地质建模论文

地质建模论文（精选8篇）

地质建模论文 篇1

地质建模数据从表现形式上可分为属性数据和图形数据;依据地质建模数据的来源, 可分为化验结果数据、测量数据、遥感信息数据、物探和化探数据、地质工程数据、水文地质数据和元数据。地质建模数据具有空间特征和属性特征。

1、地质建模数据数字化方法

地质建模数据在计算机中主要通过图形数据和属性数据来进行表达, 因此地质建模数据的数字化主要体现为属性数据录入、地质图件的数字化和地质遥感影像数据的提取三个方面。

地质遥感数据是结合现代遥感技术来分析地质规律, 从而获取地质数据。从遥感影像中提取有用的数据, 传统方法可以通过计算机数据处理、人工目视判读和两者结合来实现, 伴随人工智能和一些准则的确立, 运用正向、反向、精确或不精确的推理方式进行解析从而做出决策, 使得自动判译遥感图像的专家系统成为可能, 因此专家系统的使用将成为实现提取矿山遥感数据的重要方法之一。地质图件在计算机中有矢量和栅格两种存储方式, 由于矢量结构比栅格结构更具有数据存储量少、数据严密、精度高、易于表达拓扑关系和输出图形美观等特点, 所以对纸质的二维地质图件往往要经过数字化后将其存储在计算机中。对数据量较小且精度较高的图形, 也可以采用键盘的输入方式, 将数据存储到一定格式的文件中, 然后采用Arcgis、CAD等软件或编程的方式将其转化为图形;对数据量较大的图形, 可选用手扶跟踪数字化仪或扫描的方法来进行矢量化, 但由于手扶跟踪数字化方法带来的工作量非常繁重, 因此矿山的二维纸质图件一般采用扫描矢量化的方法进行数字化。

2、地质建模数据的来源

三维地质建模流程依赖于对大量有价值地质资料的收集, 资料的充分是搭建地质模型的重要条件。经过对矿区现有电子资料和纸质资料的搜集和整理, 不难发现, 此矿区自五十年代以来, 有许多地质单位相继在本区开展过地质勘查工作, 搜集的纸介质和电子资料具体分为: (1) 普查地质报告; (2) 详查地质报告; (3) 储量核实报告; (4) 潜力评价报告; (5) 勘查地质报告; (6) 生产探矿资料; (7) 涉及物探、化探、区域及外围等报告等。

由于无法直接观测地质体, 往往获取的样本数据是不充分、零星和随机的;加上地质形态的复杂性导致构建准确的地质建模难度很大。为确保三维地质模型的准确性, 本次着重利用地质图件来提取多源地质数据, 从而更多的原始数据充实三维地质建模。

在三维地质建模中, 地质图件是非常重要的成果资源, 它反映了地质人员对一个地区地质条件和地质历史发展的认识, 通过对这些地质图件数据的提取, 可获取三维空间地质数据, 从而为三维地质建模准备更多的原始数据。

本工作主要采用三种地质图件:1) 平面地质图, 平面地质图是充分反映矿区地貌特征、地理位置和交通情况等图件, 是进行矿产开采的重要的参考资料。通过对平面地质图的数据提取 (如X坐标、Y坐标和Z坐标等) , 可将二维图像中的点坐标转化为三维坐标, 进而进行坡度、坡向和高程等分析, 因此可为地面工程的布置、矿井下的设计和矿产预测等提供依据。2) 地质剖面图, 地质剖面图是对地质对象 (地层、岩体和断层等) 在垂直方向进行描述的图件, 也是研究地质对象走向重要图件之一。将地质剖面图和反映地质对象在水平方向变化的图件 (如平面地质图和中段地质平面图等) 配合使用, 可获得地质对象在三维空间的分布情况。3) 中段地质平面图, 中段地质平面图是将同一中段标高上的研究对象 (地质、矿产现象) , 结合一定算法投影到平面上而编制的地质图件。将不同标高处的研究对象分别制作中段地质平面图, 可为研究垂直及水平方向的地质体变化情况提供资料依据, 因此中段地质平面图是进行深部找矿的重要图件。

3、勘探工程资料的数字化

三维地质建模数据主要来源于勘探工程数据、勘探线数据 (虚拟探槽数据) 和地面高程数据。

勘探工程数据是通过勘探线位置数据表进行绘制;地质勘探工程资料进行数字化, 包括了提取样品化验数据、孔测斜数据、地质编录数据和开孔数据等数据, 按照相关纸介质或电子表格数字化可直接获得数据;地表建模主要通过提取地形地质图所获得, 对数据提取的传统方法包括自动矢量化和手工矢量化, 一方面地形地质图往往无法满足自动矢量化要求清晰度高、二值化等特点, 由此导致矢量化后的线条连续性差、光滑度不够;另一方面由于地形地质图面积较大, 传统手工矢量化无法达到高效率的标准, 因而这两种方法都达不到本工作的要求。为有效提高了数字化效率, 进行了基于Auto CAD的二次开发实现地质图矢量化功能, 这种方法不仅可将矢量化后的文件以.DXF进行存储, 而这种格式符合大多数GIS软件图形数据转化功能的要求, 而且这种方法能够生成符合要求的矿图图例符号。为进一步提高矢量化的速度, 本阶段在满足了工作精度要求的前提, 在Auto CAD2006基础上进行二次开发, 并将提取的数据保存到相应的文件中。

(1) 三维地质建模数据库。 (2) 三维地质建模数据模型, 利用对矿床资料的收集, 对主要地质对象分别建模, 包括:断层模型、地层模型、地质界面模型和矿体模型等。这些模型的构成数据都可以用二维表格进行表示, 断层建模数据二维表包括X坐标、Y坐标、Z坐标和点名称 (W_Name) 等;地层建模数据包括点关系表和三角网关系表, 其中点关系表包括X坐标、Y坐标、Z坐标和点名称 (W_Name) 等, 三角网关系表包括三角形三顶点ID (PID1、PID2和PID3) 、颜色属性 (COLOUR) 等;由于地质界面模型和矿体模型的数据模型构成方式和断层建模数据类似, 就不再进行描述。 (3) 三维地质建模数据库的建立, 矿床三维地质建模对象主要包括地层、矿体、地质界面、断层和块体, 由于所要求的存储空间不大, 考虑课题进展的便捷性, 本课题采用的数据库平台为Access2007。由于地质建模资料表格的数据结构是线性的, 它们可一对一地直接转换为Access2007中关系模型的逻辑结构即二维关系表来表示 (称为数据表) ;也可直接在软件中 (如Datamine、Vulcan等) 对地质对象圈定建模, 然后将数据导入Access2007中。

参考文献

[1]邬伦.地理信息系统原理方法与应用[M].北京:科学出版社, 2001:1-466.

地质建模论文 篇2

在油气开发过程中必然会涉及到相关数据测量，测量过程中就会不可避免的出现误差，这些数据误差会给油气地质储层建模带来直接的影响。另外得到确定性的地质变量空间变量模型是不太现实的，那么在这个过程中就需要引用到概率论方法来完善数据建模。举例来说对于储层中流体的流动而言就需要结合微分方程系数等参数来进行探讨。在利用传统方法的建模过程中正常情况下都会使用内插方法得到储层参数但同时也会对流动方程造成影响那么就会产生一定的偏差。因此在油气地质储层建模的过程中需要根据实际条件来对数据模型进行调整并筛选合理的模型来进行构建让油气产量预测可靠性得到保障。

二、多点地质统计学与训练图像

基于变差函数的传统地质统计学随机模拟是目前储层非均质性模拟的常用方法。然而，变差函数只能建立空间两点之间的相关性，难于描述具有复杂空间结构和几何形态的地质体的连续性和变异性。

针对这一问题，多点地质统计学方法应运而生。该方法着重表达空间中多点之间的相关性，能够有效克服传统地质统计学在描述空间形态较复杂的地质体方面的不足。多点地质统计学的基本工具是训练图像，其地位相当于传统地质统计学中的变差函数。对于沉积相建模而言，训练图像相当于定量的相模式，实质上就是一个包含有相接触关系的数字化先验地质模型，其中包含的相接触关系是建模者认为一定存在于实际储层中的。

三、地质概念模型转换成图像训练

地质工作人员擅于根据自己的先验认识、专业知识或现有的类比数据库来建立储层的概念模型。当地质工作人员认为某些特定的概念模型可以反映实际储层的沉积微相接触关系时，这些概念模型就可以转换或直接作为训练图像来使用。利用训练图像整合先验地质认识，并在储层建模过程中引导井间相的预测，是多点地质统计学模拟的一个突破性贡献。

可以将训练图像看作是一个显示空间中相分布模式的定量且直观的先验模型。地质解释成果图、遥感数据或手绘草图都可以作为训练图像或建立训练图像的要素来使用。理想状态下，应当建立一个训练图像库，这样一来建模人员就可以直接选取和使用那些包含目标储层典型沉积模式的训练图像，而不需要每次都重新制作训练图像。

四、二维和三维训练图像

二维训练图像就是在纵向上没有变化，比如人工划相图，因此二维训练图像又称为伪三维训练图像。二维训练图像在纵向上不能反映河道微相的加积，在横向上也不能反映各沉积微相的迁移。因此二维训练图像比不能很好的反映沉积构型。在三维训练图像中，可以反映各微相在横向上的迁移和垂向的加积，能够很好的反映沉积体的空间结构。因此在实际应用中多使用三维训练图像。

五、油气地质储层建模发展趋势展望

从大环境来看目前我国的油气地质储层建模较以往取得了很大的进展，但是在某些环节上依然暴露了一定的问题，需要在以下几方面进行完善。

（1）遇到地质条件较为复杂的情况时需要将侧积体视为目标体来进行储层构型分析并根据分析结果来进行建模。

（2）需要进一步提升地质知识水平并且将这地质知识应用并整合到建模中。

（3）加强目标体连续性过程。

（4）对三维训练图像构建和三维模拟中数据事件进行更具深度的把握。

（5）对井数据模拟条件进行优化。除了在算法上进行改进外还应该让原型模型变得更为丰富并体现出层次感，将地震信息进行高度整合化，构建出地质约束原则，另外在建模过程中对层次分析与模式拟合给予充分的重视。

六、结论

将更多的地质资料整合到储层建模过程中以确保最终数值模型更加符合地质认识，这在预测储层流体特征时是十分必要的。多点地质统计学为地质工作者提供了一个强大的工具，使得他们可以通过训练图像将概念模型和先验地质认识整合到建模过程中。

目前研究的重点是提高多点模拟算法的性能，包括：提高运行速度，降低内存开销，提高沉积模式再现效果以及更灵活的整合不同来源的信息等。有理由相信，随着多点建模方法不断趋于主流，以及越来越多的地质工作者对这一方法变得熟悉，多点地质统计学将成为下一代地质建模工具。

参考文献

老163单元地质建模研究 篇3

《老163单元地质建模研究》拟通过精细油藏地质研究, 建立精细三维地质模型, 通过测井二次解释、数值模拟、油藏工程和油藏动态综合研究的方法, 对剩余油分布进行定量描述, 完善注采井网, 改善水驱开发效果。

精细地质研究:通过对地层模型、构造模型和沉积微相的研究, 建立地质模型, 并对储层进行储量复算。同时完成地层对比图2~3张, 馆陶组含油砂组顶构造图3张, 砂体顶面埋深图、砂体厚度图、油层厚度图10余张, 油藏剖面图3~4张。

油藏数值模拟研究:通过对单井单层数据的统计录入, 并对砂体顶部构造图 (3张) 、砂体等厚图 (3张) 、有效厚度图 (3张) 进行数字化, 建立油藏数值模拟网络系统, 并建立数值化地质模型, 完成分小层含油饱和度等值图3~4张, 储量丰度等值图3~4张, 注采调整井位部署图3~4张。

2成藏条件分析

(一) 区域构造背景

桩106块馆上段地层是在埕东凸起北斜坡下第三系超覆沉积背景上形成的北低南高的单斜, 构造较平缓, 地层倾角约0.5~2°, 全区共发育三条断层, 都有井钻遇, 地震剖面显示清楚。其中1、2号断层发育于中古生代, 消失在上新世明化镇组沉积末期, 活动时间较长, 属同沉积断层, 对该区油气运移和油藏形成有重要影响。

1号断层为本区南界断层, 走向东西, 南倾, 落差70m左右。老34井钻遇该断层;2号为本区东南界断层, 北东走向, 东南倾, 落差30m左右, 桩106-2井钻遇该断层。2号断层与其派生的3号断层是形成老区局部断鼻构造的封堵性断层, 对老区的油气富集起着重要的控制作用;3号断层为断块内小断层, 近东西走向, 北倾, 落差约20m。桩106-5、-35井钻遇该断层。老163井区位于桩106块北构造较高部位, 构造形态南高北低, 较平缓, 最大闭合高度16m。井区内无断层发育。

(二) 地层沉积特征

(1) 地层层序及接触关系

桩106块钻遇地层自上而下为:第四系平原组、上第三系明化镇组、馆陶组、下第三系东营组、沙河街组及中生界。

明化镇组与馆陶组属整合接触, 馆陶组与下伏东营组地层区域上呈角度不整合接触。沙河街组地层厚度小, 本块绝大部分井只钻到馆上段。

明化镇组:岩性以棕红色泥岩为主, 夹薄层透镜状粉砂岩及细砂岩, 地层厚度一般在1000m左右, 其下部为一套含砂质粉砂岩, 厚度一般在10~20m。

馆陶组:岩性主要为棕红色、浅灰色泥岩与细砂岩、粉砂岩间互层, 地层厚度一般在800~1000m。馆上段为一套曲流河"泥包砂"沉积, 是本区的目的层。

老163井区方案井目的层为馆上段, 该区钻遇地层为Np、Nm、Ng上。

(2) 地层对比及小层精细划分

本块为河流相沉积, 多期河道频繁发育, 难以找到稳定的区域性标志, 横向上砂体变化快, 给地层对比带来极大困难, 因此本次地层对比充分利用Ng2砂层组底部自然伽玛抬高拐点, 与河流相等高程切片法相结合, 延用1996~2001年方案砂层组及小层的划分方法, 并根据砂体的旋回性、厚度及隔层的稳定情况, 将馆上段地层划分为5个砂层组13个小层。

老163井区主要含油目的层为Ng1、Ng2、Ng3砂层组的Ng12+3、Ng23、Ng33等3个小层。

(三) 成藏规律分析

(1) 构造背景有利。桩106块馆陶组含油层系是在埕东凸起北斜坡下第三系超覆沉积的背景之上形成的大的古缓鼻状构造, 为油气聚集提供了场所。该区为缓坡带上的局部构造高点, 是有利的油气聚集区。

(2) 储盖匹配有利。本块馆上段油源来自埕北凹陷, 近生油凹陷, 纵向上Nm底部厚层泥岩为良好盖层, 良好的储盖配置是该区成藏和油气聚集的必备条件。

3老163井区河道砂体描述技术

(一) 地震地质模型及地震相模式的建立。通过分析桩106地区馆上段岩性组合及速度关系:砂岩传播速度为2500~2800m/s, 泥岩传播速度为2000~2300m/s, 二者之差一般大于500m/s, 因此泥岩和砂岩之间为良好的波阻抗界面, 可形成较好的地震反射同相轴。

(二) 河道砂体的描述技术一--测井约束反演技术。在老163井区应用Jason反演技术, 以测井、地质和地震动力学特征为约束条件, 克服了反演的多解性, 同时保证了测井与地震的最佳匹配, 使反演结果较为符合实际地质情况。

(三) 河道砂体的描述技术二--分频处理技术。它是一种全新的地震储层研究方法, 是以傅立叶变换、最大熵方法为核心的频谱分解技术, 该方法在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像和解释时, 可在频率域内对每一个频率所对应的振幅进行分析。

(四) 河道砂体描述技术的应用。老河口馆上段河流相岩性油藏, 区内河道砂体展布决定了油藏的分布。

4结论

《老163单元地质建模研究》拟通过精细油藏地质研究, 建立精细三维地质模型, 通过测井二次解释、数值模拟、油藏工程和油藏动态综合研究的方法, 对剩余油分布进行定量描述, 在此基础上, 通过井网优化、注采比优选以及对采油井的转注时机的优选, 完善注采井网, 改善水驱开发效果。

摘要：老河口油田桩106地区在2000年以后, 通过砂体描述追踪, 在桩106块北部预测了多个河道砂体, 部署了老斜163、老168等8口探井。由于该地区储层变化快, 油水关系比较复杂, 因此导致开发效果较差, 目前采出程度仅1.1%综合含水就达54.1%, 因此有必要对该区进一步开展小层对比、储层、沉积相及油层分布特征等方面的综合地质研究工作, 应用油藏工程方法及数值模拟以充分挖掘该地区的开发潜力, 实现开发效益最大化。

关键词：砂体描述,老163单元,建模

参考文献

基于剖面与层面的三维地质建模 篇4

关键词：剖面,层面,三维,地质,建模

三维数据模型, 建模方法适用于不同比例尺数据的模拟, 由于建立了地质体的网络模型, 易于实现空间数据分析与应用, 因此, 也是目前采用比较广泛的建模方法。这种方法包括常用的两种建模方式:基于剖面的建模和基于层面的建模。

1 基于剖面的建模

基于剖面的建模方法主要采用二维剖面作为建模的依据, 由二维剖面生成三维地质模型。

剖面数据准备:剖面可以通过钻孔自动生成、数字化纸质剖面、解释地震资料等方法得到。剖面采用含拓扑信息的矢量结构存储, 即剖面中的地质体和地质界线分别以多边形和弧段的方式存在, 多边形记录了其包含的弧段信息, 并带有地质体代号等拓扑属性, 弧段带有上、下地质体代号等拓扑属性。地质体代号的赋值没有特殊要求, 可上下重复, 例如砂岩透镜体的编号为2, 可在建模区的地层中重复出现。

剖面分组:将彼此不相交的剖面作为一个剖面组。每一个剖面组具有唯一的组号, 组内的每一个剖面也具有唯一剖面号。因为同一组内的剖面不用进行相交判断, 所以可以在地质界面追踪时减少搜索范围, 加快追踪速度。

地质界面建模:地质界面建模包括两个主要步骤, 利用地质界线的空间关系信息 (相交信息等) 及其地质语意信息 (拓扑属性等) , 通过地质界线追踪的方法, 找到属于某一地质界面的地质界线;进而通过三角剖分这些地质界线形成地质界面。

建模区边界面建模:建模区边界面充当模型中垂向部分“墙”的角色。将建模区周围边界剖面投影到某一二维平面, 例如坐标面, 然后对剖面中的每个多边形进行二维Delaunay三角剖分, 最后将生成的多个TIN面还原到三维, 从而得到建模区的边界面模型。

地质界面修正及光滑:对于尚未参与建模的钻孔或剖面数据等, 可对前面生成的初始模型进行动态修正, 以实现三维地质模型的快速动态更新。另外, 建模数据源的稀疏性导致生成的初始三维地质界面往往比较粗糙, 难以满足可视化或分析时的应用需要, 所以模型的加密光滑是提高建模精度的一项重要工作, 可利用曲面细分算法完成该功能, 并重点解决好地质体之间公共面光滑结果的一致性问题。

封闭成体:将生成的曲面 (地质界面和建模区边界面) 都赋予上、下地质体代号等拓扑属性, 利用该语义信息及生成这些曲面的弧段的空间相交信息, 可方便地完成封闭地质体的生成。和其他封闭成体的算法不同, 地质界面之间的相交处理在本方法中不需要, 因为数据的一致性在建模过程中已经得到了保证。

在以上5个步骤中, “剖面数据准备”属于前期准备工作;“地质界面建模”和“建模区边界面建模”是整个建模的主体;而“地质界面建模”既是建模的核心, 同时由于地质界面具有很高的复杂性, 也是建模的难点;“地质界面修正及光滑”属于模型的优化工作, 属于建模过程中的可选步骤;“封闭成体”属于建模的后期处理工作。

基于剖面的建模方法通常需要充足的剖面数据, 而实际的多数情况下剖面数据是缺乏的, 因此采用这种方法建立有效的三维模型是困难的。

2 基于层面的建模

2.1 基于层面的建模方法

基于层面的建模方法主要基于离散点作为建模的依据, 具体方法主要包括: (1) 从二维、三维地震数据或钻孔数据中拾取离散点集合, 采用各种插值或拟合方法对这些离散点进行光滑处理; (2) 建立层面模型, 通常采用三角形或四边形作为网格模型; (3) 由层面模型生成地质体模型。

基于层面的建模方法由于可以吸收各种层面的离散点数据, 构造较为复杂的地质体模型, 因此是目前国内外普遍采用的主流建模技术。武强和徐华在此基础上提出了基于多源地质数据建立三维地质模型的技术方法, 进一步完善了现有的理论技术与方法, 并扩大了三维地质建模的应用领域。

2.2 体系结构

地质科学领域中三维建模的目标就是建立地下的一个真实描述并提供进一步研究应用的环境和手段, 因此, 三维地质建模技术的研究需要结合勘探地质学、数学地质、地球物理、GIS、遥感、计算几何、数据挖掘、图形图像处理、科学可视化和虚拟现实等学科的研究成果。

经过近30年理论方法的探讨以及应用实践的检验, 使三维地质建模技术不断地发展, 并日趋成熟, 许多学者和研究机构相继提出了各种三维地质建模的方法。Lebel等曾经提出从2.5D的地质图建立三维实体的概念模型, Chuck等认为利用计算机表达地质对象应避免的两个问题:第一是费时但最终能够得到一个看起来自然的模型;第二是快速但不能将信息转化成真实的模型, 并建议三维建模软件包需要具备灵活的、强有力的、易于操作使用的特点。

综合现有三维建模理论研究和应用开发的实际情况, 三维地质建模系统的研制应该遵循健壮性、应用性、可视性、交互性以及可扩充性等原则。在充分考虑了地质数据来源的多源性、复杂性及不确定性等特点的前提下, 同时也注意到三维建模的目的不仅是用计算机来展现地质体的真实面貌, 更重要的是应该面向应用, 为解决地学领域许多理论和应用问题提供一个开发研究的崭新环境和科学手段。三维地质建模的体系结构其总体流程分为:多源数据集成、实体建模和模型应用3个阶段: (1) 多源数据集成的主要任务是将各种原始地质数据进行集成处理, 并转换为实体建模所需要的数据格式, 为实体建模奠定基础; (2) 实体建模主要是完成几何模型的建立, 包括描述实体对象的空间几何形态以及实体对象间的相互关系, 使模型应用成为可能; (3) 模型应用主要指对已建立模型的应用, 包括属性建模、空间分析及在已有实体模型基础上构建其他模型等, 是为用户应用服务的平台。

建立精确、有效的三维模型是所有研究和开发人员的共识, 人们非常关注如测定数据来源是否可靠、空间几何形态的描述是否准确等问题。因此, 通过信息反馈、误差检测与分析机制等手段, 建立空间信息质量检测模型是保证减少数据误差、提高模型精度的有效方法。

离开计算机的三维建模是难以实现的, 没有可视化及人机交互的虚拟环境, 三维建模同样是不可想象的, 可视、可交互操作的功能将贯穿于整个三维地质模型的建立过程中。

由于地质数据的多源性、空间几何形态的多变性以及应用目的的多样性, 在三维地质模型的建立过程中, 采用了地质数据耦合、实体模型耦合及构建模式耦合技术, 使得不同的地质数据可以有效地融合在一起, 允许对不同的地质对象的表达方法进行集成, 并可以依据不同的地质数据、实体模型和应用目的, 来设计相应的建模策略。

参考文献

[1]陈嶷瑛.基于知识的地质体智能识别及剖面图自动绘制方法研究[D].北京:中国矿业大学, 2008.[1]陈嶷瑛.基于知识的地质体智能识别及剖面图自动绘制方法研究[D].北京:中国矿业大学, 2008.

三维地质建模技巧的研究与应用 篇5

大牛地气田某井区投产井数多,开发时间长,测录井、试气、生产数据等资料齐全。前期地质研究成果表明,大牛地气藏类型确定为无边、底水定容弹性驱动岩性天然气藏。储层三维地质建模的直接目的在于准确地提供油气藏数值模型。建模前期数据收集与处理是一项繁琐费时的工作,且数据整理的质量直接关系到后期模型建立的准确性,甚至影响到后期数模拟合的难易程度。本文通过EXCELVBA语言的数据处理功能,提高数据处理的效率与精度。通过建模与数模软件的结合,解决了河流相沉积储层建立过程中及模型建立完毕后,面临的构造面凸点多、复杂的沉积相面如何精细模拟与表征、属性模型出现黑洞、井穿透层位属性无效等问题,对各个网块赋以参数值来反映储层参数的三维变化,并通过数模功能模块实现各项措施方案的预测,为气田经济高效开发提供一定的依据。

一、EXCELVBA语言批量处理测井数据

建模前期需要对收集来的数据进行处理,数据包括井头、分层、砂体展布、井轨迹、测录井等资料,其中井头、分层、砂体展布数据相对容易整理。大牛地的气井测井数据来源于不同的测井单位,测井数据体的格式、测井关键词也不尽相同,是地质建模数据整理中最复杂的环节。建立三维地质模型,对测井数据体的提取,主要是获得测井数据中的井轨迹和井眼穿过地层的孔渗饱等解释成果。

基于excel的强大数据处理功能,结合VBA语言功能,编制程序来实现数据的快速处理,避免工作的重复进行,可提高数据整理的效率。形成了“堆放→筛选→分解→检查”的“四步走”测井数据处理思路。

首先编辑代码执行宏将txt文件批量导入excel的工作表中,excel工作的名字和txt的名字一一对应。然后编程并执行筛选删除不需要的列程序,编程要求删除不用的列关键词,保留需要的关键词,并确保关键词按照要求列排序,使每口单井的关键词顺序都是一样的。将excel的工作表批量保存为txt文件,txt文件的名字和工作表的名字一一对应。最后导入petrel,根据三维显示,挑出轨迹、分层等出现问题的井号,对数据进行检查与调整。

应用VBA语言进行数据整理的优点:①省时,当目标区涉及井数较多,庞大的数据体中筛选出需要的关键词,并按照要求的顺序排列,耗时且容易出现漏统计。②省事,避免了重复性的操作和频繁执行某项任务③检查方便,数据导入petrel后,可直接从三维图中检查数据的正确性,若发现错误可直接返至excel表格,对其行修正、调格式等的操作。

二、储层精细地质模型的建立

基于大牛地最大主应力方向和人工裂缝优势方向以及沉积河道走向,确定模型网格方向。平面网格单元的大小设计考虑了前人标准以及非均质性研究结果,按10m×10m的步长设计来刻化清楚平面上的非均质性。

1. 构造模型

大牛地构造相对简单,无断层存在,该区钻井多,小层划分详细,因此利用井点地层划分作为约束进行趋势插值来进行构造建模。根据地质模型的精度要求,优选确定性建模方法建立三维构造模型、储层三维岩相模型,采用序贯高斯模拟及相控模拟技术建立三维属性模型。依井区小层分层数据为依据,结合区域地质特征,采用克里金插值方法,建立14个小层的底面构造图。既保证构造的总体趋势,又能反映局部的微幅度起伏。

2. 岩相模型

相控建模的关键是建立反映沉积相分布特征的相控模型。在构造建模的基础上,采用相控属性建模的思路,建立了准确的属性模型。首先对不同的沉积微相选用不同的模拟方法,建立沉积相模型,在平面上细分沉积微相。将数字化的沉积相带图与井点相数据结合,建立离散化的沉积相模型,在沉积微相的控制作用下(相控),优选变差函数参数,模拟沉积单元内储层物性参数的空间分布。按照方案设计,使用岩性定义沉积相的方法,即将辫状河河道定义为砂岩,河道间定义为细砂岩,分别建立相控和非相控的储层参数模型。

3. 属性模型

选择合适的算法将连续的测井成果曲线离散化,并赋值给过井网格,以已知井点属性值为条件数据,运用一定的数学算法,对整个气藏网格进行插值、预测及赋值来完成。

在属性建模中采用序贯高斯随机模拟方法,而该方法对输入数据的要求符合高斯分布,即正态分布;而在实际应用中,大多数地质数据是非高斯分布的,因此首先需要将离散化获得属性参数(如k、φ)进行正态变换,将其变换为符合高斯分布;然后利用变差函数工具获取变换后随机变量的条件概率分布函数,并从条件概率分布函数中提取分位数,得到正态分布模拟实现,实现高精度插值。

由所建孔隙度和渗透率模型,根据各层储层下限标准,建立各层的净毛比模型;各层的体积系数大小也不同,因此根据各层的体积系数数值也建立了体积系数模型,为精确计算储量提供参数。

三、储层三维地质建模关键技术问题的解决

1. 构造模型-构造面凸点多

以地质分层数据为基础,应用小层构造图做井间约束,完成研究区三维构造模型。其结果大致呈现北东高、南西低,相对比较平缓,局部存在鼻状隆起的构造。初期生成构造面时,出现多个异常的凹凸点,这样的情况明显不符合实际储层形成规律,需要调整。

重新检查前期地质认识成果,获得目标区构造形态;检查单井轨迹;检查单井分层数据,并进行邻井对比。按照以上三种处理方法,对本区凹凸点数据进行重新清查,问题多出现在,单井井轨迹不正确及单井分层数据错误,经过修改,模型构造面基本满足了成藏规律。

2. 岩相模型-复杂的沉积相面精细模拟与表征

相控建模的关键是建立反映沉积相分布特征的相控模型。在构造建模的基础上,采用相控属性建模的思路,建立了准确的属性模型。首先对不同的沉积微相选用不同的模拟方法,建立沉积相模型,在平面上细分沉积微相。将数字化的沉积相带图与井点相数据结合,建立离散化的沉积相模型,在沉积微相的控制作用下(相控),优选变差函数参数,模拟沉积单元内储层物性参数的空间分布。按照方案设计,使用岩性定义沉积相的方法,即将辫状河河道定义为砂岩(Sand),河道间定义为细砂岩(Fine Sand),分别建立相控和非相控的储层参数模型。

本次研究在地震GR反演数据、岩性数据的背景下,通过分步-分相的思路建立岩相模型。以测井岩性数据为基础,划分单井有效厚度,导入石文软件,利用石文软件绘制小层砂体展布面;利用getdata数值化软件,获得砂体展布等值线;以该等值线为约束,进行分相(砂岩面/泥岩面)描述。在建立岩相模型过程中,采用两步法分相实现-即先建立砂岩模型,然后在砂岩模型控制下建立泥岩模型,最终完成泥岩-砂岩相两相模型。同时以砂岩沉积认识研究成果做控制,对建立的三维储层岩相模型进行效果评价。若岩相模型不符合前期认识,再重复本过程,如图4。

3. 属性模型-黑洞修复

利用单井孔隙度、渗透率、含气饱和度解释数据和变差函数分析结果在岩相模型的控制下进行序贯高斯随机模拟,建立三维属性模型及体积系数模型,为精确计算储量提供参数。正态变换后,进行数据分析工作,接着开展属性建模过程。三维属性模型生成后模型中可能会出现黑洞。黑洞出现的原因,通常是由于上下两个层面相互交叠造成,交叠部分的特征为邻井有效厚度小,插值认为某小层剥蚀。黑洞的网格无属性,若有井穿过,并在该层射孔,将导致单井在该层无效。解决黑洞的方法:检查黑洞周边单井有效厚度是否有误,并将三维网格重新生成;利用Edit 3D Grid工具,对黑洞所在的上下层位的三维网格进行编辑,编辑后,重新生成三维立体网格模型。

4. 属性模型-无效网格修复

整体模型建完后,会出现局部区域灰色无效的情况。通常是因为砂体展布图是控制模型砂体生成的主要因素,展布图是基于单井有效厚度数据插得。若某些井砂厚数据出现误差而偏小,就会出现无效网格的情况。随着区块勘探与开发,会遇到老模型须重建的问题。老模型须重建的情况:在重点井处,出现无效网格,无法刻画重点井的生成情况,无法在后期数模中,对该井进行措施改造;新井资料的补充,对砂体有了新的认识,出现砂体延伸;前期地质认识不足,后期发现砂体展布出现偏差。对模型进行改造不仅能使用在老模型中,在新模型建立后,核查有不合适的局部区域,也可进行编辑。其核心技术是,使用交互式建模,Facies modeling中手工编辑进行局部修改。通过前期研究,对地质情况有了新的准确的认识或前期建模中出现重大偏差,均可通过模型改造来获得储层参数的准确表征。

5. 压裂水平井-人工裂缝

人工压裂的目的是形成垂直于水平井筒的多条水力裂缝,增大井筒与储层的泄气面积,提高致密储层的供油气能力。通常人工裂缝的描述是基于三维三相油藏数值模拟软件,使用等效加密的方法,利用局部网格加密技术对储层改造区域的主裂缝网络进行处理,精细化表征缝网、天然裂缝的沟通和裂缝的渗流特征。其处理的主体思路是将裂缝视为细长的网格,穿插于全局大网格中,并穿透水平井筒。

本模型模拟面积大,网格尺寸10m×10m,水平井裂缝半长一般为200m左右,即40个网格长度等于一条裂缝,模拟工作量巨大,且表征的裂缝形态不一看出,效果不明显。

根据人工裂缝主要是改变了近井筒周围的渗流能力,而数值模拟软件中关键词WPIMULT,是通过改变近井地带的渗流能力,实现对井的产能的变化,因此可用这个关键词来替代局部网格加密,大大减少了工作量。关键词WPIMULT数值大小可在后期历史拟合中进行调整。

四、模型验证

开发地质研究吻合性建模采用砂体厚度做约束进行的确定性建模,通过岩相控制各层属性模型,因此模拟的孔隙度、渗透率、含气饱和度分布情况与地质认识基本保持了一致性,符合地质认识的趋势。

井点硬数据的吻合性属性建模时对单井测井参数做了离散化,属性参数模拟过程中采用变差函数分析+厚度协同克里金约束进行建模,保证了单井上井点属性参数的一致性。因此最终所建属性模型在与原始数据上吻合。

地质储量的吻合性通过计算模型净毛比、设置相应参数,使其相对误差为0.22%;同时各小层的储量误差均小于10%,在合理范围之内,所建模型地质储量吻合性好。

结论

1.Excel中的VBA编程设计,可方便、高效地完成很多复杂重复性操作,使数据处理的效率提高三倍;同时excel强大的数据处理功能,能更好的实现后期数据检查修改工作

2.单井点及井轨迹穿透网格属性的准确性,依赖于对单井资料的整理及核对;差值方法的选取影响全区物性的展布;分层数据直接影响构造模型的建立;对全区沉积相发育程度、砂体厚度及砂体展布情况的精确描述,是对地质模型最好的约束。

3.三维地质建模技巧研究,利用建模与数模软件相结合的优势,对出现错误的模型进行修正,避免模型重建等重大问题。应用随机建模和确定性建模相结合的方法来建立构造及属性模型。通过验证,所建大牛地气田某井区三维地质模型符合前期地质认识。

摘要：油气藏地质模型是油气藏的类型、油气藏内部结构、储层参数及流体分布的高度概括,可提供精确的三维地质参数场。三维地质建模前期数据整理繁琐费时,但数据的合理性直接关系到储层建模的精度,基于EXCELVBA语言强大的数据处理功能,形成“堆放→筛选→分解→检查”的数据处理思路,大大缩短了数据处理所耗时间。优选确定性建模方法建立三维构造及岩相模型,采用相控模拟技术建立三维属性模型。地质建模过程复杂耗时,尤其是河流相沉积储层,模型建完后会出现多种不符合实际储层条件的情况。基于前期地质研究成果,挖掘Petrel软件的强大功能,使建模成果更具可靠性、可修改性。通过模型验证,所建大牛地气田某井区三维地质模型很好地刻画了气藏特征。

关键词：VBA语言,数据筛选与处理,三维地质建模,相控模拟,序贯高斯模拟,建模技巧

参考文献

[1]徐国平,郭力平等编著.VBA中文版程序设计与应用.北京:清华大学出版社,1998.10

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[11]李彬.鄂尔多斯盆地超低渗透储层地质建模研究[D].中国地质大学(北京)博士论文,2007:99-106.

地质建模论文 篇6

在下二门油田H2Ⅳ油组开展精细油藏描述的过程中,该区地质构造的复杂性使得仅依靠传统研究手段很难准确把握其油藏潜力。采用油藏建模技术,应用Petrel建模软件开展系统的建模工作,建立构造模型、岩相模型和属性模型,精细刻画了油藏地质特征,为油藏开发和综合调整提供了依据,指明了方向。

1 下二门油田区域地质概况

下二门油田位于南襄盆地泌阳凹陷东部的下二门构造,地质储量2.09×107 t,分为8个开发层系。H2Ⅳ油组是下二门油田最大的开发单元,含油面积3.1 km2,地质储量4.54×106 t,年产油量占下二门油田总产量的25%。

由于油气聚集受构造、岩性、断层等因素控制,下二门油田H2Ⅳ油组油藏类型主要为断层-岩性油藏、断层-背斜-岩性油藏和岩性油藏。它的构造形态为被断层复杂化的轴向近南北向的短轴背斜,背斜两翼不对称:西翼及南、北端部地层较缓,形态较完整;东翼被下二门边界断层切割,发育了6条主控正断层,将短轴背斜划分为4个断块,储量集中分布在Ⅱ断块,该断块含油面积2.1km2,地质储量3.85×106 t,占全油组地质储量的84.8%。H2Ⅳ油组属候庄近源三角洲沉积,砂体平面几何形态为扇状,河口坝、水下分流河道微相为主要油气储集单元。

2 基础数据库的建立

建立三维地质模型需要使用井位坐标、井斜、测井、钻井分层等大量的基础数据,而且三维地质建模软件具有较强的三维图形显示和成图功能。数据加载过程就是基础数据库的建立过程。

按照Petrel软件格式要求,对井位坐标、井斜、测井、钻井分层和断点数据等基础数据进行加载。利用建模软件的可视化显示功能可对数据进行质量检验,修正因数据错误造成的油井轨迹异常显示,并对测井曲线的异常显示井段进行校正。

3 精细三维地质建模

3.1 构造模型的建立

构造建模是地质建模的基础和关键,由建立断层模型和层面模型组成。构造模型反映的是储层的空间格架,精细的构造模型可以细致地描述地层的构造特征。

第一步,建立断层模型。最基本的要求是断层面要与钻井断点位置完全吻合。利用前人的层面解释成果建立初步断层模型,然后根据钻井断点数据,在三维空间对断面形态进行校正,达到断面与钻井断点在三维空间完全吻合。

第二步,以高精度的三维断层模型为基础,结合钻井分层数据(即地层界面数据)和以往的地质认识,建立以小层为基本单元的精细构造模型,利用钻井分层数据来计算小层构造模型。研究工区平均井距为200 m,以井距的1/10为网格间距,确定平面网格大小为20 m×20 m。然后,根据钻井分层数据对计算结果进行手工编辑、校正,逐层校正构造面使之与钻井分层数据完全吻合。对于没有分层数据控制的区域,则利用整体构造趋势落实其三维构造形态,其构造研究工作达到了以往二维构造研究所不能达到的精度。

研究过程中注重了构造模型的三维可视化交互编辑与地层重新对比的结合。所建立的下二门油田H二Ⅳ油组构造模型总节点数约为34万个(见图1)。再通过纵向上的网格细化,细化后模型的总节点数达到125万个。这样建立的精细构造模型,既可以控制住有效储集层和泥岩隔层的分布,又不会产生过多的网格单元。

3.2 岩相模型的建立

研究工区没有开展过系统的沉积微相研究工作。考虑到对于油藏开发生产的实用性和可操作性,研究工区用岩相模型来替代沉积微相模型,作为属性建模的约束条件。在研究工区内,根据泥质含量(Vsh)的不同粗略划分了砂岩、泥质砂岩和泥岩3种岩相。具体标准为,砂岩:Vsh≤40%;泥质砂岩:40%60%。

岩相模型是一种离散数据模型。根据Petrel建模软件提供的算法,本文选择了随机建模方法中贯序指示算法。计算模型时,涉及到的参数最重要的是变差函数。变差函数为区域化变量Z(x)在x,x+h两点处的值之差的方差之半,

即

变差函数是通过对粗化后的测井曲线进行统计获得的,主要参数是变程、基台值和块金。根据他人经验,实际计算时按照块金值为0,变程值取平均井距的3~4倍,即可以获得满意的计算效果。通过计算得出的砂体整体分布较连续,与地质认识较吻合[1]。

3.3 属性模型的建立

油藏属性建模是地质建模的重要目的。油藏属性建模是在所建立构造模型的基础上,采用插值法或随机模拟法预测井间属性参数分布,建立油藏属性的三维空间展布模型。以岩相模型作为相控建立孔隙度模型,再以孔隙度模型作为渗透率模型建立的约束条件[1]。

1)测井曲线的粗化。测井曲线粗化的作用是将测井曲线的采样率与地质模型的纵向网格单元相匹配,并将数值赋给过井的网格单元。属性建模主要是对测井解释成果中的孔隙度和渗透率数据进行粗化处理。粗化算法主要有算术平均法和几何平均法两种。其中,算术平均法主要针对数据变化比较连续的属性;几何平均法主要针对数据变化范围比较大的属性。

比较以上两种算法的针对性,孔隙度模型采用算术平均法,渗透率模型采用几何平均法[2]。

2)孔隙度模型的建立。采用贯序高斯模拟法计算出孔隙度模型(见图2-a)。在计算中,岩相模型的约束是保证孔隙度模型能正确描述地下储集单元层特征的重要环节[2]。

3)渗透率模型的建立。渗透率对于评价油藏的生产能力起决定性的作用(见图2-b)。在研究工区,采用贯序高斯模拟法,通过协克里金函数,利用相控孔隙度模型为约束条件,计算出渗透率模型[2]。

4)Net/Gross(净毛比)模型的建立。有效厚度与地层厚度的比值称为净毛比(见图2-c)。通过设立孔隙度或渗透率的门限值,对孔隙度、渗透率模型之间进行计算,可计算出Net/Gross模型。该模型能够对有效储集单元进行描述。根据研究工区属性资料的分布范围,以孔隙度值13%、渗透率值0.076μm2为门限,即只保留孔隙度值大于13%、渗透率值大于0.076μm2的储集砂岩为条件,计算出Net/Gross模型。

4 结论

1)通过精细的构造建模、相建模和油藏属性建模,能够建立符合油藏实际的地质模型,能够精细、准确地刻画出油藏细部特征。

2)建立的构造模型和属性模型不仅能够为数值模拟提供静态模型,还能用于地质研究,为油藏开发和综合调整提供依据。

3)Petrel软件三维可视化功能,可比较直接客观显示区块的内部构造形态,直观地判断区块内砂体展布和油水连通等状况。

参考文献

[1]欧阳明华,谢从姣.精细油藏描述中的储层建模[J].新疆石油学院学报,2004,16(1):47.

地质建模论文 篇7

1 研究工区概况

宝月油气田所在的宝月构造是宝月凹陷内的一正向构造单元, 为一个受三条北东-南西向的正断层控制形成短轴背斜, 构造整体呈北西-南东向展布。宝月油田的断背斜构造内, 目的层Ⅳ砂组发育断层26条, 微构造复杂, 断块破碎, 含油高度低, 各断块单砂体均有独立的油水系统, 扇三角洲前缘沉积储层横向变化大, 为典型的复杂断块油藏。

2 三维地质建模

2.1 构造建模

2.1.1 断层模型

研究工区2.0km2的区域内被26条断层切割成15个小断块, 由于多数井点位于断层附近, 建模对断层的空间位置准确性要求极高。利用多层平面构造图, 结合测井解释断点数据, 合理组合断点, 准确定位断层的空间位置。由于该区块断层接触关系复杂, 存在Y字型和共轭断层, 需要结合地震解释数据体, 反复调整断层pillar, 确保断层模型准确合理。

2.1.2 层面模型

由于本区地质分层断点多、小层厚度薄的特点, 单纯靠分层约束建立层面模型会出现井间砂体缺失, 与地质认识严重不符。针对以上问题, 首先利用地震解释层面约束和砂体厚度差值的方法, 从上自下依次建立层面模型, 再根据地层实际情况, 局部进行手动层面控制调整, 尽可能的符合地质认识要求。

2.2 沉积微相模型

鉴于本区沉积微相已进行了细致的研究, 将目的层划分为三角洲前缘, 前扇三角洲、滨湖相等亚相, 微相类型主要有水下分流河道, 河道侧翼、前缘席状砂等。沉积相模型采用确定性的赋值算法。宝月油田布心组三段Ⅳ砂组1小层位于水下分流河道占25.4%, 席状砂占18.4, 前扇三角洲占16.5%, 湖相占39.7%。其中水下分流河道和席状砂占43.8%, 为该小层砂体的主要微相类型。

2.3 属性模型

属性模拟通常采用随机模拟, 通过多个实现的拟合, 增加合理结果的可选性, 提高模型的准确性。而如何将地质认识转化为随机模拟的约束条件, 是相控随机建模技术的关键所在。在复杂断块属性随机模拟中, 采用多条件约束协同模拟的对策[2]。

2.3.1 孔渗模型

首先将孔渗曲线加载到建模软件中, 进行总体分析。根据储层间及储层内部的非均质差异进行数据分析, 剔除微相中异常孔隙度值, 通过正态分布变换确定各小层、各微相孔渗数值的分布区间[3];通过变差函数分析确定各小层、各微相孔渗数值在空间的分布影响范围。由此, 通过数据分析加入了地质认识的条件约束, 合理表征了储层各微相内部属性参数的非均质变化, 实现符合地质规律的三维空间数值分布拟合[4]。宝月油田储层性质属中孔、中渗, 具有良好的孔渗相关性, 在同于孔隙度模拟方法的基础上, 采用孔隙度协同模拟渗透率模型, 以表征孔渗变化的地质规律, 从而提高渗透率模型的合理性与准确性。

2.3.2 有效储层 (NTG) 模型

针对宝月油田研究工区内存在各断块、各小层油水界面独立, 含油高度低等特点, 利用地质认识, 采取分块、分小层建立油水界面对模型进行约束, 以确定油水边界。结合测井二次解释油层有效厚度的电性标准, 分别粗化声波时差、电阻率曲线, 通过变差函数分析建立声波、电阻率模型, 通过动态电阻率下限值判定空间含油区域。

2.3.3 含油饱和度模型

该砂组只发育两套油层, 且厚度较薄。利用地质储量计算成果, 单井含油饱和度采用有效厚度孔隙体积权衡计算, 平面上采用各井点平均计算平均含油饱和度。采用赋值法生成Ⅳ砂组1小层及3小层的含油饱和度模型。

3 结论

(1) 结合地质研究认识, 切任意过井剖面与地震解释剖面、油藏剖面图、地层对比图、进行对比验证发现建模局部微构造形态没准确反映出来, 需对构造模型进行调整修正。构造的改动会引起网格的重新划分及变动, 造成后续的重复工作。因此在复杂断块建模的过程中, 需耐心细致建立构造模型, 尽量避免多次修改和调整所付出的工作量。

(2) 利用建模相关参数模型进行储量复算, 与地质储量分块、分层比较, 结果最大误差小于10%, 吻合度较好。

(3) 属性建模需要考虑到不同属性间的相关性, 利用相关属性协同模拟属性建模以提高模型精度。

(4) 建模过程中要充分运用地质研究成果, 并将地质成果转化成建模所能表达的形式, 用来约束模型, 尽可能使建模符合地质认识。

(5) 在建模过程中, 需采用多种技术方法联合对模型进行检验校正, 并根据新井资料及时进行修正, 确保模型准确可靠, 为下一步开发方案研究提供可靠的地质依据。

摘要：文中以宝月油田构造高部位宝月断背斜布心组三段Ⅳ砂组油藏地质建模为例, 利用已有的基础地质研究及测井解释、地震解释等成果, 以Petrel软件为载体, 建立油藏三维可视化地质模型, 为油藏数值模拟打下坚实基础, 为该区下一步开发调整部署提供可靠的依据。

关键词：宝月油田,复杂断块,三维地质建模,约束,协同模拟,预测性

参考文献

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三维地质建模的几种插值方法比较 篇8

三维地质建模的关键技术之一是建立三维地质模型。三维地质建模主要包含两类模型的建立:一种模型是地质体物性参数模型, 另外一种模型是地质体构造模型。

物性参数模型建模的思路有两种:直接法、数学建模方法。

当采样值在地质体内密集、规则分布时, 可以直接建立采样值到应用模型的映射关系, 把对采样值的处理转化为对物性参数的处理。实际上这种情况并不多见。

当采样值呈散乱分布, 并且数据量有限时, 则需要采用数学建模方法, 即根据采样插值, 拟合出连续的数据分布函数。在石油勘探开发领域, 由于得到的已知数据点一般呈散乱分布, 因此所采用的建模方法一般采用数学建模方法。

2 方法对比

目前常用的方法是将B-rep表达法推广到地质体模型建模中, 其所建立的模型一般称为三维地质体矢量模型。采用三维矢量模型法建立构造模型的过程是:点——>面——>体, 即:离散点——>地质面——>地质体。其中根据已有的离散点数据建立地质曲面的目的是获得地质面的几何形态描述, 而根据多个地质曲面建立地质体的目的是建立各个地质面之间、地质面与地质体之间的拓扑关系, 从而提供计算、显示以及空间分析和查询功能。因此, 由离散点重构地质面、由地质面重构地质体是地质体构造模型建模的两个关键步骤。

由以上分析可以很清楚的看出由已知散乱点插值未知点、由散乱点重构地质面是三维地质模型描述的关键问题所在。

常用的散乱数据插值方法有离散光滑插值法 (D S I) 、与距离成反比的加权法:S h e p a r d法、径向基函数插值法 (Multiquadric法) 、非线性插值法、径向基网络 (RBF网络) 学习算法、层次B样条插值法等。

前五种插值方法中, 插值曲面几乎都要通过求解联立方程组来得到, 而方程式的数目至少等于散乱点的数目。为了求解的可能性, 散乱点的数目必然受限制。因此前五种算法只能应用于几百个点的小规模散乱数据的插值。对于散乱点数目达到数千个甚至数万个的插值问题, 比较成功的方法是层次B样条插值。

上述算法可以分为全局算法和局部算法。在全局算法中, 插值函数取决于全部数据点的函数值, 当增加、删除或改变一个点的位置或者函数值时, 插值函数必须重新计算[2]。Shepard法、Multiquadric法和径向基网络法均属于这一类。对于Multiquadric法而言, 由于其依赖于权系数的选择, 在权系数选择不当时会形成病态矩阵, 导致计算求解时的困难。在局部插值算法中, 一个点的函数只影响该点附近的一个子区域。因而在增加、删除或改变一个点时, 只需要进行局部的计算。其余三种方法属于局部插值。对于离散光滑插值而言, 其优点在于可以与数据分离, 引入的是约束而不是数据本身, 其缺点在于由于在计算前要进行三角剖分, 这样会影响计算速度。对于MQS法而言, 其消除了Shepard法的一些缺陷, 因而得到了广泛的应用, 但是为了求得系数Qk需要多次求解线性方程组, 导致计算量增大影响求解速度。对于层次B样条法而言, 在面对边界不规则区域的插值问题时, 该方法的实现困难比较大。

3 结论及建议

可以看出, Shepard法的效果最差, 因此这一方法已基本不再使用。径向基网络法的效果比Shepard法效果要好一些, 计算速度也要稍快一些。Multiquadric法和紧支撑径向基函数法实现起来相对比较容易, 其插值效果也相当。必须注意的是:Multiquadric法对权系数的选取要求比较苛刻, 并且容易形成病态矩阵, 影响求解, 而紧支撑径向基函数法在不同维数的情况下要用不同的权函数, 在扩展时比较麻烦。离散光滑插值法的效果和层次B样条的效果最好, 在不同维数下计算扩展起来也比较方便。由于三角剖分和寻找相邻点的缘故, 离散光滑插值法的计算速度比层次B样条法要慢, 因此要在大规模的插值计算中使用离散光滑插值, 需要对三角剖分方法和数据结构等问题进行合理的设计。

三维地质建模中的模型描述的第一步工作等同于数据场可视化中的散乱点重建问题。而散乱点插值有许多种现成的方法, 那么是否这些方法都可以用到三地质建模中呢?很显然答案是否定的, 因为地质现象有其自身的特点, 插值时要考虑地质的现象里的制约条件及内在的规律, 选择合适的方法才能形成模型。比如沉积岩区建模中所使用的插值方法与变质岩和火成岩区的插值方法就不能相同。因为沉积岩区的上下层地质情况一般来讲是渐变的, 利用层间相似的规律, 对于上下层均有数据而中间缺少数据的情况, 可以使用内推或外插的方法来得到周围的点的值。对于变质岩区和火成岩区等层面复杂区域, 钻探的资料似乎并不能很好的反映地下情况, 插值的策略就不能墨守陈规。必须注意的是:对于个别层位或区域内独有的地质现象, 可能由于插值变成了几个层位或一片区域内都有的现象, 如:当只有某一层出现尖灭时, 就有可能由于插值的原因, 使得上下层都出现尖灭, 因此要在插值时引入人工干预或根据相应的规律进行自动的取舍, 也即插值过程应当是交互的。

由于主要目的是讨论插值问题, 所以对三角剖分问题就未加讨论, 实际上离散光滑插值与三角剖分有着密切的联系, 三角剖分的速度、查询算法及数据结构制约着插值速度。本文由于未能对三角剖分和数据结构进行合理的设计, 致使在对大规模散乱点进行插值时, 离散光滑插值法未能发挥应有的作用。

参考文献

[1]孟小红等.地质模型计算机辅助设计原理与应用;2001年, 地质出版社[1]孟小红等.地质模型计算机辅助设计原理与应用;2001年, 地质出版社