基于全新隐函数的三维构造建模技术

顾晓东，梁 琰，张希晨，刘晓波，杜长江

（东方地球物理公司物探技术研究中心，河北 涿州 072750）

辽河地区的潜山内部油藏较为发育，兴隆台潜山有利勘探面积120 km2，为洼中之隆、双元结构，目前已连续多年达到百万吨生产水平，但是潜山内幕构造多变，岩性复杂，储层研究技术手段单一，其中中生界储层砾岩体发育，勘探程度低，潜力大。

面对稀油上产五百万吨的严峻挑战，开发地质的科研工作量和难度成倍增加，需要从勘探思路创新、认识创新、技术创新以及管理创新入手，深入开展精细的勘探工作[1-3]。急需依托综合性强、兼容性强的软件建立多角度、多方位、多学科的一体化数字平台，实现油田直观、便捷、高效的科学研究[4]。

GeoSGD 井位论证系统具有的三维地质复杂构造建模技术能够综合油藏地质研究的各个方面和各项内容，本文以辽河地区兴隆台构造潜山为例，从创建复杂构造模型到建立反演初始模型，最终到反演结果验证，通过全流程应用，分析GeoSGD 的算法优势、列举本次建模流程中的难点与对应解决方案、验证评价模型效果。这也是软件在辽河地区的首次应用，用以解决复杂难题，提高油藏认识精度。

1 三维构造建模软件现状

1.1 国内外使用现状

从大类上来看，三维地质建模软件是地理信息系统的一个分支。三维地质建模主要针对地下空间，三维地理信息系统（geographic information system，GIS）主要针对地上空间，两者在应用领域与实现技术方面有很大的不同。三维地质建模软件从20世纪70年代开始研发，已经走过近50年的发展历史，中外有许多研究学者与团队为此进行了坚持不懈的努力[5]。

自20世纪90年代以来，国外相关软件开始问世，随着逐年完善已经趋近成熟。虽然在当时，我国还没有研发出任何一个三维地质建模软件，但近年来，随着我国在计算机领域的迅速发展，这一领域的软件技术空白也在不断填补，先后出现了一大批优秀的三维地质建模软件。通过调研，整理了国内外常用三维地质建模软件情况，包括软件算法优缺点、所运用的油藏网格技术及软件通用性，见表1。

表1 国内外常用三维地质建模软件及对比

1.2 GeoSGD 软件简介

GeoSGD 软件是基于数据驱动的增量式实时更新的可视化建模软件，功能丰富，见图1。软件建模自动化程度高、效率高，可适应东西部各种正逆断层、复杂岩体和矿体、各种地层不整合等构造类型，可以实现基于模型共享的石油地矿勘探开发一体化工作流程，支撑地震采集、处理、解释、重磁电、地震地质工程一体化、油藏开发、非油地矿、工程地质、城市地质等领域的基于模型的各种应用[6]。

图1 GeoSGD 部分功能

2 建模应用流程与难点

2.1 研究区概况

兴隆台潜山位于辽河断陷西部凹陷中部，辽河坳陷是新生代时期在华北地台背景上发育起来的断陷裂谷盆地，主要处于华北地台的东北隅，它东起辽东台背斜，西至燕山台褶皱带，南起勸海，北至内蒙地轴东缘[7]。北东-南西向展布，被清水洼陷、盘山洼陷和陈家洼陷包围，生烃成藏条件极为优越[8-9]。

其中，中生界潜山主要发育有三套断裂系统。首先，中生代印支挤压构造应力场形成近东西向逆冲断层；其次，中生代燕山拉张应力场形成北东走向断裂，新生代继承发育，控制潜山整体格局；最后，新生代形成的近东西向断裂将潜山划分为多个断块。

2.2 数据准备

建模前需要进行层位、断层数据的筛选与井数据的预处理。本地区数据类型繁杂，结合GeoSGD 软件特点，最终挑选出的数据分类为：

（1）网格文件：用于建立工区测网。

（2）层位数据：建模需要使用到本区域4 个解释层位，所筛选出的每套层位均以兴古逆断层为界，分为上、下两盘分别解释，共8 个层位文件。

（3）断层数据：需要用到共10 条原始解释的断层数据，详细分为7 条正断层、2 条逆断层和1 条反转断层。

（4）井数据：19 口大斜度井及其各类井曲线数据，其中PP_IMP 曲线用来基于构造建模约束插值属性模型。以上全部数据共计82 个文件，占用存储空间约为2.34 GB。

2.3 建模流程

建模整体流程见图2。在数据准备妥当后，首先进行数据加载。基于Windows 的中文软件界面也让加载更加便捷，加载后务必在三维空间中浏览检查数据有无异常。

图2 GeoSGD 软件构造建模应用流程

其次，进入断面建模阶段。“更新断面”把断棱插值为光滑的断面，依据实际情况，判断是否需要调整断面边界。利用自动定义断面交切关系功能，快速判定断层间的主辅关系。然后检查交切模型是否存在错误，并逐一修改。若不存在问题，则点击“划分断块”。

而后，进入层面建模阶段。在这里，可以将层位错误解释的跳点或线删除，并依据断层类型调整有错误的上下盘位置。到这里，构造模型就基本创建完毕了。通过对比模型与原始地震数据的同相轴、断层，在剖面和切片上反复检验模型的准确性，若存在偏差则需要调整。

接着，进入模型的应用阶段，井曲线基于构造建模约束进行插值得到属性模型，用于反演。

最后，将反演结果与井上分层、岩性等数据进行对比，再次验证模型的准确性。

2.4 建模难点与解决方案

工作中，建立构建模型的目的通常是为了反演及后续储层预测。为了使反演结果达到高分辨率和高精度，有必要精确地创建构造模型，这对操作过程提出了更高的要求。

对于本次应用，对精度造成影响的难点多存在于图2 中断面建模与层面建模的构建过程。经总结，难点共分为三大类：地层横向厚度变化剧烈、断裂系统复杂、解释成果精度不高。它们给实际建模工作造成较大操作困难，花费大量时间，降低工作效率，如不解决，还将对后期储层预测形成误导。对于这些问题，在GeoSGD 软件中都可以一一找到对应的解决方案，下面逐一叙述。

2.4.1 地层横向厚度变化剧烈 本区域发育有三座潜山，自南向北依次划分为马圈子低潜山、兴隆台高潜山与陈家低潜山，见图3，根据罗海炳等[10]研究表明，高潜山和低潜山顶面埋深幅度差可达1 500 m，地层横向厚度变化剧烈，尤其是图3 中Mz 中生界地层，最厚地区可达2 200 m，而最薄处仅200 m。

图3 潜山分布位置

兴隆台潜山是由中生界、太古界组成的复合型潜山，参与本次建模的4 个层位都属于中生界地层，这样的数据如若使用业内其他软件，无法顺利、快速完成建模，正如表1 内所含调研内容。而GeoSGD 软件采用的新一代隐函数建模技术，支持基于数据驱动的增量式实时更新能力，无厚度横向变化限制，不会出现错误。中生界地层的这一特征刚好能够验证并体现出软件的算法优势。

2.4.2 断裂系统复杂 正如地质概况所述，该地区发育有三套大型断裂系统，不过GeoSGD 软件自动化程度高，其中自动定义交切关系功能、质控交切模型功能强大，新手也能够在半小时内快速建立精美的断面模型。

2.4.3 解释成果精度不高 第一类表现为层位解释问题：（1）层位解释存在偏差，见图4（a），由于解释人员习惯，在上下盘层位与断层连接处，层位均延伸有多余线条。可以采用以下两种对策来解决该问题：①利用GeoSGD 软件的“断层过滤距离”功能，使贴合断层的多余数据不起作用；②直接圈画多边形，删除多余散点。

（2）层位不完整，见图4（b），各个层位均存在不同程度的解释缺失，即工区范围内层位数据不完整的情况。如果不加以处理，所生成的层面模型会出现层面交叉、层面三维展布形态错误等一系列问题。对此，在不裁剪工区范围的情况下，利用“创建缺失区域”功能，划取较完整层位的不同范围数据，粘贴给其余层位。但注意，这一方法仅针对地层整合、已知地层形态基本一致的地区。

第二类表现为断层解释问题：由图4（c）可知部分断层存在解释偏差的断棱，还有一些断层存在未分配的现象，即多个断层解释为一个，见图4（d）。这些问题将会生成错误的断面形态，导致软件错误判断断层间交切关系。对此，必须要有严谨的工作态度，人工浏览检查是不可或缺的，及时发现问题断层，从而编辑或删除错误的断棱。

图4 解释成果精度不高的典型表现

第三类表现为断层类型未指定：由于所获取到的断层数据没有指定断层类型，加载进GeoSGD 时，软件会将所有未指定类型的断层默认为正断层，这就造成逆断层在创建“层面辅助线”时，将其赋予错误的一盘。快捷的解决办法是，在拾取逆断层辅助线时，直接反选上升盘与下降盘。

其实，上述解释成果的大部分问题都是解释人员在工作时仅观察二维空间中的地震剖面造成的。建议读者可以使用GeoSGD 结合GeoEast，在三维空间中建立“边解释，边建模，边质控”的思路。在二维中解释，在三维中质控，及时发现错误的层位跳点或多余的断棱，提高解释精度同时，提升工作效率，避免造成后续工作中反复修改的麻烦，这也是GeoSGD 的辅助功能之一。

3 应用成效

3.1 断面模型

不同方位的断面模型呈现效果见图5，模型精美，断面边缘平整。去除错误解释的断棱后，断面形态平滑、规则，交切关系明确，已不存在断层未分配问题，复杂的断裂系统得以清晰直观地展现。

图5 断面模型效果

3.2 层面模型

4 个层位的最终展现效果见图6，在断层边缘处层位解释多余数据均已去除，层面光滑、无异常突变。通过调整，层位均已补充完整，且符合地层正确的接触关系。经多次检查，确保每个层位的所有断层上下盘关系全部正确。断距在三维空间下清晰、立体且直观。

图6 层面模型效果

3.3 地层体

在断面模型与层面模型的基础上，软件一键填充实体色块，见图7。系统自动配色，色彩美观，模型细节清晰可辨。

图7 地层体效果

3.4 模型验证

通过对比地震剖面，见图8，模型与剖面上地震特征一致，确认模型准确，证实前期工作的必要性。

图8 构造模型与地震剖面验证比对

3.5 模型应用

构造模型建立完毕后，如若仅使用传统层控法插值属性模型，断层附近会呈现藕断丝连状态，常常会勾勒出错误的地层形态。而本次反演应用中，大断距断层处干脆利落，无需分块反演，验证了建模的便捷性。经比对，与井上岩性匹配度高、地层厚度变化无误，再次验证了三维模型构建的准确性。

4 结论

通过对辽河兴隆台潜山内幕三维复杂构造建模的应用，本文得出了以下几点结论：

（1）基于全新隐函数的三维构造模型能够清晰、直观地理解潜山内部的构造形态、地层展布与断裂交切状态。

（2）GeoSGD 软件实现了针对复杂构造的阶梯状油藏网格建模核心技术，支持地层横向厚度变化剧烈的地层建模，适应正逆断层、非通透断层等复杂构造的精细描述，拓扑信息完备，自动化程度高。

（3）相对传统建立反演初始模型的层控法，通过软件构造框架约束井曲线进行反演初始建模，提高了断层（尤其是逆断层）附近的地震反演精度，且无需分块反演。

（4）借助三维构造模型软件“边解释，边建模，边质控”的思路，大大提高层位与断层的解释精度，提升解释效率，为油田开发提供更可靠的依据。

（5）由于本地区潜山构造较为复杂，解释成果资料精度不高，所以这次应用所构筑的模型存在一定的不足，在很多方面仍存在进一步的提升空间。