聊聊地质建模

刘萝卜锅

品质源于技术 服务源于态度

这是阿什卡微信公众号的第556篇原创文章

首发于2018年9月7日

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建模，听起来不明觉厉，其实很亲民。生活在现代社会的我们，很多人的某个部位也被建过模。

检查过身体没？做CT、B超彩超、核磁共振，你拿到的所谓“片子”，其实就是我们身体模型的二维切片。

△ CT是“计算机断层扫描”的简称。上图是网上搜的大脑CT片。每张小图都是一个断层扫描二维图片。

用电脑把这些切片给叠合起来，就建成了三维模型。

医生想知道人体内啥情况，只要动动鼠标，就可以推拉显示任何层位。相当于多了一双精确的透视眼，能够查看人体内部构造和细节变化，甚至毫米级的肿瘤。

CT、B超给人体建模是啥原理？用X射线、γ射线、超声波等穿透人体，不同材质、不同厚度，对超声波、各种射线的透射率不同，所以探测器接收到的信号，就是随体内结构精确变化的信号，交给电脑处理，就可以还原成可见的精确图像。

那么，搞地质，找石油，想知道地下啥情况，有啥好办法没？

这位同学说了，这还不简单，建个模呗。

太聪明了，但只答对了一半。建模没错，却并不简单。道理很简单：

地层太厚，一般的玩意儿穿不透。

就拿超声波、X射线来讲，扫描92、62、93cm这种尺寸的人体，可以说是大炮打蚊子，游刃有余，360度无死角高分辨率；但扫描“千KM”这个尺度的地层，可以说是蚊子打大炮，根本没用。

想一想就明白，地层尺度、密度那么大，如果有什么能穿透上千米的地层，那么它也能穿透探测器，也就是说你接不到信号，透也白透。比如中微子。

那么，给地层做CT、建模就是痴心妄想了吗？答案是否定的。还真有一样东西可以穿透地层，并且可以被探测到，那就是它本身的震动——地震波。

地震波、水波、声波，虽然是不同物质的周期性振动，但它们有共同的绝技：遇到不同密度变化，它的传播速度、频率、振幅也会跟着变化；遇到不同的界面，还会发生折射、反射、衍射。详见本号文章《这个故事不太冷：波动传奇》

慢慢地，地质学家们摸清了地震波穿越各种材质的不同反应。我们现在知道的地球结构，就是这样搞出来的。

于是，制造和探测地震波，就可以分析、解释地下情况，这叫地震解释。具体解释啥？当然是地下结构、材质、配方，也就是地震解释资料：地震层位、断层、地震相、岩石类型、岩石属性等。

有了地震，地震有了解释，就可以给地球建模了吗？可以的。但模型太粗放，分辨率不高，还不怎么准确。为啥呢？

一方面，因为地层太复杂，不像生命体那么规范。比方说，我们只要知道猪的身体构造，那么，用B超扫描一头猪，它体内哪里长了个瘤子，就很容易看出来。但是，如果扫描的是一车乱七八糟的猪肉，这就复杂了，哪个是瘤子，就很难看出来。地层因为尺度大、结构和材质复杂，情况比一车猪肉乱多了。

另一方面，地震波本身也很粗放，衍射、反射、折射信号不像X射线、超声波那样精细。

这样一来，只用地震波，我们可以大致了解岩层的构造，但很难做到准确，更不要妄想精确了。这层砂岩到底含不含油？它深多少米？厚多少米？搞不清楚这些，开发油田就是连猜带蒙，蒙对一个是一个，很浪费。

这就需要另一个穿透地层的方式：钻井。

根据地震资料，在关键部位打一些探井，取出岩心，放到眼皮底下研究，什么岩性呀、岩相呀、岩石物性呀、渗透率呀、油气水界面呀这些梦寐以求的东西，直接就可以确定。验证、校正地震解释。

那么，既然探井这么精确，到处打井不就行了，为啥还搞地震波？因为到处打井，钱、时间、环境都受不了。地震解释摸出大致情况，我们就可以在重点部位打井、测井，拿到准确资料。绘画有句名言叫“大胆落笔，细心收拾”，建模也是这个道理。给正在开采的油田建模，由于井位多，测得的资料就更丰富。资料越丰富，地质认识越准确。

那么，有了地震解释，有了探井、测井资料，就可以完美建模了吗？建模可以，但离完美还差得远。因为还有一系列的技术问题。

首先，复杂变化问题。就算钻井，严格来讲也只是搞清了钻井点位的岩层。地下岩层构造千变万化，你这个点钻到了油层，也许向东几米，油层就没了。那你要是在东边打个井，几百、上千万就打水漂了。这怎么办呢？有办法：搞清楚地层沉积演化，地震、探井测井数据的作用就得以充分发挥，模就建得更好更准。

所以，建模高手会关注沉积相、沉积体、泥岩分布等等这些概念模型资料。先搞清楚沉积演化，再确定建模方案。

其次，工具问题。我们都看过动画片。其实动画里的世界，就是对真实世界的建模。电脑技术兴起之前，我们看到的动画片都很简单。因为那时，只能手工建模。比如《阿凡提》

随着电脑技术的发展和应用，我们可以电脑建模了，于是有了《阿凡达》。

地质建模也是这样，由于地下情况更复杂，算法也比做动画更复杂，所以对工具的依赖度更高。

你可以脱离电脑，手工画一个很精细、很准确的动画形象，但无法脱离电脑，手工建一个很精细、又很准确的地质模型。因为地下情况要靠海量运算模拟得出，而人的算力跟计算机是没法比的。因此可以说，建模能力有多大，要看电脑技术有多高。

所以，即使到了1970年代，最拉风的油藏描述，也只是二维自动制图技术。

如果管这种图叫模型，模型会感受到屈辱。

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刘萝卜锅

到了八十年代，有了带3D显卡的工作站，图形用户界面，给了地质学家无限遐想。但问题是，倚天剑在手，怎么舞起来？

再次，软件问题。硬件是倚天剑，软件就是剑法。没有专业软件，电脑是不可能建模的，这辈子都不可能建模的。但软件可不止是找个码农编个程那么简单，尤其是地质建模软件。要运用地质学知识，正确运算地震、探井测井数据，才行。虽然很难，但不用担心，倚天剑在手，怎么可能不抢着研发剑法？

1987年，挪威的Geomatic公司发布了一款地质建模软件：IRAP。大家可能不太熟悉。剧个透：它就是后来的RMS。

1989年，法国Nancy大学的GOCAD联合研究体成立，野心很大：开发出一整套适用于石油、气藏、矿山和环境工程领域的地质建模方案。

1993年，加拿大的西蒙·霍丁野心更大：建模，可以搞三维哒。

1994年，正儿八经的三维地质建模软件IRAPRMS发布。后归Roxar公司，Roxar被艾默生收购。

1996年，挪威的Technoguide公司成立，研发团队核心人员绝大多数来自IRAP RMS的团队。两年后，他们发布了Petrel的第一个商业化的版本。该软件后来被斯伦贝谢收购。

1997年，GOCAD商业化版本发布。

三维地质建模软件进入百花齐放时代，迈向拼技术、拼个性、拼平台化的漫漫征程。三维地质建模软件，成了地质研究无法拒绝的利器。

从此，浩如烟海、枯燥无比的地质数据，就可以转化为美丽形象的地层“风景画”——三维地质模型。地质成果实现数字化、立体化、可视化、智能化的“四化”，变得通俗实用、形象生动、直观易懂,。就连非专业人士也可以理解和应用。不仅提高了石油勘探开发的效率，还降低了成本、增加了探明储量和产量。

△ RMS批量井设计

本来我们认为快要枯竭的石油，现在探明储量和产量越来越高，价格难以回升，三维地质建模技术功不可没。

地质建模技术的发展，是地质理论的发展，是勘探开发需求的发展，也是建模工具的发展。理论决定算法，需求决定方向，工具决定实现。

不过，理论好、工具强，并不代表建模成功。就好比你左手倚天剑、右手辟邪剑谱，也不一定打得过手持木棍的张三丰。剑有多大威力，决定因素是人。

我们是不是取得了靠谱的、详实的数据资料？我们对理论的理解、工具的把握是不是到位？我们自身对地质、生产的认识够不够深刻？这些，都决定了地质建模的最终效果。数据决定成败，水平决定效果。

理解了这些，我们就可以理解“三维地质建模”这个绕嘴的定义了：

综合理解地震、测井、地球物理等数据资料，运用计算机技术, 将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，生成三维定量模型，用于地质研究的一门技术。

附：两款竞争性国际主流地质建模软件介绍

1、Petrel

斯伦贝谢公司的一款集地震解释、构造建模、岩相建模、油藏属性建模和油藏数值模拟显示及虚拟现实一体化平台。与同类软件相比在地震解释、三维显示、一体化多学科综合性方面优势明显。

2、RMS

由挪威Roxar研发的，囊括了地震解释、储层特征研究、三维地质建模、油藏数值模拟和生产管理的一体化平台。也是业界第一款三维建模软件。与同类软件相比，在复杂构造、复杂储层、大工区建模、隔夹层建模、API自定义功能应用扩展方面优势明显。

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刘萝卜锅

qiuzhaotai 发表于 2018-9-10 08:14

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qiuzhaotai

刘萝卜锅 发表于 2018-9-10 08:50
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