随着油田勘探开发的不断深入, 三维地质模型逐渐成为油藏地质研究的重点, 作为连接勘探与开发的关键枢纽, 三维地质建模是评价开发一体化技术的重要组成部分, 建立构造模型是整体地质建模工作的基础^{[1, 2, 3, 4, 5]}。构造模型由断层模型和层面模型组成, 其中断层模型是构造模型的核心, 不仅要描述断层的构造形态, 还要表达其相互之间的接触关系, 其精度直接影响后期所建模型的精确性^{[6, 7, 8]}。

国内外众多学者对断层模型构建的技术方法开展了大量测试研究, 取得了一定成果^{[9, 10]}。通过对近年主流的可完整实现断层模型构建的构造建模方法调研发现, 目前应用广泛且较为成熟的构造建模技术是角点网格方法与构造框架方法^{[11, 12]}。角点网格方法是利用空间中的断层棒在模型中模拟断层, 利用断层棒的上、中、下3点生成框架, 同时要求所有断层棒空间高度近似^{[12, 13]}; 构造框架方法则是使用原始断层解释数据直接生成断层模型, 一次成型^{[10, 14]}。

在多级削截断层存在的复杂构造中, 断层数量多, 多期次、多组合断层普遍存在, 使得断层建模工作被复杂化, 常规建模方法的不适用性凸显, 主要体现在3个方面：（1）使用角点网格方法建模过程中, 由于无法对复杂构造进行模型框架合理配分, 削截断层需被近似处理^{[15, 16, 17]}, 例如延长次断层棒, 使其与主断层棒上下两点空间高度近似^{[11, 16, 18]}（图1）, 导致断层模型与解释成果匹配程度降低^{[16, 17]}; （2）使用近似处理的断层模型构建模型框架及层位模型的过程中, 模型框架会发生扭曲^{[3, 19]}, 出现大量负体积网格, 导致生成的层位模型发生变形, 无法与解释成果保持吻合^[20]; （3）使用构造框架方法^{[2, 15]}对构造模型进行建立时, 由于断层模型面无法调整, 使得模型精度直接受地震解释精度及异常点影响, 模型质量完全受控于构造解释成果, 无法满足建立高精度构造模型的需要。

图1

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	图1 断层建模方法示意

针对以上问题和难点, 本文基于中亚A油田精细构造解释成果, 结合上述两种主流构造建模方法的优势, 采用交互式的建模思路建立复杂断层模型, 实现了高精度三维复杂断层建模, 形成了高精度三维复杂断层建模方法, 提高了针对复杂构造的模型精度。

对于常规构造建模方法来说, 实现地震解释成果与复杂构造模型的精确匹配难度非常大^{[4, 20]}, 建模时需改变真实构造形态, 如简化组合断层, 省略部分断层, 或强制组合断层不相交等, 此类处理方式降低了模型与原始构造的匹配度, 无法完整体现和保留原始复杂构造形态^{[18, 21, 22]}。因此, 对于复杂的地下构造来说, 建立高精度的构造模型已成为整体地质建模工作的难点, 针对此类问题, 应用Petrel建模软件及其方法模块^[23], 采用角点网格与构造框架两种构造建模方法交互的技术思路, 对比常规构造建模流程, 形成了交互式的高精度复杂构造建模新方法流程（图2）, 力求实现断层模型与地震解释成果的精确匹配。

图2

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	图2 常规建模技术流程与交互式复杂构造建模技术流程对比

交互式构造建模技术流程如下：

（1）梳理判定复杂断层组合方式, 在确定断层接触关系的基础上, 采用角点网格方法, 通过调整断层棒的方式对多组合方式断层进行相交处理, 调整并弥补地震解释精度对模型精度的影响及异常点的误差。

（2）将断层棒转换作为输入数据, 随后采用构造框架方法, 同时对各断层模型面的构建方式、平滑次数等参数进行优化, 生成新断层面, 检查断层面与原始数据匹配程度, 保证断层模型与断层解释成果形态、相交关系吻合匹配。

（3）在复杂断层模型基础上, 使用井分层控制, 以地震解释层位数据为输入, 建立复杂构造层位模型, 并生成分区属性体, 对构造模型进行质控, 最终完成整体构造模型的构建。

高精度三维复杂断层建模是交互式复杂构造建模方法的核心, 是实现高精度复杂构造建模的第一步^[24]。通过落实断层接触关系、对复杂断层的相交处理及断面的各项构建参数优化, 完成复杂断层模型初步建立, 并开展实施效果评估及精度检查, 对断面迭代调整, 使得断层模型精确匹配地震解释数据。

2.1 断层接触关系落实

基于精细地震解释成果, 对目标区块内各类复杂断层接触关系进行梳理、判定及统计, 为断层模型的相交处理提供合理准确的依据。如依照不同断层组合情况对每组相交断层分别判定可分为：向上削截接触关系（断层A与B, 其中A为次断层, B为主断层）, 向下削截接触关系（断层B与C, 其中C为次断层, B为主断层）或不存在削截关系（断层C与D, 无主次分别）（图3）, 依次对每套断层接触关系进行判定、确定。

图3

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	图3 断层削截接触关系判定示例

2.2 削截断层相交处理

在断层削截关系落实的基础上, 依照断层空间位置及组合方式建立复杂断层模型面。使用角点网格方法将断层数据转换为断层棒, 调整削截断层相交关系及相对位置, 对全区削截断层分别进行相交处理和匹配, 保证在反映真实构造情况的基础上, 使主、次削截断层棒硬性相交。对于向下削截组合关系, 将指代次断层的断层棒底部与主断层相对应断层棒在实际相交位置相连; 对于向上削截组合关系, 将指代次断层的断层棒顶部与主断层相对应断层棒在实际相交位置相连; 对于侧向相交断层组合, 将指代次断层的末端断层棒与主断层相对应断层棒在实际相交位置相连, 并要求断层棒连接形成的断层面与每一大层层位和断层polygon匹配。随后, 将断层棒转换至输入数据, 使用构造框架方法生成新断层模型（图4）, 并对断层分别进行调整和优化, 按照实际构造形态, 使得多条断层相交接触的相交线平滑连续, 断层模型与解释层位能够形成封闭空间, 精确刻画复杂构造特征。

图4

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	图4 削截断层相交处理示例 (a)难以处理的断层组合; (b)向下削截断层棒相交处理; (c)生成向下削截断模型面; (d)、(f)向上削截与侧向相交关系断层棒相交处理; (e)、(g)生成向上削截与侧向相交关系断层模型面; (h)、(i) 断层棒依照断层真实接触关系与polygon调整示意

中亚A油田为复杂断块油田, 该油田具有断层组合关系复杂、断层数量多的特点, 储层受多期次、多组合断层切割, 多级削截断层相交的构造情况普遍存在（图3）。

本次建模区面积达102 km², 断层数量43条, 相互接触关系79组, 完钻井25口, 主要目的层4套。应用本文建立的高精度三维复杂断层建模方法, 建立了A油田复杂削截断层模型, 在保证与原始断层数据高匹配度的基础上, 新方法下生成的断层模型完整地还原了各断层之间的复杂接触关系（图5）, 将全区断层模型面与原始断层面数据进行叠合对比, 可见匹配效果良好, 断层模型与层位模型有效避免了扭曲变形的现象（图6）, 实现了全油田高精度复杂断层模型的优化, 精确刻画了地震解释特征（图7）。

图5

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	图5 断层解释成果与断层模型形态对比效果图 (a)常规构造建模方法下难以处理的断层模型形态; (b)真实地震资料解释断层形态; (c)基于新方法生成的断层模型形态:(d)、(f)复杂断层合理解释成果典型剖面:(e)、(g)对应基于新方法生成的断层模型剖面

图6

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	图6 常规建模方法与本文方法模型效果对比

图7

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	图7 断层模型空间位置效果图 (a)全区高精度复杂断层模型; (b)局部复杂接触关系示例; (c)全区断层解释成果; (d)断层解释成果与断层模型叠合效果

（1）针对复杂构造情况, 基于角点网格及构造框架两种常规建模方法交互式综合建模的技术思路, 本文提出了一套适用于复杂断层的高精度三维建模技术方法, 实现了高精度的复杂断层建模, 模型建立过程中断层模型无需近似处理, 真实刻画断层形态及组合关系, 从而避免了后续出现负体积网格及模型框架扭曲变形等问题。

（2）将此方法应用于中亚A油田模型建立工作, 共建立复杂断层模型43条, 大幅度提升了断层模型与原始地震解释成果匹配效果, 与常规方法建模对比, 模型精度显著提高。

（3）形成了高精度复杂断层建模思路, 为解决针对同类型复杂构造的高精度建模提供有效技术与方法, 为后期属性模型及油藏数值模拟工作奠定了高质量的模型基础。

编辑 郑春生