三维地质结构建模规范

三维地质结构建模规范三维地质结构建模规范-第0版主编单位：北京超维创想信息技术有限公司完成时间：2009年01月10日20总则1. 为在三维地质结构建模过程中贯彻执行国家现行的有关方针政策，保证建模质量，提高建模水平，以使建模过程达到技术先进、经济合理、安全可靠，制定本规范。2. 本规范适用于城市地质、矿山地质、煤田地质、石油地质三维模型构建。3. 三维地质模型构建应在数据采集、数据分析和吸取国内外先进科技成果的基础上合理选择参数，优化设计。4. 三维地质模型构建除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。0 术语1. GSIS：Geology Space Information System 地质空间信息系统；2. GOCAD：Geology Object Computer Aided Design 地质模型计算机辅助设计；3. 钻孔：Drill 获得地层岩性分层情况的一种方式；4. 探槽：Prospecting Trench 在地质勘查或勘探工作中，为了揭露被覆盖的岩层或矿体，在地表挖掘的沟槽； 5. 轮廓线：Contour Line 地质对象（矿体）的外边缘线；6. 地质构造：Geologic(al) Structure 地壳或岩石圈各个组成部份的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称；7. 褶皱：Fold 由于地壳运动，岩层受到挤压而形成弯曲的过程；8. 断层：Fault 地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造；9. 地震：Earthquake 地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生的震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象；10. 地基：Subsoil 直接承受构造物荷载影响的地层，基础下面承受建筑物全部荷载的土体或岩体称为地基。11.1 收集资料不同的工作区，不同的建模要求，数据的类型，格式也不同。综合分析，目前地质数据详见表1。表1 工作区地质数据分类数据类别数据格式数据应用方向备注工程地质矿山地质煤层地质石油地质地质报告文档地质、构造钻井数据传统纸质分层信息、井深、井斜MapGISAutoCAD理正数据勘探线剖面图传统纸质 沿勘探线的地质剖面MapGISAutoCAD等值线图MapGIS等深度图、等厚图AutoCAD探槽数据MapGISExcel数据表投影图MapGIS水平投影图、垂直投影图平面图MapGIS地形图、基岩地质图AutoCAD样品分析数据Access数据库Excel数据表理正数据储层数据地震剖面、测井曲线其他软件解释数据ASCII码（*.dat）地震、测井、岩石物性数据其他数据具体分析（项目积累，陆续添加）表1显示，地质图件主要是MapGIS和AutoCAD两种格式，其他取样数据主要是Access数据库和Excel数据表的格式，而工程地质方面还有理正数据，石油地质有地震剖面数据和测井曲线。2 数据分析在收集到甲方的数据后，要对数据进行地质方面的分析，对工区的地质概况有深刻的理解和认识。2.1 了解工作区地质情况从工作区的地质概况分析，包括城市地质和能源地质两个大的方向。城市地质指岩土工程地质方面；能源地质包括金属矿床、非金属矿产（硫、磷、石膏等化工原料）和可燃有机矿产（煤、石油、天然气）。2.1.1 工程地质研读当地岩土工程勘查报告，了解地质情况，从报告中获取以下信息：1. 场地地形地貌、地质构造和环境地质条件：1） 区域地质构造部位-大的构造背景和褶皱运动、地震活动；2） 区域地形地貌-地貌类型和岩层分布；3） 场地现状特征及地形地貌-地面交通和建筑；4） 环境工程地质条件-场地及周边地质灾害和对工程不利的地下埋藏物。l 有断层时，要根据勘查报告，结合地质图、剖面图等确定复杂地质体的范围，大小，以及切割地层的上下盘。2. 场地工程地质、水文地质条件：1） 岩土地层构成及特征-近地表岩土体的空间分布特征；2） 场地水文地质条件-显示水文地质特征和地下水运移特征。3. 岩土工程分析评价：1） 场地地基土、地基均匀性、稳定性评价；2） 工程地震-地震设防烈度、液化判别、建筑地类别；3） 承载力评价-不同岩土层承载力。2.1.2 矿山地质1. 研读甲方地质详查报告，明确以下信息：1） 确定该区域的地理位置、地形地貌和构造位置（大地构造位置以及断层的特征、褶皱、单斜的发育程度）；2） 熟悉区域地质概况（地层序列、地层厚度以及地层的上下接触关系）；3） 确定矿体赋存层位的走向、倾向、倾角；明确矿床和地质构造的关系；4） 确定矿区的面积和矿区边界； 5） 明确矿体的产出深度、厚度、结构构造、岩石类型组成、颜色；6） 矿物类型的组成、品位、品级等信息，注意不同矿石类型具有不同的品位表示方法；7） 明确矿产的母岩和围岩以及不同矿体顶底板的岩石类型；了解围岩的物理性质（岩性的脆性、渗透性、节理、裂隙、磁性以及孔隙度）对成矿的影响；8） 确定区域成矿地质作用（构造作用、变质作用、沉积作用、风化作用以及岩浆热液作用），确定矿体的成因；9） 了解多期次岩浆热液侵入对矿体的控制作用，明确矿体蚀变带（热液矿床）和围岩的接触关系（波状、层状、齿状等形态）。2. 仔细研读矿区成果图，包括地质区域图，区域构造地质图，地形图，勘探线剖面图，钻孔工程柱状图，获取以下信息：1） 确定不同矿体经过的勘探线、钻孔工程、断层以及在相关钻孔上的厚度、深度以及变化；2） 确定主要的夹石类型和厚度；3） 近一步探明矿体的空间分布（倾向、走向、厚度变化、侧向和垂向延长分布）；4） 了解矿体的形态和规模以及三维空间上矿体和夹石的厚度变化；5） 从矿体投影图中读取资源量类别。3. 明确岩石的物理力学稳定性指标（容重、天然抗压强度、内聚力、内摩擦角）对矿山的稳定性和水文地质对矿体的影响进行工程评价。2.1.3 煤田地质利用钻井、测井、地质录井、岩芯分析、生产以及各项实验分析等方面资料，立足全盆地特定历史时期的区域地质大背景，系统分析盆地的沉积体系、层序地层及其成煤环境。1. 确定矿区的地理位置，矿区的面积和边界；2. 整个矿区的地形形态和古地貌特征；3. 研究煤层的展布规律以及成因环境，主要包括两部分（见表2），通过区域地质图，参考野外实测露头剖面、地层综合柱状图；4. 确定矿区的地层层序，含煤层的出露位置，明确煤层形成的沉积环境（浅海型含煤岩系、近海型含煤岩系和内陆型含煤岩系）；5. 圈定煤层的位置，确定煤层在不同地层层序中的形态及其空间变化（走向以及倾向变化）；6. 通过沉积相分析和陆源碎屑的供应情况掌握煤层与顶、底板之间的关系。表2 煤层地质研究的主要内容主要研究内容详细内容目的含煤岩系地质结构构造盆地大地构造演化了解区域构造形态，明确构造的复杂程度和主要类型、岩浆热液活动期次区域构造地质（区域构造图）岩相古地理（岩相古地理图）明确地层序列、含煤地层划分以及岩相的空间变化地层格架及其发育（地层综合柱状图、勘探线剖面图、地震剖面）煤层的空间展布矿区的地形和地貌（地形图、基岩古地貌图）、煤层和钻孔及与勘探线的关系（钻孔分布图、勘探线剖面图）了解矿区范围、钻孔数量、勘探线走向及与煤层的关系沉积相、沉积体系分析、岩石类型分析（地质综合柱状图、岩相古地理图和沉积体系在测井曲线上的响应）煤层层位、厚度、展布规律以及煤层发育与地质构造和沉积环境之间的关系控煤构造（区域构造图、区域地质图）煤盆模型建立（综合各种地质图件）煤层属性不同煤层的储量级别（勘探线投影图）提取面积、煤层厚度以及密度数据2.1.4 石油地质1. 了解大地构造背景：确定研究区在大地构造上的位置以及构造发育情况；2. 了解目标区范围确定目标区的形态（东西南北长度、总面积大小）；3. 明确工区的地质概况，通过大地构造图判断断层类型以及断层之间的空间关系；4. 确定目标区上下地层沉积序列，了解地层的发育和缺失情况。2.2 确认甲方要求，反馈数据的有效性1. 一般甲方的要求包括：1） 模型要尽量多的利用甲方提供的数据；2） 做出的模型做切面，切块，要与原数据保持一致；3） 模型的轮廓要满足甲方的要求；4） 特殊地质体的位置，范围，大小等要满足甲方的要求；5） 模型体内不能有空的部分；6） 另外，不同的客户还会有一些不同的要求。2. 重新审核甲方提供的数据，是否满足建模要求；3. 若数据不够，我方提出需求数据，由甲方重新提供完整数据；4. 若不能满足甲方要求，则双方进行沟通，确定最终建模要求。2.3 构想模型大致情况在明确了甲方的要求，并且熟悉了提供的数据之后开始构想模型。1. 对地质情况的理解（特别是一些复杂地质体的理解）：1） 从甲方提供的剖面图中，确定在特定区域内地质体的分层情况；2） 参考地质图（剖面图），确定一些复杂地质体的分布范围。2. 构想模型时，明确建模的目的：1） 建模过程中要多思考，与甲方多沟通，保证模型满足甲方的需求； 2） 建立地质模型，要符合原始地层分布，保证模型的精确性。3 确定建模方法目前利用的构建三维地质结构模型的平台主要有，GSIS三维地质建模系统和GOCAD三维地质建模系统。不同的工作区，根据其地质情况，选用最好的建模方法。1. GSIS三维建模系统有四种结构建模方法，分别是交叉剖面建模、钻孔建模、约束剖面建模和轮廓线矿体建模。1） 根据工程地质模型的特点，一般采用GSIS钻孔建模和约束剖面钻孔建模；若地质构造确实复杂的情况，可利用交叉剖面的方法进行建模。2） 金属矿山地质构建三维地质模型，对金属矿体可以用GSIS矿山系统轮廓线建模，而围岩一般可用钻孔建模。3） 由煤田地质的地层特征，一般采用GSIS系统钻孔建模能满足煤层的特征，保证煤层的成层型比较好。2. GOCAD建模系统GOCAD建模系统应用方向是石油领域，详见表3。表3 GOCAD在石油领域的应用方向研究对象模块类型模块功能构造解译基础模块使用工业标准方法和格式建立地震-储层尺度上的地下模型高级构造分析（Kine3D）对构造进行定量勘探（层厚度、缩短和伸展、应变剪力、Schmidt和Wullf图表以及等厚线建立的面）裂隙模型（FracMV）在裂隙网格上直接创建于裂隙相关的流体的属性地质解译建立地质剖面和测井曲线对比岩石体积不确定性分析用全岩体积不确定性估算流程从地震解译、速度模型、时深转换中获取构造位置的不确定性地层模型基础模块主要确定沉积历史、沉积物运移方向、预测储层的厚度、物性以及延伸区域地层模型和断层分析井对比和地层分析储层建模储层风险评价储层评价基础模块对储层潜力进行评价、最大限度的提高碳氢化合物的回收率（测井曲线和岩石物理学分析）储层建模储层模型基础模块创建储层属性模型，计算体积，对执行、风险和回收进行评估已达到储层管理的最佳化储层建模储层风险评价孔隙压力预测基础模块孔隙压力预测和评估，目的是有效的决定安全、经济的打钻工程（主要是使用地震速度测量数据）储层建模井设计钻井设计包括有效的井位设计、提高钻井工程的安全性4 数据预处理4.1 GSIS数据预处理GSIS数据处理方法见表4。表4 GSIS数据处理方法数据类别数据格式数据处理方法钻孔数据传统纸质扫描一般是钻孔柱状图，从图件中读取钻孔分层信息、钻孔空间坐标等，整理成GSIS系统格式*.drl文件；MapGISAutoCAD理正数据GSIS-2D直接导入，生成*.drl文件；剖面图平面图等值线图MapGIS转换成MapInfo格式*.mif文件，GSIS-2D导入；AutoCAD*.dxf文件，GSIS-2D导入；样品数据Access数据库GSIS建立数据库，将样品数据导入数据库；Excel数据表其他数据ESRI *.shp数据，GSIS-2D导入；MapInfo*.mif文件，GSIS-2D导入；4.2 GOCAD数据预处理GOCAD处理的数据主要有两种类型：1. 原始资料处理：1） 测井曲线数字化，获取各种不同属性的曲线；2） 井位数据分层信息录入、各种井深度信息输入、井斜信息输入；3） 各种储层物性参数输入，整理成GOCAD直接使用的ASCII文件。2. 其他软件的兼容数据：地震处理软件、盆地分析模拟软件等导出的ASCII文件。GOCAD能有导入的数据见表5。表5 GOCAD可兼容的第三方软件导出的ASCII文件类型GOCAD可兼容软件原文件来源（Ascii flat format）目标文件GOCAD备注Adobe数字化的等值线或轮廓线导入含有特定的地形信息Arcview, ESRI*.shp（包括*.dbf、*.shp、 *.shx）点数据或者线数据Autocad（*.dxf）三角化曲面、点、线CGG（地震资料处理软件）Fast edit断层多边形导入地层等高线生成新的线导入2D-Grid数据导入离散的点数据Fodia导入钻井文件Gslib（地质统计学软件，侧重于石油）Gslib以点的形式导入2Dmap2Dmap是列数据，x和y列，Z列属性为零以面的形式导入2Dmap以井的形式导入具有井的几何特征、属性、井标记（每次仅能导入一口井）JasonJason ascii trace 以线的形式导入具有属性信息LandmarkGeoprobe gvw file（三维模块）点文件或者2d girdSeiswork grid（grid在x/y坐标系中产生）点Seiswork grid（grid是在正交坐标系下产生的）Seiswork 地层面文件（必须是正交坐标系下的 xyz格式）面Strata model（反演）VIP（Ascii vip grid文件，把属性导入已存在的Sgrid中）地层grid（导入已存在的sgrid）；Vip文件必须具有特定的文件头名称（NX NY NZ;nb1,nb2 ,nb3）、属性必须被GOCAD识别Zmap 断层多边形（Ascii曲线）曲线（断层数据）文件头包括符号，x，y，线IDZmap（具有头文件的标准格式），ZmapAscii（含有Z值属性）创建grid（已存在GOCAD）TDQPromaxLas标准的las格式（版本在2.0以上）井文件（创建单井或井集合对象或把数据加入到已经存在的井上）单井有位置信息但没有偏差测量；单井有位置信息和偏差测量；把测井曲线追加到已经存在的井上Locace（*.ext）Locace 剖面文件（Cross-section）线文件法国的地震/地质剖面恢复与平衡Norsar（apex公司2D/3D正演模型）Norsar界面或者趋势图Voxet（体元）Voxet具有x深度、y深度、z深度用于时深转化Paradigm geophysicalGeosec（well）钻井Voexlgeo（复杂的地质构造集合形态及构造提取，仅限于8字节）Voxet（体元）Geoscene（2d和3d剖面的恢复与平衡：Ascii文件有*.ihf后缀）剖面（cross-section）PicturesBMP,JPEG,PBM,PGM, PNG, PPM, RGB, TIFF, XBM 和XPM为2d Voxet添加特殊的色谱图片不能有几何信息，如有须特殊处理Raw files包括（xyz；和xyz以及属性）点Xyz和点之间的关系（segid号）线井数据xyz及MD（实测深度）要有xyz和MDMD、井斜、方位角参数的特殊性：钻井海拔补心、深度选择（Z+）、海拔选择（Z-）层位标记的实际测深，层位标记名称，钻井名称与已存在的井名一致；标记、测井曲线和井的单位要一致导入层位标记（包括井名、标记名称）和xyz钻井位置（x，y，kb，well name）las井位文件中没有注释井的位置Ascii文件包括四列（U、V、W和属性模型）向3d-Sgrid或Voxet添加IJK属性RC2(油藏描述地质建模软件)RC2 Ascii文件（面文件）2d gridRC2 井文件GOCAD自动提取井轨迹，测井曲线和层标记Rescue*.bin文件来自（FlowGrid，Irap-Rms,StrataModel, Earthvision,Jason）Sgrid-断层和地层以2dgrid面的形式导入，可以导入属性数据不能导入钻井数据Roxar（朗盛公司开发的油田开发和油藏管理软件）Irap断层多边形（传统格式或图形）线Ascii面（三角化）曲面面Ascii文件（传统格式或图形）2d-grid（栅格化的面）属性文件（传统格式或图形）向2d-grid上添加属性井文件井（具有井的集合形态和任一属性、井标记）一次只能导入一口井Storm面面Gird地层GridWellWellSchlumbergerCharismaAscii 地层点文件点Ascii断层多边形线Ascii断层解译文件线EclipseAscii文件（直角坐标网,有拐点几何特征）Sgrid（地层 栅格）放射状栅格和块状中心几何特征不能被识别Ascii属性文件属性添加到Sgrid上二进制文件（所有文件同名，扩展名不同，在同一目录）SgridCPS3ASCII(*.dat)点，线，井（可以多口井导入）点和线（xyz）、井（xy,Tvdss,MD）Ascii多边形线Ascii断层线（.flt）线xy; xyz, xyz名称Ascii Grid2d-grid要设定四种参数二进制svd点svs2d-gridSvf,svp线Segy（只能导入叠后数据，叠前数据不能导）3dsegyVoxet（导入数据流程繁琐，并要设置参数）Segy要平均采样，不能有缺失的道，且道的长度相等2d egyVoxet（地震数据+剖面，显示剖面后地震数据会自动在剖面上显示）2d segySgrid（具有几何形态和属性数据）Stanford exploration projectSEPVoxetWestern tlas2d-gridZ vectorZvec线Zvec面5 构建模型5.1 GSIS三维建模系统5.1.1 交叉剖面建模GSIS交叉剖面建模是根据两两钻孔之间绘制剖面图，再利用交叉剖面图来构建地下三维模型。交叉剖面建模有以下要求：1. 剖面的网格是凸四边形或者三角形；2. 各个剖面相交处一定要有钻孔控制；3. 一个剖面的两折不能出现在同一个网格中；4. 边界剖面上的多边形要能够投影到某个平面上剖分，不能呈S形；5. 保证每一弧段的属性必须正确；6. 剖面id不能够为-1，且不能够重复；7. 生成三维模型时，常出现螺旋和奇数个的错误，进行修改，至无错。5.1.2 钻孔建模GSIS钻孔建模是通过钻孔数据直接三维生体，是由点到体的过程。钻孔建模要注意的是：1. 地层成层性好；2. 整理工作区的地层上下分布关系；3. 有透镜体时，交互解译过程中同一地层不同钻孔塌的不同比例；4. 设置建模参数-Mriphing方法的层数设置为3000-5000；5. 对工区外框有要求的，可以设置建模边界；6. 不理想的层面，可以交互调整地层面。5.1.3 约束剖面建模GSIS基于约束剖面的钻孔建模是根据钻孔和一些二维的约束剖面，来构建三维地质结构模型的方法。约束剖面建模必须满足以下要求：1. 参与建模的sec数据，属性必须满足x-x-x的格式；2. 地层属性必须满足从上到下，从小到大的排列顺序；3. 参与建模的不同剖面出现交叉现象时，在交叉的地方必须保持分层界线一致；4. 剖面交叉部分的分层界线不一致时，要添加虚拟钻孔修正剖面地层界线。5.1.4 轮廓线矿体建模GSIS轮廓线矿体建模提取不同矿体的边界轮廓线，通过连接轮廓线创建新曲面，达到建立矿体结构模型的目的。1. 对于矿体边界上的轮廓线要向某方向以平推一段距离，用曲面包裹起来作为矿体的封闭端；2. 若相邻轮廓线为多对多，当连接轮廓线时，则根据原始剖面图连接上下轮廓线，避免连接生成的tin交叉；3. 若该项目分为多个矿区，则在使用轮廓线法时，分多矿区单独连接。5.2 GOCAD建模系统GOCAD建模方法有四种：构造建模、速度建模、储层建模和油藏风险评价。5.2.1 构造建模1. 断层面模型：从解释结果（地震解释和井资料校正的断层文件，如*segy数据）出发进行断层建模，先建主断层，使次断层与主断层匹配，最后建立网状断层系统；2. 层面建模：先确定不同地层的叠置样式（比例型、退覆-顶部“剥蚀”型、超覆底部“剥蚀”型），参考控制参数（确定性因子、断层位移、局部倾角、层面厚度、层位标记），以保证与地质解释吻合；3. 根据构造形态，确定圈闭类型，明确储层位置。5.2.2 速度建模1. 速度的读取：通过地震处理速度拾取、井速度和较验炮速度；2. 时深转化（将速度转化为岩石类型或者对断层、地层和三维地质网格进行时深转化）。5.2.3 储层建模目前的方法是对sgrid对象进行属性插值，形成属性模型。5.2.4 油藏分析评价主要通过集成构造、地质、沉积和岩相不确定性对油藏储量估计的风险性进行评价。6 应用分析完成三维地质模型建立后，从地质方面和空间操作方面分析三维地质结构模型。6.1 地质分析由于不同工区的地质情况不同，地质分析的着重方向也不同，分别从工程地质、矿山地质和煤炭地质三个方面进行分析评价。6.1.1 工程地质工程地质应用分析，主要指工程地质评价，包括以下4个方面：1. 地质灾害专题分析评价：地质灾害危险性评价、地质灾害发育强度评价；2. 地下水资源专题分析评价：地下水资源计算评价、生活饮用水水质评价、地表水水质评价；3. 地球化学勘察专题分析评价：表层土壤环境质量评价、土地常量营养元素评价、土地环境污染分析评价、土地适宜性分析评价；4. 工程地质专题分析评价：地基承载力分析、地基沉降量分析、桩基承载力分析、桩基沉降量分析、地下水对混凝土结构的腐蚀性分析、地下水对钢和钢结构的腐蚀性分析、膨胀土场地地基分析、地下空间开发利用。6.1.2 矿山地质矿山地质应用分析，对矿产储量进行估算，包括2种方法：1. 传统方法-平行断面法和块段法，需要以下数据：1） 勘探线间距、方位角、起止位置；2） 钻孔概况-孔口位置、孔深、方