油气资源从对社会和经济发展的影响来看，属于重要能源矿产，具有重大的战略意义。在油气资源战略调查评价和区块评价优选过程中，通过不同工作方法获取的各种原始资料数据，经过解译和整理转换为成果数据，在此基础上结合不同科学分析与评价方法完成评价方案、勘探部署、井位设计等地质综合研究工作。地质研究过程中广泛应用了地震、遥感、物化探、钻探等多种勘探技术方法, 为地质构造信息采集提供更便捷的方式和更多数据成果。大量的汇交资料、繁杂的图文表格式，对成果数据的管理方式提出了挑战，此外对于同一研究区来说，以不同项目、不同工作方法获取的数据，综合利用率也较低。

因此，借助现代计算机技术和日益成熟的地理信息系统地理信息系统(geographic information system，GIS)技术，为含油气盆地海量多源数据提供一体化的管理，并通过基础信息服务和综合分析服务提高不同业务环节的协同性和数据的利用率，是油气资源调查的一项迫切需求。将GIS应用在石油地质中的研究有：①包括专题制图、数据管理、油气资源评价、勘探开发综合决策等功能的二维GIS信息资源管理与应用的方式；②将三维可视化技术用在地质领域的专用油气勘探应用软件，如GOCAD、Petrel、RMS等专业软件^[1]，目前，以国外软件为主流。通过C/S模式和三维可视化技术展示区域地形地貌、三维地质要素、地震、钻井等勘探可视化信息，并在此基础上进行油气资源评价与油气勘探开发多源海量数据管理、信息查询、地质分析的研究应用。

现有技术条件对油气勘探开成果信息的支持，从数据采集，传输、存储，再到分析和应用服务，随着信息技术日益发展和进步，已经得到了全面提升^[2-6]。本文将含油气盆地地质勘探调查成果进行综合管理，为成果存储、显示、管理与分析提供数据支撑平台；同时以三维可视化的方式，为不同层次和职能的用户提供具有直观、多专题集成、动态比例尺等特点的综合数据服务。

1 系统研究内容和总体架构

本文的研究内容：用成熟的计算机网络和数据库技术，将油气资源远景调查、区块评价优选、勘探开发成果在数据管理维护模块中构建空间-属性，二三维集成、多种数据格式的数据库^[7-17]。在数据管理的基础上，在综合场景和应用模块中，对成果数据进行展示和综合应用。为盆地勘探开发相关业务技术人员提供更直观的查询统计、分析操作可视化环境。帮助管理决策层认识各个业务单元间的协作现状，降低多部门信息交流中的认识偏差。

含油气盆地三维地质信息系统主要基于.NET框架进行了开发。微软.NET框架经过多年开发和使用，成为微软最新一代开发平台。系统总体设计在基础层与数据层实现了对含油气盆地空间和非空间信息资源的管理和数据关联管理。以CreatarGlobal三维平台为基础，在应用展示层搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景，面向用户层，提供综合数据服务。

本系统在设计时, 从系统的任务、环境、需求和局限出发，在总体上设计出能够满足系统要求的模块化的体系结构，然后自顶向下设计出每个模块的子模块。

1.1 系统总体设计

系统总体设计是在能够满足较大空间范围、多源、海量数据的前提条件下，构建含油气盆地二维-三维、空间-属性、地上-地表-地下综合数据库，并在数据管理平台中实现数据的分类组织和关联管理。用多样化方式在三维地球或三维平面中，对含油气盆地调查勘探成果进行三维展示，同时满足不同用户从不同业务角度出发的空间查询、专业分析、统计决策等需求。系统设计主要从基础层、数据层、应用展示层3个层级进行。

1) 基础层为含油气盆地三维地质信息系统的运行提供软件和硬件环境。在满足普通信息系统运行的前提下，主要为含油气盆地数据库的数据存储以及三维综合场景与综合应用模块的运行和显示，提供内外部存储、计算、可视化环境、网络部署环境等基础设备条件。

2) 数据层实现对业务数据(基础地理、区域地质、油气专业、勘探成果等)资料的分类组织和综合管理。结合应用展示层，将入库数据分类为空间数据、属性数据、文件数据、元数据，根据权限管理模块的数据权限分配，对不同数据库实现创建、删除、编辑以及数据关联等操作。

3) 应用展示层，实现含油气盆地综合应用需求下对应的应用与可视化功能模块。通过多源数据的交互方式构建的三维地质模型和调查勘探成果的三维可视化，以及地表地形模型和其他地上地下空间对象模型的三维可视化，满足地上地下综合场景表达的应用需求。提供对地理底图、地质体、勘探线剖面、钻井等空间对象与油气区域调查相关的数据在传统GIS领域进行交互查询与调阅功能，以及三维地质模型特有的三维分析功能，包括图切剖面、虚拟钻井等。用户直接从场景所见对象可以获得资料反馈。

1.2 系统开发环境和关键技术

本系统在Windows系统.NET框架下，以Visual Studio 2010作为开发工具，在超维创想公司自主开发的Creatar三维基础平台上，采用面向对象编程思想，实现二三维数据管理功能和可视化应用功能，系统关键技术如下。

1) 数据库管理通过C/S软件体系结构实现对含油气盆地相关信息资源管理。数据库后台使用Oracle关系数据库平台创建各种表结构。系统兼容了面向特征的地理信息系统模型，支持文件数据源、数据库数据源等多种方式对基础地理、区域地质、油气专业、勘探成果二三维数据进行管理。

Creatar软件系统提供了统一的数据访问机制(即数据访问组件集)和数据访问控制。Creatar Globe同时支持文件型的空间数据库和关系数据库类型的空间数据库，是一套综合的数据管理和服务平台。

空间要素数据集支持二维的点、线、多边形几何类型，和三维的点、线、多边形、TIN面(断层、界面等)、TIN体(地质体)；专业数据集支持钻井和剖面数据集；栅格数据集支持二维的影像高程数据集和三维栅格地形数据集。同时，在Oracle数据库中，通过BLOB存储的方式和插件式数据访问接口，提供对文本、图片、Word、Excel、PDF、CAD等常用文件数据格式以及ArcGIS、MapGIS地图文件的支持。

2) 三维地质建模与可视化应用功能开发基于Creatar三维系统进行二次开发实现，Creatar三维基础平台开发能够满足开发人员运用.NET、VC++等语言进行三维地学信息系统开发，平台提供了从数据生产、存储到桌面应用开发的全过程开发组件，是地上地下综合展示系统的三维基础开发环境。

三维地质建模将地质，测井，地球物理资料和各种解释结果或者概念模型综合在一起，采用合理的建模方法生成的三维地质可视化模型，可重现地表、地层、岩体、矿体、构造的不规则边界和空间几何特征等地质信息及其之间的关系、实现三维地质体空间分布特征的可视化表达。

三维可视化使用OSG(open scene graph)渲染引擎，进行了高性能实景仿真开发。实现功能包括基于三维可视化场景进行地质信息成果浏览、交互查询、统计分析，基于三维地质模型进行图切剖面、虚拟钻井三维分析功能等。

2 技术应用流程 2.1 数据收集整理

含油气盆地三维地质信息系统的成果资料的格式和来源不一，从业务层面划分：包括基础地理类、区域地质类、油气地质类、勘探开发成果类等。

1) 基础地理类数据。描述基本地理要素的数据，包括地理底图、地形图、遥感影像等3个方面的数据。地理底图根据工作区地质调查的内容，显示不同比例尺的行政区界线、水系、交通干线、居民点等内容；地形图根据地质调查精度和实际需要，采用数字高程模型(digital elevation model, DEM)或等高线图等；遥感影像可采用航片、SPOT5、Quick Bird等来源的数据格式，反映工区植被覆盖、自然地貌等地表信息。

2) 区域地质类数据。包括从1:100万到1:5万不同比例尺区域地质调查程度图、地质图、剖面、成果报告、调查点分布、岩相古地理图、区域构造单元划分和大型断裂分布特征等资料。

3) 油气地质类数据。含油气盆地区带划分、地层单元、生储盖层等值线和分布图、圈闭分布、油气藏等相关数据资料。

4) 勘探开发类数据。包括磁法勘探、电法勘探、二三维地震、钻探等的工区范围、测线测点分布、井位分布、成果报告和图件等。

成果数据的文件格式种类包括MapGIS与ArcGIS文件、栅格图形文件、纸质图件和报告、电子文档、表格数据等。对以上数据进行格式转换、投影坐标系统一、根据入库规范进行标准化处理，然后按照专业分类形成目录树组织。

2.2 数据库组织

含油气盆地三维地质信息系统是具有集地上地下、二维与三维、多尺度大范围、海量数据特点的大型综合性空间信息系统。本文从系统应用和面向特定专题的角度出发，将数据库按空间数据、属性数据、文件数据、元数据的分类方式进行组织。

1) 空间数据。含油气盆地空间数据库基于关系型数据库构建。数据模型包括二维栅格，二维要素，钻井、剖面、地质体等三维要素，地形栅格等格式。空间数据中的钻井、剖面、地质体、地形栅格等三维对象，是在三维数据库和建模系统的支撑下，从原始钻井表格、二维等值线图、剖面图、地质图、DEM等数据通过三维地质建模和可视化处理生成。如图 1所示。

2) 属性数据属性表是描述各类空间地质对象特征的数据信息和非空间数据描述信息的集合，根据这些数据信息的关系可设置多重属性数据表格，并通过关键词建立属性数据信息之间的关联关系，以及与空间对象的关联关系。数据库属性表设计满足含油气盆数据管理、区块评价、勘探开发成果研究，并使系统能有效存储数据，满足应用模块需求。属性表将含油气盆地概念对象转化为盆地、区块、圈闭、油藏、工区、钻井等实体模型。通过给属性表确定主外键、取值范围、字段类型，建立属性数据有效性规则和表关联。

3) 文件数据包括报告文档、表格、图片、ArcGIS和MapGIS图件等格式的文件。

4) 元数据是关于数据的数据，用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。

含油气盆地元数据参照中国地质调查局《地质信息元数据标准》包含摘要、创建日期、专题类别、空间分辨率、地理标识符、数据源比例尺、数据源坐标系和经纬度、图幅号、分发单位、联系人等子集信息^[7]。通过元数据增加、删除、修改等操作，用户能够对信息资源进行详细、深入的了解，包括信息资源的格式、质量、获取方法和处理方法等各方面细节。

2.3 三维地质建模

三维地质建模与可视化处理采用CreatarXmodeling建模软件实施。在收集野外地质调查、物化探、地震资料处理解释数据的基础上，使用多种类型的数据源生成三维模型。如图 2所示。

工作区块三维地质建模设计采用以地层等深度数据为主的多源数据交互建模方法。三维地质建模中，数据有多来源的特点，单纯利用一类数据无法精确完整地认识地下构造，多源数据能够克服这个弊端，充分利用多种地质资料，来构建地质体的三维结构^[4]。

与其他三维建模相比较，三维地质建模的特点在于：模型构建是对地质体的数字化表述过程。首先，建立地质模型需要将钻井分层数据、地质图、区调地质剖面、地震解释成果等多种资料加载到计算机里面；其次，地质模型构建要根据地质空间现象例如地层、断裂、透镜体、褶皱等的变化规律，提出对应的解决方案^[10]。

2.4 可视化综合场景与应用

在建成的含油气盆地数据库基础之上，使用Creatar Globe三维GIS发布平台，用三维地球的方式实现了各种地质调查数据、地表DEM和地下三维地质模型综合展示与应用。

平台以OSG作为漫游引擎，充分提高了系统稳定性和人机交互的实时性。OSG包含了一系列的开源图形库，主要为图形图像应用程序的开发提供场景管理和图形渲染优化的功能，从而能够支持全空间、多格式数据同时展示，以及多专题、多尺度场景动态切换。

同时，平台提供了面向对象的框架，使用组件式开发的方式，充分利用场景图形技术进行综合应用模块开发，实现基于三维空间位置的资料查询、检索和分析。

3 系统功能模块

系统功能设计划分为数据资料管理模块、三维可视化场景模块和三维综合应用模块。

1) 数据资料管理模块功能实现对基础地理、区域地质、油气地质及调查勘探等内容的集成管理，并在此基础上，做到空间数据与非空间数据关联，以及用户权限管理等功能。数据基于Oracle数据库进行数据存储，以C/S方式实现二三维空间数据、属性表数据、非结构化数据的一体化管理，实现多用户对服务器数据进行创建、更新、下载需求。

2) 三维可视化场景模块提供不同工作专题和尺度范围的地质信息，直接和形象地表达从二维地质图件转换为三维的工作成果，以多种方式、面向多层次用户，对工区内调查勘探成果作感性的展示，从而取得含油气盆地从地上到地下、从全局到部分、从部署到成果全方位一体的信息传递和获取效果。如图 3所示。

3) 三维综合应用模块通过多种空间查询和统计方式，帮助专业技术人员从不同的角度，深入了解感兴趣区域的地质状况。使工作效率得到提高，有可能从现有地质资料和三维地质模型中挖掘更多潜在信息，揭示更多地质现象规律。如图 4所示的虚拟剖面功能，可根据用户选择的剖面位置和方向，在三维场景中动态提取含油气盆地及重要区块的剖面图。

4 结束语

本文通过结合地质信息三维可视化技术与GIS，实现对含油气盆地信息资源的集成管理，并模拟出从地上到地下全方位三维场景，形象地表达了存储在二维图件中的地质对象以及地质对象之间的拓扑关系，从可视化角度还原了地质信息原有的三维空间特性。同时，对基础地理、区域地质、油气地质及调查勘探等成果数据进行含油气盆数据库组织，做到空间数据与非空间数据关联，在含油气盆地三维地质信息系统中，不同功能模块将成果数据管理与三维可视化做到了有机结合。

该系统已应用于中国地质调查局成都地质调查中心和油气资源调查中心等单位，取得了良好的效果。结合项目需求与成熟的地质信息管理经验，实现了对含油气盆地范围内相关资料数据的有效管理。同时对成果数据库，结合三维可视化技术，创新性地实现了对工作区调查勘探成果全方位、多视角、多样化的综合展示，并面向专业用户和管理人员提供了基于三维可视化平台的应用和分析功能，具有良好的推广前景。