蔡亮亮

摘要：現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用，極大地推動了地勘技術(shù)的高速發(fā)展，三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)就是在此背景下逐漸形成的。在石油勘探作業(yè)中，三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒌刭|(zhì)勘探數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬哪Ｐ?，從而更加直觀的展示勘探區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特點以及問題，提升勘探工作的效率及其準(zhǔn)確性?；诖?，對三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)及其在石油勘探作業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究，旨在促進(jìn)石油勘探行業(yè)的高速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：石油勘探；三維構(gòu)造建模；地質(zhì)結(jié)構(gòu)；可視化模型

一、前言

傳統(tǒng)的石油勘探作業(yè)過程中，勘探數(shù)據(jù)的處理水平相對較低，數(shù)據(jù)使用不夠深入，對于石油開采進(jìn)程的支持度有待提升。三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)在石油勘探作業(yè)中的運用，不但簡化了數(shù)據(jù)處理流程，同時還促進(jìn)了勘探結(jié)果的可視化發(fā)展，使地勘人員能夠更加直觀的對勘探地域的地質(zhì)構(gòu)成狀況進(jìn)行了解，最終制定出更加科學(xué)的石油開采方案。與一些西方先進(jìn)國家相比，我國石油勘探作業(yè)人員雖然積極推動三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用，但依舊存有較大的差距?；诖耍恼聦θS地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用展開了研究，以期能夠推動該技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域的運用。

二、石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)特點及優(yōu)勢

（一） 三維地質(zhì)建模技術(shù)特點分析

三維地質(zhì)建模于1993年被提出，它將計算機三維可視化技術(shù)和地質(zhì)理論有效地結(jié)合起來，是一門應(yīng)用越來越廣泛的交叉學(xué)科，同時也是地質(zhì)研究領(lǐng)域中的前沿課題之一。三維地質(zhì)模型可以將地質(zhì)體以及地質(zhì)構(gòu)造以圖形圖像的方式呈現(xiàn)出來，形象而直觀，有助于人們對復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象的理解[1]。因此該技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)、石油地質(zhì)、工程地質(zhì)以及礦山地質(zhì)等諸多領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的二維模型，需要結(jié)合多張二維剖面圖進(jìn)行綜合分析才能夠了解到施工現(xiàn)場地質(zhì)特征，并且對于相關(guān)人員的專業(yè)性和經(jīng)驗要求都非常之高，一旦信息采集不夠全面，還可能導(dǎo)致分析出錯。三維空間建模技術(shù)發(fā)展至今，日趨成熟，已經(jīng)在很多大型工程的地質(zhì)勘探及施工環(huán)境應(yīng)用，并取得了較好的效果和反響，相較于傳統(tǒng)二維模型，三維空間建模配合可視化技術(shù)，能夠?qū)ο髤^(qū)域的整體情況直觀的展示，并能夠完成多角度快速轉(zhuǎn)換，減少了主觀臆斷，降低了相關(guān)人員的需求，提高了模擬的準(zhǔn)確性，因此，可以說三維空間建模技術(shù)在工程地質(zhì)當(dāng)中的應(yīng)用，將會越來越豐富[2]。

（二）三維地質(zhì)建模技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢分析

1.三維仿真模型建立。石油的開采是當(dāng)下社會能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要工作之一，在傳統(tǒng)的石油勘探管理工作當(dāng)中，勘探工作的開展存在有較大的風(fēng)險性，并且在石油鉆探過程當(dāng)中，由于對地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境情況的不了解，從而導(dǎo)致了鉆探工作受到了各種各樣的阻礙，影響了鉆探工作的開展進(jìn)度。在石油勘查工作當(dāng)中，工作人員首先需要對實地的施工現(xiàn)場進(jìn)行相應(yīng)的勘探檢測，獲取到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息之后，再進(jìn)行施工圖紙的設(shè)計。由于傳統(tǒng)的施工圖紙設(shè)計，進(jìn)程相對較慢，無法滿足當(dāng)下的施工建設(shè)需求，所以導(dǎo)致后期的石油資源挖掘出現(xiàn)了較大的問題。并且，在施工圖紙的設(shè)計過程當(dāng)中，傳統(tǒng)的圖紙設(shè)計方式無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而影響了后期的施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。而三維地質(zhì)建模技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速進(jìn)行三維仿真模型的建立，工作人員直接利用技術(shù)，進(jìn)行全面的地質(zhì)環(huán)境掃描檢測，然后記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后，系統(tǒng)自動生成三維仿真模型，這樣能夠確保后期工作人員的施工方案設(shè)計能夠更加的精準(zhǔn)化，同時也能夠解決前期勘探過程中，所出現(xiàn)的各種各樣的問題。

2.施工可視化展示。在石油資源的開采過程當(dāng)中，存在有許多不確定的因素在其中，施工人員必須結(jié)合實際的施工情況來進(jìn)行相應(yīng)的處理，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，立即進(jìn)行措施處理，這樣才能有效控制好影響的范圍。將三維技術(shù)應(yīng)用到開采工作當(dāng)中，管理人員能夠直接通過系統(tǒng)進(jìn)行施工可視化的展示，及時掌握開采的進(jìn)度以及周圍的環(huán)境情況，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，可立即進(jìn)行預(yù)警處理，在第一時間采用相應(yīng)的預(yù)防措施，這樣能夠有效避免突發(fā)事件帶來的影響。另外為了加強石油資源開采的工作效率，在日常的施工過程中，管理人員可以根據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，來了解施工的進(jìn)度情況，及時對相應(yīng)的施工工作進(jìn)行調(diào)整，這樣能夠有效提高開采工作的效率和質(zhì)量。

3.地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的科學(xué)化分析。在三維技術(shù)的應(yīng)用過程當(dāng)中，不僅可以對石油開采過程中的環(huán)境條件，進(jìn)行三維立體化的呈現(xiàn)，同時，還能結(jié)合實際的地質(zhì)環(huán)境情況，進(jìn)行科學(xué)化的數(shù)據(jù)分析，石油施工工作的開展提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。例如，在前期的勘探過程當(dāng)中，對周圍的地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集檢測，然后通過科學(xué)化的數(shù)據(jù)分析，來掌握后期開采過程中的風(fēng)險性。然后，管理人員根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行開采方案的設(shè)定，這樣能夠有效地將開采工作過程中的風(fēng)險性降到最低，從而保障開采工作開展的順利性以及人員施工過程中的安全性。

三、三維地質(zhì)構(gòu)造建模中的關(guān)鍵技術(shù)與算法

在勘探領(lǐng)域中，三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)屬于一種成像技術(shù)，憑借該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對勘探區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間建模，并將勘探數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖像。在模型構(gòu)建過程中，勘探、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)整體、模型構(gòu)建等每一個環(huán)節(jié)都緊密關(guān)聯(lián)，一旦有某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤那么必然會影響成像的結(jié)果準(zhǔn)確性，嚴(yán)重的還會致使整個模型構(gòu)建失敗。所以在三維地質(zhì)構(gòu)造建模過程中，必須要重視對建模質(zhì)量的關(guān)注和重視，特別是對于模型的穩(wěn)定性模擬等方面。

（一）單元分解表示法

單元分解表示法是一種典型的無網(wǎng)格方法，這種方法的提出，具有一定的劃時代意義，使得傳統(tǒng)的在網(wǎng)格中的有限元分解形式，得以擺脫網(wǎng)格的約束，推動了廣義有限元法的產(chǎn)生和發(fā)展，其在力學(xué)分析、工程建模等方面，都有著較多的應(yīng)用。

（二）構(gòu)造實體幾何法

構(gòu)造實體幾何法在近年來的三維空間建模當(dāng)中具有相當(dāng)多的應(yīng)用，尤其是三維建筑建模當(dāng)中，利用BRL-CAD包實現(xiàn)了在CAD軟件當(dāng)中的實體幾何構(gòu)造工作。實體幾何構(gòu)造的原理非常簡單，是利用基本體元的組合實現(xiàn)新的三維模型的構(gòu)建。在構(gòu)造實體幾何剛剛提出時，該技術(shù)主要應(yīng)用于一些教學(xué)模型和簡單數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，本質(zhì)上是將體元按照集合論的布爾邏輯進(jìn)行組合。在工程地質(zhì)的三維空間建模工作中，體元是上文中的七類基本對象之一，根據(jù)不同的軟件，對應(yīng)的體元也有一定差異，傳統(tǒng)建模軟件的體元，一般指長方體、正方體、圓柱、椎體、球體等，而隨著時代的發(fā)展，新型的建模軟件中，會將一些更復(fù)雜的彎曲幾何體也作為體元，這極大的降低了三維空間建模的運算量，提升了運算效率。

（三）邊界表示法

邊界表示法是當(dāng)前最為常用的空間數(shù)據(jù)模型建立方法，該方法是以邊界作為基礎(chǔ)，利用邊界來表示實體，將實體拆分成若干封閉體，將封閉體拆分成若干邊界面，將邊界面拆分成若干外環(huán)和內(nèi)環(huán)，將環(huán)拆分成若干首尾相連的邊，將邊拆分成若干個點。這種方式利用了空間要素關(guān)系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅能夠非常直觀利用可視化三維模型表現(xiàn)地址特性和構(gòu)造特點，更加重要的是，這種方法對于模型表示過程中可能會牽涉到的進(jìn)一步運算也能夠提供便利。

（四）地質(zhì)界面交切處理

地質(zhì)環(huán)境中界面類型繁多，假如在勘探過程中發(fā)現(xiàn)勘探區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)底層完整度較低、斷層分錯等情況，那么必然會對地質(zhì)界面交切關(guān)系的處理造成不利影響。因此，在交切關(guān)系的分析過程中，需要使界面之間拓?fù)潢P(guān)系能夠保持一致。在目前三維地質(zhì)構(gòu)造建模過程中，通常選擇使用人機交互的方法，以曲面切割、曲面調(diào)整作為工具，來對界面之間的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行處理，這樣有助于進(jìn)一步降低建模的誤差，提升模型構(gòu)建質(zhì)量。

（五）構(gòu)造模型的不確定性評價及模型質(zhì)量控制

模型不確定性評價是石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模質(zhì)量控制過程中非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，通過對面網(wǎng)的精度進(jìn)行管控，能夠有效縮小建模結(jié)果與實際地質(zhì)構(gòu)造間的差距，更好的保障模型的可靠性。

（六） 三維地質(zhì)構(gòu)造建模地質(zhì)曲面的算法

1.“Mallching Cubes”曲面重建算法。此算法又被稱為“等值面提取”算法，是當(dāng)前使用最為普遍的一種針對立方體實行等值面構(gòu)建的算法，既需要明確等值面閾值，同時還要能夠確定所有立方體的 8 個頂點有否在等值面以外。通過等值面提取算法實行地質(zhì)建模地質(zhì)曲面的構(gòu)建，并利用 24- 分解方法實行等值面相關(guān)數(shù)據(jù)的提取。

2.對于角點網(wǎng)建模的空間插值的網(wǎng)格變形算法?？死锝鸩逯捣ɑ趯Φ刭|(zhì)周邊環(huán)境的測量分析并實行加權(quán)計算，以此預(yù)測得出尚未測量區(qū)域的信息。。半方差函數(shù)的公式如下，其中 s^2 為方差，C（h） 代表空間協(xié)方差：

克里金插值法的核心任務(wù)在于發(fā)覺空間數(shù)據(jù)之間的自相關(guān)性，如果表現(xiàn)出了一定的自相關(guān)信息，則能夠預(yù)測和計算調(diào)整好的三維模型，通常應(yīng)用在角點網(wǎng)建模的網(wǎng)格變形方面[5]。

四、 三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)在石油勘探中的應(yīng)用分析

（一）獲取三維地質(zhì)構(gòu)造建模數(shù)據(jù)

現(xiàn)代石油勘探工作中，三建模數(shù)據(jù)的獲取是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。在獲取數(shù)據(jù)過程中，不但要確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，同時還要使數(shù)據(jù)具備足夠的豐富性。在整個模型構(gòu)建工作中，獲取和應(yīng)用到的數(shù)據(jù)是否精準(zhǔn)、有效直接關(guān)系到模型構(gòu)建質(zhì)量，特別是鉆孔、地質(zhì)圖、遙感信息等信息數(shù)據(jù)，假如這些數(shù)據(jù)在采集過程中誤差較大，那么必然會進(jìn)一步增加模型與地質(zhì)實際狀況之間的差距。另外，數(shù)據(jù)的豐富性也是尤為重要的。石油勘探過程中，如果獲取到的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息足夠豐富，那么就會縮小模型與實際地質(zhì)狀況之間的差距，反之就會導(dǎo)致這一差距變大。因此，在復(fù)雜地層勘探過程中，勘探工作人員要盡可能的提升地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的豐富程度，以此來為模型構(gòu)建打下良好基礎(chǔ)。

（二）全面掌握風(fēng)險數(shù)據(jù)

在石油資源的挖掘過程中，由于工作開展的風(fēng)險性較高，所以在前期的勘探過程中，應(yīng)當(dāng)全面檢測鉆探工作的風(fēng)險數(shù)值，然后在進(jìn)行預(yù)案方案的設(shè)計。例如，在日常的勘探工作中，首先利用技術(shù)，對周圍的環(huán)境情況進(jìn)行全面的勘探檢測，掌握到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后，再利用技術(shù)來進(jìn)行風(fēng)險數(shù)值的檢測。管理人員在獲取到相應(yīng)的風(fēng)險數(shù)值之后，進(jìn)行預(yù)警方案的設(shè)計，一旦在施工的過程中，出現(xiàn)有意外的事件發(fā)生，能夠立即進(jìn)行預(yù)案的應(yīng)用，有效降低風(fēng)險事件所帶來的影響，保障施工人員的安全。

（三）合理利用三維地質(zhì)構(gòu)造建模方法

利用三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)進(jìn)行模型構(gòu)建的過程中，需求不同、數(shù)據(jù)源不同，其模型構(gòu)建方法也存在一定差別，目前較為常見的建模方法有結(jié)構(gòu)建模與屬性建模兩種類型。（1）結(jié)構(gòu)建模。如果獲取到的地質(zhì)空間數(shù)據(jù)離散程度較高，那么在建模時一般會通過展開離散的采用點逼近樣條曲面和插值樣條曲面這兩類建模方法。（2）屬性建模。目前較為常見的確定性建模與隨機性建模兩種方式都屬于屬性建模，確定性建模方法在應(yīng)用時是以已經(jīng)確定的資料控制點作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上對不同勘探點之間的屬性結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行推斷；隨機性建模主要利用隨機函數(shù)理論來完成模型的構(gòu)建。

（四）建立完善的地質(zhì)三維模型

在三維技術(shù)的應(yīng)用過程中，可以直接通過現(xiàn)場勘探的數(shù)據(jù)，來進(jìn)行地質(zhì)三維模型的建立，通過仿真模型的展示，能夠更好地進(jìn)行施工現(xiàn)場的還原，這樣有助于后期施工工作的開展。例如，在日常的工作開展過程中，施工人員利用技術(shù)的應(yīng)用，來進(jìn)行施工現(xiàn)場的檢測，獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后，再進(jìn)行三維模型的建立。在模型的建立過程中，工作人員不僅可以查看到施工現(xiàn)場的實際結(jié)構(gòu)情況，更是能夠提前預(yù)測到相應(yīng)的施工風(fēng)險情況，然后工作人員直接根據(jù)模型的建立情況，來進(jìn)行方案設(shè)計，使得后期的施工工作開展更加符合實際的施工需求。

五、三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)應(yīng)用存在問題及發(fā)展趨勢

與西方一些國家相比，我國石油勘探相關(guān)技術(shù)發(fā)展時間相對較短，在三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)方面的研究也是如此，所以即便近些年我國石油行業(yè)企業(yè)越來越重視建模技術(shù)的研究以及應(yīng)用，也取得了一些成果，但是在這一領(lǐng)域與西方先進(jìn)國家相比依舊存有較大的差距和問題。第一，目前我國石油勘探領(lǐng)域三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)應(yīng)用過程中，針對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境模型構(gòu)建的水平相對較低，模型與實際地質(zhì)狀況之間的差距通常比較大；第二，隨著石油勘探對建模效率以及精度要求的不斷提升，模型構(gòu)建的難度也隨之大大提升；第三，缺少確定性分析和研究技術(shù)，對數(shù)據(jù)依賴性較高，在數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差時，沒有對應(yīng)的模型準(zhǔn)確性論證方法和手段。

通過對上述問題的分析，認(rèn)為當(dāng)前我國石油勘探作業(yè)中三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用可以從下面幾方面展開：第一，目前三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)雖然已經(jīng)在我國地勘領(lǐng)域運用較為廣泛，但由于應(yīng)用時間相對較短，相關(guān)研究也并不深入。所以，在三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該積極制定相應(yīng)的管理標(biāo)準(zhǔn)，并對其應(yīng)用流程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，確保三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)應(yīng)用的有效性。第二，要重視行業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)。只有高素養(yǎng)的工作人員才能夠確保三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量，提升石油勘探作業(yè)成效。第三，要建立并完善共享地質(zhì)模型體制，推動地質(zhì)構(gòu)造信息的共享，為三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)的智能化、信息化、共享化發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

六、結(jié)語

綜上所述，三維地質(zhì)建模技術(shù)能夠有效地解決石油挖掘過程中的主要問題，例如風(fēng)險把控、方案制定等，通過全面掌握風(fēng)險數(shù)據(jù)、建立完善的地質(zhì)三維模型、科學(xué)化分析鉆探工作的開展等方式，來完善現(xiàn)場鉆探工作的開展，不僅保障了鉆探工作的質(zhì)量，更是有效控制住工作開展過程中的風(fēng)險數(shù)值，保障了人員和挖掘現(xiàn)場的安全，短時間內(nèi)完成了石油資源的挖掘。技術(shù)應(yīng)用是當(dāng)下發(fā)展的主要趨勢，通過技術(shù)的應(yīng)用，更好地滿足了當(dāng)下工作開展的實際需求。H

參考文獻(xiàn)

[1]楊志會，趙海波，黃勇，等.地震信息約束的三維建模技術(shù)及其在松遼盆地古龍頁巖油地質(zhì)工程一體化中的應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2022，41（03）：103-111.

[2]張庭姣.三維數(shù)據(jù)場可視化技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用研究[J].粘接，2022，49（03）：182-185+191.

[3]曹宇.石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)應(yīng)用分析[J].信息系統(tǒng)工程，2021（06）：79-81.

[4]王玉巖.石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)探討[J].西部探礦工程，2020，32（05）：75-76+79.

[5]沈妍.石油勘探三維地質(zhì)構(gòu)造建模技術(shù)研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，34（08）：156.