地質(zhì)三維建模提高非常規(guī)天然氣勘探效果的有效手段李青元

1、西安西安: 2012全國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇全國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇 暨新技術(shù)應(yīng)用研討會暨新技術(shù)應(yīng)用研討會 2012年年7月月19-20日日隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維地質(zhì)建模軟件隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維地質(zhì)建模軟件正越來越多地應(yīng)用于包括非常規(guī)天然氣勘正越來越多地應(yīng)用于包括非常規(guī)天然氣勘探在內(nèi)的礦產(chǎn)資源勘探中。探在內(nèi)的礦產(chǎn)資源勘探中。但是，廣大地質(zhì)工程師對于三維地質(zhì)建模軟但是，廣大地質(zhì)工程師對于三維地質(zhì)建模軟件在哪些方面能夠幫助地質(zhì)工程師作哪些件在哪些方面能夠幫助地質(zhì)工程師作哪些工作并不十分清楚。工作并不十分清楚。而三維地質(zhì)建模軟件的開發(fā)者對于地質(zhì)工程而三維地質(zhì)建模

2、軟件的開發(fā)者對于地質(zhì)工程師們到底需要些什么功能，以及至少應(yīng)該師們到底需要些什么功能，以及至少應(yīng)該提供什么功能時常感到困惑。提供什么功能時常感到困惑。2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢地質(zhì)勘探的研究對象在空間上是三維的，地質(zhì)勘探的研究對象在空間上是三維的，地質(zhì)勘探過程的本質(zhì)是對研究區(qū)真實世界進(jìn)地質(zhì)勘

3、探過程的本質(zhì)是對研究區(qū)真實世界進(jìn)行三維地質(zhì)建模。行三維地質(zhì)建模。但是，但是，在很長的時間里，地質(zhì)工程師都只能在很長的時間里，地質(zhì)工程師都只能采用二維的平面圖（即俯視投影圖）以及采用二維的平面圖（即俯視投影圖）以及垂直剖面圖的方式來表達(dá)三維的地質(zhì)模型。垂直剖面圖的方式來表達(dá)三維的地質(zhì)模型。平面圖與剖面圖是采用降維的方式表達(dá)三維平面圖與剖面圖是采用降維的方式表達(dá)三維模型。模型。有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師、采礦工程師通過對平有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師、采礦工程師通過對平面圖與剖面圖的讀圖（觀察與分析），能面圖與剖面圖的讀圖（觀察與分析），能夠在大腦中還原地質(zhì)模型的三維特征。夠在大腦中還原地質(zhì)模型的三維特征。因此，在

4、三維可視化軟件平臺出現(xiàn)之前，地因此，在三維可視化軟件平臺出現(xiàn)之前，地質(zhì)工程師們就已經(jīng)能夠用二維的平面圖與質(zhì)工程師們就已經(jīng)能夠用二維的平面圖與剖面圖來表達(dá)、討論、交流人們對地質(zhì)模剖面圖來表達(dá)、討論、交流人們對地質(zhì)模型的三維空間特征認(rèn)識與理解。型的三維空間特征認(rèn)識與理解。傳統(tǒng)的紙質(zhì)平面圖、剖面圖雖然能夠表達(dá)三傳統(tǒng)的紙質(zhì)平面圖、剖面圖雖然能夠表達(dá)三維地質(zhì)模型，但存在以下幾個方面的不足。維地質(zhì)模型，但存在以下幾個方面的不足。剖面的位置是靜止的，一旦剖面制作完成，其位剖面的位置是靜止的，一旦剖面制作完成，其位置就固定了，人們要想了解剖面旁邊的地質(zhì)構(gòu)置就固定了，人們要想了解剖面旁邊的地質(zhì)構(gòu)造只能在新位置上

5、重新制作，或用相鄰剖面進(jìn)造只能在新位置上重新制作，或用相鄰剖面進(jìn)行推斷。行推斷。圖件的自作程序繁瑣，制作工期較長。圖件的自作程序繁瑣，制作工期較長。雖然通過平面圖、剖面圖人們能夠在大腦重建真雖然通過平面圖、剖面圖人們能夠在大腦重建真實世界的三維地質(zhì)模型，這個聯(lián)想過程不夠直實世界的三維地質(zhì)模型，這個聯(lián)想過程不夠直觀，并且由于讀圖者的水平不同，聯(lián)想的能力觀，并且由于讀圖者的水平不同，聯(lián)想的能力和結(jié)果有較大的差異。和結(jié)果有較大的差異。石油地震勘探技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步共同石油地震勘探技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步共同催生了催生了schlumberger（斯倫貝謝）、（斯倫貝謝）、landmark（蘭德馬克）

6、這樣的集地震資料（蘭德馬克）這樣的集地震資料處理與地質(zhì)模型三維可視化一體的軟件系處理與地質(zhì)模型三維可視化一體的軟件系統(tǒng)。統(tǒng)。經(jīng)過各種校正處理后的同相軸剖面已經(jīng)很接經(jīng)過各種校正處理后的同相軸剖面已經(jīng)很接近地質(zhì)工程師們所熟悉的地質(zhì)剖面了，近地質(zhì)工程師們所熟悉的地質(zhì)剖面了，地質(zhì)工程師與地球物理工程師們已經(jīng)可以在地質(zhì)工程師與地球物理工程師們已經(jīng)可以在同相軸剖面上直接討論構(gòu)造問題，進(jìn)行超同相軸剖面上直接討論構(gòu)造問題，進(jìn)行超覆與斷層的劃分。覆與斷層的劃分。 石油物探軟件制作的三維數(shù)據(jù)體，可以任意方向與位置切割剖面。斯倫貝謝的油藏描述軟件制作的屬性場2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工

7、程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢各地質(zhì)勘探單位已經(jīng)普遍采用計算機(jī)輔助提交地質(zhì)報告，計算機(jī)的硬件設(shè)備已不是問題，操作各種軟件的技術(shù)人才也已不是問題。目前的應(yīng)用主要集中在用excel表管理鉆孔與化驗等原始數(shù)據(jù)用word/wps編制地質(zhì)報告用mapgis/autocad/arcgis編制地質(zhì)圖件(平面圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖)上面三項應(yīng)用已經(jīng)使地質(zhì)報告的編

8、制效率得到了成倍的提高。但是，計算機(jī)應(yīng)用能夠帶來的效益還有很大的提升空間。例如，大多數(shù)勘探單位還基本沒有使用三維地質(zhì)建模軟件。三維地質(zhì)建模軟件的應(yīng)用將使地質(zhì)勘探的信息化水平再上一個臺階。2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處 1.各種采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。 2.將離散的采

9、樣數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型。 3.動態(tài)地制作各種剖面圖與水平切面圖。 4.方便地進(jìn)行儲量計算。 5.各種特殊的三維可視化方法（例如關(guān)閉某些無關(guān)緊要的面）對于地質(zhì)界面的幾何形態(tài)與相互關(guān)系的研究，是常規(guī)方法所難以達(dá)到的。北京網(wǎng)格天地軟件制作的三維地質(zhì)模型長沙dimine 軟件公司開發(fā)的系統(tǒng)長沙dimine 軟件公司開發(fā)的系統(tǒng)可以自由地輸入、補充和修改二可以自由地輸入、補充和修改二維、三維圖形及其地質(zhì)參數(shù)維、三維圖形及其地質(zhì)參數(shù)武漢地質(zhì)大學(xué)（吳沖龍教授）開發(fā)的系統(tǒng) 武漢地質(zhì)大學(xué)（吳沖龍教授）開發(fā)的系統(tǒng)武漢地質(zhì)大學(xué)（吳沖龍教授）開發(fā)的系統(tǒng)武漢地質(zhì)大學(xué)（吳沖龍教授）開發(fā)的系統(tǒng)北京3dmine 軟件公司的三維

10、建模軟件逆斷層為平移斷層所切切制一組垂直剖面切制2組垂直剖面構(gòu)成籬笆圖一組水平切面圖選擇一個水平切面2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢3.4 三維建模軟件與機(jī)助制圖系統(tǒng)的區(qū)別 機(jī)助制圖系統(tǒng)（指autocad/mapgis/ arcinfor/mapinfo/surpermap等二

11、維gis軟件系統(tǒng)） 其本質(zhì)是用計算機(jī)模仿傳統(tǒng)的手工制圖。即更多是計算機(jī)描圖員的角色。 很難進(jìn)行三維模型的操作。2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢2.5 三維建模軟件地形三維可視化軟件的區(qū)別 現(xiàn)在幾乎所有的gis（地理信息系統(tǒng)）軟件都具有地形、建筑的三維可視化功能。 但是

12、它們無法勝任三維地質(zhì)建模的任務(wù)。 因為它們只能表達(dá)一個界面，沒有體的概念(三維城市建模的建筑物與地質(zhì)三維建模中的地質(zhì)體也完全是不同的概念)。 它無法切制垂直剖面與水平切面。 無法表達(dá)斷層與地層的切割關(guān)系。 從軟件大類上說，三維地質(zhì)建模軟件是屬于gis（地理信息系統(tǒng)）。 gis軟件主要是由測繪界與部分地理界的學(xué)者與計算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物。 地質(zhì)工程師們在gis的發(fā)展過程的話語權(quán)很小。 這其中一個重要的原因就是因為要滿足地質(zhì)應(yīng)用的功能的實現(xiàn)難度很大，而其應(yīng)用面比起二維制圖、查詢等應(yīng)用其用戶群小得多。因而其利潤率低得多。 所以我認(rèn)為面向地質(zhì)應(yīng)用的三維建模軟件的開發(fā)需要國家以及地質(zhì)部門給予一定的扶植與優(yōu)

13、惠。2. 三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工三維地質(zhì)建模軟件能為地質(zhì)工程師做什么程師做什么n2.1 三維地質(zhì)建模工作回顧n2.2 地質(zhì)勘探行業(yè)計算應(yīng)用現(xiàn)狀n2.3 三維地質(zhì)建模軟件的長處n2.4 三維地質(zhì)建模軟件與計算機(jī)輔助制圖的區(qū)別n2.5 三維地質(zhì)建模軟件與一般的地形三維可視化軟件的區(qū)別n2.6 三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢三維地質(zhì)建模軟件的發(fā)展趨勢 地質(zhì)三維建模軟件也正由早期的數(shù)據(jù)源主要來自地震探勘數(shù)據(jù)，向來自地震探勘、鉆探、地面觀測、電法等多種數(shù)據(jù)源發(fā)展。 國內(nèi)軟件正在逐漸走向成熟，正由國外軟件獨霸天下向多元方向發(fā)展。 由價格由幾十萬美元一套向幾萬元人民幣一套發(fā)展。 由只有大型地球物理探勘單位能

14、用起向普通的地質(zhì)勘探隊也能用得起的方向發(fā)展。 一句話，三維地質(zhì)建模，正由高端的“陽春白雪”向普及化、大眾化方向發(fā)展。勘探是以高有機(jī)質(zhì)巖系所含甲烷氣及其儲存環(huán)境為研究對象的礦產(chǎn)資源類勘探，它具有一般的地質(zhì)勘探所具有的共性，三維地質(zhì)建模軟件能為非常規(guī)天然氣勘探提供：n 地質(zhì)構(gòu)造條件（即地層（蓋層、儲氣層）的隆起、凹陷（背斜、向斜）、斷裂、陷落柱）的三維表達(dá)。n能夠?qū)κ堑刭|(zhì)體內(nèi)非均勻?qū)傩詧鲞M(jìn)行三維表達(dá)。n表達(dá)蓋層、儲氣層的孔隙度、裂隙、割理、微孔的密度。n空隙、裂隙的聯(lián)通方向性。n儲層內(nèi)的壓力梯度場。n開采過程中頁巖氣壓力、密度的動態(tài)變化情況。下一步打算做的表達(dá)體內(nèi)的非均勻性計劃做的拐彎剖面n表達(dá)不

15、同的成藏模式。n表達(dá)開采過程中，地層、煤層內(nèi)水流、水壓、氣壓的動態(tài)變化情況的三維變化情況。煤層氣、頁巖氣勘探勘探的三維地質(zhì)建模軟件發(fā)展中存在的問題也是三維地質(zhì)建模軟件推廣使用中存在的問題。 缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，由于各種二維的空間數(shù)據(jù)格式本身就多樣(如mapgis、arcinfo,autocad) 三維的空間數(shù)據(jù)就更沒有權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)。不同的三維建模軟件的數(shù)據(jù)難以兼容。 三維地質(zhì)建模軟件的使用仍然過于復(fù)雜，這一方面是由于三維地質(zhì)建模過程中本身就涉及到多次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如何隱藏這些過程中的復(fù)雜性，是軟件開發(fā)者需要下大力氣的。三維地質(zhì)建模軟件要在煤層氣、頁巖氣勘探領(lǐng)域推廣使用，需要廣大頁巖氣勘探用戶的積極支

16、持與關(guān)心。沒有你們的熱心扶持，國產(chǎn)的三維地質(zhì)建模軟件不可能快速成長。 需要政府一定的政策扶持，因為。 國外的軟件經(jīng)過幾十年的先期發(fā)展在功能上仍然明顯地領(lǐng)先于國產(chǎn)軟件。 三維地質(zhì)建模軟件的開發(fā)難度遠(yuǎn)大于一般的地形、城市三維建模，但其用戶卻遠(yuǎn)小于城市三維建模的規(guī)模，使得軟件開發(fā)者缺乏積極性。河北某勘探區(qū)的三維地質(zhì)體建模河北某勘探區(qū)的地質(zhì)界面三維建模改變巖層的顏色切制一組垂直剖面切制2組垂直剖面構(gòu)成籬笆圖選擇其中一個剖面仔細(xì)研究逆斷層逆斷層為平移斷層所切逆斷層為平移斷層所切（旋轉(zhuǎn)模型，改變觀測角度）終剖面上的逆斷層終剖面上的逆斷層水平切面水平切面切制一組水平切面用戶圈定區(qū)域進(jìn)行儲量計算下面是用“地質(zhì)工程師三維助手”為云南某石油天然氣煉油廠工程地質(zhì)勘探工程成果進(jìn)行的三維建模。該項目是對華東石油勘探設(shè)計研究院設(shè)計的云南某石油天然氣煉油廠工程地質(zhì)勘探成果進(jìn)行三維可視化。該項目有400多個鉆孔，7片區(qū)域幾萬個物探數(shù)據(jù)采樣點，還有幾十個物探探測出的溶洞。云南某石油天然氣煉油廠工程地質(zhì)探勘成果三維建模深色區(qū)域為物探測線采樣區(qū)物探測線采樣區(qū)光照模型貼紋理貼紋理七塊物探方法確定的松散層形態(tài)鉆探所獲界面與物探所獲界面疊加后存在矛盾區(qū)域幾十個溶洞的