CN105425316A - 一种基于印模法的古地貌恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于印模法的古地貌恢复方法，属于沉积盆地分析领域。该方法包括以下步骤：待恢复地区的地质与地震资料的收集；选取待恢复地区古地貌恢复目的层的恢复基准面，利用地质与地震资料，确定古地貌恢复的目的层与恢复基准面之间现今残余地层厚度分布特征；利用地质资料，确定待恢复地区的目的层与恢复基准面之间的地层的压实校正系数K的平面分布特征；利用压实校正系数K的平面分布特征对地层残余厚度进行古厚度恢复校正，确定地层古厚度分布特征；利用地层古厚度分布特征，使用印模法确定待恢复地区目的层古地貌。应用本发明可以量化压实差异，提高古地貌恢复精度。

Description

一种基于印模法的古地貌恢复方法

技术领域

本发明涉及一种基于印模法的古地貌恢复方法，属于沉积盆地分析领域。

背景技术

古地貌恢复是沉积盆地分析的重要内容，其恢复的结果是古地貌图。古地貌图代表盆地发育某一时期的某个地层界面凹凸状态。通过古地貌恢复可以还原古环境、确定砂体展布，对于油气勘探有重要指示意义。

古地貌恢复的主要方法有三大类：第一类为通过地层厚度恢复古地貌，包括印模法、残余厚度法、层位拉平法与盆地模拟法；第二类为通过沉积相变化来了解古地质格局，即沉积学方法；第三类为通过地震资料切片等手段刻画古地貌，即地震地貌法。

一、通过地层厚度恢复古地貌

(1)印模法

印模法的技术原理是假设各地层单元的原始厚度不变，视待恢复地貌结束剥蚀开始上覆地层沉积时的地层界面为等时面。利用上覆地层与古地貌之间存在的“镜像”关系，通过上覆地层的厚度恢复古地貌的形态。

(2)残余厚度法

残余厚度法将待恢复地貌结束剥蚀开始上覆地层沉积时作为一等时面，选取沉积地层中某一特殊层段为基准面，将其拉平，该面以上残余厚度的大小表示古地貌的形态。

(3)层位拉平法

层位拉平法是在层序地层学和物探技术上发展起来的，假设各层序原始厚度不变，在三维地震体中，以最大洪泛面为参照，选取对比层序的参照顶底面，将底面时间减去顶面时间，即将顶面拉平，将拉平的面视为古沉积时的湖平面，得到底面的形态即地层沉积前的相对古地貌。发明CN103424773A公布了一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法，应用这种方法使得利用计算机实现古地貌恢复更加简便。

这三种古地貌恢复方法均基于现今地层厚度来恢复古地貌，其优点是可以量化恢复古地形，但是现今残余地层厚度是经过压实改造后的厚度，与地层原始沉积时的厚度还有一定差异。

(4)盆地模拟法

这种方法主要利用盆地模拟软件如BasinMod，通过单井埋藏史模拟，分层系建立压实方程。利用三维盆地模拟通过压实恢复来恢复古地貌。这种方法通过分层系建立压实方程，考虑到了不同层系地层压实差异的影响。但是对于同一地层不同沉积相带之间的横向的压实差异及压实变化的平面分布特征考虑不够充分，导致恢复精度不够。

二、沉积学方法

沉积学方法主要通过编制古地质图了解古构造格局及各地区的剥蚀程度，从而了解研究区古地形特点，然后通过沉积相及古环境分析，研究沉积地层的发育特点和沉积时空配置特征，定性展示古地貌的时空格局。沉积学恢复方法主要利用古地质图、地层等厚图、砂岩等厚图、岩相古地理图等基本图件，同时结合成因相分析、古流向分析、古构造发育特点等手段进行综合研究而得出古地貌。近年来有学者提出的高分辨率层序地层法可以看作是沉积学分析方法的引申。沉积学方法的缺点是只能定性不能定量恢复，而且结果不够直观。

三、地震地貌法

地震地貌法的基本原理是利用各类地震切片和三维可视化工具对地震数据体进行多视角成像，并结合钻井、测井、露头及区域沉积相资料进行综合分析，对这些地震影像做出合乎沉积规律的地貌解释。其优点是形象、逼真、直观、成本低、易实现，缺点是受地震资料品质限制明显，其结果只能定性的指示沉积形态，不能量化古地形。此外地震地貌并不代表真正的原始古地貌，而是现今残留的古地貌。

目前，沉积岩压实实验已经证明，砂岩与泥岩在沉积-成岩-压实的过程中孔隙度变化有较大差异，原始沉积时等厚的砂岩与泥岩在埋深达到2000-3000米时会产生较大的厚度差异。陆相湖盆沉积相变快，不同沉积相带砂地比差异很大，造成同一地层不同沉积相带之间压实差异非常明显，因此，利用上述现有技术进行古地貌恢复的精度较低，不能准确地反映原始地层沉积时期的古地形变化规律，其结果难以满足指导油气勘探的需要。

发明内容

本发明的目的是针对陆相湖盆沉积相变快，不同沉积相带压实差异明显的问题，提供了一种基于印模法的古地貌恢复方法，应用本发明可以量化压实差异，提高古地貌恢复精度。

本发明包括以下步骤：

1、待恢复地区的地质与地震资料的收集，其中：地质数据包括目标区已钻井的地质分层数据、孔隙度数据、岩屑录井数据、砂地比统计数据、地质界面构造图与需要进行古地貌恢复目的层段的沉积相平面图；地震资料包括待恢复目的层段顶底与其内部地质界面的地震层位解释数据。

2、选取待恢复地区古地貌恢复目的层的恢复基准面，利用步骤1收集到的地质与地震资料，确定古地貌恢复的目的层与恢复基准面之间现今残余地层厚度分布特征。

选择古地貌恢复的目的层之上距其最近的对剥蚀地貌有填平补齐性质的地层作为恢复基准面，利用步骤1收集到的地震层位解释数据与钻井地质分层数据，确定目的层与恢复基准面之间的残余地层厚度分布特征。

3、利用步骤1收集到的地质资料，确定古地貌恢复目的层与恢复基准面之间地层的压实校正系数K的平面分布特征。

3.1利用步骤1收集到孔隙度数据、岩屑录井数据，确定纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化的特征。

3.2利用步骤1收集的岩屑录井数据、砂地比统计数据与沉积相平面图，确定目的层与恢复基准面之间地层不同沉积相带的砂地比范围。

3.3利用步骤1收集到的沉积相平面图与构造图，确定不同沉积相带目的层与恢复基准面之间的埋藏深度。

3.4利用步骤3.1得到的纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化规律、步骤3.2得到的不同沉积相带的砂地比范围、步骤3.3得到的不同沉积相带的埋藏深度，确定不同沉积相带的压实校正系数K。

3.5利用步骤3.4确定不同沉积相带的压实校正系数确定待恢复地层压实校正系数K的平面分布特征。

4、利用步骤3得到的压实校正系数K的平面分布特征，对步骤2残余地层厚度进行古厚度恢复校正，确定地层古厚度分布特征。

5、利用步骤4得到的确定地层古厚度分布特征，使用印模法恢复目的层古地貌。

本发明可以量化压实差异，通过对现今的残余地层厚度校正恢复地层原始沉积时的古厚度，进而恢复古地貌，提高了古地貌恢复精度。

附图说明

图1为本发明技术方案流程框图。

图2为查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层沉积相平面图。

图3为查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间残余地层厚度图。

图4为查干凹陷纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版。

图5为查干凹陷巴音戈壁组二段古地貌恢复目的层压实校正系数K平面图。

图6为查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层古厚度图。

图7为查干凹陷巴音戈壁组二段沉积前古地貌图。

具体实施方式

下面结合银额盆地查干凹陷的巴音戈壁组二段地层沉积前的古地貌恢复实例，对本发明实施方式做进一步详细说明。

由图1可知，本发明具体步骤如下：

1、查干凹陷巴音戈壁组二段地质与地震资料的收集。

1.1地质资料包括查干凹陷内钻穿巴音戈壁组二段地层的CC1井、H2井、M10井、X11井、X4井、X5井、X9井、Y1井、Y15井、Y3井、Y54井共11口井的地质分层数据、孔隙度数据、岩屑录井数据、巴音戈壁组二段砂地比统计数据、巴音戈壁组二段内部地质界面构造图与巴音戈壁组二段沉积相平面图。

1.2地震资料包括巴音戈壁组二段顶底及其内部最大湖泛面地震层位解释数据。

2、确定查干凹陷巴音戈壁组二段古地貌恢复的目的层与基准面之间现今的残余地层厚度分布特征。

2.1查干凹陷巴音戈壁组二段是一个完整的三级层序。其底界面是古地貌恢复的目的层，对应地震解释层位为T6；巴音戈壁组二段内部最大湖泛面是较稳定的标志层，对应地震解释层位为T5可以作为恢复的基准面。目的层与基准面之间地层沉积相平面发育规律如图2。

2.2利用巴音戈壁组二段内部最大湖泛面与巴音戈壁组二段底界面地震解释数据，与这两个界面对应的钻井地质分层数据，编制如图3所示的查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间残余地层厚度图。

3、利用步骤1.1收集到的地质资料确定查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层压实校正系数平面分布规律。

3.1利用步骤1.1收集到的岩屑录井资料孔隙度数据，制作如图4所示查干凹陷纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版。

3.2利用步骤1收集的查干凹陷岩屑录井数据、砂地比统计数据与沉积相平面图确定目的层与基准面之间地层不同沉积相带已钻井的砂地比范围；按照岩屑录井数据与砂地比统计数据结果表明：三角洲平原区砂地比为0.5-0.7；三角洲内前缘发育区砂地比为0.3-0.5；三角洲外前缘发育区砂地比为0.1-0.3；湖泊相发育区砂地比为0-0.1。

3.3利用步骤1收集到的查干凹陷巴音戈壁组二段沉积相平面图与巴音戈壁组二段最大洪泛面构造图、巴音戈壁组二段底面构造图，确定查干凹陷不同地区巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层的埋藏深度。

3.4利用步骤3.1得到的查干凹陷纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版、步骤3.2得到的目的层与基准面之间地层不同沉积相带的砂地比范围、步骤3.3得到的不同地区的埋藏深度，确定查干凹陷不同地区巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层的压实校正系数K。

设一套地层其在地表时厚度为H₀，经过埋藏压实深度到z的位置后其厚度变为H_z。定义压实校正系数为K，深度为z的地层的压实校正系数为K_z。K_z等于H₀与H_z的比值。

对于深度为z的纯砂岩或泥岩，由于骨架颗粒体积不变，孔隙度随深度变化，所以有：

式中：为地表孔隙度；为深度z的地层孔隙度；

对于纯砂岩与纯泥岩与可以通过将步骤3.1查干凹陷纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版得到。

由于沉积地层通常是砂泥岩互层的，将沉积地层中砂岩与泥岩两部分区分开，将K分解为泥与砂两部分，对于埋深为z，砂地比为Ps的某沉积相带则有：

K_z＝Km_z×(1-Ps)+Ks_z×Ps(2)

式中：Km_z代表Z深度的泥岩压实校正系数；Ks_z代表Z深度的砂岩压实校正系数；Ps为砂地比。

按照步骤3.3得到的不同地区的埋藏深度z，在步骤3.1查干凹陷纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版获得纯砂岩与纯泥岩与将其结果分别带入公式(1)得到Km_z与Ks_z。将其结果与步骤3.2得到的不同沉积相带的砂地比Ps带入公式(2)即可得到不同地区的压实校正系数K。通过计算可确定查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层三角洲平原地区压实校正系数为1.2-1.4；三角洲内前缘发育区压实校正系数为1.5-1.7；三角洲外前缘发育区压实校正系数为1.7-1.9；湖泊相发育区压实校正系数为1.9-2.2。

3.5利用3.4查干凹陷巴音戈壁组二段不同地区的压实校正系数K编制如图5所示的压实校正系数平面图。

4、利用步骤3.5得到的查干凹陷巴音戈壁组二段地层压实校正系数平面图，对步骤2查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间残余地层厚度图进行古厚度恢复校正。其结果为如图6所示的查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层古厚度图。

5、利用步骤4查干凹陷巴音戈壁组二段底面与最大洪泛面之间地层古厚度图进行印模，3D显示，得到图7所示的查干凹陷巴音戈壁组二段沉积前古地貌图。图中颜色为本技术领域习惯用法，图中冷色(如蓝色区域a、青色区域b、绿色区域c)代表沉积盆地的较深部位、暖色(如黄色区域d、橙色区域e、红色区域f)代表盆地中较浅的部位，白色竖线g代表已钻井位置，色板中的数字代表相对地貌高程，红色指针h指示正北方向。利用图7指导勘探，发现了查干凹陷中央构造带核部及其西翼岩性油藏，新增石油地质储量2381.03万吨，实现了查干凹陷继乌力吉构造带之后的又一次重大突破。

Claims (4)

1.一种基于印模法的古地貌恢复方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：待恢复地区的地质与地震资料的收集；

步骤二：选取待恢复地区古地貌恢复目的层的恢复基准面，利用步骤一收集到的地质与地震资料，确定古地貌恢复的目的层与恢复基准面之间现今残余地层厚度分布特征；

步骤三：利用步骤一收集到的地质资料，确定待恢复地区的目的层与恢复基准面之间的地层的压实校正系数K的平面分布特征；

步骤四：利用步骤三得到的压实校正系数K的平面分布特征对步骤二地层残余厚度进行古厚度恢复校正，确定地层古厚度分布特征；

步骤五：利用步骤四确定的地层古厚度分布特征，使用印模法确定待恢复地区目的层古地貌。

2.根据权利要求1所述的一种基于印模法的古地貌恢复方法，其特征是：待恢复地区的地质数据包括目标区已钻井的地质分层数据、孔隙度数据、岩屑录井数据、砂地比统计数据、地质界面构造图与需要进行古地貌恢复目的层段的沉积相平面图；地震资料包括需要进行古地貌恢复目的层段顶底与其内部重要地质界面的地震层位解释数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于印模法的古地貌恢复方法，其特征是：确定待恢复地区的目的层与恢复基准面之间的地层的压实校正系数平面分布特征的方法包括以下步骤：

利用收集到孔隙度数据、岩屑录井数据，确定纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化的特征；

利用收集的岩屑录井数据与各层段砂地比统计数据与沉积相平面图，确定目的层与恢复基准面之间地层不同沉积相带的砂地比范围；

利用收集到的沉积相平面图与构造图，确定不同沉积相带目的层与恢复基准面之间地层的埋藏深度；

利用纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化规律、不同沉积相带的砂地比范围、不同沉积相带的埋藏深度，确定不地区的压实校正系数K；

利用确定不同沉积相带的压实校正系数与收集到的沉积相平面图确定待恢复地层压实校正系数平面分布特征。

4.根据权利要求3所述的一种基于印模法的古地貌恢复方法，其特征是：不同沉积相带的压实校正系数确定的方法为：

设一套地层其在地表时厚度为H₀，经过埋藏压实深度到z的位置后其厚度变为H_z；定义压实校正系数为K，深度为z的地层的压实校正系数为K_z；K_z等于H₀与H_z的比值；

对于深度为z的纯砂岩或泥岩，由于骨架颗粒体积不变，孔隙度随深度变化，所以有：

式中：为地表孔隙度；为深度为z的孔隙度；

对于纯砂岩与纯泥岩与可以通过纯砂岩与纯泥岩孔隙度随深度变化图版得到；

由于沉积地层通常是砂泥岩互层的，将沉积地层中砂岩与泥岩两部分区分开，对K分解，对于埋深为z，砂地比为Ps的某沉积相带则有：

K_z＝Km_z×(1-Ps)+Ks_z×Ps(2)

式中：Km_z代表Z深度的泥岩压实校正系数；Ks_z代表Z深度的砂岩压实校正系数；Ps为砂地比。