CN113935153B - 基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质分析领域，提供一种基于源汇‑ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，包括：获取现代地貌实例，构建现代地貌DEM数据；将现代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得现代地貌响应模型和现代源汇体系；对古代地貌实例进行恢复处理，获得恢复后的古代地貌；通过恢复后的古代地貌获取古代地貌DEM数据；将古代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得古代地貌响应模型和古代源汇体系；通过现代地貌响应模型对古代地貌响应模型进行校验，获得古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果。本发明可以针对古代地貌实例进行水系拾取，从而进行古水系分析；古水系相关参数和组合样式的差异性能够有效揭示沉积体或储层差异性，克服了传统人为拾取水系的主观性和不确定性。

Description

基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法

技术领域

本发明涉及地质分析领域，尤其涉及一种基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法。

背景技术

水系的发育受到构造运动、地貌形态和表层岩性的影响，其中1)构造运动是水系发育的内在动力，断裂构造对水系的走向、分散特征影响大；2)地貌形态差异主要表现在源区的形态和边界条件上，近圆状和条带状源区在陡缓坡的水系单元和水系格局上具有不同程度的变化；3)表层岩性差异会导致水系组合样式的差异并控制搬运物质总量。水系作为搬运沉积物的媒介，其形态特征、河网系数及组合样式对于优势沉积体堆积位置、性质、规模及优质储层发育具明显控制作用。

对于水系的提取，目前大多数研究都是基于DEM数据对现代地貌单元自动提取流域水系，从而生成数字流域模拟模型，模拟的结果可代表实际流域水系的分布和结构，对于源-汇研究有重要意义。但目前此方法主要应用于现代地貌单元，无法直接通过卫星数据获取古代地貌单元的DEM(数字高程模型)。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于，解决现有技术中，无法直接通过卫星数据获取古代地貌单元的DEM数字高程模型的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，包括：

S1：获取现代地貌实例，通过所述现代地貌实例构建现代地貌DEM数据；

S2：将所述现代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得现代地貌响应模型和现代源汇体系；

S3：获取古代地貌实例，对所述古代地貌实例进行恢复处理，获得恢复后的古代地貌；

S4：通过所述恢复后的古代地貌获取古代地貌DEM数据；

S5：将所述古代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得古代地貌响应模型和古代源汇体系；

S6：通过所述现代地貌响应模型对所述古代地貌响应模型进行校验，获得古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果。

优选地，步骤S2具体为：

S21：通过所述现代地貌DEM数据构建所述现代源汇体系；

S22：通过所述现代源汇体系获得现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，构建所述现代地貌响应模型；

优选地，步骤S21具体为：

S211：对所述现代地貌DEM数据进行填洼处理，获得填洼后的现代地貌模型；

S212：计算获得所述填洼后的现代地貌模型的现代水系流向数据和现代水系流量数据；

S213：通过所述现代水系流向数据和所述现代水系流量数据计算获得现代河网水系数据；

S214：设置河网分级阈值，通过所述河网分级阈值对所述现代河网水系数据进行分级处理，获得分级后的河网水系数据；

S215：对所述分级后的河网水系数据进行矢量化处理，获得矢量化后的河网水系数据；

S216：对所述矢量化后的河网水系数据进行流域单元自动化分，获得所述现代源汇体系。

优选地，步骤S22中；

所述现代水系与边界条件之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的坡度信息，具体为：小于10°为缓坡，否则为陡坡；陡坡水系河网系数≤1表示为单支平形状水系，陡坡水系河网系数＞1.2表示为缓坡水系；

所述现代水系与断裂样式之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的水系走向，具体为：干流线性排列与边界断裂垂直相交，斜交断裂改造水系走向；

所述现代水系与母岩岩性之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中各区域的岩层信息，具体为：硅质岩成砂率普遍大于70％，沉积区响应大型扇体，灰质岩成砂率普遍小于30％，沉积区响应小型朵叶扇体。

优选地，步骤S3具体为：

S31：对所述古代地貌实例进行不同时期断裂活动差异和沉积地层厚度演化规律分析，对所述古代地貌实例的差异沉降进行校正；

S32：获取所述古代地貌实例的剥蚀区范围，通过物质总量守恒原理和地层倾角恢复法，对所述剥蚀区范围进行剥蚀量恢复；

S33：建立所述古代地貌实例中不同流域和沉积区的对应关系，获得所述恢复后的古代地貌。

优选地，步骤S5中所述古代地貌响应模型和所述古代源汇体系的获得方式，与步骤S2中所述现代地貌响应模型和所述现代源汇体系的获得方式相同；

所述古代地貌响应模型表示所述古代地貌DEM数据中，古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系。

优选地，步骤S6具体为：

S61：将所述现代地貌响应模型中现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，与所述古代地貌响应模型中古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系进行分析校验，获得校验结果；

S62：通过所述校验结果获得所述古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果，具体为：通过地震剖面明确沟谷类型、位置和数量，匹配水系出水口与沟谷间的关系，明确优势沉积体入口，通过格架剖面和井柱子验证沉积扇体展布范围和性质。

本发明具有以下有益效果：

1、可以针对古代地貌实例进行水系拾取，通过获取的古代地貌DEM数据进行古水系分析；

2、古水系相关参数和组合样式的差异性能够有效揭示沉积体或储层差异性，通过ArcMap进行水系自动化拾取克服了传统人为拾取水系的主观性和不确定性。

附图说明

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为本发明现代地貌DEM数据与现代地貌响应模型示意图；

图3为本发明构建现代源汇体系流程图；

图4为本发明现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系图；

图5为本发明母岩岩性恢复流程图；

图6为本发明古代地貌恢复流程图；

图7为本发明古代水系预测结果图；

图8为本发明古代沉积体响应预测结果图；

图9为本发明沉积体校验图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提供一种基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，包括：

S1：获取现代地貌实例，通过所述现代地貌实例构建现代地貌DEM数据；

S2：将所述现代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得现代地貌响应模型和现代源汇体系；

S3：获取古代地貌实例，对所述古代地貌实例进行恢复处理，获得恢复后的古代地貌；

S4：通过所述恢复后的古代地貌获取古代地貌DEM数据；

具体操作为：将petrel软件生成的恢复后的古代地貌结果导出为CPS-3grid格式文件，并将其后缀名改为“.grd”，形成grd格式模型，导入Global Mapper将grd文件转换为古代地貌DEM数据，并导出；

S5：将所述古代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得古代地貌响应模型和古代源汇体系；

S6：通过所述现代地貌响应模型对所述古代地貌响应模型进行校验，获得古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果。

参照图2，本实施例中，步骤S2具体为：

S21：通过所述现代地貌DEM数据构建所述现代源汇体系；

S22：通过所述现代源汇体系获得现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，构建所述现代地貌响应模型；

参照图3，本实施例中，步骤S21具体为：

S211：对所述现代地貌DEM数据进行填洼处理，获得填洼后的现代地貌模型；

具体操作为：将现代地貌DEM数据加载进ArcMap软件，在ArcToolbox中点击"Spatial Analyst工具\水文分析\填洼"，去除地形误差，防止后续水系不连续；

S212：计算获得所述填洼后的现代地貌模型的现代水系流向数据和现代水系流量数据；

具体操作为：在ArcToolbox中点击"Spatial Analyst工具\在水文分析\流向"，在显示的流向对话框内，"输入表面栅格数据"选择上一步填洼后的栅格图，设置输出流向栅格数据，其余的默认，计算现代水系流向数据；

在ArcToolbox中点击"Spatial Analyst工具\水文分析\流量"，在显示的流量对话框内，"输入流向栅格"选择上一步生成的现代水系流向数据的栅格数据，设置输出蓄积栅格数据，其余的默认，形成现代水系流量数据；

S213：通过所述现代水系流向数据和所述现代水系流量数据计算获得现代河网水系数据；

具体操作为：在Arctoolbox内，点击"Spatial Analyst工具\地图代数\栅格计算器"，在显示的栅格计算器对话框中输入下面的公式，Con("FlowAcc_Flow2">800,1)，FlowAcc_Flow2为上一步得到的现代水系流量数据的栅格，此公式将流量大于800的栅格数值全部设置为1；

S214：设置河网分级阈值，通过所述河网分级阈值对所述现代河网水系数据进行分级处理，获得分级后的河网水系数据；

具体操作为：河网分级阈值根据研究区的情况确定，并非固定值；

在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\水文分析\河网分级"，在显示的栅格河网矢量化对话框内，“输入河流栅格数据”选择设置河网分级阈值重新计算后的河流栅格，“输入流向栅格数据”选择之前制作流向数据得到的“现代水系流向数据”数据，其余默认，得到分级后的河网水系数据；

S215：对所述分级后的河网水系数据进行矢量化处理，获得矢量化后的河网水系数据；

具体操作为：在显示的栅格河网矢量化对话框内，“输入河流栅格数据”选择分级后的河网水系数据，“输入流向栅格数据”选择之前制作流向数据得到的现代水系流向数据，设置输出折线要素，其余默认，得到矢量化后的河网水系数据；

S216：对所述矢量化后的河网水系数据进行流域单元自动化分，获得所述现代源汇体系；

具体操作为：基于矢量化后的河网水系数据的结果，在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\水文分析\盆域分析"根据“现代水系流向数据”对河网进行流域单元自动化分，建立现代源汇体系。

参照图4，本实施例中，步骤S22中；

所述现代水系与边界条件之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的坡度信息，具体为：小于10°为缓坡，否则为陡坡；陡坡水系河网系数≤1表示为单支平形状水系，陡坡水系河网系数＞1.2表示为缓坡水系；

具体操作为：在ArcToolbox中，点击“Data Management Tool\投影和变换\栅格\投影栅格”，在显示的投影栅格对话框中，“输入栅格”选择初始DEM文件，选择合适的输出坐标系，完成现代地貌DEM数据的投影；投影后，在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\表面分析\坡度"，在显示的坡度对话框中，“输入栅格”选择现代地貌DEM数据的投影文件，“输出测量单位”选择“DEGREE”，“方法”选择“PLANAR”，Z因子设置为1，得到坡度信息；

所述现代水系与断裂样式之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的水系走向，具体为：干流线性排列与边界断裂垂直相交，斜交断裂改造水系走向；

参考图5，母岩岩性需要通过恢复获得，所述现代水系与母岩岩性之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中各区域的岩层信息，具体为：硅质岩成砂率普遍大于70％，沉积区响应大型扇体，灰质岩成砂率普遍小于30％，沉积区响应小型朵叶扇体。

参照图6，本实施例中，步骤S3具体为：

S31：对所述古代地貌实例进行不同时期断裂活动差异和沉积地层厚度演化规律分析，对所述古代地貌实例的差异沉降进行校正；

具体为：基于地层趋势恢复及沉积通量守恒法则，在构造演化阶段和各阶段残余地貌刻画基础上，划分不同关键沉积时期构造-沉积单元；通过对不同时期断裂活动差异和沉积地层厚度演化规律的分析，明确差异沉降规律和沉积基准面，对差异沉降进行校正；

S32：对剥蚀区范围进行界定，获取所述古代地貌实例的剥蚀区范围，通过物质总量守恒原理和地层倾角恢复法，对所述剥蚀区范围进行剥蚀量恢复；

S33：建立所述古代地貌实例中不同流域和沉积区的对应关系，获得所述恢复后的古代地貌；

具体为：完善沉积时期古地貌格架恢复，并对剥蚀区和沉积区的源-汇单元分级划分，建立不同流域和沉积区对应关系，完善沉积时期原型盆地的恢复，最终获得恢复后的古代地貌。

本实施例中，步骤S5中所述古代地貌响应模型和所述古代源汇体系的获得方式，与步骤S2中所述现代地貌响应模型和所述现代源汇体系的获得方式相同；

所述古代地貌响应模型表示所述古代地貌DEM数据中，古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系。

参照图7-9，本实施例中，步骤S6具体为：

S61：将所述现代地貌响应模型中现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，与所述古代地貌响应模型中古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系进行分析校验，获得校验结果；

结果显示，在三要素相同的情况下，沉积扇体的规模、大小及性质具有相似性，尤其在缓坡/稳定斜坡—边界断裂—火成岩/变质岩物源体系下形成了第一级次水系—树枝状水系，沉积体以坡积扇和辫状河三角洲为主，砂体范围大，相对独立，富砂型；

S62：通过所述校验结果获得所述古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果，具体为：通过地震剖面明确沟谷类型、位置和数量，匹配水系出水口与沟谷间的关系，明确优势沉积体入口，通过格架剖面和井柱子验证沉积扇体展布范围和性质。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，其特征在于，包括：

S1：获取现代地貌实例，通过所述现代地貌实例构建现代地貌DEM数据；

S2：将所述现代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得现代地貌响应模型和现代源汇体系；

S3：获取古代地貌实例，对所述古代地貌实例进行恢复处理，获得恢复后的古代地貌；

S4：通过所述恢复后的古代地貌获取古代地貌DEM数据；

S5：将所述古代地貌DEM数据导入ArcMap软件，获得古代地貌响应模型和古代源汇体系；

S6：通过所述现代地貌响应模型对所述古代地貌响应模型进行校验，获得古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果；

步骤S2具体为：

S21：通过所述现代地貌DEM数据构建所述现代源汇体系；

S22：通过所述现代源汇体系获得现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，构建所述现代地貌响应模型；

步骤S21具体为：

S211：对所述现代地貌DEM数据进行填洼处理，获得填洼后的现代地貌模型；

S212：计算获得所述填洼后的现代地貌模型的现代水系流向数据和现代水系流量数据；

S213：通过所述现代水系流向数据和所述现代水系流量数据计算获得现代河网水系数据；

S214：设置河网分级阈值，通过所述河网分级阈值对所述现代河网水系数据进行分级处理，获得分级后的河网水系数据；

S215：对所述分级后的河网水系数据进行矢量化处理，获得矢量化后的河网水系数据；

S216：对所述矢量化后的河网水系数据进行流域单元自动化分，获得所述现代源汇体系；

步骤S22中；

所述现代水系与边界条件之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的坡度信息，具体为：小于10°为缓坡，否则为陡坡；陡坡水系河网系数≤1表示为单支平形状水系，陡坡水系河网系数＞1.2表示为缓坡水系；

所述现代水系与断裂样式之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中的水系走向，具体为：干流线性排列与边界断裂垂直相交，斜交断裂改造水系走向；

所述现代水系与母岩岩性之间的关系，表示所述现代地貌DEM数据中各区域的岩层信息，具体为：硅质岩成砂率普遍大于70％，沉积区响应大型扇体，灰质岩成砂率普遍小于30％，沉积区响应小型朵叶扇体；

步骤S5中所述古代地貌响应模型和所述古代源汇体系的获得方式，与步骤S2中所述现代地貌响应模型和所述现代源汇体系的获得方式相同；

所述古代地貌响应模型表示所述古代地貌DEM数据中，古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系。

2.根据权利要求1所述的基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S31：对所述古代地貌实例进行不同时期断裂活动差异和沉积地层厚度演化规律分析，对所述古代地貌实例的差异沉降进行校正；

S32：获取所述古代地貌实例的剥蚀区范围，通过物质总量守恒原理和地层倾角恢复法，对所述剥蚀区范围进行剥蚀量恢复；

S33：建立所述古代地貌实例中不同流域和沉积区的对应关系，获得所述恢复后的古代地貌。

3.根据权利要求1所述的基于源汇-ArcGIS系统的古水系定量恢复和拾取方法，其特征在于，步骤S6具体为：

S61：将所述现代地貌响应模型中现代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系，与所述古代地貌响应模型中古代水系与边界条件、断裂样式和母岩岩性之间的关系进行分析校验，获得校验结果；

S62：通过所述校验结果获得所述古代地貌、水系和沉积体响应的预测结果，具体为：通过地震剖面明确沟谷类型、位置和数量，匹配水系出水口与沟谷间的关系，明确优势沉积体入口，通过格架剖面和井柱子验证沉积扇体展布范围和性质。