一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法。本發(fā)明的方法包括：獲取目標區(qū)域的當前地層信息和地質(zhì)特征；根據(jù)當前地層信息和地質(zhì)特征反演構(gòu)造演化過程和歷史地層信息；根據(jù)目標區(qū)域的歷史地層信息，生成初始離散元模型，初始離散元模型由隨機生成的不同半徑的顆粒組成；根據(jù)構(gòu)造演化過程，對初始離散元模型構(gòu)造變形得到構(gòu)造模型；判斷構(gòu)造模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度；若不滿足，則調(diào)整初始離散元模型中各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，重新對調(diào)整參數(shù)后的初始離散元模型構(gòu)造變形，直至由調(diào)整參數(shù)后的初始離散元模型變形得到的構(gòu)造模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征滿足預(yù)設(shè)的相似度。
【專利說明】
一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明實施例涉及勘探技術(shù)，尤其涉及一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣勘探的重要工作是分析目標區(qū)域的儲層性質(zhì)，借以分析區(qū)域內(nèi)是否存在儲集層或者儲量。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)采用物理模擬方式推測目標區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程，然后根據(jù)推測的目標區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程推測目標區(qū)域的儲層性質(zhì)。具體是，選擇接近目標區(qū)域的地層的材料進行大量實驗?zāi)M目標區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造演化和地質(zhì)變形過程。
[0004]這種方法無法獲取實驗過程中的材料內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法，以解決現(xiàn)有方法無法獲取區(qū)域內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變的問題。
[0006]本發(fā)明提供一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法，包括:
[0007]獲取目標區(qū)域的當前地層信息，根據(jù)當前地層信息，反演構(gòu)造演化過程和所述目標區(qū)域的歷史地層的分布特征；
[0008]隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力作用下堆積于預(yù)設(shè)的立方體中，生成初始離散元模型；
[0009]根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型；
[0010]根據(jù)預(yù)設(shè)的各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，設(shè)置所述第一水平模型中的各個歷史地層中的顆粒的材料參數(shù)，生成第一歷史模型；
[0011]根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程。
[0012]進一步地，所述目標區(qū)域的歷史地層信息還包括歷史地質(zhì)特征，所述歷史地質(zhì)特征為:
[0013]所述目標區(qū)域在歷史地質(zhì)時期已存在的先存斷層或尖滅地層；
[0014]則根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型，還包括:
[0015]根據(jù)所述包含所述歷史地質(zhì)特征的的歷史地層信息，生成第一水平模型。
[0016]進一步地，在根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程之前，還包括:
[0017]判斷根據(jù)所述構(gòu)造演化過程對所述第一歷史模型進行演化，得到的第一理論當前模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度；
[0018]若不滿足，則調(diào)整所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，重新判斷根據(jù)所述構(gòu)造演化過程對所述第一歷史模型進行演化，得到的第一理論當前模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度。
[0019]進一步地，所述根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程，包括:
[0020]根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程。
[0021]進一步地，所述目標區(qū)域的構(gòu)造演化過程包括:
[0022]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層擠壓過程，和/或，
[0023]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層沉積過程，和/或，
[0024]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層侵蝕過程，和/或，
[0025]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層抬升過程。
[0026]進一步地，若所述構(gòu)造演化過程包括地層擠壓過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，具體包括:
[0027]設(shè)定所述第一歷史模型的邊界，以使所述第一歷史模型的各個歷史地層的顆粒位于一上部開口的立方體內(nèi)；
[0028]根據(jù)所述地層擠壓過程的方向，從所述立方體的一側(cè)邊界推進擠壓所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒；
[0029]在被擠壓端與所述立方體邊界的空隙中，加入與被擠壓一側(cè)的各個地層相同的顆粒；
[0030]采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置。
[0031]進一步地，若所述構(gòu)造演化過程包括地層沉積過程，則根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還包括:
[0032]在所述不同階段的第一歷史模型中，增加歷史地層，所述歷史地層的顆粒的材料參數(shù)為預(yù)設(shè)的沉積層初始材料參數(shù)；和/或，
[0033]若所述構(gòu)造演化過程包括地層侵蝕過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還包括:
[0034]在所述不同階段的第一歷史模型中，減少位于最上層的歷史地層的顆粒，所述減少的顆粒的位置和數(shù)量根據(jù)歷史地層的當前階段的地質(zhì)構(gòu)造確定。
[0035]進一步地，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程，還包括:
[0036]實時采集所述不同階段的第一歷史模型中的各個歷史地層的的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變。
[0037]進一步地，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程之后，還包括:
[0038]根據(jù)不同階段的所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，標定所述目標區(qū)域的各個歷史地層的變形構(gòu)造的形態(tài)和構(gòu)造圈閉。
[0039]進一步地，所述顆粒的材料參數(shù)包括:
[0040]顆粒的粒度，和/或，
[0041 ] 顆粒的彈性模量，和/或，
[0042]顆粒間的摩擦力，和/或，
[0043]顆粒間的連接強度。
[0044]本發(fā)明實施例一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法，通過獲取目標區(qū)域的當前地層信息，根據(jù)當前地層信息，反演構(gòu)造演化過程和所述目標區(qū)域的歷史地層的分布特征；隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力作用下堆積于預(yù)設(shè)的立方體中，生成初始離散元模型；根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型；根據(jù)預(yù)設(shè)的各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，設(shè)置所述第一水平模型中的各個歷史地層中的顆粒的材料參數(shù)，生成第一歷史模型；根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程。由于各個歷史地層對應(yīng)的顆粒的材料參數(shù)能夠反映目標區(qū)域的地層的宏觀特性，因此，根據(jù)本發(fā)明提供的地質(zhì)構(gòu)造演化和構(gòu)造變化的分析方法能夠得到非常接近地質(zhì)歷史時期的離散元模型，基于該離散元模型的可以獲取到非常接近地質(zhì)演化過程中的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變情況。
【附圖說明】
[0045]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0046]圖1為本發(fā)明提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法的實施例一的流程圖；
[0047]圖2為地質(zhì)構(gòu)造斷層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖3為法向作用力示意圖；
[0049]圖4為剪切力示意圖；
[0050]圖5為圖1所示方法的一種具體實施過程的第一示意圖；
[0051]圖6為圖1所示方法的一種具體實施過程的第二示意圖；
[0052]圖7為圖1所示方法的一種具體實施過程的第三示意圖；
[0053]圖8為圖1所示方法的一種具體實施過程的第四示意圖；
[0054]圖9為圖1所示方法的一種具體實施過程的第五示意圖；
[0055]圖10為圖1所示方法的一種具體實施過程的第六示意圖；
[0056]圖11為一前陸褶皺帶鹽構(gòu)造的剖面圖；
[0057]圖12為本發(fā)明提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法的實施例二的流程圖。
【具體實施方式】
[0058]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0059]圖1為本發(fā)明提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法的實施例一的流程圖，圖2為地質(zhì)構(gòu)造斷層結(jié)構(gòu)示意圖，圖1為本發(fā)明提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法的實施例一的流程圖；圖2為地質(zhì)構(gòu)造斷層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為法向所有力不意圖；圖4為剪切力不意圖；圖5為圖1所不方法的一種具體實施過程的第一不意圖；圖6為圖1所示方法的一種具體實施過程的第二示意圖；圖7為圖1所示方法的一種具體實施過程的第三示意圖；圖8為圖1所示方法的一種具體實施過程的第四示意圖；圖9為圖1所示方法的一種具體實施過程的第五示意圖；圖10為圖1所示方法的一種具體實施過程的第六示意圖；圖11為一前陸褶皺帶鹽構(gòu)造的剖面圖。
[0060]如圖1所示，本發(fā)明實施例的步驟可以包括:
[0061]S101、獲取目標區(qū)域的當前地層信息，根據(jù)當前地層信息，反演構(gòu)造演化過程和所述目標區(qū)域的歷史地層的分布特征。
[0062]其中，通過對所述目標區(qū)域進行野外考察和對地震資料的分析，可以得到所述目標區(qū)域的地層剖面圖，所述地層剖面圖包括所述目標區(qū)域的當前地層的分布信息和地質(zhì)特征，所述分布信息可以包括各個時期的地層的深度、厚度、分布區(qū)域等，所述地質(zhì)特征可以包括由于地殼運動造成的裙皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造特征。
[0063]根據(jù)當前地層信息中各個地層的分布的深度、厚度、斷層、褶皺，可以反演出目標區(qū)域自地質(zhì)歷史時期至當前時間的構(gòu)造演化過程。
[0064]構(gòu)造演化過程通常是指地質(zhì)構(gòu)造的運動學(xué)演化過程，舉例來說，在數(shù)以百萬年的地質(zhì)構(gòu)造的變化過程中，所述目標區(qū)域的構(gòu)造演化過程可以包括:
[0065]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層沉積過程，和/或，
[0066]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層侵蝕過程，和/或，
[0067]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層擠壓過程，和/或，
[0068]所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層抬升過程。
[0069]具體的，這些演化過程對于當前區(qū)域的地質(zhì)特征的形成的影響，可以轉(zhuǎn)化為對當前區(qū)域在不同地質(zhì)歷史時期的受力情況的變化的考慮。具體的，可以包括力的方向、力的大小等因素。也就是說，在對初始離散元模型進行演化構(gòu)造變形的過程中，可以對初始離散元模型施加不同的力來模擬不同階段的演化過程。
[0070]可選的，根據(jù)所述當前地層信息和地質(zhì)特征，還可以反演所述目標區(qū)域的構(gòu)造演化過程和歷史地層信息和歷史地質(zhì)特征。
[0071]舉例來說，所述歷史地質(zhì)特征可以包括:
[0072]所述目標區(qū)域在歷史地質(zhì)時期已存在的先存斷層或尖滅地層，可參考圖2右下角所示的兩處斷層。
[0073]S102、隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力作用下堆積于預(yù)設(shè)的立方體中，生成初始離散元模型。
[0074]可參考圖3，先隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力的作用下堆積于給定大小的立方體模型中。
[0075]S103、根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型。
[0076]可參考圖4，可以將所述立方體模型中的顆粒劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域?qū)?yīng)一個地層，每個地層包括處于所述立方體模型中對應(yīng)區(qū)域的顆粒。
[0077]可選的，若所述目標區(qū)域在歷史地質(zhì)時期已存在的先存斷層或尖滅地層，則根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型，還可以包括:
[0078]根據(jù)所述包含所述歷史地質(zhì)特征的的歷史地層信息，生成第一水平模型。也就是說，第一水平模型中也可以包括如圖2所示的地址構(gòu)造特征。具體的，可以在第一水平模型中，為具有歷史地質(zhì)特征的地層，劃分非水平的地層區(qū)域的顆粒。
[0079]S104、根據(jù)預(yù)設(shè)的各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，設(shè)置所述第一水平模型中的各個歷史地層中的顆粒的材料參數(shù)，生成第一歷史模型。
[0080]其中，所述顆粒的材料參數(shù)可以包括:顆粒的粒度，和/或，顆粒彈性模量，和/或，顆粒間摩擦力，和/或，顆粒間連接強度等。
[0081]需要說明的是，對各個歷史地層確定預(yù)設(shè)的初始材料參數(shù)時，可以選擇在自然條件下能夠形成較接近于當前地層信息中的地質(zhì)特征的顆粒的材料參數(shù)。即，各個地層的顆粒的材料參數(shù)需要體現(xiàn)對應(yīng)的地層的宏觀性質(zhì)。
[0082]具體的，可以根據(jù)所述目標區(qū)域的當前地質(zhì)特征，如褶皺或斷層，確定當前地層的宏觀性質(zhì)，如內(nèi)聚力、抗壓強度、抗拉強度等；并可以在離散元模型中，采用雙軸壓縮實驗，測得離散元模型中顆粒尺度的微觀連接屬性和塊體宏觀強度的關(guān)系，以及分析顆粒強度與斷層形成的關(guān)系；然后選擇可以較為接近能夠達到在自然條件下形成當前地質(zhì)構(gòu)造的顆粒，以體現(xiàn)各個地層的宏觀性質(zhì)。
[0083]S105、根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程。
[0084]其中，所述根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程，可以包括:
[0085]根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程。
[0086]具體的，可以首先確定各個地層中顆粒的初始位置，然后，在構(gòu)造演化過程的每個階段，根據(jù)目標區(qū)域的地層的受力情況，通過本構(gòu)關(guān)系計算第一歷史模型中各個地層的顆粒受力情況，最后根據(jù)牛頓第二定律公式，計算出顆粒的新位置。其中，顆粒的質(zhì)量由初始離散元模型隨機生成。
[0087]對于演化過程中的不同階段，可以對各個顆粒的新位置按照上述計算方法完成下一階段的迭代計算，得到下一階段顆粒的新位置。
[0088]需要說明的是，可參考圖5和圖6，在變形過程中，顆粒的移動位置與顆粒之間的法向作用力和剪切力密切相關(guān)，根據(jù)各顆粒的粒度、質(zhì)量和所受的法向作用力和剪切力確定顆粒的移動位置，因此，所述離散元的計算方法主要包括法向作用力的計算方法和所述剪切力的計算方法。
[0089]所述離散元的法向作用力fn的計算公式可以為:
[0090]fn= kn δ n
[0091]其中，kn表示法向力方向顆粒間的剛度，δ ?表示顆粒之間重疊度。重疊度是兩個顆粒的半徑之和與兩個顆粒的中心之間的距離之差。
[0092]所述離散元的剪切力fs的計算公式可以為:
[0093]fs= ks δ s
[0094]其中，ks表示剪切力方向的顆粒間剛度，δ 3表示顆粒之間切向位移大小。
[0095]需要說明的是，所述顆粒間的剛度根據(jù)顆粒的彈性模量和顆粒間的連接強度確定。顆粒的中心之間的距離和切向位移與顆粒的粒度和彈性模量確定。各個顆粒所受的外力與第一歷史模型所受的外力和顆粒間的摩擦力確定。所述第一歷史模型所受的外力可以以能夠勻速擠壓或者勻速抬升所述第一歷史模型的一個邊界所需要外力確定。
[0096]舉例來說，若所述構(gòu)造演化過程包括地層擠壓過程，則根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，可以具體包括:
[0097]設(shè)定所述第一歷史模型的邊界，以使所述第一歷史模型的各個歷史地層的顆粒位于一上部開口的立方體內(nèi)，可參考圖7 ;
[0098]根據(jù)所述地層擠壓過程的方向，從所述立方體的一側(cè)邊界推進擠壓所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒；
[0099]在被擠壓端與所述立方體邊界的空隙中，加入與被擠壓一側(cè)的各個地層相同的顆粒；
[0100]采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置。
[0101]可參考圖8至圖10分別為區(qū)域壓縮量為6公里、12公里、19公里時的構(gòu)造變形結(jié)果示意圖。
[0102]可選的，若所述構(gòu)造演化過程包括地層沉積過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還可以包括:
[0103]在所述不同階段的第一歷史模型中，增加歷史地層，所述歷史地層的顆粒的材料參數(shù)為預(yù)設(shè)的沉積層初始材料參數(shù)。
[0104]可選的，若所述構(gòu)造演化過程包括地層侵蝕過程，則根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還可以包括:
[0105]在所述不同階段的第一歷史模型中，減少位于最上層的歷史地層的顆粒，所述減少的顆粒的位置和數(shù)量根據(jù)歷史地層的當前階段的地質(zhì)構(gòu)造確定。
[0106]進一步地，還可以根據(jù)目標區(qū)域的歷史環(huán)境，例如，風(fēng)速、天氣、設(shè)置增加和減少的歷史地層的顆粒。
[0107]在本發(fā)明的實施例中，可選的，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程，還可以包括:
[0108]實時采集所述不同階段的第一歷史模型中的各個歷史地層的的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變。
[0109]需要說明的是，應(yīng)力是指物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置，應(yīng)變是指，微小材料元素承受應(yīng)力時所產(chǎn)生的變形強度，或稱為單位長度變形量。
[0110]系統(tǒng)可以根據(jù)不同階段的顆粒的位置數(shù)據(jù)，獲得不同階段顆粒的應(yīng)力應(yīng)變。
[0111]根據(jù)不同階段的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變，可以獲得目標區(qū)域的各個階段的應(yīng)力應(yīng)變云圖，各個階段的應(yīng)力應(yīng)變云圖和顆粒的位置信息可以用于反映目標區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造的動態(tài)變化過程。
[0112]也就是說，基于該離散元模型的可以獲取到非常接近地質(zhì)演化過程中的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變情況。
[0113]在本發(fā)明的實施例中，可選的，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程之后，還可以包括:
[0114]根據(jù)不同階段的所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，標定所述目標區(qū)域的各個歷史地層的變形構(gòu)造的形態(tài)和構(gòu)造圈閉。
[0115]根據(jù)本發(fā)明提供的地質(zhì)構(gòu)造演化和構(gòu)造變化的分析方法能夠得到目標區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形信息，結(jié)合目標區(qū)域的當前地層信息和地質(zhì)特征，可以分析應(yīng)力應(yīng)變對儲層性質(zhì)的影響，因此，本發(fā)明實施例提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法對于確定目標區(qū)域的儲層性質(zhì)和指導(dǎo)油氣勘探可以提供更準確的理論支持。
[0116]圖12為本發(fā)明提供的一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法的實施例二的流程圖。
[0117]如圖12所示，在圖1所示方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例的步驟還可以包括:
[0118]在S105之前，還包括:
[0119]S106、根據(jù)所述構(gòu)造演化過程對所述第一歷史模型進行演化，得到的第一理論當前模型。
[0120]S107、判斷所述第一理論當前模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度；若不滿足，執(zhí)行S108。
[0121]S108、調(diào)整所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，執(zhí)行S106。
[0122]需要說明的是，所述顆粒的材料參數(shù)需要能夠體現(xiàn)所屬的地層的物性，也就是說，最終確定的第一歷史模型中的所采用的顆粒的材料參數(shù)，能夠使得第一歷史模型中各個地層經(jīng)過構(gòu)造演化過程后，得到第一理論當前模型與實際的當前地層信息所體現(xiàn)的地層的分布特征和地質(zhì)特征盡可能相同。
[0123]通過調(diào)整顆粒的材料參數(shù)進行反復(fù)試驗，可以選擇最能體現(xiàn)地層的物性的材料參數(shù)，即得到的第一理論當前模型與當前地層信息所體現(xiàn)的地層的地層的分布特征和地質(zhì)特征最接近。
[0124]可選的，所述預(yù)設(shè)的相似度可以根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置。
[0125]本發(fā)明的實施例確定的滿足預(yù)設(shè)的相似度的第一歷史模型中，各個歷史地層對應(yīng)的顆粒的材料參數(shù)能夠反映目標區(qū)域的地層的宏觀特性。也就是說，根據(jù)本發(fā)明提供的地質(zhì)構(gòu)造演化和構(gòu)造變化的分析方法能夠得到非常接近地質(zhì)歷史時期的離散元模型。
[0126]下面采用具體的例子說明本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案及有效效果。
[0127]場景一:
[0128](I)收集分析區(qū)域的地震等資料，并對資料進行分析，提取目標出區(qū)域的地層信息，反演構(gòu)造演化過程。
[0129](2)隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力的作用下堆積于給定大小的矩形盒狀模型中，生成初始離散元模型。
[0130](3)通過一系列雙軸壓縮實驗測試離散元模型中顆粒尺度的微觀連接屬性和塊體宏觀強度的關(guān)系，獲取在哪一種微觀顆粒強度能夠產(chǎn)生最接近自然條件下觀察到的斷層的形成，得到顆粒材料的初始微觀性質(zhì)，初始微觀性質(zhì)包括顆粒粒度、顆粒彈性模量、顆粒間摩擦力、顆粒間連接強度等。通過設(shè)置顆粒材料的微觀性質(zhì)來設(shè)定地層的宏觀性質(zhì)，宏觀性質(zhì)可以包括如內(nèi)聚力，抗壓強度、抗拉強度等。
[0131](4)依據(jù)本場景步驟(I)的分析結(jié)果，結(jié)合本場景步驟(3)得到的顆粒初始材料參數(shù)，建立反映區(qū)域地質(zhì)特征的離散元模型，其中，離散元模型可以為存在先存斷層、尖滅地層的模型，可選的，還可以通過剝離地表部分顆粒生成復(fù)雜的地表形態(tài)。
[0132](5)在本場景步驟(4)建立的反映區(qū)域地質(zhì)特征的離散元模型基礎(chǔ)上，設(shè)置邊界條件，例如，固定模型的底邊及一側(cè)邊界，使另一側(cè)邊界勻速推進擠壓模型，模擬現(xiàn)實中的水平擠壓作用。
[0133](6)對設(shè)定了顆粒的初始材料參數(shù)的離散元模型，采用離散元的計算方法進行迭代運算，完成整個區(qū)域的構(gòu)造演化過程模擬。其中，在模型演化的某個階段，可以在模型頂部增加或者剝離地層，以模擬地層的沉積或者侵蝕過程。將模擬結(jié)果與現(xiàn)在取得的地震資料進行對比，如模擬結(jié)果與現(xiàn)在取得的地震資料的地層的構(gòu)造地質(zhì)特征存在差異，可以調(diào)整本場景步驟(4)中顆粒的材料參數(shù)，直至獲得的模擬結(jié)果與現(xiàn)在取得的地震地層構(gòu)造地質(zhì)特征較為相符。
[0134](7)采集系統(tǒng)中顆粒的應(yīng)力應(yīng)變及顆粒的位置數(shù)據(jù)，并作出應(yīng)力應(yīng)變云圖及計算各個階段系統(tǒng)中顆粒的位置，用于反映系統(tǒng)的動態(tài)變化過程。其中，顆粒的位置的變化過程可以用于標定出地層的變形情況，尤其構(gòu)造的位置及其形態(tài)與構(gòu)造圈閉等，結(jié)合地震資料，分析應(yīng)力應(yīng)變及其對儲層性質(zhì)的影響。
[0135]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例的有益效果在于由于充分考慮地層的初始展布特征，建立接近地質(zhì)歷史時期的離散元模型，并采用半徑大小不同的顆粒隨機生成，并在重力作用下堆積生成初始離散元模型，使得可以在模擬演化過程的某個階段，增加沉積及侵蝕過程，以及研究同構(gòu)造沉積等地質(zhì)現(xiàn)象對該區(qū)域構(gòu)造變形的影響，使得構(gòu)造演化過程和構(gòu)造變形機制的模擬方法成本低、靈活。
[0136]并且，本發(fā)明避免了常規(guī)計算模擬方法中需要人為定義構(gòu)造的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律，采用離散顆粒來構(gòu)建模型，模型具有和真實巖體相似的顆粒結(jié)構(gòu)，克服了物理模擬存在的流變學(xué)和比例化問題，突破物理實驗中實驗材料選擇的局限性，更適合于研究不同巖石強度對構(gòu)造變形的影響，采用離散元模擬能補充并替換部分實驗，而且該基于離散元模擬的構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制研究方法可以得到實驗不容易測得的數(shù)據(jù)，進而改進現(xiàn)有理論解決實際問題，如構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制、應(yīng)力應(yīng)變分布及其對儲層性質(zhì)的影響等，為油氣勘探提供理論支持。同時，相較于采用較大規(guī)模構(gòu)造物理模擬實驗成本高且費工費時，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案的成本低快且簡便快捷。
[0137]場景二:
[0138](I)通過詳細的野外地質(zhì)觀測和二維、三維地震剖面解析，提取出區(qū)域的地層信息，反演構(gòu)造演化過程。對解析得到的地震解析圖進行反演分析得到某沉積階段地層分布圖，最終得到區(qū)域原來的地層分布情況。
[0139](2)顆粒半徑設(shè)為不同的值，并且不同半徑的顆粒隨機生成，在重力的作用下堆積成初始模型。
[0140](3)通過一系列雙軸壓縮實驗測試得到離散元模型中各個地層的顆粒材料的初始微觀性質(zhì)，其中，初始微觀性質(zhì)可以包括顆粒粒度、顆粒彈性模量、顆粒間摩擦力、顆粒間連接強度等。
[0141](4)參考本場景步驟(I)得到的地層分布情況及本場景步驟(3)得到的各個地層的顆粒材料的初始微觀性質(zhì)，通過給定各個地層的顆粒材料屬性，建立反映區(qū)域地質(zhì)特征的離散元模型。
[0142](5)基于本場景步驟(4)反映區(qū)域地質(zhì)特征的離散元模型，設(shè)置邊界條件，一般固定模型底邊及一側(cè)邊界，使另一側(cè)邊界勻速推進擠壓模型，即給定位移邊界條件，模擬現(xiàn)實中的水平擠壓作用。
[0143](6)對建好的特定屬性的模型，采用離散元的計算方法進行迭代運算，完成整個區(qū)域的構(gòu)造演化過程模擬。當區(qū)域縮短量為8km，模型靠近擠壓端一側(cè)加入一期同構(gòu)造沉積層。離散元方法進行迭代計算時，顆粒之間的作用力包括法向作用力及剪切力。
[0144](7)把模擬結(jié)果與現(xiàn)在取得的相關(guān)資料對比，可參考圖10所示的模擬結(jié)果，圖11為一前陸褶皺帶鹽構(gòu)造的剖面圖。由圖11可知該區(qū)域深部構(gòu)造集中于靠近山前一側(cè)，緊密排布，總體呈疊瓦狀，與我們模擬中構(gòu)造發(fā)育情況有很好的可對比性。如果模擬結(jié)果不理想，則返回調(diào)整本場景步驟(2)中地層的材料參數(shù)，直至獲得模擬結(jié)果與現(xiàn)在的地層構(gòu)造地質(zhì)特征較為相符。
[0145](8)采集系統(tǒng)中顆粒的應(yīng)力應(yīng)變及顆粒的位置數(shù)據(jù)，并作出應(yīng)力應(yīng)變云圖及計算各個階段系統(tǒng)中顆粒的位置，用于反映系統(tǒng)的動態(tài)變化過程。可參考圖8至圖10動態(tài)反映了整個模擬過程，可以采集構(gòu)造形態(tài)圖、內(nèi)部體應(yīng)變、剪切應(yīng)變，并標定出地層的變形情況、地質(zhì)構(gòu)造的位置及其形態(tài)與構(gòu)造圈閉等，結(jié)合地震資料，可以分析應(yīng)力應(yīng)變及其對儲層性質(zhì)的影響。
[0146]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的用于構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制的離散元模擬方法，其有益效果在于:充分考慮地質(zhì)歷史時期地層原來的地質(zhì)特征，建立接近地質(zhì)歷史時期的離散元模型；采用半徑大小不同的顆粒隨機分布的方式建立初始的離散元模型；模擬某個階段，可以增加沉積及侵蝕過程，研究這中普遍的地質(zhì)現(xiàn)象對該區(qū)域構(gòu)造變形的影響；本發(fā)明避免了常規(guī)模擬方法中需要人為定義構(gòu)造的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律，采用離散顆粒來構(gòu)建模型，模型具有和真實巖體相似的顆粒結(jié)構(gòu)；較大規(guī)模構(gòu)造物理模擬實驗往往費錢、費時，采用離散元模擬能補充并替換部分實驗，而且該基于離散元模擬的構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制研究方法可以得到實驗不容易測得的數(shù)據(jù)，進而改進現(xiàn)有理論解決實際問題，如構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制、應(yīng)力應(yīng)變分布及其對儲層性質(zhì)的影響等，為油氣勘探提供理論支持。
[0147]綜上所述，本發(fā)明實施例的有益效果在于，首先，本發(fā)明實施例的方法考慮了模擬斷層的產(chǎn)生與變形過程上巖體的非均質(zhì)、各向異性，即考慮了顆粒材料的微觀離散性，本發(fā)明實施例采用的離散元模擬方法通過構(gòu)建一個離散的彈性粒子組成的系統(tǒng)，并給系統(tǒng)施加外力來觀測系統(tǒng)運動行為及動力學(xué)特征。離散元法支持大變形、破裂，允許顆粒發(fā)生有限的位移、轉(zhuǎn)動、脫離等，每個顆粒性質(zhì)均于不同，并且在計算過程中能夠自動識別新的接觸面，非常適合分析構(gòu)造變形機制，不僅可以方便的實現(xiàn)材料的非均質(zhì)及各向異性，而且實驗者可以對系統(tǒng)的運動演化進行模擬和觀測，直觀地跟蹤構(gòu)造的發(fā)生及形成過程，特別適于散體聚合物的模擬，如巖石土體等。模擬構(gòu)造演化過程和變形機制的結(jié)果更接近于真實歷史演化和變形過程。
[0148]其次，本發(fā)明實施例得到的地層的材料參數(shù)還可以用于不同的場景。
[0149]并且，離散元模擬方法的離散性質(zhì)對于斷層及節(jié)理高度發(fā)育的不連續(xù)系統(tǒng)來說是一種非常有價值的技術(shù)方法。這是因為，離散元模擬方法的另一個優(yōu)勢是對于材料流變性質(zhì)的模擬，材料的流變性質(zhì)來自于組成材料的顆粒之間相互作用的結(jié)果，并且可以隨著時間而演化。
[0150]與有限元模擬方法不同，有限元模擬方法模擬鹽底辟和鹽席時，流變的性質(zhì)是預(yù)先賦予的。例如，一些有限元模型把上覆的地層看做是粘性的，因此不能很好地模擬這些沉積地層中出現(xiàn)的斷層及斷層相關(guān)褶皺等脆性變形。
[0151]而本發(fā)明實施例用于構(gòu)造的離散元模型中，顆粒半徑設(shè)為不同的值，并且不同半徑的顆粒隨機分布于模型中，使模型更接近現(xiàn)實構(gòu)造，尤其適合用于模擬具有復(fù)雜斷裂的構(gòu)造體系，對深入研究構(gòu)造變形機制具有一定的參考價值。
[0152]另外，本發(fā)明實施例離散元方法在一定程度上突破了物理模擬存在的流變學(xué)和比例化問題，可以突破物理實驗中實驗材料選擇的局限性，更適合于研究不同巖石強度對構(gòu)造變形的影響。通常來說，符合比例化物理模擬需求的材料力學(xué)性質(zhì)比較難以實現(xiàn)，而在本發(fā)明可以通過參數(shù)設(shè)置與調(diào)試，模擬合適材料的物理性質(zhì)。因此，基于離散元模擬的構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制研究方法可以得到物理模擬實驗不容易測得的數(shù)據(jù)，進而改進現(xiàn)有理論解決實際問題，如構(gòu)造演化過程與構(gòu)造變形機制、應(yīng)力應(yīng)變分布及其對儲層性質(zhì)的影響等，為油氣勘探提供理論支持。
[0153]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0154]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種地質(zhì)構(gòu)造演化和變形過程的分析方法，其特征在于，包括: 獲取目標區(qū)域的當前地層信息，根據(jù)當前地層信息，反演構(gòu)造演化過程和所述目標區(qū)域的歷史地層的分布特征； 隨機生成不同半徑的顆粒，使其在重力作用下堆積于預(yù)設(shè)的立方體中，生成初始離散元模型； 根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型； 根據(jù)預(yù)設(shè)的各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，設(shè)置所述第一水平模型中的各個歷史地層中的顆粒的材料參數(shù)，生成第一歷史模型； 根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標區(qū)域的歷史地層信息還包括歷史地質(zhì)特征，所述歷史地質(zhì)特征為: 所述目標區(qū)域在歷史地質(zhì)時期已存在的先存斷層或尖滅地層； 則根據(jù)歷史地層的分布特征，將所述初始離散元模型中的顆粒劃分為若干歷史地層，生成第一水平模型，還包括: 根據(jù)所述包含所述歷史地質(zhì)特征的的歷史地層信息，生成第一水平模型。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程之前，還包括: 判斷根據(jù)所述構(gòu)造演化過程對所述第一歷史模型進行演化，得到的第一理論當前模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度； 若不滿足，則調(diào)整所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的材料參數(shù)，重新判斷根據(jù)所述構(gòu)造演化過程對所述第一歷史模型進行演化，得到的第一理論當前模型的地質(zhì)特征與當前地層信息的地質(zhì)特征是否滿足預(yù)設(shè)的相似度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一歷史模型和所述構(gòu)造演化過程，確定所述目標區(qū)域的變形過程，包括: 根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述目標區(qū)域的構(gòu)造演化過程包括: 所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層擠壓過程，和/或， 所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層沉積過程，和/或， 所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層侵蝕過程，和/或， 所述目標區(qū)域從地質(zhì)歷史時期至當前的地層抬升過程。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，若所述構(gòu)造演化過程包括地層擠壓過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，具體包括: 設(shè)定所述第一歷史模型的邊界，以使所述第一歷史模型的各個歷史地層的顆粒位于一上部開口的立方體內(nèi)； 根據(jù)所述地層擠壓過程的方向，從所述立方體的一側(cè)邊界推進擠壓所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒； 在被擠壓端與所述立方體邊界的空隙中，加入與被擠壓一側(cè)的各個地層相同的顆粒； 采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，若所述構(gòu)造演化過程包括地層沉積過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還包括: 在所述不同階段的第一歷史模型中，增加歷史地層，所述歷史地層的顆粒的材料參數(shù)為預(yù)設(shè)的沉積層初始材料參數(shù)；和/或， 若所述構(gòu)造演化過程包括地層侵蝕過程，則所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型的中各個歷史地層的顆粒的位置，還包括: 在所述不同階段的第一歷史模型中，減少位于最上層的歷史地層的顆粒，所述減少的顆粒的位置和數(shù)量根據(jù)歷史地層的當前階段的地質(zhì)構(gòu)造確定。8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程，還包括: 實時采集所述不同階段的第一歷史模型中的各個歷史地層的的顆粒的應(yīng)力應(yīng)變。9.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述構(gòu)造演化過程的不同階段和所述第一歷史模型中的各個歷史地層的顆粒的初始位置，采用離散元的計算方法進行迭代運算，確定不同階段的第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，以確定所述目標區(qū)域的從地質(zhì)歷史時期至當前的構(gòu)造變形過程之后，還包括: 根據(jù)不同階段的所述第一歷史模型中各個歷史地層的顆粒的位置，標定所述目標區(qū)域的各個歷史地層的變形構(gòu)造的形態(tài)和構(gòu)造圈閉。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒的材料參數(shù)包括:顆粒的粒度，和/或， 顆粒的彈性模量，和/或， 顆粒間的摩擦力，和/或， 顆粒間的連接強度。
【文檔編號】G01V9/00GK105866855SQ201510033031
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月22日
【發(fā)明人】雷剛林, 吳超, 許安明, 潘楊勇, 尚江偉, 黎立, 顧成龍, 李向云, 李夢媛, 謝亞妮
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司