1、   引言
GIS強大的功能和先進的技術在油田中的應用，包括油氣勘探、油氣開發、地面工程和管線管網建設及油田自然災害預報等方面，應用領域十分廣泛且成熟。GIS作為技術是以地理空間數據庫為基礎，采用定量模型、適時提供多種空間和動態地理信息，為油田企業油氣勘探、開發和工程建設提供了很好的決策支持服務，且已取得了十分廣泛的成果。然而，GIS在古地理特別是在油田地下地質及地下地層三維可視化展示，地層三維可視化油氣研究中的應用，能否發揮其在油田地面油氣勘探開發和各類工程中的數據集成、空間分析、動態表征等作用還是不多見。本文試圖通過在延長石油某油田地層三維可視化展示過程及其油氣研究中的具體應用，使得GIS技術從地面進一步延伸到地下，從而拓寬其研究領域，充分發揮其強大的功能。同時，希望能在GIS的技術開發和應用上有一個新的突破。
2、 GIS 在油氣勘探開發中的應用
    GIS之所以能在許多領域得以廣泛應用,與其所具有的多功能性是分不開的。概括起來，GIS基本功能主要包括數據采集與輸入、數據編輯與處理、數據組織與管理、空間查詢與分析、數據輸出與成果顯示等。這些功能的核心部分是對地理信息(空間的和屬性的) 的存儲管理和查詢分析。
在油氣勘探與開發中，油田積累了多年大量的基礎數據和研究成果,迫切需要以一種安全高效的方式對這些成果和數據進行存儲和管理,以達成成果共享和數據再利用。GIS則為以上資料的綜合管理提供了一個通用平臺：即利用GIS的數據采集功能，可以將油氣勘探開發的各種基礎數據及各領域的研究成果錄入計算機,通過空間數據庫和屬性數據庫進行統一管理,各領域專家及相關決策部門可以通過對數據庫的訪問來提取相關信息，從而實現油田基礎數據和成果存儲、管理為主的“管理型”功能。也就是說，GIS在油氣勘探開發中的應用最初主要集中于油氣田勘探開發的數據管理、成果圖件的可視化表達等方面。但僅有“管理型”功能還是不夠的。近年來, 應用GIS 的空間分析功能開展油氣勘探開發方面的深入研究也取得了顯著進展,主要應用有:
(1) 油氣資源評價。油氣資源評價是通過對多源地學信息綜合分析，對某一地區的油氣資源潛力進行綜合評估，優選出有利區帶，為進一步勘探開發部署提供決策支持的一種系統工程，在油氣田的勘探開發過程中將GIS的空間分析原理和方法，應用到含油氣系統勘探潛力和勘探風險評價中，充分發揮GIS技術方法的優越性。
(2) 造山帶侵蝕與沉積建模分析。造山帶沉積地質學是當代地質學研究的熱點，它融造山帶地層學、沉積學、大地構造學、地球物理學及地球化學于一體，探討造山帶及周邊盆地形成、展布、發展、演化的過程。利用GIS輔助造山帶侵蝕與沉積建模研究技術和實現的途徑，將GIS技術融入到沉積學研究方面，為研究造山帶及沉積作用實施尋找油氣具有十分大的優越性。
    (3) 流體運移分析。地下流體的運移是構造、沉積相、巖性、流體地球化學和流體動力學等控制的綜合過程，準確預測油氣運移的路徑是沉積盆地油氣勘探成功與否的關鍵。將GIS的空間分析應用于影響沉積盆地流體運移的多因素綜合分析中，例如在盆地開展地下斷裂與鉆井位置的空間關系、斷裂密度計算、與斷裂相關的流體運移模擬及含油氣儲層與滲透率分布關系的空間疊加分析等方面進行分析研究,GIS作為輔助油氣運移研究，對油氣運移分析而言具有很好的效果。
    然而，隨著數字油田建設的深入發展，GIS作為數字油田的一個不可或缺的重要基礎平臺之一，已融入到數字油田建設及油氣勘探開發領域，它將是一個集常規空間分析與油氣勘探領域專題研究于一身,并兼有數據的存儲管理功能的專業軟件平臺,油氣勘探開發研究的諸多問題都可以在這一平臺上進行,實現了基礎數據和研究成果的共享,便于開展油氣勘探開發綜合研究,為油氣勘探開發提供輔助決策支持。
3、   油田地層三維可視化及GIS技術用于油氣研究的實現
隨著油氣勘探開發的難度增大，人們迫切希望采取更加直觀的方法和技術，能進一步認識和掌握地下地質、構造和不同深度的地層、巖性變化規律。在信息技術高速發展的今天，人們更希望能夠利用信息技術及時、準確、快捷、翔實地再現地下地質體、構造、甚至油氣儲存等油氣信息。于是，將各種地質、地球物理、地球化學方法和3S技術相融合構成一體，并應用越來越多新的可視化技術，便可以從不同的視角為地質人員提供素材和依據。這種可視化技術被人們形象地比喻為給地層裝了個“放大鏡”。
3.1油田地層三維可視化
三維地質建模技術是當今地質研究領域的重要發展方向之一，三維地質建模的建立可以使地質分析在三維數字化空間中進行直觀地整體考慮，它既是進行地質體三維可視化模擬、分析、計算和評價決策的基礎，也可為三維地理信息系統的建模提供重要依據。
地層三維可視化，可以利用地震數據，也可以利用油井數據。我們知道，油井數據是油田企業最重要的資源之一，充分利用油井數據進行地下地質及地質體、構造分析是石油地質家們的重要方法和手段，延長石油某采油廠擁有數千口油井數據資源，怎樣能夠很好地利用這些資源研究當地油田地下油氣分布以及剩余油問題，一直是工程技術人員關注的問題，本次研究就是選擇了該油田某區塊64km2范圍內400余口油井數據，經過數據處理選用274口油井的數據，利用Amira技術，將274口油井的三維空間軌跡在Amira可視化軟件平臺上真實地展現了出來；從而可結合三維地形模型和地面井口位置，為油田工程技術人員提供了直觀的研究條件。    
圖1中展現的是地層內的局部構造，可以十分清晰地看到底層的局部構造和某一個“砂體”的構造形態，這就相當于給地層安置了一個“放大鏡”。油田工程技術人員可以利用這一技術進行油藏的精細研究，而且可以通過高分辨率投影設備展示，使人有一種身臨其境的感覺。
   
3.2 GIS技術在地層三維可視化中的實現
油氣賦存規律的研究是基于一定的油氣成藏理論和規律，對油氣勘探所獲得的第一手資料的分析和認識，涉及油氣勘探領域具體對象的數學建模，是在石油地質理論指導下對地下地質體的空間分析過程,這一過程一部分可以直接通過GIS的空間分析功能來完成,另一部分可以通過將特定的專題分析模塊嵌入到GIS中，擴展GIS的空間分析功能來實現。因此，GIS在油氣勘探開發中不僅能起到數據的管理作用，而且還能從數據庫中提取相關信息進行各種專題分析,發揮油氣勘探決策支持作用。
將GIS技術引入再現古構造重建研究,其基本過程是，首先利用GIS 的數據輸入功能,將古構造重建所需的鉆井數據、聲波測井數據、巖性統計數據、沉積地層的地質年代數據、各構造面的古海拔深度數據等錄入到統一的GIS數據庫中管理，然后將古構造重建數學建模方法——回歸分析與GIS集成，擴展GIS的空間分析功能,從GIS數據庫中提取有關數據進行分析處理,恢復各構造面不同時期的古海拔深度,再利用GIS 的空間插值功能，構建各構造面各地質歷史時期的數字高程模型(DEM), DEM生成后，利用GIS的三維圖形顯示技術，通過三維到二維的坐標轉換、隱藏線、消除面、陰影處理、光照模型等技術，將三維空間數據投影在二維屏幕上，再造各構造面各地史時期的三維空間形態，為含油氣盆地古構造演化史提供多維的直接證據。
基于DEM數據可以直接計算，提取研究區地形的參數，簡單參數的高度、坡度、坡面、復雜參數如地形剖面的曲率、水平曲率：局部粗糙度、局部起伏度及用于反應區塊高程關聯性的參數率、在以DEM作為基礎數據建模的地形分析中，最常用的有河網生成、流域劃分、流域模型、分布式水文模型以及更復雜的專業數理模型。
4、   GIS技術在三維可視化勘探開發中的應用及儲層油氣研究
4.1利用GIS技術研究儲層油氣
(1)古構造研究。真實地再現地質歷史時期的古構造格局是油氣地質研究的重要內容之一，也是油氣地質專家和工程技術人員研究構造演化史、油氣運移路徑的基礎。基于三維GIS技術研究儲層和油藏，就是將地層三維可視化后利用GIS技術的空間分析方法分析某一單一地層中河流展布與走向及砂體形態。見圖3

圖3 延長石油某油田地層三維可視化砂體形態展示圖
(2)地層關系研究。除了地表的三維可視化外，在地層中人們可以很
好地看到地層與地層的接觸關系，如果用二維平面圖，除專業人員外其他人員是很難判斷層與層的構造關系。
圖4中長4+5和長6的接觸關系十分明顯，在長6上我們能很直觀地看見長4+5的露頭。如果我們用傳統的方法很容易漏掉或者描述不清楚，只有用三維可視化才能如此清楚地展現給我們。那么，利用GIS技術中的局部起伏度以及用于反應區塊高程關聯性的參數率，在以DEM作為基礎數據建模的地形分析，就很容易的描述清楚。
（3）油藏精細描述及儲量精算
認識油藏的地質規律是開發好油田的基礎，在油田進入高含水后期，儲層中剩余油的分布更趨于零散、復雜，這就需要更加精細而科學的劃分與研究，這就是精細油藏描述。三維可視化給油田精細油藏描述和精細儲量計算提供了條件。見圖
         
在油藏精細描述及儲量精算中，利用三維GIS技術基于DEM數據可以直接計算，提取研究層地形的參數，簡單參數的高度、坡度、坡面、復雜參數如地形剖面的曲率等，在以DEM作為基礎數據建模的地形分析中，最常用的有河網生成、流域劃分、流域模型等，這樣就可以看出河流的走向和支流河道及河道邊坡，從而為研究油氣儲存規律打下基礎。
4.2  GIS技術用于地層可視化及油氣研究的特點
（1）地理數據是表征地理圈或地理數據固有的要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律的數字、文字、圖像和圖形，在油田地層三維可視化展示過程中，充分發揮了GIS技術地理數據的表征作用，從而，很好地展示了該地區的地下地層特點和特征。
（2）地理信息是有關地理實體的性質、特征和運動狀態的表征及一切有用的知識，它是對地理數據的解釋。油田地層三維可視化的直觀展示，使得我們更加清楚地看到通過古地理數據解釋得到的古地理知識，更為重要的是通過古地理研究，從而獲得地層與地層的關系、儲層與儲層的關系，甚至油氣運移和儲藏的關系。
（3）雖然利用GIS技術研究油氣勘探與開發還集中在地面，還集中在油氣勘探開發的基礎數據和土建的管理、查詢、檢索和地面空間分析中，但通過我們在地下地層三維可視化的研究中，GIS技術仍然有很好的地下地層及空間分析作用，對于研究地下地質構造、古地理環境、油氣運移及儲藏都會發揮很好的作用。
5、結論及建議
5.1結論
（1）GIS作為數字油田中最重要的基礎平臺之一，集成了油田區域內所有的地理數據和地理信息，并充分利用了自身的數據處理和圖形管理功能，為油田企業油氣勘探開發提供了很好的地理數據表征和地理數據的信息技術作用，以及有效的技術服務。
（2）利用GIS技術強大的功能在油氣勘探開發中以一種安全高效的方式對油田油氣勘探開發成果和數據進行存儲和管理,可實現對油田基礎數據和成果的存儲和管理。但僅有“管理型”功能還是不夠的，應用GIS的空間分析功能開展油氣勘探開發方面的研究也取得了顯著進展。
（3）利用油田企業已勘探開發成熟的油田區塊有較多油井數據實現地層三維可視化，并借助GIS空間分析技術對地層、油藏等進行精細研究是一個新的嘗試，通過對延長石油某油田地層三維可視化并進行地層關系、構造形態、儲量精算等初步的研究，取得了很好的效果，為今后進一步深入研究提供了經驗和借鑒。
5.2建議
這次研究還是一個很不成熟的研究，我們只是完成了利用油井數據實現了地層三維可視化和初步的GIS技術分析，在三維可視化建模方面和GIS分析技術方面還有很多工作要做，主要還存在三維可視化建模過程中的插值問題、格網問題及其一些具體的算法問題。在GIS對古地理、古構造的復原及分析技術與算法上，我們還要做大量的研究工作，以便使GIS在三維可視化地層研究、儲層研究、油藏精細研究中發揮更大的作用。