基于層序特征重構(gòu)沉積條件的反演算法設(shè)計(jì)

張濤 （長(zhǎng)江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023

水資源與水電科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （武漢大學(xué)），湖北 武漢430072）

陳忠，呂一兵 （長(zhǎng)江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

層序地層學(xué)是一種劃分、對(duì)比和分析沉積巖的新方法。層序地層學(xué)已成為油氣勘探中一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，其主要作用就是在等時(shí)層序地層格架中進(jìn)行沉積體系的分析，預(yù)測(cè)生油層、儲(chǔ)層和蓋層的分布及特征。由于層序地層學(xué)理論的引入，對(duì)陸相含油氣盆地地層及沉積研究起到極大的推進(jìn)作用。但是，這一學(xué)科本身定性分析較多，在定量分析方面相對(duì)薄弱，從而造成技術(shù)操作的人為性和隨意性。如何使層序地層學(xué)的理論體系達(dá)到定量化是當(dāng)前需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。國(guó)內(nèi)學(xué)者大都偏重于應(yīng)用，對(duì)不同地質(zhì)背景下地層堆積樣式及其控制因素的探索不夠，對(duì)地層層序模式的定量化研究基本上是空白[1～3]。

基于基準(zhǔn)面旋回為正弦波動(dòng)的假定，在一個(gè)基準(zhǔn)面旋回內(nèi)，沉積旋回顯示為特定的層序類(lèi)型，而沉積旋回是由不同的B（最大沉降速率）、D（最大沉積速率）、E（最大侵蝕速率）組合所形成，沉積旋回形成的沉積地層都有一個(gè)相似的形態(tài)，這些形態(tài)都可以用標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)進(jìn)行描述。為此，筆者在提取了層序類(lèi)型特征的基礎(chǔ)上[4，5]，通過(guò)一種反演算法確定了符合這一特征的相應(yīng)的B、D、E組合，從而重構(gòu)沉積條件。

1 反演算法設(shè)計(jì)

1.1 算法思路

首先離散正弦基準(zhǔn)面曲線的定義域區(qū)間，假設(shè)離散節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為N（取N＝2000），然后根據(jù)巖石面與基準(zhǔn)面的位置關(guān)系確定一個(gè)穩(wěn)定的沉積旋回并計(jì)算：

1）p[0]，旋回的起始位置。

2）p[1]，基準(zhǔn)面位于沉積表面之上的分界點(diǎn)。

3）p[2]，沉積面由低于基準(zhǔn)面到上升到基準(zhǔn)面位置。

4）p[3]，剝蝕作用結(jié)束，沉積作用開(kāi)始的位置。

5）p[4]，基準(zhǔn)面與巖石面高度差最大的點(diǎn)。

6）p[5]，剝蝕開(kāi)始的位置，即沉積間斷開(kāi)始的位置。

7）p[6]，沉積面由原來(lái)高于基準(zhǔn)面下降到與基準(zhǔn)面相平的位置。

8）p[7]，巖石表面開(kāi)始高于基準(zhǔn)面的位置。

9）p[8]，沉積面由低于基準(zhǔn)面到上升到基準(zhǔn)面位置。

1.2 具體算法

算法中參變量說(shuō)明如下：Base為基準(zhǔn)面；face為巖石面；Sed為最大沉積速率；Erosion為最大侵蝕速率；Sub為沉降速率；A為振幅。具體算法設(shè)計(jì)如下：步驟1 初始化Base[i]：

步驟2 計(jì)算face[i]。

步驟4 計(jì)算確定沉積類(lèi)型的8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

在序列i＝500，…，4000中存在點(diǎn)i＊，滿足

1）在序列ii＝i＊，…，4000中尋找滿足的最大子標(biāo)ii＊，同時(shí)在序列…，4000中存在滿足條件的最大子標(biāo)iii＊，令p0＝iii＊。

2）令p3＝p0＋2000，在序列p0，…，p0＋2000中尋找滿足Base[ii（1）]＞face[ii（1）]的最大子標(biāo)ii（1），令p1＝ii（1）。

3）在序列p1，…，p3中尋找滿足的最大子標(biāo)ii（7），令

4）在序列p7，…，p1中尋找滿足的最大子標(biāo)ii（8），令

5）令δ為較小的負(fù)數(shù)；同時(shí)，在中尋找滿足Δh[ii]＞δ的最大子標(biāo)ii（4），并令p4＝ii（4）。

6）在序列p4，…，p3中尋找滿足：

的最大子標(biāo)iii（5），令p5＝ii（5）＋1。

7）令ii＝p3，ff1[ii]＝Base[ii]，計(jì)算：

再在序列ii＝p5，…，p0中計(jì)算：

8）在序列p5，…，p3中尋找滿足條件：

的最大子標(biāo)ii（6）；令p6＝ii（6）＋1。

步驟5 反演沉積組合B、D（E一定）。

1）如果同時(shí)滿足以下條件 （在E＝0的前提下）：

輸出B、D、E的值，則得到第一族中層序?yàn)镈U＿SU＿BL的B、D、E組合。

2）如果同時(shí)滿足條件 （在E＝0的前提下）：

輸出B、D的值，則得到第一族中層序?yàn)镈U＿SU＿BL的B、D組合。

3）如果同時(shí)滿足條件 （在E＝0的前提下）：

輸出B、D的值，則得到BL＿BL族中相應(yīng)的B、D組合。

4）如果同時(shí)滿足條件 （在E＝0的前提下）：

輸出B、D的值，則得到第四族中含有BL層序的B、D組合。

2 反演結(jié)果

根據(jù)提取的層序類(lèi)型的特征，通過(guò)上述理論算法，利用VC＋＋編制程序求解在最大侵蝕速率E一定的情況下相應(yīng)的最大沉降速率B、最大沉積速率D的組合。圖1是在假設(shè)最大侵蝕速率E＝0%的前提下，根據(jù)上述算法求解出相應(yīng)的沉降速率B和沉積速率D的組合。在一個(gè)沉積旋回周期內(nèi)，B、D組合具備如下特征：① 在p[0]處可容納空間開(kāi)始為正，沉積開(kāi)始；② 在p[1]處沉積面與基準(zhǔn)面重合到基準(zhǔn)面位于沉積面之上；③ 在p[5]處剝蝕開(kāi)始；

圖1 層序類(lèi)型TC＝18的B、D組合圖

[1]Tipper J C.Patterns of stratigraphic cyclicity [J].Journal of Sedimentary Research，2000，70 （6）：1262～1279.

[2]鄧宏文 .美國(guó)層序地層研究中的新學(xué)派——高分辨率層序地層學(xué) [J].石油天然氣地質(zhì)，1995，16（2）：90～97.

[3]閆偉鵬，鄧宏文，王紅亮 .層序地層學(xué)的計(jì)算機(jī)模擬研究進(jìn)展 [J].石油與天然氣地質(zhì)，2004，25（5）：596～602.

[4]張濤，呂一兵，陳忠，等 .一種確定沉積旋回類(lèi)型的迭代算法 [J].石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2009，31（2）：25～29.

[5]張昌民，尹艷樹(shù)，尹太舉，等 .基準(zhǔn)面旋回定量表征的工作框架 [J].石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2007，29（4）：8～14.