一種改進的埋藏史恢復方法與流程
2023-08-04 07:11:56 2
本發明涉及地質構造發育、盆地演化和盆地形成機制的研究領域，具體涉及一種改進的埋藏史恢復方法。
背景技術：
埋藏史恢復中精度最高、應用最多的就是回剝反演技術，因而也受到廣大研究者的關注。回剝反演技術，是根據沉積壓實原理，從已知的現今地層柱出發，逐層剝蝕掉頂層地層，使下伏地層抬升到表面，恢復過程中，要考慮沉積壓實、單層剝蝕、多層連續剝蝕等地質事件，直至全部地層剝蝕完畢。最終得到的是與年代相對應的地層柱。
目前，在埋藏史恢復領域中，廣大學者進行了深入研究。提出減小回剝計算厚度間隔的處理方法來提高計算精度，具有很好的實踐意義；針對計算機自動回剝算法提出了最大深度法；提出標準回剝概念，並認為回剝算法有望成為提高沉降史分析精度的突破口；提出了正演與反演相結合的計算模式，並用面向對象的方法進行計算機建模設計。
上述研究都採用了骨架厚度在各個地層回剝過程中的不變原理進行計算，但是對於骨架厚度的計算採用了地層在現今時刻的頂、底界深度，但這是不準確的，而且以地層為對象闡述恢復原理，對於地層恢復中的地質剝蝕抬升等特殊情況，淺嘗輒止；各個文獻在中使用的埋藏史曲線圖都沒有考慮等深點的處理情況。
技術實現要素：
為了提高埋藏史恢復的精度，更加準確的反映埋藏史演化的整個過程，本發明綜合考慮了基於最大埋深的骨架厚度計算方法以及回剝過程中等深點的處理，設計了一種改進的埋藏史恢復方法。最後用面向對象的方法對本發明的埋藏史恢復方法進行了計算機建模，實現了該地層柱恢復算法，並進行了實驗分析，實驗證明，本發明能夠更加清晰、準確的展示埋藏史曲線圖，能夠很好的處理地層剝蝕、抬升等複雜情況，證明了本發明的合理性與有效性。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是，本發明提供一種改進的埋藏史恢復方法，包含以下幾個步驟:
步驟(1):實驗測定現今地層柱中各個地層參數；
步驟(2):尋找現今地層柱的各地層最大埋深，利用最大埋深計算骨架厚度；
步驟(3):進行地層柱恢復；包括頂層去壓實處理與下伏地層校正兩部分
a.若頂層去壓實地層含有剝蝕量，則先恢復剝蝕量；若沒有剝蝕量，則直接去壓實。
b.若下伏地層地層剝蝕量不等於0且剝蝕量大於該地層頂部深度，則該地層以及該地層以下地層底界深度小於最大深度；若存在等深時間點，則先將地層柱恢復至等深點時刻，再繼續進行地層柱恢復；若下伏地層中不符合上述兩種情況，則利用孔-深方程進行正常去壓實深度校正。
所述步驟(1)中需要測定的地層參數為：沉積厚度、沉積開始時間、沉積結束時間、剝蝕厚度、剝蝕開始時間、剝蝕結束時間和地層巖性。
所述步驟(2)中，先尋找各地層的最大埋深，再用最大埋深時刻的頂界深度與底界深度代入如下公式計算骨架厚度：
ztop＝zbase-zpresentthinkness
式中hskeleton為地層骨架厚度，單位是m；zbase為地層在沉積過程中的最大深度，而不一定是現今時刻地層底部深度，單位是m；zpresentthinkness為地層的厚度，單位是m；ztop為地層在沉積過程中的最大深度與地層厚度的差值，單位是m；是地層所屬巖性的地表孔隙度係數，數值在0～1之間；c是地層所屬巖性的壓實係數。
當所述步驟(3)中判定該頂層去壓實地層剝蝕量為0，地層厚度為0，則判定該地層為全剝蝕地層，恢復地層柱至沉積開始時間。
當所述步驟(3)中需要去壓實校正的下伏地層的剝蝕量大於地層的頂部深度，則該地層厚度不需要去壓實校正，只需要調整地層頂部深度與地步深度。
當所述步驟(3)中地層剝蝕量小於地層的頂部深度，且地層剝蝕量大於上一個地層柱對應該層的上一地層的底部深度，則判定當前地層存在等深點。
使用了如下公式計算該地層的等深點：
a沉積速率的計算：
b等深點時間點計算
其中htop和herosion代表存在等深點的地層柱最頂層需要剝去地層的厚度與剝蝕量，t1是存在等深點的地層柱最頂層地層的沉積開始時間，t0是存在等深點的地層柱最頂層地層的沉積結束時間，vdeposion為最頂層地層在t1->t0時刻的沉積速率。
所述步驟(3)中，使用的骨架厚度進行去壓實校正的地層時使用的孔隙-深度方程進行迭代計算。
與現有技術相比，本發明至少具有以下優點：
(1)能夠對於連續剝蝕、大剝蝕量複雜地質條件進行良好的恢復，而且邏輯清晰，十分易於埋藏史恢復的計算機自動化程序設計與實現。
(2)本發明最大的優點,能夠識別出埋藏史演化過程中的等深點，這一特點對於研究地質構造、盆地演化與油藏生油生烴具有重要的基礎作用。
(3)本發明在進行下伏地層厚度校正時，使用的是基於最大埋深的骨架厚度進行迭代計算，因而恢復結果更加符合實際地質意義，精度更好，可靠性更高。
附圖說明
圖1回剝示意圖；
圖2本發明的埋藏史恢復流程圖；
圖3基於最大埋深的骨架厚度算法流程圖；
圖4埋藏史曲線圖。
具體實施方式
為了使本發明的上述步驟、特徵和優點更加明顯易懂，本發明舉出如下步驟詳細闡述具體實施方法，並配合附圖所示，作詳細說明，最後給出了三組地質複雜程度依次增加的地層柱數據以及本發明的計算機自動回剝結果作為樣例參考。
埋藏史恢復簡介：圖1中黑色折現為某一地層的底界埋深曲線。地層在沉積過程中上覆層逐漸加厚，地層被逐漸壓實，在t2時刻開始發生剝蝕作用，t1時刻剝蝕結束，地層因剝蝕而抬升，隨後逐漸被壓實至關鍵時間點t0時刻，此時壓實深度超過t2時刻深度，在t1至t0中的某個時間點tx，地層埋深達到了t2時刻埋深，稱tx時刻為等深點。在t2～tx時間內，該地層孔隙度不變；tx->t0時間內由於壓實作用，孔隙度繼續減小。
如圖2所示，為本發明的埋藏史恢復的計算機建模方法總體流程圖，反映了本發明的如下步驟：
步驟(1):實驗測定現今地層柱中的各個地質參數；
步驟(2):尋找現今地層柱中各個地層最大埋深，利用最大埋深計算骨架厚度；
步驟(3):進行地層柱恢復，恢復過程中加入等深點的識別與處理，剝蝕地層的恢復；
步驟(4):埋藏史恢復方法的計算機建模與實現。
在步驟(1)中，通過實驗測定現今地層柱的相關地質參數，參數包括：地層沉積厚度，地層剝蝕量，地層沉積開始時間與沉積結束時間，地層剝蝕開始時間與結束時間，地層巖性。
在步驟(2)中，尋找現今地層柱最大埋深的方法如圖3所示，該算法流程圖更加清晰的解釋了最大深度的尋找過程，第一步初始化最大埋深為第n層地層底深，臨時埋深等於0，將n賦值給i；第二步判斷i是否大於0，若等於0，代表第i層地層的最大埋深已經搜索完成，若大於0，繼續向下執行；第三步，臨時埋深加上第i層地層厚度賦值給臨時埋深；第四步，判斷第i地層是否含有剝蝕量，若有剝蝕量，轉到第五步；第五步，臨時埋深加上第i層剝蝕量賦值給臨時埋深；第六步，臨時埋深是否大於最大埋深，若是，轉到第七步，若否直接轉到第八步計算；第七步，臨時埋深賦值給最大埋深；第八步，臨時埋深減去第i層地層剝蝕量賦值給臨時埋深；第九步，將i減去一賦值給i，轉到第二步判斷。
經過以上步驟，能夠得到第n層在地質演化時期的最大埋深，並將最大埋深作為zbase代入如下公式進行計算：
hskeleton＝zbase-ztop-hporosity.
式中hskeleton為地層骨架厚度，單位是「m」；zbase為地層在沉積過程中的最大深度，而不一定是現今時刻地層底部深度，單位是「m」；zpresentthinkness為地層的厚度，單位是「m」；ztop為地層在沉積過程中的最大深度與地層厚度的差值，單位是「m」；是地層所屬巖性的地表孔隙度係數，數值在0～1之間；c是地層所屬巖性的壓實係數。
步驟(3)中，首先判斷分為頂層去壓實層處理與下層深度校正處理兩部分：
①在頂層去壓實層處理過程中，首先判斷頂層剝蝕量與沉積深度是否同時為0，若是，則剝去頂層地層，將頂層沉積開始時間作為關鍵時間點與剝去頂層的地層柱作為時間-地層柱序列，並以當前地層柱為基礎進行下一次的地層柱的恢復；若否，繼續判斷當前剝蝕量是否為0，若否，以剝蝕開時間為關鍵時間點進行地層柱恢復，首先將頂層沉積厚度加上剝蝕厚度作為關鍵時間點的地層厚度，並調整底部深度值，下伏各個地層頂界與底界深度分別加上頂層剝蝕厚度，用此方法調整頂底界。若頂層地層剝蝕厚度為0，則直接剝去頂層地層，進行下伏各個地層的去壓實厚度校正。
②在下伏地層去壓實校正過程中，主要有三種情況，等深時間點的地層柱恢復、正常去壓實校正，存在剝蝕量的地層恢復。若下伏地層地層剝蝕量不等於0且剝蝕量大於該地層頂部深度，則該地層以及該地層以下地層底界深度小於最大深度，根據壓實不可逆原理，該地層以及以下各個地層厚度不需要校正沉積厚度，只需要根據上層地層底部深度調整當前地層頂底界深度；若下伏地層剝蝕量不等於0且剝蝕量不大於該地層頂部深度，該地層剝蝕量大於該地層在前一個地層柱中的上一個地層的底部深度，則該地層中存在等深點，等深點的計算公式如下：
沉積速率的計算：
等深時間點計算:
其中htop和herosion代表存在等深點的地層柱最頂層需要剝去地層的厚度與剝蝕量，t1是存在等深點的地層柱最頂層地層的沉積開始時間，t0是存在等深點的地層柱最頂層地層的沉積結束時間，vdeposion為最頂層地層在t1->t0時刻的沉積速率。
等深時間點與沉積速率計算出來後，用內插法計算出當前等深點地層柱頂層地層的厚度，再根據上層地層底部深度依次調整下伏地層各個地層沉積厚度，恢復方法仍然參照本步驟循環執行，關鍵時間點地層柱恢復完成後，再以此地層柱為基礎進行下一次地層柱恢復。上述兩種恢復判斷都不符合，就是正常的壓實校正厚度方式，使用循環近似迭代法進行計算底部深度。
為了驗證本發明對埋藏史恢復的有效性，我們將上述方法進行了電腦程式實現。並提供一組地層柱的各個地質參數，具體見表4，並輸入算法程序，根據程序輸出的各個時間點地層柱的各個地層的頂底界深度，並繪製埋藏史曲線圖，如圖4所示。
表4地層柱