CN113011063B - 基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法 - Google Patents

基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，属于构造应力场模拟技术领域。本发明包括如下步骤：根据待推算地区地层的现今地质构造图，布置方向不同的测线；编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度；根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件；建立古地址模型；有限元数值模拟；测线长度与下一地质历史时期演化后测线长度进行误差分析，直到所有模拟结果满足误差精度；得出合理的古构造应力场边界应力条件；得到合理的古构造应力场状态。本发明通过构造演化剖面编制和数值模拟相结合，能够快捷高效地反演符合地质构造演化规律的古构造应力场状态，为后续油气生成、运移、聚集的研究打下基础。

Description

基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法
技术领域
本发明涉及一种基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，属于构造应力场模拟技术领域。
背景技术
古构造应力场研究对于矿田构造、矿床构造和油气田构造的形成机理、演化历史及其对矿液、元素运移、聚集和油气生成、运移、聚集的研究具有重要意义。但由于古构造应力场已经消失且所处时代极为久远，因而有效的分析测试手段十分匮乏，且准确度不高，所以如何有效研究古构造应力场一直困扰着国内外众多学者。本专利在地质建模基础上，结合构造演化剖面编制和数值模拟，提出一种古构造应力场研究方法，对恢复地质历史时期边界应力条件、反演古构造应力场状态具有较大的现实意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法。
本发明所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，包括如下步骤：
S1：根据待推算地区地层的现今地质构造图，布置方向不同的测线，包括如下小步：
S11：获取待推算地区地层的现今构造图数据；
S12：根据现今构造图数据，形成均匀分布的时间层面数据，得到归位的初始构造模型；
S13：在归位的初始构造模型上布置方向不同的测线；
S2：编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度，包括如下小步：
S21：将现今构造图数据的时间层面数据转化为深度数据，依次编制构造演化剖面；
S22：根据编制研究区的不同测线的构造演化剖面；
S23：测量各条测线在不同地质历史时期的长度；
S3：根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件；
S4：获取古构造应力场的反演结果，包括如下小步：
S41：建立古地址模型；
S42：有限元数值模拟；
S43：测线长度与下一地质历史时期演化后测线长度进行误差分析，直到所有模拟结果满足误差精度；
S44：得出合理的古构造应力场边界应力条件；
S45：得到合理的古构造应力场状态。
优选地，所述步骤S3中，将某一地质时期测线长度与前一地质时期测线长度进行对比，若前者大于后者，边界应力为张应力，反之为压应力，同时根据测线长度差值预判边界应力的大小。
优选地，所述步骤S4中，根据步骤S2中构造演化剖面结果，建立不同地质历史时期地质模型，标注相应的测线，之后根据S3初步确定边界初始应力条件，测量各条测线变形后的长度，与下一个地质历史时期由构造演化剖面得到的测线长度进行对比和误差分析，直至所有测线的数值模拟结果符合误差要求，最终得到该地质历史时期符合地质构造演化规律的古构造应力场边界应力条件及模拟结果。
优选地，所述步骤S4中，地质历史时期结束各条测线长度均大于上一时期结束各条测线长度，说明在上一时期经历了伸展变形，由此初步判断施加在上一时期地质模型上的边界应力为张应力。
优选地，所述步骤S42中，有限元数值模拟包括如下内容：
进行网格划分：确定断层步长、地层步长和围岩步长；
确定划分节点数量和单元数量。
优选地，所述步骤S43中，测线长度包括如下内容：
在南北方向施加张应力，在东西方向施加张应力后，经过数值模拟，计算七条测线的长度，之后与上一时期结束各条测线演化长度进行比对和误差分析。
优选地，所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件的合理判断依据是：
各条测线的数值模拟结果的误差均不超过±8％。
优选地，所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件为：南北方向所受张应力，以及东西方向所受的张应力。
本发明的有益效果是：本发明所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，通过构造演化剖面编制和数值模拟相结合，能够快捷高效地反演符合地质构造演化规律的古构造应力场状态，为后续油气生成、运移、聚集的研究打下基础。
附图说明
图1是本发明的流程原理框图。
图2是实施例2中现今恩平组顶面构造图。
图3是实施例2中现今地质模型中各测线的布置图。
图4是实施例2中A-D各测线构造演化剖面图。
图5是实施例2中D-G各测线构造演化剖面图。
图6是实施例2中文昌组沉积期)网格划分模型图。
图7是实施例2中文昌组沉积期模型约束的加载图。
图8是实施例2中恩平组地质模型中各测线的布置图。
图9是实施例2中恩平组沉积期最小主应力分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
实施例1：
如图1所示，本发明所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，包括如下步骤：
S1：根据待推算地区地层的现今地质构造图，布置方向不同的测线，包括如下小步：
S11：获取待推算地区地层的现今构造图数据；
S12：根据现今构造图数据，形成均匀分布的时间层面数据，得到归位的初始构造模型；
S13：在归位的初始构造模型上布置方向不同的测线；
S2：编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度，包括如下小步：
S21：将现今构造图数据的时间层面数据转化为深度数据，依次编制构造演化剖面；
S22：根据编制研究区的不同测线的构造演化剖面；
S23：测量各条测线在不同地质历史时期的长度；
S3：根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件；
S4：获取古构造应力场的反演结果，包括如下小步：
S41：建立古地址模型；
S42：有限元数值模拟；
S43：测线长度与下一地质历史时期演化后测线长度进行误差分析，直到所有模拟结果满足误差精度；
S44：得出合理的古构造应力场边界应力条件；
S45：得到合理的古构造应力场状态。
所述步骤S3中，将某一地质时期测线长度与前一地质时期测线长度进行对比，若前者大于后者，边界应力为张应力，反之为压应力，同时根据测线长度差值预判边界应力的大小。
所述步骤S4中，根据步骤S2中构造演化剖面结果，建立不同地质历史时期地质模型，标注相应的测线，之后根据S3初步确定边界初始应力条件，测量各条测线变形后的长度，与下一个地质历史时期由构造演化剖面得到的测线长度进行对比和误差分析，直至所有测线的数值模拟结果符合误差要求，最终得到该地质历史时期符合地质构造演化规律的古构造应力场边界应力条件及模拟结果。
所述步骤S4中，地质历史时期结束各条测线长度均大于上一时期结束各条测线长度，说明在上一时期经历了伸展变形，由此初步判断施加在上一时期地质模型上的边界应力为张应力。
所述步骤S42中，有限元数值模拟包括如下内容：
进行网格划分：确定断层步长、地层步长和围岩步长；
确定划分节点数量和单元数量。
所述步骤S43中，测线长度包括如下内容：
在南北方向施加张应力，在东西方向施加张应力后，经过数值模拟，计算七条测线的长度，之后与上一时期结束各条测线演化长度进行比对和误差分析。
所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件的合理判断依据是：
各条测线的数值模拟结果的误差均不超过±8％。
所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件为：南北方向所受张应力，以及东西方向所受的张应力。
实施例2：
下面结合图2所示的文昌凹陷恩平组沉积期古构造应力场反演为例说明本实施方式。
S1：根据现今构造图布置测线(图3)。
S2：编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度(图4，图5)。
S3：根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件。
S4：按照构造演化剖面结果建立不同地质历史时期地质模型，标注相应的测线，设置模拟精度误差标准，使计算机在古地质模型上加载边界应力条件，将数值模拟得出的模拟测线长度与下一个地质历史时期实际演化后测线长度进行比对，最终得到满足精度的不同地质历史时期古构造应力场模拟结果。
本实施方式中，所述边界应力条件未知的研究区位置处于珠江口盆地西部珠三坳陷的文昌凹陷，呈北东-南西走向，为一“南断北超”的新生代箕状断陷，由老到新依次发育了神狐组、文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组等，特点是烃源岩复杂、油气类型多样且分布复杂。研究表明：类型多样的烃源岩、差异性的热演化程度、复杂的油气成藏类型，是文昌凹陷油气类型多样且复杂分布的决定性因素。文昌凹陷发育文昌组、恩平组“两套四类”烃源岩，即文昌组中深湖相偏腐泥型混合型、文昌组滨浅湖相偏腐殖型混合型、恩平组滨浅湖相腐殖/腐泥混合型和恩平组河沼相腐殖型烃源岩，分别具有不同的有机地球化学特征与生烃潜力，详见表1。
表1地质模型岩石力学参数表
Figure BDA0002963570330000051
步骤S1中根据现今构造图布置测线的具体方法为：根据恩平组现今顶面构造图，布置不同方向的7条测线(图3)。
步骤S2中编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度的具体方法为：
通过编制研究区7条测线的构造演化剖面(图4，图5)，测量各条测线在不同地质历史时期的长度。文昌组沉积期结束各条测线演化长度分别是AA’长82.6km、BB’长42.7km、CC’长65.3km、DD’长132.5km、EE’长50.9km、FF’长55.6km、GG’长39.2km。恩平组沉积期结束各条测线演化长度分别是AA’长83.2km、BB’长43.1km、CC’长66.5km、DD’长135.8km、EE’长52.5km、FF’长56.7km、GG’长40.8km。
步骤S3中根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件的具体方法为：
恩平组沉积期结束各条测线长度均大于文昌组沉积期结束各条测线长度，说明在文昌组沉积期经历了伸展变形，由此初步判断施加在文昌组沉积期地质模型上的边界应力为张应力。
步骤S4中按照构造演化剖面结果建立不同地质历史时期地质模型(图6)，标注相应的测线，设置模拟精度误差标准，使计算机在该古地质模型上加载边界应力条件，将数值模拟得出的模拟测线长度与下一个地质历史时期实际演化后测线长度进行比对，最终得到满足精度的不同地质历史时期古构造应力场模拟结果的具体方法为：
根据构造演化剖面(图7，图8)，建立文昌组沉积期地质模型，进行网格划分，断层步长250，地层步长350，围岩步长500，一共划分568432个节点，3369857个单元。之后在该模型上标注测线。在该地质体模型上的南北方向施加100MPa的张应力，在东西方向施加90MPa的张应力后，详见表2。
表2文昌组和恩平组沉积期各条测线演化长度及模拟误差分析表
Figure BDA0002963570330000052
Figure BDA0002963570330000061
经过表2数值模拟可知，计算七条测线的长度，分别为AA’长79.6km、BB’长40.3km、CC’长61.5km、DD’长142.8km、EE’长49.5km、FF’长54.7km、GG’长37.8km，之后与恩平组沉积期结束各条测线演化长度进行比对和误差分析，结果误差均不超过±8％，所以该数值模拟结果较为合理(图9)。
根据上述方法，反演出了古构造应力场的边界应力条件，即在恩平组沉积期，该研究区的边界应力条件为南北方向受100MPa的张应力，在东西方向受90MPa的张应力。
本发明可广泛运用于构造应力场模拟场合。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据待推算地区地层的现今地质构造图，布置方向不同的测线，包括如下小步：
S11：获取待推算地区地层的现今构造图数据；
S12：根据现今构造图数据，形成均匀分布的时间层面数据，得到归位的初始构造模型；
S13：在归位的初始构造模型上布置方向不同的测线；
S2：编制构造演化剖面，还原测线在不同地质历史时期的长度，包括如下小步：
S21：将现今构造图数据的时间层面数据转化为深度数据，依次编制构造演化剖面；
S22：根据编制研究区的不同测线的构造演化剖面；
S23：测量各条测线在不同地质历史时期的长度；
S3：根据测线长度变化确定不同地质历史时期的边界应力条件；
S4：获取古构造应力场的反演结果，根据步骤S2中构造演化剖面结果，建立不同地质历史时期地质模型，标注相应的测线，之后根据S3初步确定边界初始应力条件，测量各条测线变形后的长度，与下一个地质历史时期由构造演化剖面得到的测线长度进行对比和误差分析，直至所有测线的数值模拟结果符合误差要求，最终得到该地质历史时期符合地质构造演化规律的古构造应力场边界应力条件及模拟结果，包括如下小步：
S41：建立古地质模型；
S42：有限元数值模拟；
S43：测线长度与下一地质历史时期演化后测线长度进行误差分析，直到所有模拟结果满足误差精度；
S44：得出古构造应力场边界应力条件；
S45：得到古构造应力场状态。
2.根据权利要求1所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S3中，将某一地质时期测线长度与前一地质时期测线长度进行对比，若前者大于后者，边界应力为张应力，反之为压应力，同时根据测线长度差值预判边界应力的大小。
3.根据权利要求1所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S4中，地质历史时期结束各条测线长度均大于上一时期结束各条测线长度，说明在上一时期经历了伸展变形，由此初步判断施加在上一时期地质模型上的边界应力为张应力。
4.根据权利要求3所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S42中，有限元数值模拟包括如下内容：
进行网格划分：确定断层步长、地层步长和围岩步长；
确定划分节点数量和单元数量。
5.根据权利要求4所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S43中，在南北方向施加张应力，在东西方向施加张应力后，经过数值模拟，计算测线的长度，之后与下一时期结束各条测线演化长度进行比对和误差分析。
6.根据权利要求5所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件的合理判断依据是：
各条测线的数值模拟结果的误差均不超过±8%。
7.根据权利要求1或6所述的基于构造演化剖面的古构造应力场反演方法，其特征在于，所述步骤S44中，古构造应力场边界应力条件为：南北方向所受张应力，以及东西方向所受的张应力。
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