本發(fā)明涉及沉積模擬技術(shù)，具體地指一種基于基準(zhǔn)面對(duì)沉積過程控制的沉積模擬方法。
背景技術(shù)：
：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)大區(qū)域的沉積模擬已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)，目前在沉積算法中主要通過水動(dòng)力學(xué)和泥沙水動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行模擬，運(yùn)用連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、以及能量方程來(lái)對(duì)物理沉積過程進(jìn)行模擬研究，比較成熟的是水動(dòng)力學(xué)的N-S方程以及基于反演的沉積模擬方法，在水動(dòng)力學(xué)方法中很好地再現(xiàn)了水動(dòng)力的真實(shí)情況，但是對(duì)泥沙的研究?jī)H僅研究的是現(xiàn)代的沉積，沒有考慮到河道基地為變質(zhì)巖以及巖漿巖的情況，地形對(duì)沉積的影響沒有考慮，因此在進(jìn)行大規(guī)模大時(shí)間尺度的模擬上，水動(dòng)力學(xué)的模擬研究方法并不適合地質(zhì)學(xué)上的沉積模擬；而基于反演的沉積模擬更多是對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的處理而使之與研究者的想法相同，而并不能反應(yīng)沉積物沉積時(shí)真實(shí)的沉積環(huán)境，以及水動(dòng)力情況。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供了一種基于基準(zhǔn)面對(duì)沉積過程控制的沉積模擬方法，該方法首先通過測(cè)井、錄井和巖心資料分析沉積區(qū)的沉積環(huán)境，運(yùn)用埋藏史資料，確定基準(zhǔn)面的變化情況，以及古地形情況。根據(jù)古地形分析，將古地形作為初始地形輸入到水動(dòng)力模型中，模擬再現(xiàn)研究區(qū)水動(dòng)力特征，在水動(dòng)力研究的基礎(chǔ)上根據(jù)泥沙運(yùn)移擴(kuò)散方程，模擬再現(xiàn)泥沙的搬運(yùn)及沉積，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用基準(zhǔn)面對(duì)沉積物的沉積和剝蝕進(jìn)行約束，將沉積物的沉積剝蝕疊加到初始的地形上從而作為下一次模擬的地形從而形成循環(huán)模擬再現(xiàn)沉積過程。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于基準(zhǔn)面對(duì)沉積過程控制的沉積模擬方法，包括以下步驟：1)初始地形的搭建：a.收集工區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、工區(qū)中單井的測(cè)井、錄井和巖心數(shù)據(jù)，分析沉積區(qū)的沉積環(huán)境，得到沉積物的沉積厚度；b.根據(jù)沉積環(huán)境和沉積厚度，結(jié)合水文數(shù)據(jù)庫(kù)和埋藏史資料，對(duì)研究層位進(jìn)行壓實(shí)矯正，采用逐層恢復(fù)的方法得到沉積區(qū)的地層演化史、不同時(shí)期的構(gòu)造圖、古地理圖，即古地形圖；c.在古地形圖研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的矯正，得到沉積模擬的初始地形，即初始地形N0；2)水動(dòng)力特征的研究a.邊界條件的設(shè)置，邊界位置的確定主要從物源分析中得到，包括砂體等厚圖，重礦物分布圖，特征沉積構(gòu)造等研究的基礎(chǔ)上得到；邊界的類型主要根據(jù)現(xiàn)代的沉積調(diào)查得到，泥沙控制是根據(jù)沉積物的類型，在地層中的沉積含量來(lái)確定；b.水動(dòng)力模型的設(shè)定：根據(jù)水體的密度、流速、粘度、重力加速度、以及流體的擴(kuò)散特性，運(yùn)用流體力學(xué)方程N(yùn)avier-Stocks方程的并行有限元算法模擬研究區(qū)的流場(chǎng)分布，分析得到與沉積區(qū)沉積水動(dòng)力模型；c.水動(dòng)力特征研究：將初始地形輸入水動(dòng)力模型中，模擬再現(xiàn)研究區(qū)的水動(dòng)力特征；3)沉積物沉積模型的設(shè)定：判定沉積物類型，在水動(dòng)力研究的基礎(chǔ)上根據(jù)沉積物運(yùn)移擴(kuò)散方程，模擬再現(xiàn)沉積物的搬運(yùn)沉積過程；4)基準(zhǔn)面對(duì)沉積的控制a.設(shè)定基準(zhǔn)面；b.在沉積模擬過程中，測(cè)定任意一處沉積物實(shí)際表面的高程，通過判斷沉積物的實(shí)際表面的高程與基準(zhǔn)面高程的大小關(guān)系，從而對(duì)沉積物的沉積和剝蝕進(jìn)行約束控制，根據(jù)沉積物的密度計(jì)算沉積物的厚度，并疊加到地形Nx-1的沉積實(shí)際表面高程中，形成地形Nx作為下一步計(jì)算時(shí)的地形；其中，X為循環(huán)計(jì)算的次數(shù)；X為1、2、3、…….5、地貌演化模型根據(jù)使用者設(shè)置的時(shí)間內(nèi)，將上述地形Nx進(jìn)行步驟2)～4)模擬循環(huán)，即得到地貌的演化情況。進(jìn)一步地，所述步驟1)中，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)包括研究區(qū)鉆井分層數(shù)據(jù)、不同地層界面構(gòu)造圖和目標(biāo)層段沉積相平面圖；單井的測(cè)井、錄井和巖心數(shù)據(jù)(用于約束模型的單井模擬數(shù)據(jù)庫(kù))包括單井分層數(shù)據(jù)、單井沉積相分析成果數(shù)據(jù)、單井儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)參數(shù)、單井的儲(chǔ)層旋回性分析數(shù)據(jù)、單井的沉積物組分分析數(shù)據(jù)、單井的沉積演化史數(shù)據(jù)和單井的古構(gòu)造恢復(fù)數(shù)據(jù)；水文數(shù)據(jù)庫(kù)包括露頭的解剖數(shù)據(jù)、現(xiàn)代沉積的調(diào)查數(shù)據(jù)和物源分析數(shù)據(jù)。再進(jìn)一步地，所述步驟2)的第b)小步中，水動(dòng)力模型方程如下：X-1ρ∂P∂x+μρ▿2vx=dvxdt=∂vx∂t+vx∂vx∂x+vy∂vx∂y+vz∂vx∂z]]>Y-1ρ∂P∂y+μρ▿2vy=dvydt=∂vx∂t+vx∂vy∂x+vy∂vy∂y+vz∂vy∂z]]>Z-1ρ∂P∂z+μρ▿2vz=dvzdt=∂vz∂t+vx∂vz∂x+vy∂vz∂y+vz∂vz∂z]]>其中：流體運(yùn)動(dòng)時(shí)單位質(zhì)量流體的慣性力，在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量X,Y,Z單位質(zhì)量流體的單位質(zhì)量力分量單位質(zhì)量流體的法向應(yīng)力方向的分量單位質(zhì)量流體的切向應(yīng)力的分量(粘性力)，其中再進(jìn)一步地，所述步驟3)中，若沉積物為粘性泥沙，即泥質(zhì)，采用擴(kuò)散方程進(jìn)行模擬，公式如下：∂c∂t+∂uc∂x+∂vc∂y+∂(ω-ωs)c∂z-∂∂x(ϵs,x∂c∂x)-∂∂y(ϵs,y∂c∂y)-∂∂z(ϵs,z∂c∂z)=0]]>其中：C:沉積組分的濃度[kg/m3]U,v,ω:水流的速度分量[m/s]εs,x，εs,y，εs,z：沉積組分的擴(kuò)散系數(shù)[m2/s]ωs:沉積組分的沉降速度[m/s]或者，若沉積物為非粘性泥沙，即砂質(zhì)兩種，，采用VanRijn的沉積物的沉降函數(shù)進(jìn)行模擬，公式如下：ωs,0=(s-1)gDs218υ,65μm<Ds≤100μm10υDs(1+0.01(s-1)gDs3υ2-1),100μm<Ds≤1000μm1.1(s-1)gDs,1000μm<Ds]]>其中：S:沉積組分的相對(duì)密度ρs/ρwDs:沉積組分代表粒徑υ：水體的運(yùn)動(dòng)粘度[m2/s]。再進(jìn)一步地，所述步驟4)中，若沉積物實(shí)際表面的高程大于基準(zhǔn)面的高程時(shí)，沉積物發(fā)生剝蝕現(xiàn)象，其剝蝕速率為：剝蝕速率其中，λ:為矯正系數(shù)，Hc:沉積表面的高程，Hj:基準(zhǔn)面的高程，α:沉積表面的傾角，β:基準(zhǔn)面的傾角；計(jì)算剝蝕量，，根據(jù)沉積物的密度計(jì)算沉積物的厚度。再進(jìn)一步地，所述步驟4)中，若沉積物實(shí)際表面的高程大于小于等于基準(zhǔn)面的高程時(shí)，沉積物發(fā)生沉積，其沉積速率為：沉積速率其中，μ:為矯正系數(shù)Hc:沉積表面的高程Hj:基準(zhǔn)面的高程α:沉積表面的傾角β:基準(zhǔn)面的傾角。計(jì)算剝蝕量，根據(jù)沉積物的密度計(jì)算沉積物的厚度。本發(fā)明的原理：一、沉積物沉積模型的設(shè)定原理1)沉積物沉積模型的設(shè)定過程中，主要需要考慮沉積物的粒度、密度，以及沉積載體的密度、流速、以及沉積物濃度，沉積與否與水體對(duì)河床底部的沖刷能力及河床的糙度相關(guān)。其運(yùn)動(dòng)和沉積趨勢(shì)用所受的浮力、重力、慣性速度來(lái)表征。2)沉積物的粒度不一，則其周圍包裹的水膜大小不一，從而造成其浮力與重力比的差異和沉降的速度，以及其沉積過程攜帶距離的差異，進(jìn)而造成其沉積趨勢(shì)的不同。3)根據(jù)沉積物的不同，我們將沉積物分為粘性泥沙(泥質(zhì))、非粘性泥沙(砂質(zhì))和礫石質(zhì)沉積物兩種，由于沉積類型的不同，其傳輸方式(沉積搬運(yùn)的方式)也有很大的差別；針對(duì)不同的沉積物我們采用了不同的方法進(jìn)行描述，對(duì)于粘性的沉積物我們采用的是粘性泥沙的對(duì)流擴(kuò)散方程，對(duì)于非粘性的砂質(zhì)沉積物我們運(yùn)用沉降方程來(lái)進(jìn)行描述，對(duì)于礫石質(zhì)沉積物我們更多的采用理想的球狀模型的理想公式進(jìn)行描述(故本方法中不考慮)；4)沉積過程的描述，沉積過程主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是沉積物的傳輸與搬運(yùn)，另一方面是沉積物的沉降，對(duì)于粘性泥質(zhì)沉積物我們采用統(tǒng)一的沉積速度來(lái)進(jìn)行模擬描述，對(duì)于非粘性的砂質(zhì)沉積物我們采用的泥沙的沉降方程，在不同的流速的條件下沉積物的沉降速度有著些許的差異，都可以在模擬過程得到顯示。二、沉積物沉積模型的設(shè)定的原理1)本發(fā)明中剝蝕量用沉積物內(nèi)部構(gòu)成、基準(zhǔn)面與沉積表面的相對(duì)位置、以及剝蝕前后的地貌、流速來(lái)約束。剝蝕沉積物的再沉積過程與隨水而至的沉積物不同，它只受底形粗糙度、坡度的影響，其沉積場(chǎng)所是坡度有較大變化的低洼區(qū)，而在極限之上不發(fā)生此沉積物的堆積。本方法中對(duì)于沉積物的沉積與搬運(yùn)我們歸結(jié)為二個(gè)方面的因素進(jìn)行考慮，一方面是流場(chǎng)的分布對(duì)沉積物質(zhì)的傳輸、剝蝕與運(yùn)移；另一方面我們考慮沉積部位與基準(zhǔn)面的關(guān)系從而對(duì)沉積物的沉積于剝蝕進(jìn)行約束。我們?cè)谀M過程中在水動(dòng)力對(duì)沉積物進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上增加了基準(zhǔn)面對(duì)沉積物的約束，其原理如下：2)基準(zhǔn)面對(duì)沉積剝蝕的控制過程：在沉積模擬過程中任意一處的沉積物有兩個(gè)量，一個(gè)沉積物的實(shí)際的表面的高程文件，一個(gè)是沉積剝蝕的基準(zhǔn)面(用戶自己定義)，當(dāng)沉積物表面的高程大于基準(zhǔn)面的高程時(shí)，沉積物發(fā)生剝蝕現(xiàn)象，其剝蝕速率與沉積表面距離基準(zhǔn)面的距離有關(guān)，且與距離基準(zhǔn)面的距離的大小成正比的關(guān)系，即沉積表面距基準(zhǔn)面越遠(yuǎn)，沉積物的剝蝕速率就越大；同理當(dāng)沉積物表面的高程小于基準(zhǔn)面的高程時(shí)，沉積物發(fā)生沉積，其沉積速率與兩個(gè)因素有關(guān)，沉積物的休止角的大小，和沉積物的供應(yīng)速率，當(dāng)該位置的沉積物的傾角小于沉積物休止角時(shí)沉積物發(fā)生沉積，直到沉積物的沉積坡角大于沉積物的休止角時(shí)，沉積停止，沉積物向下一個(gè)網(wǎng)格運(yùn)移。堆積下來(lái)的沉積物仍受水流的沖刷作用，其在底床上的運(yùn)動(dòng)僅受底床的糙度、水流的流速的影響，當(dāng)沉積物所受的剪應(yīng)力大于其啟動(dòng)力時(shí)，沉積物繼續(xù)向前搬運(yùn)，當(dāng)小于沉積物的啟動(dòng)條件時(shí)，沉積物發(fā)生沉積，其保存與否由其沉積下后的運(yùn)移距離決定，沉下后運(yùn)移距離大于網(wǎng)格則達(dá)到下一網(wǎng)格，若運(yùn)移距離小于網(wǎng)格大小則沉積下來(lái)。本發(fā)明的有益效果在于：1)本發(fā)明在模擬沉寂過程中，充分考慮到了水動(dòng)力對(duì)沉積的影響；2)本發(fā)明模擬過程中考慮基準(zhǔn)面的情況，可以模擬盆地級(jí)別的沉積；3)本發(fā)明模擬時(shí)間短，可以進(jìn)行反復(fù)糾正直至符合地質(zhì)特征。附圖說明圖1為本發(fā)明沉積模擬方法的流程圖；圖2為基準(zhǔn)面對(duì)沉積的控制的流程圖；圖3為準(zhǔn)面對(duì)沉積過成約束的理論原理圖。具體實(shí)施方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。基于基準(zhǔn)面對(duì)沉積過程控制的沉積模擬方法，還原中原油田的文79南地區(qū)的地貌，具體步驟如下：1)建立初始地形：a.根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、測(cè)井、錄井和巖心數(shù)據(jù)，分得到沉積物的沉積厚度；b.根據(jù)沉積環(huán)境和沉積厚度，結(jié)合水文數(shù)據(jù)庫(kù)和埋藏史資料，對(duì)研究層位進(jìn)行壓實(shí)矯正，采用逐層恢復(fù)的方法得到沉積區(qū)的地層演化史、不同時(shí)期的構(gòu)造圖、古地理圖，即古地形圖；c.在古地形圖研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的矯正，得到沉積模擬的初始地形，即初始地形N0；2)設(shè)置水動(dòng)力，及沉積物理參數(shù)a.根據(jù)研究區(qū)的水動(dòng)力分析，得到沉積區(qū)的水動(dòng)力參數(shù)：水流方向、流量、流速、糙度、分散系數(shù)、粘度系數(shù)等水動(dòng)力參數(shù)；b.根據(jù)水動(dòng)力參數(shù)，運(yùn)用N-S方程，模擬動(dòng)力特征；X-1ρ∂P∂x+μρ▿2vx=dvxdt=∂vx∂t+vx∂vx∂x+vy∂vx∂y+vz∂vx∂z]]>Y-1ρ∂P∂y+μρ▿2vy=dvydt=∂vx∂t+vx∂vy∂x+vy∂vy∂y+vz∂vy∂z]]>Z-1ρ∂P∂z+μρ▿2vz=dvzdt=∂vz∂t+vx∂vz∂x+vy∂vz∂y+vz∂vz∂z]]>3)沉積物的傳輸模擬：判定沉積物類型，在水動(dòng)力參數(shù)，如流速、剪應(yīng)力等參數(shù)代入沉積物運(yùn)移擴(kuò)散方程，模擬沉積物的搬運(yùn)沉積過程；粘性沉積物運(yùn)用公式(1)∂c∂t+∂uc∂x+∂vc∂y+∂(ω-ωs)c∂z-∂∂x(ϵs,x∂c∂x)-∂∂y(ϵs,y∂c∂y)-∂∂z(ϵs,z∂c∂z)=0---(1)]]>非粘性沉積物運(yùn)用公式(2)ωs,0=(s-1)gDs218υ,65μm<Ds≤100μm10υDs(1+0.01(s-1)gDs3υ2-1),100μm<Ds≤1000μm1.1(s-1)gDs,1000μm<Ds---(2)]]>4)基準(zhǔn)面對(duì)沉積的控制a.設(shè)定基準(zhǔn)面；b.在沉積模擬過程中，測(cè)定任意一處沉積物實(shí)際表面的高程，通過判斷沉積物的實(shí)際表面的高程與基準(zhǔn)面高程的大小關(guān)系，沉積表面>基準(zhǔn)面，發(fā)生剝蝕，根據(jù)剝蝕速率B計(jì)算剝蝕量B=λ(Hc-Hj)αHjβ]]>從而對(duì)沉積物的剝蝕進(jìn)行約束控制，根據(jù)沉積物的密度計(jì)算沉積物的厚度，并疊加到地形Nx-1的沉積實(shí)際表面高程中，形成地形Nx作為下一步計(jì)算時(shí)的地形；其中，X為循環(huán)計(jì)算的次數(shù)；X為1、2、3、.......5、地貌演化根據(jù)使用者設(shè)置的時(shí)間內(nèi)，將上述地形Nx進(jìn)行步驟2)～4)模擬循環(huán)，即得到地貌的演化情況。其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3