人间仙境青海湖，天地造化三江源，横空出世莽昆仑，前世今生柴达木……提到青海，许多人都会不由自主地联想起这些享誉国内外的地质奇观。

青海省高原、山地、平原和盆地等多种地形地貌俱全。祁连、昆仑、三江造山带结构复杂，时空演化差异性巨大，亿万年的地质演化造就了复杂而独特的地质地貌景观，形成了众多罕见、神奇的地质遗迹。其高原地质遗迹不仅具有数量大、类型多、地学内涵丰富的特点，而且地域特色显著，是十分珍贵的自然遗产，具有很高的美学价值和经济价值，在研究特提斯海沉积环境、青藏高原隆升过程和环境变化，以及中国东西部第四纪冰川过程与全球变化的关系上，具有突出的地学价值。

然而，由于地域偏远，经济及交通等各方面欠发达，致使许多珍贵独特的地质遗迹成为了待字闺中的神秘少女。

进入二十一世纪，中国地质调查局在青藏高原安排1∶25万国土资源大调查项目，其中在生态环境调查部分专门部署了地质遗迹调查内容，标志着青海省地质遗迹调查的大幕正式拉开。然而对于东西长1200千米、南北宽800千米的青海省来说，尽快查明地质遗迹固然重要，但如何把这些地质遗迹保护好、开发好、利用好，并与旅游有机结合起来，也是当务之急。

由于多种因素的制约，目前青海省地质遗迹调查、评价保护、开发利用工作程度极低，原有的地质遗迹调查缺乏系统性、规范性，地质遗迹资源的再利用创新不足。资金短缺是困扰青海省地质遗迹调查与保护的拦路虎。

有关专家表示，适当对地质遗迹进行开发利用，使之成为科学研究、科学普及、教学实习的基地和地区经济发展新的突破点，同时对拓宽当地居民就业渠道、增加居民收入等具有重要意义。因此，进一步加强开展青海省地质遗迹资源调查，摸清家底，科学规划，盘活资源，使其得到合理利用和有效保护，对促进经济、资源、环境的协调发展，确保生态安全，实现可持续发展等，都具有重大的战略意义。

人间仙境青海湖，天地造化三江源，横空出世莽昆仑，前世今生柴达木……提到青海，许多人都会不由自主地联想起这些享誉国内外的地质奇观。

秋高气爽的8月，是大美青海的最佳旅游季节。当中国矿业报记者随青海省地矿局“走基层、访一线”记者团，真正零距离地走入青海、接近青海、感知青海时，才深知大美青海名不虚传。除了声名远扬的几大著名景观外，青海省还有许多神秘的面纱有待揭开，还有很多独特的地质遗迹亟待开发和保护。

“地质遗迹是地质环境的重要组成部分和构成旅游景观的重要资源基础。青海省具有漫长而独特的地质演化历史，其形成、发展并遗留下来的自然地质现象复杂多样。青海省72万平方千米的土地上存留的地质遗迹数量大、类型多，地学内涵极为丰富。”青海省地质调查院院长吴正寿表示，该院承担开展的西北地区重要地质遗迹调查（青海）项目实施以来，已初步厘定地质遗迹集中区10处，野外科研、科普教育基地10处，地质遗迹旅游线路12条，为下一步建设地质公园、“精准扶贫”提供了基础。

待字“山中”无人识

“飞流直下三千尺，疑是银河落九天。”当中国矿业报记者一行来到距青海省省会——西宁西60千米的湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区时，不由得被这里集飞瀑、奇石、峡谷、石林于一体的独特地质景观而折服——“真没有想到，这里还隐藏着一个这么好的地质奇观！”

尽管峡谷里奇峰怪石林立，飞流瀑布奔涌，潭水清澈见底，但因为还没有被发现和开发，这里至今仍是一片“处女地”，只有一条放牧者走过的羊肠小道可以勉强通过。

而这只是青海省尚未被发现的许多地质遗迹的一个缩影，也从中折射出了青海这个旅游资源大省的尴尬现状。

据了解，青海省高原、山地、平原和盆地等多种地形地貌俱全，南北三分明显：北部为高海拔的祁连山地，中部为中海拔的柴达木盆和西秦岭山地，南部为青南高原。祁连、昆仑、三江造山带结构复杂，时空演化差异性巨大，亿万年的地质演化造就了复杂而独特的地质地貌景观，形成了众多罕见、神奇的地质遗迹。其高原地质遗迹不仅具有数量大、类型多、地学内涵丰富的特点，而且地域特色显著，是十分珍贵的自然遗产，具有很高的美学价值和经济价值，在研究特提斯海沉积环境、青藏高原隆升过程和环境变化，以及中国东西部第四纪冰川过程与全球变化的关系上,具有突出的地学价值。

“特殊的地质条件及作用，使青海省自然景观独特，部分地质遗迹具有很高的科学价值，在全国乃至世界享有盛誉。”青海省地质调查院副总工程师拜永山介绍说，青海地层“五代同堂”，例如“大柴旦镇全吉山中的全吉山剖面和乌兰县欧龙布鲁克剖面”等标准剖面，三江源“中华水塔”众多水体地貌和湿地，以及丰富多样、造型独特、景色壮美的昆仑山、祁连山冰川遗迹等，其各冰期冰川地貌的关联关系、相应的堆积物在时空变化和层位方面对比的意义，以及生态环境和人类可持续发展等诸多问题，备受地质学界以及全社会的关注。

然而，由于地域偏远，经济及交通等各方面欠发达，青海省地质遗迹调查工作到目前为止还未系统开展，致使许多珍贵独特的地质遗迹成为了待字闺中的神秘少女。直到目前，许多省外游客甚至当地的一些游客，仅知道青海湖、塔尔寺、茶卡盐湖、昆仑山口、门源油菜花等几个名气较大的景观，而且目的性很强，基本上直奔上述景观而去而不顾其他。

特别值得一提的是，中国矿业报记者在青海省同德县还发现了奇特的丹霞地貌景观，虽然南方的湖南、广东、福建等几个省份早在2010年就把“中国丹霞地貌”列入了“世界自然遗产目录”，尽管同德的丹霞地貌一点也不逊色于南方且紧靠省级道路，但这丝毫没有改变其被遗忘、冷落的命运。

“近年来，青海省为建设地质公园，只在年保玉则、格尔木昆仑山、青海湖、互助北山，以及2004年首次被评为青海省第一个国家级地质公园的黄南藏族自治州尖扎县的坎布拉、贵德、阿尼玛卿、德令哈柏树山、查尔汗盐湖等地区开展过不同程度的地质遗迹调查工作。”拜永山说。

百花齐放才是春

失在俄顷，积在平日。青海省许多地质遗迹之所以长期处于沉睡之中，没有得到更好的保护和开发，关键还在于其“平时功课”没有做足，基础调查工作薄弱，地质遗迹家底不清。

进入二十一世纪，中国地质调查局在青藏高原安排1∶25万国土资源大调查项目，其中在生态环境调查部分专门部署了地质遗迹调查内容，这标志着青海省地质遗迹调查的大幕正式拉开。

2015年，青海省地质调查院通过招标方式承担开展了西北地区重要地质遗迹调查（青海）项目。该项目的总体目标任务是，按照《地质遗迹调查技术规范》等有关要求，在系统收集、综合研究青海省以往自然地理、经济、区域地质、水工环地质、矿产资源、遥感影像、旅游资源、人文历史等相关资料的基础上，开展青海省重要地质遗迹调查，查明省内地质遗迹类型、分布等基本特征与保护现状，了解其成因、演化过程，开展对比分析，客观评述其价值，建立青海省重要地质遗迹数据库，编制地质遗迹资源保护名录和保护规划。

“开展青海省地质遗迹调查评价，符合中央关于‘加强藏区地质遗迹调查工作’精神，符合地方政府有关‘生态建设、旅游发展、精准扶贫’的要求。”吴正寿说，地质遗迹调查评价是一项重要的基础性和公益性工作，是青海省国民经济和社会可持续发展的需要，对实现资源可持续利用、促进科研科普、推进生态建设、促进地方经济社会发展等具重要意义。

对这样功在当代、利在千秋的大事，青海省地质调查院自然十分重视，抽出精兵强将组织实施。重要地质遗迹调查项目开展的当年，该院就在青海省东部地区取得了阶段性工作成果，新发现了一批有望建立地质公园的地质遗迹集中区，初步评价认为已发现3处以上世界级重要地质遗迹，并提出了多条旅游精品路线和科普基地。

青海省国土资源厅也非常给力，及时跟进。2016年，青海省国土资源厅根据项目取得的初步成果，新设立了省级地勘基金项目，开展同德县河北乡地质遗迹集中区、湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区等两处地质遗迹相对集中区的详查工作，其主要目的是为当地政府提供地质公园开发建设的基础资料，推动地方的“精准扶贫”。

“通过1年多来的工作，项目组已完成了青海省东北部地区重要地质遗迹的野外调研和全省范围内重要地质遗迹的详查工作，取得了一些初步认识和成果。”拜永山介绍说，全省初步筛选了103处重要地质遗迹，其中东部地区重点开展了11处基础类地质遗迹、55处地貌景观类地质遗迹和5处灾害类地质遗迹的调研工作，通过地质遗迹特征、通达条件、民生所需等方面的研究，初步厘定地质遗迹集中区和野外科研、科普教育基地各10处，地质遗迹旅游路线12条。

在其初步厘定的10处地质遗迹集中区中，湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区特点突出，岩溶地貌、火山岩地貌发育完整，集叠层石化石、瀑布、石林、峡谷和各类象形石于一体。同时，景区海拔3000米左右，自然生态保存完好，动植物资源丰富，距离省会西宁市60多千米，主干交通极好，餐饮、住宿方便，客源充足，是一处绝佳的旅游胜地。而海南州兴海县曲什安镇的黄河曲什安砂砾岩峰林地质遗迹区将独特的旅游资源与神奇的人文环境融为一体，把砂砾岩峰林、黄河、草原、绿洲、农庄等多种资源巧妙组合起来，山水相依，峰林耸奇，危崖横断，河映崇山，曲流回旋，平畴十里，小村安卧，动静结合，气势磅礴，成为青海观光旅游、休闲度假、科考探险、摄影的首选目的地之一。

而发现过程最富传奇色彩的当属同德县河北乡地质遗迹集中区。2015年8月初，前去青海南部出差的拜永山偶见车前迎面飞入一处丹霞地貌，其造型奇特，色染如霞，方山、石墙、石峰、石柱间芳草没膝，古木参天，满目秀色。出差归来的他马上组织项目组前去调查，认为该丹霞地质遗迹产出在黄河流域最上游地区，对研究高原隆升、黄河溯源侵蚀历史、气候变迁等具有科学意义，并且是黄河流域与古老原始森林为伴的一处藏区丹霞地貌，由丹霞丘陵、丹霞峰丛、丹霞石墙、丹霞石柱、丹霞崖壁、丹霞峡谷、丹霞石峰、丹霞穿洞、丹霞洞穴、顺层凹槽、落水洞、天生桥等组成。

“该地质遗迹区夏季连绵起伏的山峦、崎岖蜿蜒的山路、幽静的小径、涌动的云层、流动的羊群，配上亘古不变的丹霞地貌，宛如仙境，令人心旷神怡。其自然景观、人文历史俱佳，国内稀有，具有很高的旅游观赏价值。”谈到自己发现的“杰作”，拜永山至今依然兴奋不已。

一花独放不是春，百花齐放春满园。对东西长1200千米、南北宽800千米的青海省来说，尽快查明地质遗迹固然重要，但如何把这些地质遗迹保护好、开发好、利用好，并与旅游有机结合起来，也是当务之急。

“青海省许多地质遗迹像一个个散落并淹没在沙滩里的珍珠，既没有被及时发掘出来，形成品牌优势，又没能靠精品旅游线路串起来发挥整体效应。”拜永山坦言道。

正是基于这种认识和判断，2015年，青海省地质调查院根据地质遗迹分布，结合当地旅游资源，专门拟选了海北州八一-黑河大峡谷、仙米林场-七彩瀑布-岗什卡冰川（夏都第一峰）等12条地质遗迹旅游线路，以期让更多的地质遗迹“苏醒”过来，发挥出更大效益。

调查保护亟待加强

“全省重要地质遗迹成果的取得，为‘三区’生态文明建设提供了重要技术支持，能够为地质遗迹保护规划和省域旅游行业发展提供重要的基础信息资料和决策依据。”拜永山说，随着社会经济的高速发展，大量未被正式保护及尚未被发现的地质遗迹正面临着工程建设、采矿等人类活动的破坏。通过地质遗迹调查，可以提高青海省地质遗迹研究程度，为全省绿色发展提供技术指导，为今后旅游工作部署、科普基地建立及国土资源调查研究工作提供扎实的基础资料。

然而，由于多种因素的制约，目前青海省地质遗迹调查、评价保护、开发利用工作程度极低，原有的地质遗迹调查缺乏系统性、规范性，地质遗迹资源的再利用创新不足。据了解，时至今日，青海省全省范围内地质遗迹资源的种类、成因、分布、评价、保护等还未进行过全面统计和调查，即便是已实施的调查项目也存在调查对象种类单一、调查内容不全面、调查范围只限于地质公园内等问题。同时，青海省重要地质遗迹保护名录尚未建立，缺乏开展地质遗迹保护和省域旅游行业决策急需的重要基础信息资料。

而2015年西北地区重要地质遗迹调查项目(青海)的开展，在青海省东部地区虽然发现了众多极具旅游观赏价值和科研价值的重要地质遗迹，但受工作性质所限，投入工作量有限，调查评价精度不足。对现有的旅游景区而言，由于缺乏专业、系统的地质遗迹（旅游景点）调查工作，青海省“旅长游短”的瓶颈问题仍然存在。

资金短缺是困扰青海省地质遗迹调查与保护的拦路虎。据了解，由于全国性地勘工作经费下调，国家配属给本项目的经费有限，且工作周期又短（2015年~2017年）。而青海省面积达72万平方千米，地质遗迹类型复杂、点多面广是其主要特点，现有资金无法完成青海省全域重要地质遗迹调查工作。

“地质遗迹调查、评价保护、开发利用的‘产业链’意识，在学术、政府、社会三个层面均未形成，地质遗迹的调查保护也未能在环境建设、地质生态景观开发利用等方面发挥应有的作用。”拜永山最后说，适当对地质遗迹进行开发利用，使之成为科学研究、科学普及、教学实习的基地和地区经济发展新的突破点，同时对拓宽当地居民就业渠道、增加居民收入等具有重要意义。因此，进一步加强开展青海省地质遗迹资源调查，摸清家底，科学规划，盘活资源，使其得到合理利用和有效保护，对促进经济、资源、环境的协调发展，确保生态安全，实现可持续发展等，都具有重大的战略意义。

同德县河北乡地质遗迹集中区的丹霞地貌

1 前言

近年由于常规天然气资源量和产量的下降，特别是在北美洲，非常规天然气得到了高度的重视。一些估计表明，全球非常规天然气资源量（不含水合物）超过30000万亿立方英尺，大约有50%的资源来自页岩气。Julander能源公司的首席执行官Fred Julander认为页岩气（SG）是“自发现石油以来最重要的能源进展”。

水平钻井技术的进步、水力压裂、相对高的天然气价格（相比2009年之前）和近来在巴内特页岩（Barnett Shale）和美国其他几个页岩气藏的商业成功都使页岩气在美国成为了热门能源，而且页岩气的勘探开发已开始蔓延到加拿大和世界其他几个地区。

由于页岩气远景的复杂性和广泛性，针对页岩气的应用不能采用普遍用于常规气和煤层气的应用技术，而需专门设计开发工具和方法。多名学者包括Gray等人（2007）和Harding（2008）认为基于确定性解决方案的决议不适用于页岩气开发，因其没有考虑与复杂成藏有关的风险和不确定性，且经常导致过于乐观的结果。

到目前为止，尽管在北美和欧洲的勘查活动活跃以及近期商品价格下降，页岩气远景分析工作也只完成了极少的部分。商品价格的下降使最高质量远景区的开发至关重要，这些区域的开发不仅最符合公司的利益，并且赋予公司与国外的低成本常规气田（即卡塔尔和沙特阿拉伯相关的天然气）竞争的最佳潜力。Williams-Kovacs和Clarkson（2011）提供了与非常规的远景分析有关的现有工作的回顾，并提供了一种专为页岩气应用而设计的综合的六阶段远景分析及开发评价方法（PADEM）。本文中，作者还展示了一个专门开发用以筛查页岩气远景区并且选择最适合详细分析远景的工具。本文以Williams-Kovacs和Clarkson的工作为基础，致力于远景评价并选择进行更深入分析的远景区的试点位置。

当前工作的目标是：①开发一种协助页岩气勘探开发阶段的方法和配套的分析工具；②演示已开发技术在加拿大西部致密砂岩/页岩远景区的应用。这项工作的主要贡献是开发与示范一种针对页岩气远景区的严格分析方法。当考虑共存关系时，基于先导试验井输入变量的不确定性，该方法能生成其预测的分布。以前所有的工作一直专注于全域开发方案，然而无法利用勘探开发早期阶段可获取的少量数据快速形成这种全域开发方案。

2 工具开发

在这项工作中，开发了一种用于分析页岩气远景的工具。该工具选择使用（以Williams-Kovacs和Clarkson提出的方法（2011）为例的）预筛选的方法。本文将重点放在该工具的开发和应用，分析某一远景区的不同区域，以确定它们是否是适合的试点项目，并描述了图1所示的PADEM工作流程的勘探阶段。勘探阶段的目的是对从更多的详细资料中筛选的远景进行调查，以增加对油藏流动性和碳氢化合物生成能力的了解。在这项工作中，我们对个别类型油井采用概率范围经济学（probabilistic scoping economics）作为勘探标准，以确定该远景区是否适合实行试点项目。表1中完整提供了Williams-Kovacs和Clarkson（2011）详细讨论整体勘探开发方法的总结。

表1  勘探开发方法概况

在这项应用中解析模型比数值模拟更适用，其原因在于应用程序自设置和初始化的时间很短，整合的蒙特卡罗模拟法简单易行，并且在勘探早期阶段不容易获得形成精准的数值模拟所需的详细数据。尽管数值模拟技术已得到改进，但解析方法在工业和文献中依然被大量使用。下文给出了开发工具的关键部分的概要。

2.1 属性图

勘查方法最关键的组成部分可能是关键储层、地质力学、岩石物理和地球化学特性的精确属性图的开发。从地质模型、产量不稳定分析（RTA）、压力不稳定分析（PTA）、岩石物理调查等组合中可以推导出这些属性图。这些属性图用于远景的可视化、区块选区以及单一区块的分析。天然气原始地质储量图（OGIP）、K_m-h图、压裂脆性图等有助于选择代表性区块以及具备更大开发潜力的区块，甚至高度非均质性区块。区块作为一种评价不同区块远景生产特性的方法，基于地质和岩石物理的观察，比较简单易于操作。采用区块方法不需要针对每个勘探网区块开发一种标准井进行分析，然而通过应用蒙特卡罗法依然解释了其变化性和不确定性。Clarkson和McGovern（2005）采用区块方法评价了煤层气（CBM）远景。通过输入X-Y坐标值以及Petrel^TM软件的储层属性Z值可以在Excel中创建储层属性图。随后，数据透视表程序被用于对数据排序，并利用二维绘图应用软件创建属性图。由于早期的岩石物理模型通常利用有限的数据集开发，单一区块在蒙特卡罗模拟中选择不确定的输入数据和参数范围可以解释模型参数的不确定性。这种解释不确定性的方法将在本文所示实例中进行演示。

2.2 水力压裂模型

该项工作中，水力压裂裂缝的半长采用Valko（2001）提出的在常规和致密气中应用的简单双翼压裂模型来预测。该模型采用基质渗透率、剪切模量（杨氏模量与泊松比的函数）以及其他储层参数作为输入数据，且如果建模的输入参数不确定，则都必须重新计算每次蒙特卡罗迭代。采用简单的关联（A_cm＝4x_fh）可将裂缝半长转换为与压裂有关的面积。这个压裂模型可能无法代表部分更复杂的页岩气裂缝。为了更好的表示引入到大部分页岩气储层的复杂压裂网，Xu（2009，2010）等人建立了一个更具有代表性的水力压裂模型，该模型将被结合到本次工作中所演示的更新版本的方法中。该区的微地震观测表明，在本文预测的远景区横向双翼压裂的假设是合理的。

作为所应用的速率预测模型中的关键组成部分必须估算裂缝半长，这一问题将在下面部分开展讨论。水力压裂裂缝半长在随机分析中作为不确定的输入量，其分布主要根据该地区的微地震事件或者其他方法来确定。

图1  非常规天然气勘探阶段的勘探/开发方法工作流程

2.3 速率预测

Clarkson（2013）提供了关于页岩气井生产分析和速率预测综合全面的概述。在该工作中，我们将页岩气井理想化为一个矩形双孔介质系统，气体从基质岩块流入到裂缝且储层不随着裂缝延展（如图2的概念模型）。该模型忽略了包括体积压裂（SRV）在内的影响，其他作者认为大部分低渗页岩气井在合理的时间内不会发生体积压裂。此外，图2所示的概念模型假设了一个均质的完井——Amborse等（2011）和Nobakht等（2011a）讨论了非均质储层完井的预测。

在本次工作中，该模型的解决方案首先由EI-Banbi（1998）提出来。人们普遍认为在页岩气藏中占主导地位的瞬时流动状态是从基质到裂缝的线性流。同时，也可能出现一个与水力压裂线性流动相关的线性流动周期，但是通常认为这个阶段持续时间很短，或者被水力压裂清理以及表皮效应所掩盖，而很少可用于分析。本项工作中，我们假设瞬时线性流（从基质到裂缝）之后是边界控制流，该流态与受表皮效应（见等式7）影响的线性流体模型存在早期偏差。压裂段之间的不渗透边界结构导致了边界控制流产生。由Wattenbarger等（1998）首先将早期线性到边界控制流体的假设引入到致密气的应用中，并且该假设被广泛应用于文献和页岩气行业的解析模型。

图2  从线性流到边界流的解的概念模型

2.3.1 瞬时线性流的速率预测

EI-Banbi（1998）提出通过恒定速率和恒定流体压力来描述瞬时线性流的公式。本项工作中采用恒定流体压力的条件，这也是本文其他部分的重点——该边界条件最接近大部分产生达到最大水位降低值的页岩气井的流动条件。Samandarli等人（2011）采用不同的流体压力迭代方法，对页岩气生产进行分析建模，但是他们表明在大部分情况下采用恒定流体压力的假设就可以了。

与常用于表征简单横向双翼压裂的裂缝半长（X_f）相比，相关储层面积（A_cm）能更好的表示完井措施和增产措施效果以及生成复杂裂缝的能力。因此，在这一分析中，采用相关的储层（气藏）面积（A_cm）取代裂缝半长（X_f）。许多业内专家相信由于页岩气藏超低的基质渗透率，复杂压裂对于页岩气的商业生产至关重要。

无因次时间，t_D,Acm，相关储层面积（A_cm）依据公式1在恒定压力条件下定义。

                           （1）

无因次速率，q_D,Acm，由无因次时间定义：

                                       （2）

基于储层特性的无因次速率表达式，如果可获得关于K_m和A_cm的估算值，通过公式（3）可确定气体流速。采用不稳定产量分析或者其他的模拟技术可估算K_m和A_cm。K_m也可以通过实验室技术单独确定。

                             （3）

Ibrahim和Wattenbarger（2006）认为线性流的性能受水位下降程度的影响，同时提出水位下降量修正因子（f_cp）。此次工作中采用的修正因子（f_cp）由公式4给出。

                            （4）

此处，

Nobakht等人2011a和Nobakht等人（2011b）通过分析中采用校正时间（本次工作未采用）提出一种更严格的校正水位下降量的方法。

将水位下降量修正因子应用到公式3得出公式5：

                       （5）

除了水位下降量的修正，这些公式经过进一步修改可直接应用于页岩气井。与致密气井相比，大部分页岩气井在时间曲线的平方根中表现出的较大截距（在致密气井中曲线通常穿过原点），而在流量和时间双对数曲线上页岩气井则呈现出的一半斜率的偏差。多名作者最初认为是裂缝的有限导流能力造成了这种偏差，但是Bello（2009）和Bello和Wattenbarger（2009，2010）认为这种偏差可以通过采用表面效应来更好的解释。Bello（2009）、Bello和Wattenbarger（2009）在恒定流量和恒定流体压力条件下完成了大量的受表皮效应（skin effect）影响的线性流分析，且推导出了恒定流体压力条件下的解析解。在他们的分析中，将表皮效应作为一个常量。Bello（2009）和Bello和Wattenbarger（2009）证明恒定流量情况下表皮是附加量，而恒定流体压力情况下表皮的作用是非线性的。由Bello和Wattenbarger（2009）提出的解析式可以使用下面的近似代数方程：

                （6）

从方程（6）可以看出，当t_D(t)值大时，包含表皮的项就会变小。

Nobakht等人（2012）研究了巴内特、马塞勒斯和蒙特利的大量页岩气井（这些气井在相对恒定的流压下产量不断降低），同时得出结论：通常这些页岩气井更多表现出恒定流量的情况而不是恒定流压的情况。作者假设这种意想不到的表现可能是由于Bello（2009）以及Bello和Wattenbarger（2009）提出的表皮模型太过理想化，因此无法代表野外条件。通过假设恒定的表皮效应，模型不能说明由压裂清理、压力敏感地层、变化的压裂导流能力、变化的井底流压、压力相关的流体性质、变化的井筒流体梯度、液体加载等导致的表皮改变。作为这项工作的结果，作者提出了一个可应用于公式（2）的替代表皮修正项：

                   （7）

包括水位最低量和表皮的影响，公式（1）、（5）、（7）能够利用预测的气体流量，作为时间的函数，在线性流区域可对K_m和A_cm给出独立的估测。

2.3.2 边界控制流的流量预测

上面描述的方法适用于有效的储层边界相互接触，边界控制流形成之前。基于图2所示的几何图形，边界控制流紧随着瞬时线性流的末期出现。当外部SRV的影响较为显著时，这一观点较为保守。Clarkson和Beierle（2011）认为如果遇到了其他的瞬时流区，则应采用多重分区的方法，此外，如果多级压裂井需要进行非均质性储层的完井（heterogeneous completion），早期线性流之后不会立刻发生真实边界控制流，且需要更复杂“混合”预测技术。如同下面叙述的，我们选择采用更为保守预测程序，假设线性流之后紧随边界控制流。

利用公式8计算达到线性流的拟稳态时间（或者是瞬时线性流的结束时间）：

                       （8）

正如图2中看到Y_e是压裂到储层边界的距离，计算公式如下：

                       （9）

多名作者已经提出了页岩气井拟稳态线性流的预测方法。包括Fraim和Wattenbarger（1987），Palacio和Blasingame（1993），Doublet等（1994），Agarwal等（1999）和Mattar和Anderson（2005）认为可采用物质平衡类模拟程序预测边界控制流。Clarkson和Pedersen（2010）将这种方法应用于致密油研究，同时本文也将采用这种方法。公式（10）给出采用物质平衡方法预测边界控制流的生产速度：

              （10）

此处q_pssi-Linear是边界控制流初始的页岩气流体速度，（Pri）pss是边界控制流初始的平均储层压力，且（Pwfi）pss边界控制流体初始时井筒流体压力。通过物质平衡计算平均储层实际气体拟压力。对于含有大量吸附气的页岩气开采（application），一般使用Clarkson和McGovern（2005）提出的MBE方法。而在以游离气为主的情况下，则使用定容气藏的常规MBE方法。物质平衡计算需要地质储量和气体特性（比如天然气压缩因子），这两者都是由关键PVT输入量和状态公式（EOS）确定的。

图3  现金流分析：（a）现金流；（b）收入税（加拿大税制）

结合El-Banbi（1998）改进的瞬时线性流的无因次公式和边界控制流的物质平衡模拟方法，可以开发一种综合的预测方法：

1)        获取A_cm（或者X_f）和K_m（来源于微地震和/或RTA模拟/已有生产数据或者其他估计）的独立估算值。

2)        使用公式（1）和（7）作为时间函数计算t_D,Acm，q_D,Acm。

3)        线性流部分的数据利用公式（5）作为时间函数计算q_g。

4)        指定排放区（来源FMB模拟/已有的生产数据或者其他估算）。

5)        使用公式（8）和（9）计算t_PSS-Linear和Y_e。

6)        确定 。

7)        采用公式（10）通过废弃量（边界控制流）从t_PSS-Linear预测产量。

上面描述的解析模型是假设模型（最小变化）区块内的体积平均值参数是恒量，并从认为是不确定的参数的概率分布中选择一个值。每一次蒙特卡罗迭代将选择不同的值，导致不同的流量预测和不同的主要经济指标值。在许多参数高异质性水平的情况下，存在明显的不确定性，这种不确定性反映在关键输出参数的显著变化。

2.4 经济模块

将经济模块与速率预测集成来计算与生产相关的现金流。因为通常行业采用名义美元计算实际（通常的）现金流和名义（现行的）现金流，虽然采用实际的盈利指数计算项目的最低预期资本回收率，且通过不同的通货膨胀率来比较项目。采用图3中的业务流程计算现金流和收入税（加拿大税收制度）。

该模块中的天然气价格的确定实行了价格操纵，而非价格预测。采用价格操纵表明了项目十分稳定（不论是单独而言还是相较于其他项目），并且不再需要预测极不稳定的天然气价格，该模块中也设置了以价格预测为基础引导经济的选项。

方法中建立了多个实际盈利能力的指标，包括净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和投资收益率（ROI），用来比较项目和公司设定的最低预期资本回收率，同时可给项目进行排序。

2.5 蒙特卡罗模拟的一体化

本次工作将蒙特卡罗模拟整合到方法开发中。采用@RISK^TM（Palisade Corporation，2010）对关键PVT和储层属性（原始参数）进行概率分布和模拟操作。概率分布的输入变量根据不同项目的数据数量和质量而变化。Clarkson和McGovern（2005），Haskett和Brown（2005）和Harding（2008）认为对数正态分布最能代表PVT、储层和经济特性，因此本文使用了这种分布类型。这些概率分布拟合按P10（低）、P50（中）和P90（高）不同的值输入各个不确定变量。这些输入值可能来自勘探/远景数据、个人经验、模拟数据等。缩减所有输入变量的分布保证每个实现只选择合理的数值（缩减分布将选择少量接近无穷大的数值，从而影响输出变量）。

上面讨论了@RISK^TM输出变量定义的关键经济参数，以及气体速率和累积天然气产量。由于每个输出变量允许量化与项目相关的不确定性，可对其生成一个概率分布，以便做出与远景选取和开发有关的明智决策。

通过在x轴上找到相应的最低预期资本回收率时的位置，向上垂直移动至曲线处，然后再水平投影到y轴，这样可以从累积概率分布计算出超过设定最低预期资本回收率的概率。用1减去y轴上求出的值，得出超过最低预期资本回收率的概率。这个方法在本文中将作为范例进行演示。

在这一应用中（如在孔隙度和渗透率之间），采用了拉丁超立方体抽样，如果有必要的话，还可合并相关性（如孔隙度与渗透率）。典型的多相（气+水）页岩气/致密气应用的主要参数如表2.3所示。在某些情况下，参数的依赖关系可使用行业普遍接受的经验模型进行解释，而在其他情况下会使用来自现场数据或者估算得到的基于方向的相关性（如较高的正相关关系）。例如，与压力有关的渗透率（绝对的渗透率比值）使用Yilmaz等人（1991）的方法可与储层压力和岩石力学特性关联。相反，束缚水饱和度与孔隙度密切正相关。可能的参数关系如表2所示。

蒙特卡罗模拟运用了一个类似于Clarkson和McGovern（2005）使用的煤层气气藏远景分析的方法。

表2  基本参数、可能的相关性和参数关系

3 该方法应用于远景勘探

本文中开发的方法广泛应用于SG远景将其分成区块进行分析的目的，以确定是否适合作为一个试点项目。由于SG试点和开发项目成本高，且其详细分析需要大量数据，页岩气远景勘探至关重要。

对于远景勘探应用而言，其方法的选择以当前远景数据和模拟数据相结合为基础。理想情况下，对于关键PVT和储层参数情况良好的估计，作为空间坐标的函数可用于远景勘探。如果事实并非如此，可以对模拟气藏或者其他数据源进行估算以获取数据，同时分析该方法带来的不确定性。

假定整个远景区PVT和其他储层特性不变，输入数据可用于生成主要储层特性图。关键生产指标图如OGIP和基质渗透率乘以可以开发的净投入（千米/小时），可用于区块的选择。区块的选择基于区域类似的关键生产指标的值。对页岩气储层而言，压裂的指标，如压裂指数或脆性也可能用于区块选择，同时许多作者表明建立复杂裂缝网的能力对于页岩气商业开采至关重要。

选择区块后，开始进行蒙特卡罗模拟，按照P10、P50、P90的概率预测和可以开发累积产气的区块，且结合使用关键经济指标的分析来确定区块能否适合一个试点项目。其他因素比如公司的经验，企业和商业策略，可用的资源和基础设施等都将纳入评估，以便为公司以及股东们确定哪些区域可以作为最佳试点选项作出明智的决策。

远景勘探方法工作流程见图4所示。

4 采用两段页岩开发模型的样本示例

为了进一步说明该方法的应用，对加拿大西部的某处致密砂岩/页岩（假定没有吸附气体）远景区的两段进行了分析。在之前的研究中，Petrel^TM开发的远景地质模型采用可用的岩石物性、储层和生产数据。图5所示研究区域内4口井的三维孔隙度模型和孔隙度相关的钻/录/测井记录。在该区域，存在两处可获益的产气水平井段（井段3和井段4）。

图4  远景勘探方法的工作流程

图5  三维孔隙度模型和孔隙度相关的测井

模型开发期间这个开发区拥有11口垂直井，2口倾斜井和4口水平井。最初钻完成垂直井，紧随其后的是开始于2008年的水平井。Clarkson和Beierle（2011）在该区选择一系列井进行不稳定产量试井（RTA）。模型开发中使用的水平井的总结显示在下面表3中，同时在图6中（在下面描述）该区域的天然气原始地质储量（OGIP）图上显示了井的近似轨迹。

表3  研究区水平井概况

所做的分析主要集中在大部分是水平井的井段4。为了简化分析，采用孔隙度下限为4%，通过Excel加权平均井段4层位，将Petrel^TM多层模型转换成一个单层模型。这一平均化过程是为了完成对基质的孔隙度、初始含水饱和度和渗透率的处理。利用孔隙度下限值还可以计算总有效收益和毛净收益（有效收益假设包括所有孔隙度下限值以上的层）。图7a和图8a显示了OGIP和K_m-h属性图。

模型采用的网格大小如表4所示。在整个开发过程中假设为常量的PVT、储层和生产参数如表5所示。

表4  网格属性

对于这种情况，人们认为井筒流动压力（pwf）为常量1750磅/平方英寸，接近开发区水平井最初的井筒流动压力。随着时间的推移井筒流动压力降低，后期模型中压力驱动力低于开发井，模拟气率并不乐观。这种情况下，在可获取日常生产和流动压力期间内，平均两个收益井的流动压力大约是1550磅/平方英寸，因此到开发后期之前，这种假设的影响并不很明显。在实际勘探中，该地区还没有投入生产，由于我们不需要将可用的生产数据与模型匹配，而是采用实际的流动压力估计值尝试得到一个准确的潜在生产能力估计值，所以这种假设的影响不是一个值得关注的问题。

表5  PVT常数、储层和生产投入参数

3个区块中假设关键属性的变化情况如表6所示。各属性的数值是每个区块的各个网格值的算术平均数。由于基质渗透率是蒙特卡罗输入量，且利用基质渗透率值可计算总压裂半径（虽然也可使用压裂分析模型在每次迭代时作为基质渗透率函数计算总压裂半径），故给出了一个基质渗透率值以显示区块之间总值的变化情况。

表6  储层变量和水力压裂输入参数

图6  研究区地质储量图呈现近似水平井轨迹

4.1 区块选择

利用从Petrel^TM多层模型开发的单层模型，其单层等量地质储量如图7a所示。根据类似颜色为代表的区域具有类似地质特征和岩石物理性质，通过视觉观察可选择区块。虽然已知气藏具有高度的横向非均质性，可以看到关键的地质和岩石物理性质明显凸出部分。该图形显示了更复杂的异质性模式的情况，需要更多的区块并且可能有必要用区块代表具有相似属性的不连续块段。图7b显示基于天然气原始地质储量选择的区块远景区。在计算天然气原始地质储量时，虽然该远景区吸附气体量很容易被包含其中，但还是假设其可以忽略不计。

图7  地质储量图：（a）地质储量；（b）选区

从图7b可以看出选取的三个区块中，区块1具有最高的天然气原始地质储量（红色和橙色），区块2具有的地质储量（光和暗绿色）次之，区块3具有的地质储量（紫色和蓝色）最低。从这幅图中可以推断出区块1将有最理想的属性，因此可能具有最高的产量，而区块3产气物性最不理想，因此可能具有最不理想产气量。如同气藏地质储量图（图7）一样，如果绘制K_m-h图我们也可以分辨出三个相似的区块。此次应用区块选区采用的天然气原始地质储量图和K_m-h图作为代表资源的程度/密度和储层特性的两个要素，这是工业上常用的评估致密砂岩和页岩远景好坏的关键因素。区块选区的属性根据不同项目而变化，取决于驱动特定资源类型远景的关键要素。

对于这种情况，假设简单的水平双翼压裂（如所使用的压裂模型所假定的）就足够了，因为微地震数据对同一区域的补充水平压裂井的解译说明复杂程度较低，如果不是水平情况，则进行压裂（图9）。采用水平和垂直观察井用以观察，同时采用双阵列处理会产生一个好的数据集。一般情况下，各个阶段仅出现一个水力压裂裂缝。水力压裂裂缝通常选择北东-南西方向，与加拿大西部沉积盆地（WCSB）部分最大水平应力方向一致。

图8  K_m-h图：（a）K_m-h；（b）选区

通过比较图6与图7b和8b可以看出在开发区所有水平井部分或全部在区块1范围内。因为这个原因，剩余的分析还将在区块1中开展。对区块1区域的水平井的预测情况而言稍微乐观，因为这些水平井水平延伸超出区块1区域进入地质储量和K_m-h更低的区域（该区水平井采用恒定的流体压力与（P_wf）i相比将获得相反的影响）。

图9  根据微地震数据解译的研究区内水平井水力压裂裂缝几何图形

4.2 经济分析

分析假设只有天然气价格是变量，而所有其他经济参数都保持常量。表7列出了其他主要经济参数的值（基于Magyar和Jordan的估算（2009））和表8介绍了主要的专利权使用费、税和贴现参数。

在本文的分析中，净现值（NPV）作为重要的收益经济指标且最低资本回报率为0。

分析远景的工作流程图如图4。

表7  资本和运营成本参数

表8  使用费、税收和折现率

4.3 蒙特卡罗模拟

在区块选择之后，本文进行了蒙特卡罗模拟研究。蒙特卡罗模拟中，基质渗透率（k_m）和页岩气价格不断变化，而所有其他的PVT、储层参数和经济参数保持不变。为了更好地进行说明，我们选择了将“不确定”的输入变量的数量显著限制在基本控制远景的油藏性能（储层渗透率）和经济情况（天然气价格）。基于P10、P50和P90值按照对数正态分布模拟参数。在大多数的勘探情况下，许多参数都是不确定的，可以通过这些参数的概率分布（见表2）来定义。对于需要使用概率分布进行定义的一些关键参数，可通过评估给定区块内重大变化的属性图来直接确定，或用更严格的统计技术，如采用区块内部数值计算变异系数（Cv）。由于基质渗透率是基质流动的主要控制要素，以及未来商品价格造成的天然气价格的高度不确定，针对这种情况，我们选择基于视觉观察的基质渗透率。

基质渗透率按照P10、P50和P90的值计算如下。通常情况下，可以通过岩石物理模型中的参数值拟合分布来生成概率分布，但是因为我们处理的是远景的早期评估，因此我们采用了替代的方法，即最大限度提高模型获取的不确定性来解释其他早期参数估算无法获取的变化性。如果需要，对其他不确定参数也可以使用相似的方法。

P10——区块1中比第十百分位值的基质渗透率低20%

P50——区块1中的基质渗透率值居中间数

P90——区块1中比基质渗透率的九十百分位值高20%

表9中定义了2个输入变量的分布。将模型内部不确定参数合并关联（见表2）也很重要。虽然孔隙度和渗透率之间的相关性被加入到原始岩石物理模型（幂律相关），并且压裂半径与剪切系数（正相关）、基质渗透率（负相关），净收益（负相关）和压裂模型井眼半径（负相关）相关，但是出于演示的目的，本文对这一方法进行了简化，使蒙特卡罗模拟中的主要变量之间没有相关性。由于压裂半径取决于基质渗透率，压裂模型必须在每次迭代时重新计算。气体流量，累积产气量和净现值被定义为@RISK^TM输出变量。

本文进行了5000次蒙特卡罗迭代，以确保蒙特卡罗输入变量充分覆盖样本空间。要求覆盖足够的样品空间，是为了确保每个模拟输入相同参数运行时，能得出同样的结论。出于演示的目的，用上述方法获得的迭代数并不是最优化。但是，通过将无限大（非常大）的样本输出分布与减少样本数量的输出分布比较，同时寻找要求充分重复“已知”输出分布的最小值，可以获得优化的迭代数。当进行多个模拟时，优化处理可用于减少处理时间和容量。

4.4 结果

图10显示了区块1中单口气井的确定产气量和累积产气量预测。这个“确定性”的基质渗透率的值来自于表9所示输入分布的斯旺森平均值（SM），假设这个值代表区块收益的平均水平（静态平均K_m=0.0095毫达西）。虽然Bickel等人（2011）指出了斯旺森平均值（SM）的缺点，但它仍然被广泛地用于工业，因此在这种情况下还将使用。此外，斯旺森平均值在输入分布的平均值的5%范围内（使用@RISK^TM计算），因此认为在这个例子中的平均值是准确的。另外，可以使用另一个估计的平均值（即分布平均值、区块值的算术平均值等）。图10a显示的产气速率与时间半对数图以及累积气体的产生与时间的笛卡尔曲线，而图10b显示了产气速率和时间的对数分布图。

图10  开发模型情况下的确定速率预测：(a)产气速率和时间、累积产气量和时间的半对数；（b）产气速率和时间的对数关系

图11显示了产气速率与时间的半对数图，图11b显示一个产气速率与时间的对数图和图11c显示预测（约14年）最初5000天累积产气与时间的笛卡尔曲线。

通过比较图10和图11，可以再次看到确定性预测与P50概率预测相比，具有更大的IP，持续的生产速度和累积产气量，表明确定性预测是比中位数情况稍微乐观，并且明显远超过P10的情况。这些结果再次支持使用概率分析取代非常规应用的确定性分析。

图11  开发模型情况中概率速率预测：（a）产气速度和时间的半对数关系；（b）产气速率和时间的对数关系；（c）累积产气量和时间

随后，P10、P50和P90产量预测与区块1内水平井可获取的生产数据进行对比，以测试开发方法的稳健性和准确性。在这个比较中，由于完井的复杂性，只有井3和井4可用，而井1表现不佳，且井2在此次分析区块外部。井3的产量被缩减了30天，以便使该井产量自然下降的初始时间与概率预测的一致（指修正井3）。生产的前430天的对比曲线如图12所示。

如图12所示，两口井的生产数据（修正井3和井4）普遍落在P10和P90之间（使用@RISK^TM生成的预测）。除了生产的前20天和第300天左右时的大约20天两个时间段（模型没有指出的操作问题导致的结果）外，约80%的数据点如预期处在P10和P90预测之间。初步预测产量可能更高，因为它不考虑压裂清理干扰、启动效应等，该模型增加了表皮效应来提高与IP的匹配程度。但是，在真正的勘探情况下表皮效应的大小无从得知，这是因为无法获取产气远景区域的数据且需要将其作为不确定的输入量以最大限度地提高模型的准确性。

图12  3号井和4号井生产数据和概率速率预测的对比：（a）产气速率和时间的半对数关系；（b）产气速率和时间的对数关系；（c）累积产气量和时间

虽然这不是一个令人满意的统计样本，只有一个关键属性（K_m）被认为是不确定的，但结果令人鼓舞。图13显示了净现值的增加的累积概率分布，直方图和回归系数托那多图。图13a再次显示超过最低预期资本回收率概率计算的累积概率分布图。

从图13a可以看出这个模拟平均净现值为53万美元，可能超过最低预期资本回收率的50%。然后，可将平均净现值和超过最低预期资本回收率的概率与相同远景的其他区块，以及与其他潜在远景的区块进行比较，从而确定哪些远景区域可提供最好的经济成功机会。这一分析显示了积极的NPV平均值和超过最低预期资本回收率的适度概率。基于这样的分析，可以得出结论：区块1的样品远景对于试点项目是极好的备选。这一分析支持了该地区的开发，但是这一测试中所采用的天然气价格网格假设对其结果影响极大。图13C中托那多图表明天然气价格对净现值带来的影响最大，基质渗透率给净现值带来的影响其次（区块1中最小的基质渗透率变化的结果）。这表明假设较高的气体价格（比如该区水平井钻探时期的气体价格）将提高远景的可取性。从图13b直方图可以看出模拟中大部分的净现值在300万美元和350万美元之间，众数等于-1.5万美元，相当于平均数53万美元左右。

图13  开发模型应用NPV法得出的经济结果：（a）累积概率分布；（b）柱状图；（c）回归系数的龙卷风图

此分析程序可在在开发区的其他2个区块内完成，以协助选择最适合公司的试点项目的位置。2号和3号区块的填图属性的直观观察（图7b和8b）表明，这些地区情况没有区块1理想，因此在本次分析所使用的气体价格假设中可能不适合作为试点项目。

5 结论

在本文中，开发了一种方法理论和基于excel的方法以协助页岩气和致密砂岩气藏的勘探。这个方法包含了来自不同来源的映射属性、一个用于估算水力压裂半径的简单的压裂模型、目前应用于页岩气井开采的速率预测技术、计算关键盈利能力指标的经济模块以及解释非常规资源中内在的风险和不确定性的蒙特卡罗模拟。本文所描述的方法和工具可被工业界用于评估远景区域内的各个区块和选择适合试点项目的地区。该方法较为严谨，以岩石物理、地质和现在产业应用的分析储层模型为基础，且通过重建现有实例的油藏动态来证明其准确性。由于不需要建立复杂的数值模型和详细的开发方案（所需数据是在开发早期通常无法获取），这种方法既简单又高效。

感谢代金友副教授对本文提出的宝贵意见。本文受中国地质调查“地学情报综合研究与产品研发”（121201015000150002）项目支持。

资料来源：Williams-Kovacs J. D., Clarkson C. R. A new tool for prospect evaluation in shale gas reservoirs. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2014，18（5）：90-103.

“十五”规划目标

    ——基本建成土地和矿产资源以及相关地学的基础数据库，建成国家油气资源数据库，基本完成重要地质资料的数字化，使国土资源数字化信息初步满足国土资源管理和调查评价的需要；基本形成国土资源信息社会化服务体系。  
    ——政务管理信息系统建设基本满足地政、矿政管理工作的需求，初步实现国土资源政务管理工作流程的信息化；现代信息技术得到较为广泛的应用，实现地质调查评价主流程的信息化。  
    ——初步形成国家、省、地（市）、县四级国土资源信息网络；基本完成国土资源信息化标准建设。数据交换技术取得实质性进展。

工作部署

    总体部署 
    1999年数字国土工程投入资金4,600万元，2000年投入资金9,000万元。2001年以来，年度项目设置经科学论证，注重实用，严格执行国家财政预算管理，组织有效，进展顺利，取得了一批重要成果并投入到实际应用。“十五”期间开展项目329个，投入资金45,150万元，其中，2001年9,430万元；2002年8,860万元；2003年8,860万元；2004年8,900万元；2005年9,100万元。 

    一、    基础数据库建设 
    开展了221个项目。其中，地政基础数据库包括：1:50万土地利用数据库、1:1万比例尺土地利用数据库、土地利用规划数据库、土地利用遥感监测数据库、土地资源高分辨率影像数据库等；矿政基础数据库包括：矿产资源规划数据库、全国油气资源数据库、全国矿产资源储量数据库、矿产资源储量空间数据库、国土资源国家级数据库运行系统等；基础地学数据库包括基础地质数据库和地质综合成果数据库两大类，涉及区域地质图空间数据库、区域水环地质空间数据库、区域海洋地质数据库、基础地质数据库、航空物探遥感数据库、全国专题图数据库、成果资料数据库、图文地质资料数据库、全国地质资料目录数据库等。进行了全国岩石、钻孔、物性、实物地质资料目录等专业基础数据库建设试点工作，初步部署了全国地质数据与资料中心建设工作。 

    二、    调查评价相关信息技术的研究开发与应用 
    开展了25个项目。主要包括：国土资源调查评价信息化建设总体方案编制、GPS技术在土地利用变更调查工作中的应用示范、地质调查数据采集系统和地质调查数据处理与综合分析系统建设工作。工作内容包括国土资源调查评价信息化建设总体方案编制、GPS在土地变更调查中的试点示范、计算机辅助区域地质调查系统和野外地质调查应用软件及适用技术推广培训、西北地区地下水资源评价系统、矿产资源快速评价信息系统、地学工具软件包、国土资源调查适用信息技术评价与应用研究、地质体三维模拟技术、地下水资源调查综合分析、矿产资源调查数据处理与综合分析系统建设等工作。

    三、    政务管理信息系统建设 
    开展了26个项目。主要包括：国土资源部政务管理信息系统总体设计、国土资源部电子政务基础平台研制、国土资源管理信息系统试点示范、国土资源大调查项目管理信息系统、贵州省国土资源基础数据库建设试点示范、国土资源执法监察管理信息系统、国土资源综合统计分析系统、国土资源部土地利用管理信息系统、土地利用规划管理信息系统、土地开发整理管理信息系统、城镇地籍管理信息系统规范化建设、国土资源部地政管理信息系统集成与维护、矿产资源规划管理信息系统试点示范、中国矿产资源可供性系统试建设、全国矿产资源储量评审认定管理系统、矿产资源补偿费征收管理系统、矿政管理系统数据库共享集成、国土资源部矿政管理信息系统集成与维护、国土资源遥感运行系统、国家地质工作办公信息系统、国家地质调查项目管理信息系统、在线和离线数据服务系统开发、实物地质资料管理信息系统等。

    四、    信息服务系统建设 
    开展了14个项目。主要包括：国土资源信息服务系统、全国国土资源数据交换中心建设、国土资源信息集成与分析系统、国土资源科技成果服务系统建设、国土资源信息分析应用系统建设、全球战略性矿产资源数据库建设、国土资源国外信息采集与分析系统、地质资料查询服务系统、国土资源信息系统运行和维护等；在地质调查信息化成果集成与社会化服务领域，部署了国家地质工作信息化战略研究、地质调查信息化产品社会需求分析、地质调查信息化成果集成转化与社会化服务等5个工作项目。具体内容包括相关数据库软件的开发与推广；国外信息技术的调研与交流；国家地质工作信息化战略研究；地质调查信息化产品的社会需求调研；开展地质调查信息化成果的社会服务；开展地质调查信息化成果社会化服务方案的研究等。

    五、    基础网络与信息化标准建设 
    部署开展了42个项目。主要包括：全国国土资源主干网系统、国土资源国家级数据中心网、国土资源远程会商及应急指挥系统、国土资源网络信息安全保密系统建设、国家地质调查骨干网络体系建设、地质调查基础网络系统建设、国土资源信息化标准体系建设、地质调查信息化标准建设等工作。

工作进展及主要成果

    一、    基础数据库建设 
    “十五”期间，在基础数据库建设方面，开展了221个项目。到目前为止，新开和续作项目绝大部分都在顺利进行。通过这些基础数据库的建设，初步形成了地政、矿政两大基础数据库管理体系和基础地学数据库管理体系。 
    在土地资源数据库建设方面，已经完成数据库5个，3个正在开展。完成了国家级、省级和50万以上人口城市的土地利用规划数据库，34个市（县）级试点工作正在开展；完成了全国土地利用遥感监测数据库，包括50万人口以上的城市，1999-2002年各时段遥感影像数据；完成了建设项目用地数据库、全国开发区用地数据库、基准地价数据库等；1:1万主比例尺全国土地利用现状数据库正在开展，已完成近700个市（县）的建库工作，编制完成《县（市）级土地利用数据库标准》（试行稿）、《县（市）级土地利用数据库建设技术规范》（试用稿）和《1:1万建库管理办法》，形成了一套完整、标准、规范的1:1万主比例尺土地利用数据库建设技术路线和管理制度，为项目在全国范围的顺利实施和保证成果质量奠定了基础；高分辨率影像数据库设计全部完成，完成项目工作区高分辨率影像数据整合处理，覆盖面积1.7万平方千米，完成了3,600平方千米的部分数据处理工作，正在抓紧建库；地籍数据库试点建设正在进行。 
    在矿产资源基础数据库建设方面，已经完成数据库5个。完成了国家级和省级矿产资源规划数据库，完成21个试点市（县）矿产资源规划管理系统建库，正开展第二批20个市（县）试点建设；完成了矿产资源储量数据库对全国149种固体矿产（除铀矿外）储量的年度统计汇总；完成了全国7000个大中型及部分小型矿产资源储量空间数据库建设和全国油气资源数据库建设；完成了包括战略性矿产资源动态信息、各国矿业投资环境、各国战略性矿产资源和管理、各国矿业经济政策等内容的全球战略性矿产资源数据库建设。 
    在基础地学数据库建设方面，已经完成数据库24个，正在开展6个。完成了1:500万地质图空间数据库、1:250万地质图空间数据库、1:20万区域水文地质调查地质图空间数据库1:20万区域地质图的空间数据库、1:500万矿产地质图空间数据库、1:600万水文地质图空间数据库、中国岩石地层数据库、全国1:20万自然重砂数据库、全国同位素地质测年数据库、全国矿产地数据库、区域重力数据库（包括1:100万、1:50万和1:20万）、电勘查数据库、全国1:100万航磁数据库、我国四个海域的海洋地质数据库、水系沉积物区域地球化学数据库、全国专题图空间数据库、全国地质工作程度数据库、中国资源卫星资料数据库；完成全国地质资料目录数据库、试点区实物地质资料目录数据库、地质调查成果资料中文目录数据库、地调成果资料英文目录检索数据库、地调项目档案目录数据库、地学图书期刊类文献标题和摘要数据库。图文地质资料数据库建设正在开展，完成了8000份重要地质资料的数字化。地质调查资料与信息数据库、全国钻孔地质数据库、全国岩石数据库、1:5万区域地质调查空间数据库、1:5万重点城市及经济开发区水工环地质综合空间数据库等进展顺利。完成各类基础地质与专业地质图件8000余幅，资料整理与数字化1.8万种，数据综合与更新维护6500多幅；各类数据库数据量总计达4.5TB；编绘各类项目与领域用图1500余张。

    二、    调查评价相关信息技术的研究开发与应用 
    “十五”期间，在国土资源调查评价相关信息技术的研究开发与应用方面，开展了25个项目。完成了基于GPS的土地利用变更方法的总体框架以及主要的技术路线和涉及关键技术研究、GPS野外动态数据采集方法及精度分析、GPS土地利用数据转换模块、基于GPS与GIS的土地利用变更信息系统的开发并建立了试点地区武汉市土地利用数据库、株洲市天元区土地利用数据库。通过GPS在土地变更调查中的试点示范，极大地提高了土地变更调查的工作效率和工作精度。在地学领域，将GIS、GPS与区域地质调查流程结合，开发出了新一代计算机辅助区域地质调查系统，实现了野外地质调查图、文、像的数字化信息采集，并已经推广应用。 
    在地质调查评价方面，完成了计算机辅助区域地质调查系统和野外地质调查应用软件及适用技术推广培训、西北地区地下水资源评价系统、矿产资源快速评价信息系统；研制完成数字填图系统及数字矿产资源调查系统。在试点和推广应用的基础上，形成了一套较为系统的数字区域地质调查理论、技术方法，并编制完成了系列工作指南和技术要求，构建了相应的技术推广培训和技术支持体系。通过在区域地质调查工作中全面推广应用，实现了区调工作主流程信息化。基本完成地下水资源、地质灾害及环境地质调查野外数据采集子系统的开发，开展了试点应用研究。在试点应用的基础上，自2004年开始，数字填图系统和固体矿产资源野外数据采集系统全面推广应用。地学工具软件包工作项目开发和集成了水工环专业地质科学基础计算程序包、地质科学基础计算多元统计程序包、岩石化学数值计算及图示系统程序集和矿产资源GIS评价系统。开发的水工环专业地质科学基础计算程序包、岩石化学数值计算及图示系统程序集已提供上网服务。矿产资源GIS评价系统为矿产资源调查评价与预测工作奠定了基础。国土资源调查适用信息技术评价与应用研究工作项目研究完成了嵌入式系统、XML及.NET开发技术全面评估、数据交换技术、非结构化数据处理与应用研究报告，开发空间数据库浏览系统软件，并提供服务。 
    这些成果为国土资源调查评价体系框架的建立奠定了技术基础。

    三、    政务管理信息系统建设 
    在“强化应用，讲求实效”的建设原则指导下，一批涉及国土资源规划、审批、综合事务等方面的主要业务信息系统已经建成并在国土资源部相关司局投入使用，促进了国土资源管理工作的高效、透明。2001年以来，在国土资源政务管理信息系统建设方面开展了26个项目，涉及19个系统建设，完成了7个业务应用系统开发。 
    在地政管理信息化方面，建设了土地利用规划、建设用地审批等管理信息系统。国家级土地利用规划管理信息系统实现了对国家级规划、全国省级和50万以上人口重点城市规划的管理、规划辅助审查以及决策分析。国家级建设用地审批管理信息系统在国土资源部机关9个司局使用，实现了从窗口接件、审查、会审到签发整个审批过程的网上运行。部分省市，特别是经济发达省市的重点城市，相继建立并运行了建设用地审批管理信息系统、国土资源执法监察管理信息系统、土地利用规划数据库系统、城镇地籍管理信息系统等。 
    国土资源部地政管理信息系统集成与维护，针对地政信息化建设的现状和存在的问题，明确了项目总体方案，提出了主要工作内容，分解出21个业务模型及相关基础数据库和业务数据库，重点分析了不同业务之间、不同数据之间的逻辑关系，理清了项目工作的范围和界限；通过集成已有系统，基本形成建设用地审批主线的雏形，形成了申报、审查、备案、公示、监督的主线；初步实现已有基础数据库的集成应用，开展了对现有地政系统的维护工作。 
    在矿政管理信息化方面，建立了矿产资源规划、矿业权管理等信息系统。国家级矿产资源规划管理信息系统（图6-1）实现了对全国、31个省（区、市）规划的综合管理、规划辅助审查、统计分析，并在省级规划中推广应用，正在开展市（县）级的试点示范工作。全国范围内的矿业权管理信息系统（包括探矿权、采矿权、油气勘查开采）已经建立，实现了国家、省、市、县四级系统间远程数据查询和网上数据共享。矿产资源储量空间数据库管理信息系统正在推广应用。矿产资源储量登记统计系统开发完成。国家地质工作办公信息系统、国家地质调查项目管理信息系统、实物地质资料管理信息系统、在线和离线数据服务系统、地质调查成果管理信息系统、地质成果资料电子文档验收与汇交管理系统、地质调查资料管理信息系统建设也正在开展。 
    国土资源部矿政管理系统集成与维护，已完成基于电子政务基础平台的矿业权审批业务应用系统的搭建，通过对现行矿业权管理信息系统的业务功能的分析和分解，开始构建矿业权审批业务管理信息系统的集成。同时，开展了矿产资源登记统计信息系统建设，完成数据库转换迁移软件的开发与推广应用；下发了固体矿产资源统计、固体矿产资源储量登记、油气储量登记统计3个数据管理系统；完成了全国范围的培训工作和技术支持；完成了对现行的矿政管理业务系统的维护。 

 
图6-1  矿产资源规划管理信息系统 

    国土资源部电子政务基础平台研制，目前已形成国土资源部电子政务建设统一的技术框架和运行环境（图6-2），通过国土资源部电子政务基础平台建设，形成了国土资源电子政务管理信息系统建设统一的标准规范，满足政务公开、网上申报和信息查询等社会公众的需求，从而推动国土资源部电子政务建设发展；充分体现了基于平台搭建业务应用的思路，明显缩短了业务应用建设的周期，减少了信息系统重复建设，实现了国土资源信息数据的互联互通，充分证明了基础平台搭建业务系统的效益。 
    国土资源遥感运行系统，利用现有技术成果和数据积累，根据项目制（修）订的土地资源遥感监测业务运行系统技术规程和规范（包括土地利用动态遥感监测规程、基于遥感信息的土地利用分类体系、国家级省级土地利用遥感监测数据库标准），对采用高分辨率遥感监测获得的土地利用现状变化数据及其外业调查结果数据，进行批量数据处理与入库管理和维护，为土地资源业务管理提供现势性强、可靠性高的基础数据。项目自2003年开展以来，到目前为止已经基本完成了土地资源遥感监测业务运行系统技术规程和规范的修订任务，以及遥感数据处理与土地利用信息提取的关键技术研究、海量遥感监测数据管理与建库软件系统开发工作，已经基本完成了运行系统两个子系统主要模块的开发，并在进行进一步的修改和完善。 

 
图6-2  国土资源部电子政务基础平台 

    国土资源综合统计信息系统，目前已经基本完成规划任务，包括编制完成了《国土资源综合统计报表制度》、《国土资源综合统计指标体系》以及年报、半年报和快报等的编制，开发完善了国土资源综合统计系统软件，建立了部、省、市、县4级综合统计信息系统，初步建立了《国土资源综合统计报表评比制度》，形成每年进行一次“全国统计数据会审”和召开一次“全国综合统计工作会议”制度，为国务院、各级政府制定有关资源管理政策、办法以及有关研究提供了基础决策信息。 
    全国国土资源电子政务试点示范建设，按照程序已经确定示范地区，编写完成试点示范地区编制试点工作方案，编写了国土资源电子政务试点示范项目设计书，开展了试点示范地区电子政务建设需求分析，完成江苏、山西、昆明的试点示范方案的审查。 
    在地质调查领域，建立了办公自动化系统，实现了统一的信息共享环境、机关内的公文运转、文档一体化管理，提供办公信息发布平台；完成了5000余个国家地质调查项目基本信息建库，开发了项目管理信息系统并投入运行；初步建立了实物地质资料数据库并初步完成了单机和网络条件下的管理系统开发；完成了地质调查成果管理信息系统建设并开始提供服务；基本完成了成果地质资料电子文档汇交管理标准，完成了成果地质资料电子文档浏览系统、电子文档验收和汇交管理系统；建立了地质调查资料管理信息系统；初步建立了中国地质调查局互联网信息发布平台；初步构建了信息采编、审批、发布等机制。

    四、    信息服务系统建设 
    国土资源部门户网站正式开通，相继建成并运行了国土资源新闻网、虚拟办事大厅和交易大厅、行政审批结果公告、矿业权评估机构公示、视频点播系统、土地估价机构和人员信息公示系统，构建了国土资源信息强大的应用服务体系和统一权威的发布窗口（图6-3）。矿产资源规划元数据也已在国土资源部外网提供查询服务。 
    地质调查信息服务体系框架建立并得到完善，开展了地质调查成果的社会化服务和成果的集成转化。1:20万、1:50万数字地质图等几个空间数据库的2756个元数据在中国地质调查局网站上发布；全国地质资料目录数据库在国土资源部外网、中国地质调查局内外网上公布，为社会提供查询服务；全国1:50万、1:20万数字地质图空间数据库、全国区域重力数据库对外提供服务；开展了1:50万、1:20万区域地质图解密处理试验研究；编制了古北口（1:5万）和北京市（1:25万）旅游地质图；开展了地质调查信息化成果的网络化服务试验工作。 
    国土资源国家级数据库运行系统，围绕项目立项确定的各项任务，对已建和在建的国土资源数据库进行广泛调研，并根据数据分析和技术调研，确定合理的软硬件平台，进行系统集成，初步形成集数据接收、数据处理、数据提取与使用等功能于一体的数据库运行系统的存储、管理和应用的体系框架；接收了国土资源一些基础的数据库系统，并进行必要的应用开发，提供使用与数据共享；对系统进行维护，随着数据资源、用户需求的增加和技术的发展，对系统软硬件进行及时升级更新，保证数据接收、数据处理、数据提取与使用等功能的正常发挥。 
    国土资源信息集成与分析系统，基础数据集成、指标体系研究、系统软件开发等各项工作稳步推进，取得了一些重要的阶段性的成果和进展。 

 
图6-3  国土资源部门户网站

    五、    基础网络与信息化标准建设 
    国土资源主干网建设正在进行，实现了国土资源部机关与在京单位的联接，依托主干网国土资源视频会议系统建设，与全国各省级单位的网络互联也正在建设中。 
    国土资源网络信息安全保密系统建设，已经完成了国土资源网络信息安全保密系统的总体建设方案设计；完成了包括网络防病毒系统和防火墙系统在内的部分子系统的建设，实施了PKI/CA系统、电子邮件网关过滤系统和IDS系统的招标和设计。 
    建立了中国地质调查局局机关、发展中心、6个地区地调中心共8个单位的局域网和国际互联网，完成了27个单位的广域网（城域网）的建设，已初步形成以地理分布为原型、以工作职能为基础的三级网络管理系统，包括局域网建设、国际互联网建设、广域网建设、基础网络的运维和用户的技术支持、基础网络应用支撑平台建设。此外，为基于空间信息栅格的地质数据共享与服务体系的研究建立了信息基础实验室和模拟试验环境。到“十五”末期，初步建成国家地质调查工作骨干网络技术服务体系，形成结构、分布合理、运行安全可靠的三级计算机网络系统，为国家地质调查工作及成果的社会化服务提供网络载体服务。 
    信息化标准规范的制定和推广应用进一步加强，目前已经完成65项信息化标准，一批重要标准和急需标准已经完成，《国土资源信息化标准化指南》和《国土资源信息核心元数据标准》等一批重要信息化标准已由国土资源部颁布实施，20多个标准正在试行；中国地质调查局公布实施的行业内部标准有6项，正在试用的标准17项。其中总体标准和行业通用标准10多项，土地信息标准20多项，地质和矿产信息标准40多项，涉及数据库建设、信息系统建设、网络建设等标准，已基本形成了一套较为完整、科学和实用的国土资源信息采集、处理、存储和开发利用的国土资源信息化标准体系框架，在国土资源信息化建设进程中发挥了重要的技术支撑作用，使信息共享成为可能，为今后信息系统的全面开展奠定了基础。

主要成效

    国家级国土资源数据中心初具规模，初步形成了支撑国土资源管理的地政、矿政两大基础数据库管理体系和地学基础数据库体系。完成土地基础数据库5个，包括国家级、省级和50万以上人口城市的土地利用规划、1999-2002年50万人口以上城市的全国土地利用遥感监测、建设项目用地等数据库。全国土地利用现状数据库建设进展顺利，已完成近700个市县的建库工作。完成矿产资源与地质环境基础数据库5个，包括国家级和省级矿产资源规划、矿产资源储量、矿业权、全国7000个大中型及部分小型矿产资源储量空间数据库。完成基础地学数据库24个，包括中小比例尺区域地质图（全国1:20万、全国1:250万、全国1:500万）、区域水文地质图系列、全国地质工作程度、矿产地、区域重力、地球化学、全国地质资料目录等数据库。图文地质资料数据库建设进展顺利，完成了8000种重要图文地质资料的数字化。基础数据库的建立和信息资源的开发利用，为各级国土资源政务管理信息系统运行提供了有力的数据支撑。

    基本完成了GPS在土地变更调查中的关键技术研究和系统开发，完成了新一代计算机辅助区域地质调查系统的开发，并得到推广和应用，提高了国土资源调查评价的工作效率和工作精度，初步实现了数据采集、处理的信息化。 
    完成了7个业务应用系统建设，包括土地利用规划、建设用地审批、矿产资源规划、矿业权管理（包括探矿权、采矿权、油气勘查开采）、矿产资源储量登记统计、国土资源执法监察管理、国土资源综合统计等主要业务应用系统建设；完成国土资源部电子政务基础平台开发省级国土资源电子政务试点建设，并取得成功。部分国土资源主体业务初步实现了网上报批，为规范业务审批和业务管理奠定了基础。 
    国土资源部门户网站已正式开通，相继建成并运行了新闻网、虚拟办事大厅和交易大厅、行政审批结果公告、矿业权评估机构公示、视频点播系统、土地估价机构和人员信息公示系统，基本构建了应用服务体系和发布窗口。 
    国土资源主干网与视频会议系统初步建成。完成了部机关与37个节点单位的连接。中国地质调查局建立了与6个大区地调中心连接的两级网络体系。完成了65项信息化标准的制定，《国土资源信息化标准化指南》和《国土资源信息核心元数据标准》等一批标准已颁布实施，初步形成一套较为完整的国土资源信息采集、处理和应用的信息化标准体系框架。 
    总体来看，数字国土工程基本达到了预期目标，为全面推进国土资源信息化建设奠定了重要基础。