軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法與流程
2023-06-10 19:42:56 1
本發明涉及軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法，屬於地質技術領域。
背景技術：
地球軌道周期的變化對氣候變化的驅動和影響已被米蘭科維奇天文周期理論所證實。軌道周期變化在地層記錄中多表現為巖石礦物成分及其含量、巖石結構及沉積構造等地層屬性的變化，進而影響巖石可鑽性、研磨性等技術指標。但如何正確解決軌道周期在地層記錄中的顯現問題，是地質和地球物理領域的關鍵問題。記錄於沉積地層中的軌道周期性變化能以碎屑巖的厚度變化、顆粒大小、豐度、礦物成分、有機質含量和沉積物的結構與構造變化表現出來，並能在測井曲線上得到很好地反映。而且，軌道周期量級是米級或略大，這也恰好落在測井解析度的範圍內，因此，可選擇適宜的數學統計方法和數據處理程序從測井曲線中識別軌道周期。旋迴地層學的研究方法目前主要集中在從地層記錄中識別提取軌道周期信息，要麼從巖石的堆疊樣式，要麼從巖石的物理信號中提取軌道周期信息成分，但這只是問題的一個方面，屬於問題反演方面。其實在問題的正演模型沒有建立的情況下，反演結果往往具體多解和不確定性。在野外露頭開展軌道周期研究中的最大困難就是常常遇到大套的等間距層理組合而不出現軌道周期層理「束狀體」，在用測井信號識別軌道周期時，最大的困難是有些層段保留的軌道周期信號弱而不被識別，因此需要應用計算機技術按照軌道周期理論值，分別構建具有不同尺度、不同周期強度、不同信噪比條件下的軌道周期疊加測井信號，開展正演模擬的研究，需要大量組合試驗工作。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有軌道周期反演識別研究方法存在的上述缺陷，提出了一種軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法，藉助計算機應用技術，通過構建了部分參數組合條件下的模擬模型，按照軌道周期理論，人工模擬軌道周期信號，按照一定方案驅動地層的堆積過程，形成理想狀態下軌道周期驅動的地層結構，並不斷改進完善，模擬並比對實際地層堆積樣式，從另一方面對地層米氏周期的記錄加以確認。發展和完善旋迴地層學研究理論與方法。
本發明是採用以下的技術方案實現的：一種軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法，包括下列步驟：
步驟一：利用正弦或餘弦函數的周期性構造出軌道周期的測井曲線模型：
第一步：指定2π、π/2分別代表地球公轉軌道的偏心率長周期和短周期400ka、100ka，π/5代表黃赤交角的變化周期，π/10代表歲差變化周期20ka，其符合軌道周期的主要周期比20ka：40ka：100ka：400ka≈1：2：5：20；
第二步：將符合軌道周期的主要周期比通過函數y＝sinx，y＝sin4x，y＝sin10x，y＝sin20x來實現，把不同函數複合在一起便得到軌道周期的測井曲線模型；
第三步：通過上述複合後的函數，得到不同軌道周期組合的模擬響應曲線；
第四步：分析軌道周期在測井曲線中的體現；
步驟二：對構造的不同軌道周期組合的模擬曲線進行分類研究，並用不同的巖性代表所分的類，從而構造出軌道周期組合的巖性模擬模型；
步驟三：構建加入噪音信號的軌道周期組合的模型，與未加入噪音信號的模型對比分析。
進一步地，步驟一第二步中不同的函數複合在一起就得到了不同軌道周期組合的模擬響應曲線；因地質記錄是非常複雜的，故略掉了單一周期的模型建立，主要選擇兩種周期組合，三種周期組合和四種周期組合共11種組合，並得到不同複合後的函數的小波波譜圖，即：y＝sinx+sin4x，y＝sinx+sin10x，y＝sinx+sin20x，y＝sin4x+sin10x，y＝sin4x+sin20x，y＝sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x，y＝sinx+sin4x+sin20x，y＝sin4x+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x+sin20x。
進一步地，步驟一第二步的測井曲線中，x的取值是從0到10π之間的2000個數，其取值間隔均為2π/400，並指定取值間隔2π/400代表實際測井的採樣間距0.125m，換算後即為模擬信號對應的深度列。
進一步地，步驟一第二步中，軌道周期的測井曲線模型中所包含的時間周期分別為0.314，0.628，1.571，6.283，對應的厚度周期分別是2.5m，5m，12.5m，50m，周期個數為100，50，20，5個。
進一步地，步驟二中每種周期組合的模擬巖性呈現出規則的旋迴變化，並且不同周期組合得到的模擬巖性組合也是不同的。
進一步地，步驟二中多層且薄層的巖層形成於周期大小差別懸殊的周期組合。
進一步地，在地質時期內，同一巖性的大套巖層的沉積受天文周期中的低頻信息的驅動，同一巖性的薄層巖層的沉積受天文周期中的高頻信息的驅動。
本發明的有益效果是：本發明所述的軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法，與現有技術相比，野外鑽井取芯或觀察巖層露頭剖面時，我們可以根據露頭剖面的巖性組合模式初步推斷地層記錄的軌道周期旋迴層，即若是遇到同一巖性大套出現的巖層層段，就可以推斷此層段處可能保存相對大周期的旋迴層；相反若是遇到同一巖性薄層巖層層段，可以推斷此層段處保存小周期的旋迴層，而對複雜巖性互層組合則可根據本正演模擬巖性組合模型加以判識，這對於進一步深入研究沉積環境，礦產勘探等具有借鑑意義。總之，根據不同軌道周期組合的巖性模擬模型得出的規律對露頭巖層中記錄的軌道周期層進行推斷，為進一步的研究提供借鑑依據。
附圖說明
圖1是本發明的正演模擬信號。
圖2是本發明的巖性模擬圖。
圖3是本發明的軌道周期組合巖性模擬圖。
圖4是加噪前後模擬巖性對比圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實例，對本發明提出的軌道周期調諧的地層堆積樣式正演模擬方法進行詳細說明。
本發明提出了構建方法，並構建了部分參數組合條件下的模擬模型，兩種周期疊加條件下四種及兩種巖性組合地質模型、三種周期疊加條件下四種及三種巖性組合地質模型、四種周期疊加條件下四種及三種巖性組合地質模型等。
一、理想信號條件下的模擬方法
利用正弦或餘弦函數的周期性構造出軌道周期的測井曲線模型，指定2π、π/2分別代表地球公轉軌道的偏心率長周期和短周期400ka、100ka，π/5代表黃赤交角的變化周期40ka，π/10代表歲差變化周期20ka，其符合軌道周期的主要周期比20ka：40ka：100ka：400ka≈1：2：5：20。對應的函數分別為y＝sinx，y＝sin4x，y＝sin10x，y＝sin20x，把不同的函數複合在一起就得到了不同軌道周期組合的模擬響應曲線。地質記錄是非常複雜的，故排除了單一周期的模型建立，分別研究了兩種周期組合，三種周期組合和四種周期組合共11種組合，即：y＝sinx+sin4x，y＝sinx+sin10x，y＝sinx+sin20x，y＝sin4x+sin10x，y＝sin4x+sin20x，y＝sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x，y＝sinx+sin4x+sin20x，y＝sin4x+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x+sin20x。圖1所示為y＝sinx+sin4x+sin10x、y＝sinx+sin4x+sin20x、y＝sin4x+sin10x+sin20x三種軌道周期組合的正演模擬信號。為使軌道周期在測井曲線中得到體現，x的取值是從0到10π之間的2000個數，其取值間隔均為2π/400，並指定取值間隔2π/400代表實際測井的採樣間距0.125m，換算後即為模擬信號對應的深度列。
基於Matlab軟體平臺，對構造的不同軌道周期組合的模擬曲線進行分類研究，並用不同的巖性代表所分的類，從而構造出軌道周期組合的巖性模擬模型，在Carbon軟體中成圖。圖2中只列出三種周期組合的500個點的四類巖性模擬圖。圖2(a)是20ka，40ka與100ka組合的巖性模擬圖，圖2(b)是20ka，40ka與400ka組合的巖性模擬圖，圖2(c)是20ka，100ka與400ka組合的巖性模擬圖，圖2(d)是40ka，100ka與400ka組合的巖性模擬圖。觀察圖2發現，每種組合的模擬巖性呈現出規則的旋迴變化，並且不同周期組合得到的模擬巖性組合也是不同的。
為突出不同軌道周期組合的模擬巖性組合特徵，在此對每種組合提取了800個點進行巖性模擬，如圖3所示。對部分組合中出現的巖性組合小旋迴中每種巖性出現的次數及厚度進行統計，列於表1。
表1軌道周期組合巖性束狀體中巖層厚度及顯現次數
由圖3可以發現，無論哪種組合都有以下規律：(1)模擬巖性組合都呈現出規則的束狀體變化，即出現巖性組合小旋迴；(2)由表1可以看出，當周期大小差別比較大的周期組合在一起時，容易形成多層且薄層的巖層，例如表1中周期最小的歲差周期20ka與周期最大的偏心率長周期400ka的組合中的巖性組合小旋迴中共形成了50多層巖層，是兩種周期組合中形成巖層層數最多的，三種周期組合中周期差別最大的20ka，100ka與400ka組合時，形成的巖層層數是26，是三種周期組合中形成巖層層數最多的；(3)當高頻信息組合在一起時，對應的模擬巖性中同一巖性的巖層大都是薄層，故同樣巖層厚度內出現的巖性組合束狀體的個數多，如圖3(a)，圖3(b)等；當低頻信息組合在一起時，對應的模擬巖性中同一巖性的巖層大都是厚層，故同樣巖層厚度內出現的巖性組合束狀體的個數少，如圖3(c)，3(e)等。即可以得出這樣的結論：在地質時期內，同一巖性的大套巖層的沉積主要受天文周期中的低頻信息的驅動，同一巖性的薄層巖層的沉積主要受天文周期中的高頻信息的驅動。按照此研究結果，野外鑽井取芯或觀察巖層露頭剖面時，我們可以根據露頭剖面的巖性組合模式初步推斷地層記錄的軌道周期旋迴層，即若是遇到同一巖性大套出現的巖層層段，就可以推斷此層段處可能保存相對大周期的旋迴層；相反若是遇到同一巖性薄層巖層層段，可以推斷此層段處保存小周期的旋迴層，而對複雜巖性互層組合則可根據本正演模擬巖性其他組合模型加以判識，這對於進一步深入研究沉積環境，礦產勘探等具有借鑑意義。
二、加噪條件下的模擬方法
上述建立的模型是最理想，沒有任何噪音信號的模型，為了更接近於實際測井信號，在這裡又構建了加入噪音信號的不同周期組合的巖性模擬模型。圖形的構造是在y值(GR)的基礎上加一隨機噪音信號，代碼如下：
x＝2*pi/400:2*pi/400:2.5*pi；
y1＝sin(x)；
y2＝sin(4*x)；
y3＝sin(10*x)；
y＝y1+y2+y3；
y＝y.』；
b＝rand(2000,1)；
c＝5*b+y；
跟前文所述方法一樣，對構造的加噪後模擬曲線進行分類，並用不同的巖性表示所分的類，構造出加噪後周期組合的巖性模擬模型，圖4列出40ka，100ka和400ka組合的加噪後巖性模擬模型。
由圖4可以看出，加噪後的模擬巖層層數以及巖性組合模式種類增加，但其巖性組合模式總體上仍然可以與理想的模擬巖性組合模式對應，由此說明，我們所構建的模型在一定誤差範圍內具有可信性，在實際研究中，我們可以根據不同軌道周期組合的巖性模擬模型得出的規律對露頭巖層中記錄的軌道周期層進行推斷，為進一步的研究提供借鑑依據。
當然，上述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定對本發明的實施例範圍。本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的均等變化與改進等，均應歸屬於本發明的專利涵蓋範圍內。