三维地质构造建模技术

田雨

摘 要：近年来，石油及天然气作为社会发展的主要能源，政府和相关部门高度重视石油天然气的勘探工作，良好的油气勘探工作可以保证后续开采工作的有效进行，为我国石油天然气的发展奠定基础。三维地质构造建模技术作为油气勘探的主要方法之一，主要分为地质曲面重建、地质曲面拓扑关系分析及三维实体建模3个步骤，本文主要针对三维地质构造建模技术这3个步骤，进行具体探究，希望可以提高石油天然气勘探技术，促进我国油气事业的良好发展。

关键词：三维地质建模；构造建模技术；关键技术探究

1 地质曲面重建技术

地质曲面重建技术可分为地质曲面重建技术的计算方法、地质曲面重建的断层面重建及地质曲面的层位面重建3部分。

地质曲面的计算方法。地质曲面的重建技术主要采用“Marching Cubes”算法。要想使用这种算法进行地质曲面的重建需满足四方方面要求。第一在所有采样点中，选择k个邻近点，进行待重建面点的确定，即使没有待重建点的全面数据，也可以通过采样点的切面作为采样点进行局部线性逼近；第二在进行k点临近点计算时，保证所有法矢都指向重建曲面的一侧；第三通过计算cube顶点到重建曲面的有向距离，完成网路曲面的生成工作；第四对所有cube进行处理，完成地质曲面的重建工作。

地质曲面的断层面和层位面的重建过程。通过Marching Cubes地质曲面的计算方法为前提，断层面在重建过程中，不能切割主要断层，只能切割次要断层。当主要断层与次要断层相交时，通过对次要断层进行处理，保证断层面的重建，另一方面，早期断层不能切割，而晚期断层则可以切割为两个或多个，作为新的早期断层重新使用。

層位面故障往往是因断层的切割造成的，会出现不同程度的内边界，采用基于地质约束的地质曲面拟合技术进行层位面的重建工作，与传统层位面重建技术相比优点显著，可以保证三维地质构造建模技术的全面统一。其操作方式也是采用Marching Cubes地质重建计算为基础进行的。

2 地质曲面拓扑关系分析

三维地质构造建模技术的地质曲面拓扑关系主要是指在石油天然气勘探过程中断层面与层位面重建过程的计算，在实际勘探过程中，地质曲面拓扑关系的分析主要包括：断面层与断面层关系、层位面与层位面关系及断面层与层位面的相互切割关系，针对这3种情况的拓扑关系分析，对油气勘探工作空间几何进行有效处理，可以保证三维地质构造建模技术的可靠性。

（1）地质曲面拓扑关系分析过程中对地质曲面空间问题的处理。在进行地质曲面空间的计算时首先要能够及时求出地质曲面几何相交的交线数据。另一方面还会出现地质曲面本身不相交。但是在进行地质曲面拓扑关系的分析时，会有相交情况。要根据地质约束情况，将某一曲面延长，计算出交线数据。最后是再出现曲面的相互交叉时，应先进行交线结果的计算，再根据所得结果及地质的情况对地质曲面进行消减。

（2）地质曲面交线的计算方法。在进行地质曲面的交线计算时。首先要对交点进行计算，正确的交点可为交线运算奠定基础，值得一提的是，地质曲面的交点往往分布散乱，没有固定的交点顺序，为避免出现交点重复的现象，可以采用相交元素对为边和三角形的方法。在保证避免交点重复的同时，不会影响地质曲面拓扑关系分析的总体数据。地质曲面的交线计算时一个相对较复杂的过程，在运用这一方法进行油气的勘探工作时，应考虑到计算的速度问题，针对这一现象的产生，相关部门积极研究，探索出了平均单元格技术保存面片的位置信息。可以有效的提高空间曲面的交线计算速度。在取得准确的交点数据后，因其是不规则的分布的，要通过一定技术手段，进行交点的排序工作，利用求交点过程中取得的拓扑数据及交线分离计算方法，将地质曲面的交点进行排序，排列成一定规律的交线，还要注意排列害的交线是否为闭合曲线。

（3）地质曲面交线的网络重构和改良。网络重构是指地质曲面的交线计算完成后，断面层与层位面的在连接是需要加入新的交点，对三角形交线的剖分等工作。本文主要介绍Delaunay三角剖分计算方式，与其他技术相比，这一技术更为成熟，可以充分保证网络重构工作的有效性。根据地质曲面的性质，采用带约束的Delaunay三角剖分计算方式进行网络重构，如果对三角形的结构没有特定的要求，即完成了网络重构工作。但是具体运用三维地质构造建模技术时，是不允许出现其他形状的三角形结构的，所以要对交线的三角形结构进行改良，良好的三角形结构不仅能保证地质曲面的美观，还能为后面的地层实体模型建立提供先决条件。在进行地质曲面交线的改良是，要保证地质曲面相交部分的几何一致、拓扑一致，实现三维地质构造空间的一致性。

3 地质曲面的地层实体模型建造

地质曲面地层实体模型建造作为整个三维地质构造建模技术的最后一个步骤，需要良好的地质曲面重建技术及地质曲面拓扑关系分析作依托，获得有效的地质曲面几何描述个和空间关系，才能确定地层实体模型的结构，进行有效的结构建造。

地层实体模型建造只能数据进行模拟，而实际地层中的沉淀现象，不能有效的表现出来。这就要求在进行地层实体模型建造时，模拟地层内部的实体建造有效的地层实体模型，如地层的顶、底等都需要考虑，其次进行断层的空间情况将地层规划为分开的封闭空间（简称地层块体），最后根据地层实际情况进行沉淀处理，保证地层实体模拟的准确性、科学性。存进三维地质构造建模技术的应用。

4 结语

石油天然气作为目前的主要能源，采用有效的勘探技术可以促进对其的利用价值，三维地质构造建模技术作为油气勘探的主要方法，可以通过对其中步骤的具体探索，保证三维地质构造建模技术的利用价值，通过这一技术的运用，提高我国石油天然气行业的发展。

参考文献

[1]程朋根，龚健雅，史文中，等.基于似三棱柱体的地质体三维建模与应用研究[J].武汉大学学报（信息科学版），2014，29（7）：602-607.

[2]程朋根，王承瑞，甘卫军，等.基于多层DEM与QTPV的混合数据模型及其在地质建模中的应用[J].吉林大学学报（地球科学版），2015，35（6）：806-811.

（作者单位：沈阳市建设工程项目管理中心）