙質圖件，沒有進行矢量化，甚至部分計算單元缺少構造圖。此外，不同油氣藏類型的儲量估算方法可能會有所差異，如裂縫型油氣藏一般采用動態法估算儲量，該方法沒有含油氣面積等平面圖件[8-10]。圖形資料缺失給三維立體圖形表征帶來了一定困難。

2 三維立體圖形表征

三維立體圖形是由每個儲量計算單元的含油氣面積圖層疊合而成，主要反映油氣藏空間分布情況，其表征基本思路：在平面矢量數據中提取含油氣面積、構造、厚度信息，根據含油氣面積圖層確定三維立體圖形的XY邊界，根據構造和厚度信息確定三維立體圖形的Z邊界。根據油氣田資料情況，結合油氣藏類型和縱向層系疊置關系，提出以下四種表征方法：含油氣面積+井位+構造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構造線、井位+構造線。在實際操作過程中，根據實際情況選擇適合的表征方法。表征方法技術流程圖如圖1 所示。

圖1 表征方法技術流程圖Fig.1 Technical flow chart of characterization methods

三維立體圖形表征的過程包括數據處理、表征方法選擇和立體圖形展示。

1）數據處理：將已有含油氣面積、井位和構造線等數據進行圖形編輯、投影統一和屬性賦值。①圖形編輯：將不同格式的含油氣面積圖層、井位和構造線數據導入統一的地理信息系統軟件中，并進行空間拓撲關系檢查；②投影統一：將投影坐標系統轉換至統一的高斯投影系統；③屬性賦值：為含油氣面積、井位和構造線圖層的屬性分別賦值，主要屬性包括油氣田名稱與代碼、井號、井別、計算單元名稱、構造深度與有效厚度等。根據數據準備情況，可以利用屬性結構設置、屬性編輯和屬性連接等方法進行賦值。

2）表征方法選擇：根據油氣田地質特征和資料收集情況選擇合適的三維立體圖形表征方法。表征方法包括：含油氣面積+井位+構造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構造線、井位+構造線。①含油氣面積+井位+構造線：該方法適用于有含油氣面積分層數據，且鉆井資料和區域構造研究資料都比較豐富的油氣田，從含油氣面積圖層中提取油氣藏平面范圍，從井位和構造線數據中提取油氣層的深度和有效厚度；②含油氣面積+井位：該方法適用于有含油氣面積分層數據，區域性構造研究資料缺乏但鉆井資料豐富的油氣田，利用井位數據中的油氣層深度和有效厚度建模；③含油氣面積+構造線：該方法適用于有含油氣面積分層數據，區域性構造研究資料比較豐富但鉆井資料缺乏的油氣田，利用構造線數據中的油氣層深度和有效厚度建模；④井位+構造線：該方法適用于無含油氣面積分層數據，有井位和構造線數據的油氣田，從井位圖層中提取油氣層的深度和有效厚度，建立井位三維立體模型，從構造線圖層中提取構造網模型，利用井位三維立體模型和構造網模型確定油氣藏的三維立體模型。

3）立體圖形展示：加入格網、指北針、坐標軸、方位和傾角等表征要素，形成三維立體成果圖。表征要素反映了三維立體圖形的立體效果、位置、方向和視角等。①格網：顯示模型地理坐標與高程值；②指北針：顯示三維立體模型的方向；③坐標軸：顯示三維立體模型的旋轉情況；④高程縮放比例：默認模型X軸、Y軸、Z軸顯示比例為1∶1∶1，可以通過Z軸縮放比例調節高程起伏。

3 實例研究

3.1 含油氣面積+井位+構造線

A 油田有含油面積分層數據，且鉆井資料和區域性構造研究資料都比較豐富，因此采用含油氣面積+井位+構造線的表征方法。將含油面積圖層原始數據導入軟件后，需要進行空間拓撲關系檢查，確保空間拓撲關系準確。為表征油藏與周圍斷裂帶的構造關系，需要在含油面積圖層編輯時將油藏斷裂位置與同層位的油藏邊界連接。在井位圖層中保留井號、井別、油層頂面海拔、油層有效厚度等屬性信息，并對儲量計算單元設置油田名稱、油田ID、計算單元名稱、層位等屬性值。構造線圖層中只有頂面海拔值，需要將油層的有效厚度值賦到構造線圖層中。完成二維矢量數據處理后，利用軟件工具加入格網等表征要素，生成A 油田的三維立體圖（圖2）。

圖2 A 油田三維立體圖Fig.2 Three-dimensional graph of A oilfield

3.2 含油氣面積+井位

B 氣田有含氣面積分層數據，區域性構造研究資料缺乏但鉆井資料豐富，因此采用含油氣面積+井位的表征方法。將含氣面積圖層原始數據導入軟件后，需要進行空間拓撲關系檢查，確保空間拓撲關系準確。對儲量計算單元設置氣田名稱、氣田ID、計算單元名稱、層位等屬性值，由于屬性字段較多，手動賦值工作量較大，故可先在表格中整理好儲量計算單元屬性數據，然后通過關聯導入的方式進行儲量計算單元屬性賦值。對井位數據進行整理和導入，除井號、井別、氣層頂面海拔和有效厚度等關鍵屬性外，為了數據的完整性和可復用性，還增加了地面海拔、井深和試采參數等屬性。將整理好的數據導入數據庫，并對井位圖層的字段屬性進行賦值。完成含氣面積圖層與井位圖層的數據處理后，利用軟件工具加入格網等表征要素，生成B 氣田三維立體圖（圖3）。

圖3 B 氣田三維立體圖Fig.3 Three-dimensional graph of B gas field

3.3 含油氣面積+構造線

C 油田有含油面積分層數據，區域性構造研究資料比較豐富但鉆井資料缺乏，適合含油氣面積+構造線的表征方法。C 油田平面矢量圖層資料格式不統一，需要先進行數據格式轉換，由于原平面矢量圖層沒有圖元屬性信息，因此轉換完成后需要補充圖元屬性信息。將含油面積圖層原始數據導入軟件后，需要進行空間拓撲關系檢查，確保空間拓撲關系準確。含油面積一般以斷層線、構造等值線或礦業權線為邊界，在遇到含油面積與構造線圖層存在空間拓撲關系錯誤時，一般以構造線圖層為準。由于修正空間拓撲關系會改變圖形的形狀與面積，因此需要確保修正后的含油面積與探明儲量數據庫中的面積保持一致。將整理好的數據導入數據庫，并對儲量計算單元的屬性進行賦值。完成含油面積與構造線圖層的數據處理后，利用軟件工具加入格網等表征要素，生成C 油田三維立體圖（圖4）。

圖4 C 油田三維立體圖Fig.4 Three-dimensional graph of C oilfield

3.4 井位+構造線

D 氣田為海相碳酸鹽巖裂縫氣田，采用動態法估算儲量，無含氣面積分層數據，適合井位+構造線的表征方法。將井位和構造線圖層原始數據導入軟件，其中，井位圖層的圖元屬性包括井口、井底、氣層頂面海拔和氣層有效厚度等，構造線圖層的圖元屬性主要為構造線海拔。以氣層組為單元，每個氣層組對應一個井位圖層和一個構造線圖層，在進行井位數據處理時，利用井位數據表中的X、Y坐標生成井位三維立體模型，直井可直接使用井口或井底坐標，斜井則需要井口坐標和各靶點坐標。由于沒有含氣面積圖層，為了能更直觀地表征氣層深度和有效厚度，需要在構造線圖層中提取井口、井底海拔數據以及該含氣層的頂面構造線海拔數據。完成矢量數據處理后，利用軟件工具加入格網等表征要素，生成D 氣田三維立體圖（圖5）。

圖5 D 氣田三維立體圖Fig.5 Three-dimensional graph of D gas field

4 結語

我國油氣探明儲量三維立體圖形表征方法未開展過系統研究。在調研我國油氣探明儲量圖形現狀的基礎上，針對不同油氣藏類型和縱向層系疊置關系，提出了四種三維立體圖形表征方法：含油氣面積+井位+構造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構造線、井位+構造線。其中，含油氣面積+井位+構造線適用于有含油氣面積分層數據，且鉆井資料和區域性構造研究資料都比較豐富的油氣田；含油氣面積+井位適用于有油氣面積分層數據，區域性構造研究資料缺乏但鉆井資料豐富的油氣田；含油氣面積+構造線適用于有含油氣面積分層數據，區域性構造研究資料比較豐富但缺乏鉆井資料的油氣田；井位+構造線適用于無含油氣面積分層數據，有井位和構造線數據的油氣田。在實際操作過程中，根據油氣田資料情況和油氣藏類型，選擇適合的表征方法。