一种利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法
阅读说明：本技术 一种利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法 (Method for establishing time domain sequence stratigraphic section by using forward modeling of sedimentation ) 是由 刘建良 杨慧玲 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法,本发明首次引入沉积正演模拟技术,将时间域层序地层剖面建立出来,在此基础上,通过对深度域与时间域层序地层剖面进行对比,可以很直观的了解某一时期沉积物的堆积情况,较为准确地分析沉积环境。本发明的上述确定方法简单易行,成本低且可操作性强,为提取地层中的时间信息,确定层序边界及内部地层的地质年代提供了一种新的技术手段。(The invention relates to a method for establishing a time domain sequence stratigraphic section by utilizing forward modeling of sedimentation, which introduces forward modeling technology for the first time to establish the time domain sequence stratigraphic section, and on the basis, by comparing a depth domain with the time domain sequence stratigraphic section, the accumulation condition of sediments in a certain period can be intuitively understood, and the sedimentation environment can be accurately analyzed. The determination method is simple and easy to implement, low in cost and strong in operability, and provides a new technical means for extracting time information in the stratum and determining the geological age of the sequence boundary and the internal stratum.)
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探与开发技术领域，更具体地涉及一种利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法。
背景技术
沉积地层数值模拟依据其模拟过程不同可分为沉积正演数值模拟和沉积反演模拟，相对地，沉积正演数值模拟更贴近实际地质过程，其是建立在假定过程参数和地层响应之间相互依存基础上，通过设置一系列不同过程的地质参数，获取不同参数之间相互作用所产生的地层响应，来实现对地层、岩性和储层的模拟与预测。本发明所采用的基于水动力学方程的沉积正演数值模拟方法是在沉积过程约束下，遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，利用水动力学算法模拟沉积物侵蚀、搬运和沉积等作用过程，能很真实地处理流体的运动，能够模拟流体的运动状态和所接触的地形，是最为接近实际地质的一种正演模型。
层序地层学是综合利用露头、钻井、测井、化石资料和地震反射特征等，结合有关沉积环境和岩相古地理解释，对层序格架进行地质综合解释的地层学分支学科。通过不同规模层序划分、体系域识别，使油气资源与各体系域中沉积体在时间序列上的演化和空间配置有规律的联系起来，更加有效预测油气资源分布。层序是层序地层学研究的基本单元，其是由成因上有联系的多种沉积相在纵向和横向上的有序组合，层序内所有岩层都是沉积在以层序边界年代所限定的地质时间间隔内。目前对层序地层研究主要集中在深度域剖面中对层序及其内部地层研究，缺少有效的方法将其转换为时间域剖面，研究同一时间范围内不同沉积环境下沉积物沉积、剥蚀或无沉积等地质特征，也很少有技术手段将其定量化分析。也有部分学者利用数值模拟方法将深度域层序地层转换为时间域地层剖面，如利用SEDPAK(Liu,K.,Pigram,C.J.,Paterson,L.and Kendall,C.G.St.C.,1988.Computersimulation of a Cainozoic carbonate platform,Marion Plateau,north-eastAustralia.Spec.Publs int.Ass.Sediment.,25,145-161.)和WheelerLab(Amosu,A.,andSun,Y.,2017.WheelerLab:An interactive program for sequence stratigraphicanalysis of seismic sections,outcrops and well sections and the generation ofchronostratigraphic sections and dynamic chronostratigraphicsections.SoftwareX,6:19-24.)模拟软件，但SEDPAK运用几何方程模拟沉积物的沉积和侵蚀作用过程，而且是一个二维剖面模拟工具，不能在三维空间下对沉积物的沉积演化过程进行模拟，WheelerLab不是正演模拟工具，是根据已有的地震剖面反演时间轴上的二维地层剖面，因此这两种方法均具有一定的局限性。
发明内容
本发的目的是明针对现有技术存在的不足，提供一种利用沉积正演模拟手段建立时间域层序地层剖面的方法，为分析沉积环境、确定层序边界及内部地层的地质年代提供一种新的技术手段，以满足地质工作者的需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法，包括如下步骤：
(1)利用软件，对研究区进行三维沉积正演数值模拟，得到合理模拟结果；
所述软件是以简化的水动力学动量方程和连续方程为核心算法、且考虑多种地质作用过程的沉积领域专业正演模拟软件。
优选的，所述简化的水动力学动量方程表达式如下：
其中，
为：对参数q的微分；
为：对参数t的微分；
表示的是由于t的单独变化而引起的函数q的变化率，也就是q对t的偏微分；
q为流体速度矢量，m/s；
t为时间，s；
为梯度运算符；
Φ为压力和流体密度的比值，即Φ＝p/p，其中p的单位为Pa，ρ的单位为kg/m3；
v为运动粘度，即v＝μ/ρ，其中μ为流体粘度，单位Pa.s，ρ为流体密度，单位kg/m3；
g为重力加速度，m/s2。
简化的连续方程表达式如下：
其中，为梯度运算符；
q为流体速度矢量，m/s。
优选的，所述多种地质作用过程包括：沉积物侵蚀、搬运、沉积过程，波浪、潮汐、风暴浪作用，等深流作用，风成沉积作用，滑塌重力流作用，碳酸盐岩和有机质生长过程，碳酸盐岩成岩作用，构造升降作用，海平面变化，同沉积和沉积后压实作用，地壳均衡沉降作用。
优选的，所述软件为沉积正演模拟软件Sedsim；
优选的，所述步骤(1)中建立研究区合理三维沉积正演数值模拟模型的一般步骤为：
首先在文献调研、基础地质分析基础上，建立研究区合理沉积过程概念模型；
其次获取沉积模拟所需主要输入参数，包括工区范围及网格数、模拟时间范围、沉积初始底形、构造沉降量、海/湖平面变化曲线、物源方向、供给速率及沉积物成分；然后利用软件进行三维沉积正演数值模拟，将模拟结果与实际地质资料进行对比，若误差较大，则重新调整输入参数，反复模拟和校正直至模拟结果误差达到合理范围(误差小于10％)，建立最终合理三维沉积模拟模型。
(2)根据研究需要选择合适二维剖面位置及所穿过网格点；
(3)基于沉积模拟结果，分别提取所选网格点不同时间内沉积物厚度数据，判断各时期为沉积或无沉积事件；
(4)建立二维时间域地层剖面，并与对应位置的深度域地层剖面对比，分析层序地层特征。
优选的，步骤(2)中二维剖面及所穿过网格点可根据研究需要任意选取。
优选的，步骤(3)中提取网格点不同时间内沉积物厚度数据的基本原理和过程如下：沉积模拟结果的输出文件中包含各网格点不同时期内已沉积的沉积物厚度信息，缺失无沉积时期信息，在选定网格点基础上，自沉积初期开始依次检索不同沉积时期该网格点是否有沉积物，若有，则写入该时期沉积物厚度信息，若无，则将该时期沉积物厚度赋值为0，最终创建该网格点不同时期沉积物沉积厚度数据文件。
优选的，所述步骤(3)中判断各时期为沉积或无沉积事件的方法是，根据已创建的不同时期沉积物沉积厚度数据文件，若某时期沉积物厚度大于0m，则判断为沉积事件并标记为“1”，若沉积物厚度为0m，则判断为无沉积事件并标记为“0”。
优选的，所述步骤(4)中建立二维时间域地层剖面方法是，在步骤(3)的基础上，以时间为纵轴、数值“0”和“1”为横轴，建立每一个选定网格点的一维沉积-无沉积柱状图，再将这些一维柱状图按照一定顺序排列，最终建立二维时间域沉积-无沉积层序地层剖面。
优选的，所述步骤(4)中深度域地层剖面是与时间域地层剖面位置相对应，且可从沉积正演模拟结果中直接观测到的岩性地层剖面。
优选的，所述步骤(4)中将对应位置的时间域与深度域层序地层剖面对比分析，具体分析内容可包括(但不限于)不同时期沉积物沉积位置、岩性及相对厚度，不同体系域划分及在垂向上演化特征等。
本发明的有益效果是：
(1)实际的深度域层序地层剖面中，很多界面为暴露界面并无沉积，在进行研究与开发过程中，仅靠分析深度域层序地层剖面其结果存在很大的不确定性。本发明首次引入沉积正演模拟技术，将时间域层序地层剖面建立出来，在此基础上，通过对深度域与时间域层序地层剖面进行对比，可以很直观的了解某一时期沉积物的堆积情况，较为准确地分析沉积环境。
(2)本发明的上述确定方法简单易行，成本低且可操作性强，为提取地层中的时间信息，确定层序边界及内部地层的地质年代提供了一种新的技术手段。
附图说明
图1为本发明实施例的三维沉积正演数值模拟结果示意图；
图2为本发明实施例的时间域层序地层剖面图；
图3为本发明实施例的深度域及时间域层序地层剖面中体系域划分示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法，包括如下步骤：
S1：利用沉积正演模拟软件，对研究区进行三维沉积正演数值模拟，得到合理模拟结果。
所用软件是以简化的水动力学动量方程和连续方程为核心算法、且考虑多种地质作用过程的沉积领域专业正演模拟软件。其中简化的水动力学动量方程表达式如下：
其中，q为流体速度矢量，m/s；
t为时间，s；
为梯度运算符；
Φ为压力和流体密度的比值，即Φ＝p/ρ，其中p的单位为Pa，ρ的单位为kg/m3；
v为运动粘度，即v＝μ/ρ，其中μ为流体粘度，单位Pa.s，ρ为流体密度，单位kg/m3；
g为重力加速度，m/s2。
简化的连续方程表达式如下：
其中，为梯度运算符；
q为流体速度矢量，m/s。
该软件所考虑的多种地质作用过程包括：沉积物侵蚀、搬运、沉积过程，波浪、潮汐、风暴浪作用，等深流作用，风成沉积作用，滑塌重力流作用，碳酸盐岩和有机质生长过程，碳酸盐岩成岩作用，构造升降作用，海平面变化，同沉积和沉积后压实作用，地壳均衡沉降作用。
利用该软件建立研究区合理三维沉积正演数值模拟模型的一般步骤为：首先在文献调研、基础地质分析基础上，建立研究区合理沉积过程概念模型；其次获取沉积模拟所需主要输入参数，包括工区范围及网格数、模拟时间范围、沉积初始底形、构造沉降量、海/湖平面变化曲线、物源方向、供给速率及沉积物成分；然后利用软件进行三维沉积正演数值模拟，将模拟结果与实际地质资料进行对比，若误差较大，则重新调整输入参数，反复模拟和校正直至模拟结果误差达到合理范围，建立最终合理三维沉积模拟模型。
本实施例使用的软件为沉积正演模拟软件Sedsim；
S2：根据研究需要选择合适二维剖面位置及所穿过网格点。
本步骤中二维剖面及所穿过网格点可根据研究需要任意选取，附图1所示沉积正演数值模拟结果中所选取的剖面为南北向。
S3：基于沉积模拟结果，分别提取所选网格点不同时间内沉积物厚度数据，判断各时期为沉积或无沉积事件。
本步骤中，沉积模拟结果的输出文件中包含各网格点不同时期内已沉积的沉积物厚度信息，缺失无沉积时期信息，在选定网格点基础上，自沉积初期开始依次检索不同沉积时期该网格点是否有沉积物，若有，则写入该时期沉积物厚度信息，判断为沉积事件并标记为“1”；若无，则将该时期沉积物厚度赋值为0，判断为无沉积事件并标记为“0”，最终创建该网格点不同时期沉积物沉积厚度数据文件。
S4：建立二维时间域地层剖面，并与对应位置的深度域地层剖面对比，分析层序地层特征。
本步骤中，根据上一步所得结果，以时间为纵轴、数值“0”和“1”为横轴，建立每一个选定网格点的一维沉积-无沉积柱状图，再将这些一维柱状图按照一定顺序排列，最终建立二维时间域沉积-无沉积层序地层剖面，如附图2所示。深度域地层剖面是与时间域地层剖面位置相对应，且可从沉积正演模拟结果中直接观测到的岩性地层剖面。在对比分析对应位置的时间域与深度域层序地层剖面时，具体分析内容可包括(但不限于)不同时期沉积物沉积位置、岩性及相对厚度，不同体系域划分及在垂向上演化特征等。附图3为深度域及时间域层序地层剖面中体系域划分示意图。
通过上述步骤充分说明了本发明的时间域层序地层剖面的建立方法准确、直观、简单易行、成本低且可操作性强，具有很好的实用性。因此，本发明的利用沉积正演模拟建立时间域层序地层剖面的方法，通过对深度域与时间域层序地层剖面进行对比，可以很直观的了解某一时期沉积物的堆积情况，较为准确地分析沉积环境，为提取地层中的时间信息，确定层序边界及内部地层的地质年代提供了一种新的技术手段。