基于GMS的遼河油田水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型

趙鵬飛

（遼河石油勘探局水文地質(zhì)研究所,遼寧 盤錦124010）

0 引 言

水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型是表現(xiàn)水文地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)及含水層空間分布的模型，是地下水及其環(huán)境研究的基礎(chǔ)?；贕MS建立的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可以直接顯示水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維空間展布形態(tài)和空間組合特征，具有良好的圖形界面和高效、簡潔、方便等優(yōu)點。GMS軟件中Solid方法能夠逼真地刻畫地層的空間結(jié)構(gòu)，特別適用于礦區(qū)面積較小、鉆孔資料豐富的地區(qū)。

下文以遼河油田曙光礦區(qū)為例，探討了咸水體侵入型礦區(qū)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型遇到的問題和解決措施，最終建立的曙光礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，查清了礦區(qū)各地層空間分布規(guī)律。

1 模型的建立

Borehole Data，2D Scatter Point，TIN和Solid模塊是GMS軟件中建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的主要功能模塊。

1.1 在Borehole模塊中建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

1）將地理底圖導(dǎo)入到GMS中進(jìn)行定位，建立好準(zhǔn)確的坐標(biāo)系，使導(dǎo)入的數(shù)據(jù)根據(jù)坐標(biāo)正確地展布在圖上。

2）在MAP模塊中根據(jù)定位好的地理底圖，繪制出工作區(qū)邊界，再由這些邊界生成TINs，以確定插值計算的空間步長。

3）將整理好的鉆孔資料導(dǎo)入到Borehole模塊中，形成鉆孔數(shù)據(jù)。

4）在Borehole模塊中通過Horizons→Solid命令，選取相應(yīng)的插值方法，生成水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體（Solid），并建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

1.2 由TINs直接生成水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

1）將地理底圖導(dǎo)入到GMS中進(jìn)行定位。

2）在MAP模塊中根據(jù)定位好的地理底圖，繪制出工作區(qū)邊界，再由這些邊界生成TINs。

3）將整理好的各界面的高程點數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GMS的2D Scatter Point模塊中，通過Interpolate→Active TIN命令對各層點的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計算，將結(jié)果賦值到對應(yīng)的TIN上。

4）選取相鄰2個TIN執(zhí)行Fill Between TINs→Solid命令，生成2個TIN之間的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，并通過一系列TIN就可以建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

2 曙光礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型的實現(xiàn)

2.1 曙光礦區(qū)地質(zhì)條件

遼河油田曙光礦區(qū)根據(jù)地層巖性及厚度，自老至新劃分為以下6個含水巖組和非含水巖：上第三系館陶組砂巖sandstone，上第三系明化鎮(zhèn)組泥巖底板mudstone，明化鎮(zhèn)組中砂巖medium stone，明化鎮(zhèn)組咸水體salty-water stone，明化鎮(zhèn)組泥巖頂板mudstone，第四系平原組咸水體saltywater stone。

下遼河平原地質(zhì)歷史上遭受多次海侵，曙光礦區(qū)第四系含水層全部咸化,明化鎮(zhèn)組含水層也賦存了大量的咸水體，這層咸水體位明化鎮(zhèn)組中砂巖上部呈楔狀插入曙光礦區(qū)東南角。

2.2 現(xiàn)有資料及存在的問題

此次研究工作收集了曙光礦區(qū)詳勘報告以及大量剖面圖、平面圖、水文地質(zhì)圖等圖件，讀取鉆孔數(shù)據(jù)資料19個。在對資料進(jìn)行整理后發(fā)現(xiàn)，建立該礦區(qū)水文地質(zhì)模型存在：1）明化鎮(zhèn)組咸水體位于明化鎮(zhèn)組中砂巖上部呈楔狀插入曙光礦區(qū)東南角，這層咸水體延伸一段距離后殲滅，在GMS中建模存在一定難度；2）鉆孔分布不均，分布在礦體附近。

2.3 解決方案

在GMS中，建立Solid模型一般采用“Horizon”方法，“Horizon”指Solid實體中出現(xiàn)的每個地層上界面，自下而上依次編號，故在層序正常地層中應(yīng)用廣泛。而研究區(qū)東南角出現(xiàn)咸水體，使原有的正常層序地層被打亂。針對這種情況，可以將這層侵入咸水體假設(shè)為某一沉積地層，厚度在沒有巖體出現(xiàn)的地方湮滅，以這種方式嘗試在有巖體出現(xiàn)地方建立水文地質(zhì)模型的可行性?？紤]到第四系平原組咸水體salty-water stone和上第三系明化鎮(zhèn)組泥巖頂板mudstone覆蓋了所有地層以及巖體，定義其Horizon ID分別為最上層6和下邊的5，將明化鎮(zhèn)組咸水體Horizon ID設(shè)置為4，其余地層的Horizon ID自老至新依次設(shè)置為0～3，按照這種Horizon ID設(shè)置再按步驟建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。另外，根據(jù)現(xiàn)有資料，在深入研究礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地層厚度及展布的基礎(chǔ)上，依據(jù)剖面圖、地質(zhì)圖等資料，虛擬鉆孔10個，從而解決鉆孔分布不均的問題。

2.4 建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

在Borehole模塊中建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。具體方法是：將地表高程設(shè)為模型上邊界，以館陶組砂巖底板作為下邊界；插值方法選擇Inverse distance weigh；執(zhí)行Horizon→Solid命令，最終生成曙光礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體（Solid）。由于礦區(qū)平面范圍大，而鉆孔深度有限，為了更形象直觀地表示出水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，將縱向放大系數(shù)Zmagnification設(shè)置為4.0建立的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

2.5 可視化模型的實現(xiàn)

從建立的曙光礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型中(見圖1)可清楚地看出各地層空間展布形態(tài)和組合關(guān)系，X為正東方向，Y為正北方向。

圖1 自東向西視角水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型圖

根據(jù)建立的礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型還可以實現(xiàn)對某些特定層的空間展示（見圖2），明化鎮(zhèn)組咸水體salty-water stone位于礦區(qū)東南角，在中砂巖medium stone之上，并且延伸一定長度后尖滅。此外，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型還可以顯示多方向多剖面組合關(guān)系，如圖3切出礦區(qū)3個剖面，可清晰地看出地層的展布和巖體的形態(tài)。

圖2 明化鎮(zhèn)組salty-water stone和medium stone地層空間展布

圖3 礦區(qū)水文地質(zhì)剖面組合圖

綜上所述，建立的曙光礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型具有空間結(jié)構(gòu)可視化、剖面切割隨意化以及真實、準(zhǔn)確等特點。

3 結(jié) 語

1）利用鉆孔數(shù)據(jù)在GMS中建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型的方法簡單且易于掌握，相對以往通過整理鉆孔資料，用人工方法繪制剖面圖或立體剖面圖，提高了工作效率；建立的可視化模型能夠靈活地實現(xiàn)含水層的拆分組合、任意剖面及任意方向的旋轉(zhuǎn)、切剖面等功能，幫助人們獲得具體而直觀的概念,并指導(dǎo)實際的地質(zhì)分析,對含水層系空間結(jié)構(gòu)的研究具有相當(dāng)大的現(xiàn)實意義。

2）水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型的建立，清晰地反映了含水層的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，為確定數(shù)值模擬分區(qū)及參數(shù)取值提供了依據(jù)；同時，也為Solid轉(zhuǎn)MODFLOW進(jìn)行數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ)。

3）將明化鎮(zhèn)組的侵入咸水體salty-water stone的horizon ID設(shè)置為第4層，插入明化鎮(zhèn)組泥巖底板mudstone與明化鎮(zhèn)組中砂巖medium stone之間建模取得了較好的效果，該研究為GMS在巖體出現(xiàn)地區(qū)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用探索了新的途徑。

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