CN115373024B - 基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置 - Google Patents

基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置，该方法包括7个步骤，与现有技术相比，本发明不需额外提供重力或折射地震数据，仅仅依靠多道地震对地层、沉积基底和壳幔边界的反射信息，即可快速、高效、大范围开展地壳平均密度、速度和厚度的计算，建立地壳属性和深度结构。本发明对缺少资料被动陆缘获得地壳结构空间变化信息提供了一种有效手段，进而对认识被动陆缘形成、成盆和成藏机制提供重要依据。

Description

基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置
技术领域
本发明涉及地壳结构领域，具体涉及基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置。
背景技术
被动大陆边缘是大陆和大洋之间稳定过渡带，全球长约105000km，是地球周长的2.6倍；为地表最重要的沉积沉降场所和油气矿产资源聚集区，给人类经济社会可持续发展提供重要保障。被动大陆边缘是大陆岩石圈伸展、薄化、破裂后形成的，由于受不同程度岩浆、变质和沉积作用影响，有不同的结构类型，且影响了陆缘盆地演化和油气资源形成。因此，被动陆缘地壳结构对认识陆缘伸展、薄化过程、陆-洋转换过程、成盆机制和油气评价有重要意义。
认识陆缘地壳结构主要依靠钻孔、海底地震和多道地震等。其中海底钻探和海底地震成本高，数据少，限制了对地壳结构空间特征的认识。多道地震探测成本相对低，可开展高密度、高精度测量，对浅部地层、壳内反射和深部壳幔边界Moho成像清晰，为认识深部地壳反射结构在空间上变化提供了一种有效方法。然而，仅仅根据地震反射特征还很难确定地壳属性和厚度等信息，通常还需要联合其他数据进行模拟分析。比如，在多道地震对浅部地层约束下，联合重力数据开展重震模拟地壳密度属性和厚度，或联合折射地震走时信息开展射线追踪模拟地壳速度属性和厚度。显而易见，这些方法不仅需要额外提供数据，增加成本，而且模拟的地壳属性单一，模拟结果也可能有多解性。
专利文献CN113740915A公开了一种球坐标系重力和接收函数联合反演地壳结构参数的方法，该方法反演过程中同时拟合重力和接收函数数据，通过联合反演算法实现重力和接收函数的互补作用，减少单一数据体反演的多解性。并且，在联合反演中考虑到了地球曲率的影响，引入了球坐标系下Tesseroid单元体的正演方法；该考虑到重力在横向的高分辨率和接收函数在台站附近深度方向的高分辨率，从而获取更加精确的地壳结构参数。但该方法仍然需要额外提供数据。
发明内容
多道地震作为探测被动陆缘地壳结构的常用方法，为解决在缺少重力和折射地震数据情况下，仅根据多道地震对地层、沉积基底和壳幔边界Moho的解释，就可开展快速、高效、大范围计算地壳密度、速度属性和厚度，本发明提供了一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法及装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法，所述方法包括：
步骤1：根据多道地震数据，在油气钻井或大洋钻孔资料约束下，开展地层对比和划分、沉积基底和壳幔边界Moho解释，建立浅部地层格架，并进行时深转换，得到地层深度剖面；
步骤2：在钻井或钻孔对地层岩性的约束下，根据地壳Airy均衡原理开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过基准面校正，得到实测基底总构造沉降量；
步骤3：根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时；
步骤4：对地壳平均密度赋予一个初始值；
步骤5：根据速度-密度关系经验公式计算地壳平均速度；利用地壳平均速度和双程走时计算地壳厚度和Moho面深度；
步骤6：根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
步骤7：比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致，即认为赋值地壳密度是合理的，得到地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加设定值，并重复执行步骤5-7，直至得到满足精度要求的结果。
第二方面，本发明提供了一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，所述装置包括：
地层深度剖面模块，用于分析根据多道地震数据，在油气钻井或大洋钻孔资料约束下，开展地层对比和划分、沉积基底和壳幔边界Moho解释，建立浅部地层格架，并进行时深转换，得到地层深度剖面；
实测基底总构造沉降量模块，用于在钻井或钻孔对地层岩性的约束下，根据地壳Airy均衡原理开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过基准面校正，得到实测基底总构造沉降量；
地壳双层反射走时模块，用于根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时；
初始值模块，用于对地壳平均密度赋予一个初始值；
计算模块，用于根据速度-密度关系经验公式计算地壳平均速度；利用地壳平均速度和双程走时计算地壳厚度和Moho面深度；
理论基底总构造沉降量模块，用于根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
比较模块，用于比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致，即认为赋值地壳密度是合理的，得到地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加设定值，并重复执行计算模块、理论基底总构造沉降量模块以及比较模块，直至得到满足精度要求的结果。
第三方面，本发明提供一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明不需额外提供重力或折射地震数据，仅仅依靠多道地震对地层、沉积基底和壳幔边界的反射信息，即可快速、高效、大范围开展地壳平均密度、速度和厚度的计算，建立地壳属性和深度结构。本发明对缺少资料被动陆缘获得地壳结构空间变化信息提供了一种有效手段，进而对认识被动陆缘形成、成盆和成藏机制提供重要依据。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法的流程图；
图2为根据多道地震对浅部地层、沉积基底(Basement)和壳幔边界(Moho)的解释，基于地层记录构造沉降反演地壳密度、速度属性和厚度，建立地壳结构深度剖面示意图；
图3为本发明实施例2提供的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的组成示意图；
图4为本发明实施例3提供的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
南海被动陆缘陆洋转换过程是当前大洋钻探和国际地学研究的焦点和前沿。在南海北部陆缘洋陆过渡带，多道地震对浅部地层、沉积基底和深部壳幔反射进行了清晰成像，这里以该剖面为实施例说明应用基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法的具体过程，如图1-2所示，具体包括如下步骤：
步骤1：首先根据多道地震反射资料，结合已有的油气钻井和大洋钻孔岩芯数据，开展地层对比和划分，沉积基底和壳幔边界Moho反射解释(附图2a)；建立浅部地层格架，并进行时深转换，获得地层深度剖面(附图2f)；
步骤2：利用钻井或钻孔揭示的地层岩性信息，根据地壳Airy均衡原理对浅部地层开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过初始张裂基准面和现今基准面之间差值的校正，计算得到实测基底总构造沉降量(附图2e)；
步骤3：根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时厚度(附图2a)；
步骤4：对地壳平均密度赋初始值1500kg/m3；
步骤5：然后根据速度V-密度D关系经验公式1计算地壳平均速度(km/s)；利用地壳平均速度和双程走时厚度计算地壳厚度和Moho面深度；
V＝0.002831·D-1.593994    (1)
步骤6：根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
步骤7：比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致(附图2e)，即认为赋值地壳密度是合理的，即可得到相应的地壳密度(附图2b)、速度(附图2c)、厚度(附图2d)和Moho深度(附图2f)等地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加1kg/m3，并重复执行步骤5-7，直至得到满足精度要求的结果。
由此可见，与现有技术相比，本发明方法不需额外提供重力或折射地震数据，仅仅依靠多道地震对地层、沉积基底和壳幔边界的反射信息，即可快速、高效、大范围开展地壳平均密度、速度和厚度的计算，建立地壳属性和深度结构。本发明对缺少资料被动陆缘获得地壳结构空间变化信息提供了一种有效手段，进而对认识被动陆缘形成、成盆和成藏机制提供重要依据。
实施例2：
参阅图3所示，本实施例提供的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，所述装置包括：
地层深度剖面模块，用于分析根据多道地震数据，在油气钻井或大洋钻孔资料约束下，开展地层对比和划分、沉积基底和壳幔边界Moho解释，建立浅部地层格架，并进行时深转换，得到地层深度剖面；
实测基底总构造沉降量模块，用于在钻井或钻孔对地层岩性的约束下，根据地壳Airy均衡原理开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过基准面校正，得到实测基底总构造沉降量；
地壳双层反射走时模块，用于根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时；
初始值模块，用于对地壳平均密度赋予一个初始值；在本实施例中，该初始值为1500kg/m3；
计算模块，用于根据速度-密度关系经验公式计算地壳平均速度；利用地壳平均速度和双程走时计算地壳厚度和Moho面深度；
理论基底总构造沉降量模块，用于根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
比较模块，用于比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致，即认为赋值地壳密度是合理的，得到地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加1kg/m3，并重复执行计算模块、理论基底总构造沉降量模块以及比较模块，直至得到满足精度要求的结果。
本发明不需额外提供重力或折射地震数据，仅仅依靠多道地震对地层、沉积基底和壳幔边界的反射信息，即可快速、高效、大范围开展地壳平均密度、速度和厚度的计算，建立地壳属性和深度结构。本发明对缺少资料被动陆缘获得地壳结构空间变化信息提供了一种有效手段，进而对认识被动陆缘形成、成盆和成藏机制提供重要依据。
实施例3：
参阅图4所示，本实施例提供的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置包括处理器、存储器以及存储在该存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法处理程序。该处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例1步骤，例如图1所示的步骤。或者，所述处理器执行该计算机程序时实现上述实施例2中各模块的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置中的执行过程。
所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的示例，并不构成基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的内部存储元，例如基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的外部存储设备，例如所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
实施例4：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
所示计算机可读介质可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理再以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：根据多道地震数据，在油气钻井或大洋钻孔资料约束下，开展地层对比和划分、沉积基底和壳幔边界Moho解释，建立浅部地层格架，并进行时深转换，得到地层深度剖面；
步骤2：在钻井或钻孔对地层岩性的约束下，根据地壳Airy均衡原理开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过基准面校正，得到实测基底总构造沉降量；
步骤3：根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时；
步骤4：对地壳平均密度赋予一个初始值；
步骤5：根据速度-密度关系经验公式计算地壳平均速度；利用地壳平均速度和双程走时计算地壳厚度和Moho面深度；
步骤6：根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
步骤7：比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致，即认为赋值地壳密度是合理的，得到地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加设定值，并重复执行步骤5-7，直至得到满足精度要求的结果。
2.如权利要求1所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法，其特征在于，所述速度V-密度D关系经验公式为：
V＝0.002831·D-1.593994。
3.如权利要求1所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法，其特征在于，在步骤7中，所述设定值为1kg/m3。
4.如权利要求1所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的方法，其特征在于，所述初始值为1500kg/m3。
5.一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，其特征在于，所述装置包括：
地层深度剖面模块，用于分析根据多道地震数据，在油气钻井或大洋钻孔资料约束下，开展地层对比和划分、沉积基底和壳幔边界Moho解释，建立浅部地层格架，并进行时深转换，得到地层深度剖面；
实测基底总构造沉降量模块，用于在钻井或钻孔对地层岩性的约束下，根据地壳Airy均衡原理开展回剥分析，剥去沉积基底上部全部的地层和水，再经过基准面校正，得到实测基底总构造沉降量；
地壳双层反射走时模块，用于根据多道地震对沉积基底和壳幔边界Moho的解释，计算沉积基底与壳幔边界Moho之间的地壳双层反射走时；
初始值模块，用于对地壳平均密度赋予一个初始值；
计算模块，用于根据速度-密度关系经验公式计算地壳平均速度；利用地壳平均速度和双程走时计算地壳厚度和Moho面深度；
理论基底总构造沉降量模块，用于根据地壳厚度和密度，计算相应的理论基底总构造沉降量；
比较模块，用于比较计算与实测基底总构造沉降量，如果两者一致，即认为赋值地壳密度是合理的，得到地壳结构信息；如果两者不一致，则每次使地壳平均密度增加设定值，并重复执行计算模块、理论基底总构造沉降量模块以及比较模块，直至得到满足精度要求的结果。
6.如权利要求5所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，其特征在于，所述速度V-密度D关系经验公式为：
V＝0.002831·D-1.593994。
7.如权利要求5所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，其特征在于，在比较模块中，所述设定值为1kg/m3。
8.如权利要求5所述的基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，其特征在于，所述初始值为1500kg/m3。
9.一种基于地层记录沉降反演被动陆缘地壳结构的装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一所述方法的步骤。
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