盆地模擬相同層位不同地質(zhì)事件處理方法

彭 成

（中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京）

引言

盆地?cái)?shù)值模擬技術(shù)在近十幾年以來(lái)朝著定量化、動(dòng)態(tài)化和繪圖自動(dòng)化方向發(fā)展?，F(xiàn)今盆地模擬技術(shù)已不僅僅是地質(zhì)過(guò)程的表達(dá)形式，而且是對(duì)各種動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究的不可缺少的手段[1]。加強(qiáng)對(duì)三維地質(zhì)屬性建模與構(gòu)造建模技術(shù)的應(yīng)用、實(shí)行符合地質(zhì)規(guī)律的油氣運(yùn)聚法則引導(dǎo)下的分關(guān)鍵階段交互模擬，將是今后盆地模擬技術(shù)發(fā)展的主要方向[2]。此外，將油氣地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)地質(zhì)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的最新進(jìn)展和新技術(shù)融入盆地模擬，也會(huì)大大促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步[3]。

國(guó)外的盆地模擬軟件商品化程度較高，如TEMISPACK (法 國(guó) 石 油 研 究 院)、BasinMod (美 國(guó)PlatteRiver 公司)、PetroMod(德國(guó)有機(jī)地化研究所)等。國(guó)內(nèi)的盆地模擬軟件研發(fā)于20 世紀(jì)90 年代左右達(dá)到鼎盛[4]，研發(fā)的相關(guān)軟件達(dá)10 多種，如BASIMS(中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）、PRES (中海油研究中心)、BIAS(原地球軟件公司)、GEMDASS 及PASS 等[5]。就盆地模擬商品化軟件的總體水平來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比存在著差距，尚須不斷努力攻關(guān)。

在盆地模擬中，同一地質(zhì)層位的不同區(qū)域可能有不同的沉積類型，目前國(guó)內(nèi)外主流軟件均沒有提供良好的處理方法，要么分成多個(gè)區(qū)域分別獨(dú)立計(jì)算，喪失了盆地的整體意義；要么將其變成多個(gè)地質(zhì)層位，每個(gè)層位只有一種地質(zhì)類型，這樣并不符合真實(shí)的地層沉積過(guò)程。

本研究將含有不同地質(zhì)事件的不同區(qū)域進(jìn)行分塊，單獨(dú)設(shè)置地質(zhì)事件分塊模擬，保證了盆地的整體意義，解決了同一層位不同地質(zhì)事件這一難題。

1 劃分和定義不同地質(zhì)事件范圍

盆地模擬輸入的基本數(shù)據(jù)為一組地質(zhì)層位，每個(gè)地質(zhì)層位的參數(shù)包括年代(age)、形狀(grid data)、地質(zhì)事件類型(geo event，GE)，為支持同一層位不同地質(zhì)事件，增加兩個(gè)參數(shù)：不同地質(zhì)事件范圍 (diff part extent，DE)、不同地質(zhì)事件類型(diff part geo event，DGE)。其中age 表示地質(zhì)層位形成時(shí)間，單位為百萬(wàn)年；grid data 用一組網(wǎng)格化的坐標(biāo)表示，x、y 表示地理位置，z 表示在現(xiàn)今盆地中的深度；GE 取值包括沉積、剝蝕、虛層、沉積間斷4 種；DE 為一組矩形范圍，每個(gè)矩形代表一個(gè)不同地質(zhì)事件的范圍；DGE 為一組地質(zhì)事件類型，每個(gè)代表一個(gè)不同地質(zhì)事件的事件類型，取值種類的范圍同GE。

2 增加矩形不同地質(zhì)事件范圍

2.1 初始層位增加范圍

不同地質(zhì)事件具體的定義及范圍劃分方式如圖1所示，對(duì)于一個(gè)初始地質(zhì)層位，其地質(zhì)類型為沉積，初始的DE 和DGE 為空，表示還沒有不同地質(zhì)事件。現(xiàn)在此層位有一局部范圍需要設(shè)置為剝蝕，剝蝕范圍相對(duì)于層位范圍的關(guān)系共有5 種情況，如圖1 中左側(cè)列所示，其中沉積區(qū)域用C 表示，剝蝕區(qū)域用E 表示。首先基于此局部范圍，將此地質(zhì)層位的整體范圍進(jìn)行矩形切塊，結(jié)果如圖中右側(cè)列所示。

對(duì)于圖1 中a 情況的剝蝕范圍，切塊后可以得到5 個(gè)矩形范圍。那么對(duì)這個(gè)地質(zhì)層位添加5 個(gè)DE，每個(gè)DE 為其中一個(gè)矩形的范圍，并添加5 個(gè)相應(yīng)的DGE，分別為1 個(gè)剝蝕和4 個(gè)沉積，表示這5 個(gè)矩形范圍對(duì)應(yīng)的地質(zhì)事件類型。同時(shí)，其他各個(gè)地質(zhì)層位同樣添加這5 個(gè)DE，并添加5 個(gè)相應(yīng)的DGE，取值均為他們自己本身的GE。對(duì)于b、c、d、e 情況的剝蝕范圍，無(wú)法切成獨(dú)立的矩形，分別得到4 個(gè)、3 個(gè)、3 個(gè)、2個(gè)矩形范圍，矩形切塊與上面的做法類似。

圖1 地質(zhì)事件范圍劃分方法

2.2 已有層位增加范圍

當(dāng)?shù)刭|(zhì)層位的DE 和DGE 不為空時(shí)，新增不同地質(zhì)事件范圍需要與已有的DE 逐一比較。如圖2 所示，當(dāng)前地質(zhì)層位已經(jīng)擁有從a 到i 共9 個(gè)不同地質(zhì)事件范圍，此時(shí)新增一個(gè)地質(zhì)事件范圍，依次與a 到i 進(jìn)行相交判斷，形成下方的范圍劃分。

圖2 跨多區(qū)域的范圍劃分

如果沒有交集或者交集范圍的長(zhǎng)度小于一個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度，或者交集范圍的寬度小于一個(gè)網(wǎng)格寬度，則認(rèn)為沒有交集，直接跳過(guò)，例如d；

如果新增范圍可以整體包含已有的范圍，或者未包含部分的長(zhǎng)度少于一個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度，或者未包含部分的寬度少于一個(gè)網(wǎng)格的寬度，則認(rèn)為是整體包含，將這個(gè)已有范圍對(duì)應(yīng)的DGE 修改為新增不同地質(zhì)事件的類型，例如f，其對(duì)應(yīng)的DGE 需要更改為新增不同地質(zhì)事件的類型；

如果范圍相交，如a、b、c、e、g、h、i，則先刪除這個(gè)已有范圍當(dāng)前的DE 和DGE，然后按照前面初始地層增加不同地質(zhì)事件范圍的做法，將已有范圍切分成新的矩形分塊，并生成新矩形分塊對(duì)應(yīng)的地質(zhì)事件范圍及類型。

3 增加多邊形不同地質(zhì)事件范圍

3.1 初始層位增加范圍

當(dāng)新增的不同地質(zhì)事件范圍為多邊形時(shí)，需要對(duì)多邊形所在區(qū)域進(jìn)行逐級(jí)四等分，直到分塊后的區(qū)域中某種地質(zhì)類型所占面積大于當(dāng)前分塊面積的90%，將此分塊整體記為這種地質(zhì)類型，形成一對(duì)DE 和DGE；或者如果再下一級(jí)分塊的行列數(shù)小于2 行或者2 列，也不再繼續(xù)四等分，將當(dāng)前分塊中面積占比較大的那種地質(zhì)類型記為當(dāng)前分塊的整體地質(zhì)類型，形成一對(duì)DE 和DGE，如圖3 所示。

圖3 多邊形不同地質(zhì)事件范圍劃分

3.2 已有層位增加范圍

當(dāng)?shù)刭|(zhì)層位的DE 和DGE 不為空時(shí)，新增多邊形不同地質(zhì)事件范圍需要與已有的DE 逐一比較。如圖4 例子所示，當(dāng)前地質(zhì)層位已經(jīng)擁有從a 到f 共6 個(gè)不同地質(zhì)事件范圍，此時(shí)新增一個(gè)多邊形地質(zhì)事件范圍，則將新增的范圍依次與a 到f 進(jìn)行相交判斷。

圖4 跨多區(qū)域的多邊形范圍劃分

如果交集面積占比小于10%，則跳過(guò)；如果新增范圍占比超過(guò)90%，則將當(dāng)前范圍對(duì)應(yīng)的DGE 修改為新增不同地質(zhì)事件的類型；如果范圍相交，而且沒有出現(xiàn)某種地質(zhì)類型面積占比超過(guò)90%的情況，則刪除當(dāng)前范圍對(duì)應(yīng)的DE 和DGE，然后按照之前多邊形不同地質(zhì)事件范圍劃分方法逐級(jí)四等分，直到分塊后的區(qū)域中某種地質(zhì)類型所占面積大于當(dāng)前分塊面積的90%，或者再下一級(jí)的分塊行數(shù)或列數(shù)小于2，不再繼續(xù)四等分，將當(dāng)前分塊中面積占比較大的那種地質(zhì)類型記為當(dāng)前分塊的整體地質(zhì)類型。

每個(gè)區(qū)域逐級(jí)四等分的方法參照之前的多邊形不同地質(zhì)事件范圍劃分，先將當(dāng)前地質(zhì)層位和其他各個(gè)地質(zhì)層位中此區(qū)域?qū)?yīng)的DGE 臨時(shí)記錄下來(lái)，然后刪掉所有地質(zhì)層位中此區(qū)域?qū)?yīng)的DE 和DGE，接下來(lái)將這個(gè)區(qū)域按照之前的多邊形不同地質(zhì)事件范圍劃分方法逐級(jí)四等分，生成新的地質(zhì)事件范圍及類型。

4 增加局部剝蝕厚度

除了直接劃分局部地質(zhì)事件范圍，也可以通過(guò)輸入局部剝蝕厚度的方法來(lái)劃分局部地質(zhì)事件范圍，如圖5 所示，已有三個(gè)地質(zhì)層位h1、h2、h3，地質(zhì)類型為沉積C，現(xiàn)在對(duì)他們新增一個(gè)局部剝蝕厚度T，即這三個(gè)地質(zhì)層位在局部剝蝕厚度對(duì)應(yīng)的范圍上，出現(xiàn)了局部不同地質(zhì)事件。此時(shí)一方面需要增加局部地質(zhì)事件范圍，另一方面需要對(duì)h1、h2、h3 在局部范圍上的深度值進(jìn)行更改。前者的方法按照前面步驟中進(jìn)行即可，后者處理方法如圖5 中所示，對(duì)于h2，在局部剝蝕所對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)，把這個(gè)局部剝蝕厚度疊加在h3 上即為h2 在這個(gè)位置上的深度，h2 在此局部剝蝕厚度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的局部地質(zhì)類型為虛層V；對(duì)于h1，在局部剝蝕所對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)，地質(zhì)層位全部剝蝕到h3 的位置，h1 在此局部剝蝕厚度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的局部地質(zhì)類型為剝蝕層E。

圖5 新增局部剝蝕厚度

5 不同地質(zhì)事件范圍分塊模擬

將地質(zhì)層位按照不同地質(zhì)事件范圍進(jìn)行分塊，每個(gè)部分作為一個(gè)單獨(dú)的地質(zhì)層位數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行模擬計(jì)算。

盆地模擬的過(guò)程中包括有限元求解，要求各個(gè)地質(zhì)層位所有數(shù)據(jù)放在一起，形成一個(gè)大的矩陣來(lái)進(jìn)行求解。獲取某個(gè)坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的中間計(jì)算結(jié)果需要找到其所在的分塊以及分塊中的位置。如圖6 所示，分塊b 的起始坐標(biāo)點(diǎn)在原始地質(zhì)層位網(wǎng)格中的位置為m 行n 列，分塊b 的行數(shù)列數(shù)分別為p 行q 列，那么分塊b 在原始地質(zhì)層位網(wǎng)格中的行列范圍即從m行到m+p 行，從n 列到n+q 列。

圖6 分塊數(shù)據(jù)與原始地質(zhì)層位行列號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系

在有限元計(jì)算之后，繼續(xù)分塊完成其他盆地模擬計(jì)算流程，所以需要將此步驟的計(jì)算結(jié)果再次寫回其所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位分塊。

6 結(jié)論

（1）將含有不同地質(zhì)事件的不同區(qū)域進(jìn)行分塊，每個(gè)塊單獨(dú)設(shè)置地質(zhì)事件及模擬計(jì)算，解決了盆地模擬中同一層位不同地質(zhì)事件這一問(wèn)題，使得地質(zhì)層位各個(gè)不同地質(zhì)事件區(qū)域可以得到正確的模擬計(jì)算結(jié)果。

（2）實(shí)現(xiàn)了增加局部剝蝕厚度以及對(duì)多邊形不同地質(zhì)事件區(qū)域的分塊模擬，提高了對(duì)不同地質(zhì)事件區(qū)域范圍處理的準(zhǔn)確性。