我国油气探明储量三维立体图形表征方法探讨

周立明，张道勇，姜文利，张 锐，任继红，刘 华，郭海晓，谷宇峰，张昊泽，张 臣，张晨朔

（1.自然资源部油气资源战略研究中心，北京 100860；2.北京创时空科技发展有限公司，北京 100083）

近年来，自然资源部将构建自然资源三维立体“一张图”作为一项重要工作，该工作通过统一的国土空间基础信息平台和三维可视化与分析应用功能建设，形成统一、高效、互联互通的自然资源管理、应用和共享服务机制，为自然资源管理与决策提供重要的支撑和保障，实现自然资源管理与服务的精准化和高效化[1-2]。油气矿产是重要的自然资源，我国油气矿产的图件以平面图形为主，三维立体图形表征的相关研究较少。近些年，自然资源部开展矿产资源国情调查工作，将三维立体图形表征作为重要研究内容[3-4]。油气探明储量三维立体图形表征是自然资源三维立体“一张图”工作的重要组成部分，对于理清油气矿产资源与各种保护区之间空间关系，全面掌握油气资源供应能力和开发利用潜力具有重要意义。

1 探明储量图形现状

我国油气探明储量图形数量多，以平面图形为主。平面矢量图形格式和投影坐标系统多元化，三维立体图形表征方法未开展过系统研究，基础较为薄弱。

1.1 平面图形数量多，部分为纸质图件

我国从20 世纪50 年代开始实行油气储量审查制度，含油气面积图、有效厚度图和有效孔隙度图等平面图是估算油气储量的重要图件。截至目前，全国油气探明储量平面图数量超1.5 万张，存档的图形类型主要包括纸质图件、电子图片和矢量图件。2000 年以前存档的储量图形主要为纸质图件，2000—2005 年主要以电子图片存档，2006 年至今主要以多种格式的数字化矢量图存档。对于审查时间较长的老油气田，平面图形主要为纸质和电子图片，需开展图形资料的矢量化工作。

1.2 平面矢量图形格式和投影坐标系统多元化

油气储量平面矢量图形的格式多元化，主要有GeoMap、双狐、CorelDRAW、MapGIS 等多种格式，其中，GeoMap 格式图件占比最大，约为42%。平面矢量图形的投影坐标系统大部分为西安80 坐标系，占比约为85%，也有少部分为北京54 坐标系和2000国家大地坐标系。平面矢量图形格式和投影坐标系统需要统一。

1.3 三维立体图形表征方法缺乏系统研究

油气探明储量三维立体图形表征研究基础薄弱，未开展过系统研究。由于油气矿产一般埋深较大，开发成本高，为提高经济性，陆上油气勘探和开发早期一般没有开展三维立体建模工作[5-7]。对于很多老油气田，大部分构造图为纸质图件，没有进行矢量化，甚至部分计算单元缺少构造图。此外，不同油气藏类型的储量估算方法可能会有所差异，如裂缝型油气藏一般采用动态法估算储量，该方法没有含油气面积等平面图件[8-10]。图形资料缺失给三维立体图形表征带来了一定困难。

2 三维立体图形表征

三维立体图形是由每个储量计算单元的含油气面积图层叠合而成，主要反映油气藏空间分布情况，其表征基本思路：在平面矢量数据中提取含油气面积、构造、厚度信息，根据含油气面积图层确定三维立体图形的XY边界，根据构造和厚度信息确定三维立体图形的Z边界。根据油气田资料情况，结合油气藏类型和纵向层系叠置关系，提出以下四种表征方法：含油气面积+井位+构造线、含油气面积+井位、含油气面积+构造线、井位+构造线。在实际操作过程中，根据实际情况选择适合的表征方法。表征方法技术流程图如图1 所示。

图1 表征方法技术流程图Fig.1 Technical flow chart of characterization methods

三维立体图形表征的过程包括数据处理、表征方法选择和立体图形展示。

1）数据处理：将已有含油气面积、井位和构造线等数据进行图形编辑、投影统一和属性赋值。①图形编辑：将不同格式的含油气面积图层、井位和构造线数据导入统一的地理信息系统软件中，并进行空间拓扑关系检查；②投影统一：将投影坐标系统转换至统一的高斯投影系统；③属性赋值：为含油气面积、井位和构造线图层的属性分别赋值，主要属性包括油气田名称与代码、井号、井别、计算单元名称、构造深度与有效厚度等。根据数据准备情况，可以利用属性结构设置、属性编辑和属性连接等方法进行赋值。

2）表征方法选择：根据油气田地质特征和资料收集情况选择合适的三维立体图形表征方法。表征方法包括：含油气面积+井位+构造线、含油气面积+井位、含油气面积+构造线、井位+构造线。①含油气面积+井位+构造线：该方法适用于有含油气面积分层数据，且钻井资料和区域构造研究资料都比较丰富的油气田，从含油气面积图层中提取油气藏平面范围，从井位和构造线数据中提取油气层的深度和有效厚度；②含油气面积+井位：该方法适用于有含油气面积分层数据，区域性构造研究资料缺乏但钻井资料丰富的油气田，利用井位数据中的油气层深度和有效厚度建模；③含油气面积+构造线：该方法适用于有含油气面积分层数据，区域性构造研究资料比较丰富但钻井资料缺乏的油气田，利用构造线数据中的油气层深度和有效厚度建模；④井位+构造线：该方法适用于无含油气面积分层数据，有井位和构造线数据的油气田，从井位图层中提取油气层的深度和有效厚度，建立井位三维立体模型，从构造线图层中提取构造网模型，利用井位三维立体模型和构造网模型确定油气藏的三维立体模型。

3）立体图形展示：加入格网、指北针、坐标轴、方位和倾角等表征要素，形成三维立体成果图。表征要素反映了三维立体图形的立体效果、位置、方向和视角等。①格网：显示模型地理坐标与高程值；②指北针：显示三维立体模型的方向；③坐标轴：显示三维立体模型的旋转情况；④高程缩放比例：默认模型X轴、Y轴、Z轴显示比例为1∶1∶1，可以通过Z轴缩放比例调节高程起伏。

3 实例研究

3.1 含油气面积+井位+构造线

A 油田有含油面积分层数据，且钻井资料和区域性构造研究资料都比较丰富，因此采用含油气面积+井位+构造线的表征方法。将含油面积图层原始数据导入软件后，需要进行空间拓扑关系检查，确保空间拓扑关系准确。为表征油藏与周围断裂带的构造关系，需要在含油面积图层编辑时将油藏断裂位置与同层位的油藏边界连接。在井位图层中保留井号、井别、油层顶面海拔、油层有效厚度等属性信息，并对储量计算单元设置油田名称、油田ID、计算单元名称、层位等属性值。构造线图层中只有顶面海拔值，需要将油层的有效厚度值赋到构造线图层中。完成二维矢量数据处理后，利用软件工具加入格网等表征要素，生成A 油田的三维立体图（图2）。

图2 A 油田三维立体图Fig.2 Three-dimensional graph of A oilfield

3.2 含油气面积+井位

B 气田有含气面积分层数据，区域性构造研究资料缺乏但钻井资料丰富，因此采用含油气面积+井位的表征方法。将含气面积图层原始数据导入软件后，需要进行空间拓扑关系检查，确保空间拓扑关系准确。对储量计算单元设置气田名称、气田ID、计算单元名称、层位等属性值，由于属性字段较多，手动赋值工作量较大，故可先在表格中整理好储量计算单元属性数据，然后通过关联导入的方式进行储量计算单元属性赋值。对井位数据进行整理和导入，除井号、井别、气层顶面海拔和有效厚度等关键属性外，为了数据的完整性和可复用性，还增加了地面海拔、井深和试采参数等属性。将整理好的数据导入数据库，并对井位图层的字段属性进行赋值。完成含气面积图层与井位图层的数据处理后，利用软件工具加入格网等表征要素，生成B 气田三维立体图（图3）。

图3 B 气田三维立体图Fig.3 Three-dimensional graph of B gas field

3.3 含油气面积+构造线

C 油田有含油面积分层数据，区域性构造研究资料比较丰富但钻井资料缺乏，适合含油气面积+构造线的表征方法。C 油田平面矢量图层资料格式不统一，需要先进行数据格式转换，由于原平面矢量图层没有图元属性信息，因此转换完成后需要补充图元属性信息。将含油面积图层原始数据导入软件后，需要进行空间拓扑关系检查，确保空间拓扑关系准确。含油面积一般以断层线、构造等值线或矿业权线为边界，在遇到含油面积与构造线图层存在空间拓扑关系错误时，一般以构造线图层为准。由于修正空间拓扑关系会改变图形的形状与面积，因此需要确保修正后的含油面积与探明储量数据库中的面积保持一致。将整理好的数据导入数据库，并对储量计算单元的属性进行赋值。完成含油面积与构造线图层的数据处理后，利用软件工具加入格网等表征要素，生成C 油田三维立体图（图4）。

图4 C 油田三维立体图Fig.4 Three-dimensional graph of C oilfield

3.4 井位+构造线

D 气田为海相碳酸盐岩裂缝气田，采用动态法估算储量，无含气面积分层数据，适合井位+构造线的表征方法。将井位和构造线图层原始数据导入软件，其中，井位图层的图元属性包括井口、井底、气层顶面海拔和气层有效厚度等，构造线图层的图元属性主要为构造线海拔。以气层组为单元，每个气层组对应一个井位图层和一个构造线图层，在进行井位数据处理时，利用井位数据表中的X、Y坐标生成井位三维立体模型，直井可直接使用井口或井底坐标，斜井则需要井口坐标和各靶点坐标。由于没有含气面积图层，为了能更直观地表征气层深度和有效厚度，需要在构造线图层中提取井口、井底海拔数据以及该含气层的顶面构造线海拔数据。完成矢量数据处理后，利用软件工具加入格网等表征要素，生成D 气田三维立体图（图5）。

图5 D 气田三维立体图Fig.5 Three-dimensional graph of D gas field

4 结语

我国油气探明储量三维立体图形表征方法未开展过系统研究。在调研我国油气探明储量图形现状的基础上，针对不同油气藏类型和纵向层系叠置关系，提出了四种三维立体图形表征方法：含油气面积+井位+构造线、含油气面积+井位、含油气面积+构造线、井位+构造线。其中，含油气面积+井位+构造线适用于有含油气面积分层数据，且钻井资料和区域性构造研究资料都比较丰富的油气田；含油气面积+井位适用于有油气面积分层数据，区域性构造研究资料缺乏但钻井资料丰富的油气田；含油气面积+构造线适用于有含油气面积分层数据，区域性构造研究资料比较丰富但缺乏钻井资料的油气田；井位+构造线适用于无含油气面积分层数据，有井位和构造线数据的油气田。在实际操作过程中，根据油气田资料情况和油气藏类型，选择适合的表征方法。