盆地模拟相同层位不同地质事件处理方法

彭 成

（中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京）

盆地数值模拟技术在近十几年以来朝着定量化、动态化和绘图自动化方向发展。现今盆地模拟技术已不仅仅是地质过程的表达形式，而且是对各种动力学参数研究的不可缺少的手段[1]。加强对三维地质属性建模与构造建模技术的应用、实行符合地质规律的油气运聚法则引导下的分关键阶段交互模拟，将是今后盆地模拟技术发展的主要方向[2]。此外，将油气地质学、数学地质、计算机等学科的最新进展和新技术融入盆地模拟，也会大大促进该项技术的进步[3]。

国外的盆地模拟软件商品化程度较高，如TEMISPACK (法 国 石 油 研 究 院)、BasinMod (美 国PlatteRiver 公司)、PetroMod(德国有机地化研究所)等。国内的盆地模拟软件研发于20 世纪90 年代左右达到鼎盛[4]，研发的相关软件达10 多种，如BASIMS(中国石油勘探开发研究院）、PRES (中海油研究中心)、BIAS(原地球软件公司)、GEMDASS 及PASS 等[5]。就盆地模拟商品化软件的总体水平来说，国内与国外相比存在着差距，尚须不断努力攻关。

在盆地模拟中，同一地质层位的不同区域可能有不同的沉积类型，目前国内外主流软件均没有提供良好的处理方法，要么分成多个区域分别独立计算，丧失了盆地的整体意义；
要么将其变成多个地质层位，每个层位只有一种地质类型，这样并不符合真实的地层沉积过程。

本研究将含有不同地质事件的不同区域进行分块，单独设置地质事件分块模拟，保证了盆地的整体意义，解决了同一层位不同地质事件这一难题。

盆地模拟输入的基本数据为一组地质层位，每个地质层位的参数包括年代(age)、形状(grid data)、地质事件类型(geo event，GE)，为支持同一层位不同地质事件，增加两个参数：不同地质事件范围 (diff part extent，DE)、不同地质事件类型(diff part geo event，DGE)。其中age 表示地质层位形成时间，单位为百万年；
grid data 用一组网格化的坐标表示，x、y 表示地理位置，z 表示在现今盆地中的深度；
GE 取值包括沉积、剥蚀、虚层、沉积间断4 种；
DE 为一组矩形范围，每个矩形代表一个不同地质事件的范围；
DGE 为一组地质事件类型，每个代表一个不同地质事件的事件类型，取值种类的范围同GE。

2.1 初始层位增加范围

不同地质事件具体的定义及范围划分方式如图1所示，对于一个初始地质层位，其地质类型为沉积，初始的DE 和DGE 为空，表示还没有不同地质事件。现在此层位有一局部范围需要设置为剥蚀，剥蚀范围相对于层位范围的关系共有5 种情况，如图1 中左侧列所示，其中沉积区域用C 表示，剥蚀区域用E 表示。首先基于此局部范围，将此地质层位的整体范围进行矩形切块，结果如图中右侧列所示。

对于图1 中a 情况的剥蚀范围，切块后可以得到5 个矩形范围。那么对这个地质层位添加5 个DE，每个DE 为其中一个矩形的范围，并添加5 个相应的DGE，分别为1 个剥蚀和4 个沉积，表示这5 个矩形范围对应的地质事件类型。同时，其他各个地质层位同样添加这5 个DE，并添加5 个相应的DGE，取值均为他们自己本身的GE。对于b、c、d、e 情况的剥蚀范围，无法切成独立的矩形，分别得到4 个、3 个、3 个、2个矩形范围，矩形切块与上面的做法类似。

图1 地质事件范围划分方法

2.2 已有层位增加范围

当地质层位的DE 和DGE 不为空时，新增不同地质事件范围需要与已有的DE 逐一比较。如图2 所示，当前地质层位已经拥有从a 到i 共9 个不同地质事件范围，此时新增一个地质事件范围，依次与a 到i 进行相交判断，形成下方的范围划分。

图2 跨多区域的范围划分

如果没有交集或者交集范围的长度小于一个网格长度，或者交集范围的宽度小于一个网格宽度，则认为没有交集，直接跳过，例如d；

如果新增范围可以整体包含已有的范围，或者未包含部分的长度少于一个网格的长度，或者未包含部分的宽度少于一个网格的宽度，则认为是整体包含，将这个已有范围对应的DGE 修改为新增不同地质事件的类型，例如f，其对应的DGE 需要更改为新增不同地质事件的类型；

如果范围相交，如a、b、c、e、g、h、i，则先删除这个已有范围当前的DE 和DGE，然后按照前面初始地层增加不同地质事件范围的做法，将已有范围切分成新的矩形分块，并生成新矩形分块对应的地质事件范围及类型。

3.1 初始层位增加范围

当新增的不同地质事件范围为多边形时，需要对多边形所在区域进行逐级四等分，直到分块后的区域中某种地质类型所占面积大于当前分块面积的90%，将此分块整体记为这种地质类型，形成一对DE 和DGE；
或者如果再下一级分块的行列数小于2 行或者2 列，也不再继续四等分，将当前分块中面积占比较大的那种地质类型记为当前分块的整体地质类型，形成一对DE 和DGE，如图3 所示。

图3 多边形不同地质事件范围划分

3.2 已有层位增加范围

当地质层位的DE 和DGE 不为空时，新增多边形不同地质事件范围需要与已有的DE 逐一比较。如图4 例子所示，当前地质层位已经拥有从a 到f 共6 个不同地质事件范围，此时新增一个多边形地质事件范围，则将新增的范围依次与a 到f 进行相交判断。

图4 跨多区域的多边形范围划分

如果交集面积占比小于10%，则跳过；
如果新增范围占比超过90%，则将当前范围对应的DGE 修改为新增不同地质事件的类型；
如果范围相交，而且没有出现某种地质类型面积占比超过90%的情况，则删除当前范围对应的DE 和DGE，然后按照之前多边形不同地质事件范围划分方法逐级四等分，直到分块后的区域中某种地质类型所占面积大于当前分块面积的90%，或者再下一级的分块行数或列数小于2，不再继续四等分，将当前分块中面积占比较大的那种地质类型记为当前分块的整体地质类型。

每个区域逐级四等分的方法参照之前的多边形不同地质事件范围划分，先将当前地质层位和其他各个地质层位中此区域对应的DGE 临时记录下来，然后删掉所有地质层位中此区域对应的DE 和DGE，接下来将这个区域按照之前的多边形不同地质事件范围划分方法逐级四等分，生成新的地质事件范围及类型。

除了直接划分局部地质事件范围，也可以通过输入局部剥蚀厚度的方法来划分局部地质事件范围，如图5 所示，已有三个地质层位h1、h2、h3，地质类型为沉积C，现在对他们新增一个局部剥蚀厚度T，即这三个地质层位在局部剥蚀厚度对应的范围上，出现了局部不同地质事件。此时一方面需要增加局部地质事件范围，另一方面需要对h1、h2、h3 在局部范围上的深度值进行更改。前者的方法按照前面步骤中进行即可，后者处理方法如图5 中所示，对于h2，在局部剥蚀所对应的范围内，把这个局部剥蚀厚度叠加在h3 上即为h2 在这个位置上的深度，h2 在此局部剥蚀厚度范围内对应的局部地质类型为虚层V；
对于h1，在局部剥蚀所对应的范围内，地质层位全部剥蚀到h3 的位置，h1 在此局部剥蚀厚度范围内对应的局部地质类型为剥蚀层E。

图5 新增局部剥蚀厚度

将地质层位按照不同地质事件范围进行分块，每个部分作为一个单独的地质层位数据对象进行模拟计算。

盆地模拟的过程中包括有限元求解，要求各个地质层位所有数据放在一起，形成一个大的矩阵来进行求解。获取某个坐标网格点对应的中间计算结果需要找到其所在的分块以及分块中的位置。如图6 所示，分块b 的起始坐标点在原始地质层位网格中的位置为m 行n 列，分块b 的行数列数分别为p 行q 列，那么分块b 在原始地质层位网格中的行列范围即从m行到m+p 行，从n 列到n+q 列。

图6 分块数据与原始地质层位行列号对应关系

在有限元计算之后，继续分块完成其他盆地模拟计算流程，所以需要将此步骤的计算结果再次写回其所对应的地质层位分块。

（1）将含有不同地质事件的不同区域进行分块，每个块单独设置地质事件及模拟计算，解决了盆地模拟中同一层位不同地质事件这一问题，使得地质层位各个不同地质事件区域可以得到正确的模拟计算结果。

（2）实现了增加局部剥蚀厚度以及对多边形不同地质事件区域的分块模拟，提高了对不同地质事件区域范围处理的准确性。

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