一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法

1.本发明涉及沉积盆地分析技术领域，具体地说是一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法。


背景技术：

2.盆地是指地壳表面三维空间上的凹地，沉积盆地指地球历史上长期处于沉降状态并被厚层沉积物充填的盆地，对沉积盆地的动力学过程分析，对于矿产的勘探预测、地质学研究方面具有重要的意义。
3.近年来，沉积盆地分析已从定性的静态描述不断转向动态的定量过程研究。模拟分析是通过应用定量描述和分析盆地参数和过程，建立理论模型并借助计算机技术动态模拟或“仿真”盆地的动力学过程。
4.其中滨岸轨迹分析是近年来提出的用来分析盆地沉积充填结构形成过程的新理论，即通过对盆地滨岸线迁移变化的定量模拟来研究沉积层序的发育过程及其控制机制的新方法，是随着层序地层学理论的发展而新兴的一项盆地沉积层序演化与控制作用的分析技术，已被广泛应用到盆地沉积充填结构、沉积层序形成演化及沉积体分布预测系的研究。但现有技术中并未有对于滨岸轨迹分析的定量研究和模拟方法。
5.因此，为了解决上述问题，本技术提出了一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，通过定量模拟分析多因素综合作用与滨岸轨迹迁移的动力学关系，为定量-半定量预测沉积地质资源分布提供基础。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，通过模拟分析每一种因素及多因素综合作用，定量模拟滨岸线变迁和动力学过程，为定量-半定量预测沉积地质资源分布提供基础。
7.为了达到上述目的，本发明提供一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，包括以下步骤：
8.s1，沉积基准面变化：
9.用正演或反演方法定量描述盆地构造升降量，根据需要确定盆地沉降速率及其变化；
10.用不同振幅的正弦函数叠加反映海或湖平面变化，通过构造沉降和绝对海或湖平面变化叠加形成的相对海或湖平面变化来决定滨岸线的位置，公式如下：
[0011][0012]
hs为相对海/湖平面升降量；为多级海/湖平面变化量，a为海/湖平面变化幅度的相对基准量，x为时间；ts为构造升降量；
[0013]
从物源区与沉积区的交界点向水盆地方向，沿不同沉积地貌带的均衡面即剥蚀和
沉积的分界面，到海或湖平面的交界点构成了从物源区到水盆地的沉积基准面；
[0014]
s2，沉积物压实和沉积物负载均衡沉降：
[0015]
通过沉积物压实和沉积物负载均衡沉降对岸线或滨岸轨迹点变化的校正，即要恢复压实后的沉积厚度及沉积物负载均衡沉降量；
[0016]
在正常的压实情况下，沉积层的孔隙度与深度呈指数函数关系，公式如下：
[0017][0018]
是深度为y时的孔隙度，是表面孔隙度，c为压实系数，与c与岩性有关，通过实验室分析和已知资料统计分析获得；
[0019]
设沉积层顶、底的深度为y2和y1，沉降到某一深度时，沉积层的顶、底的深度为s2和s1，经压实后的沉积厚度如下式：
[0020][0021]
水充填盆地的沉积物重力均衡沉降可假定为局部均衡沉降，设盆地构造沉降为ts，盆地中的水被沉积物代替后沉降为s，公式如下：
[0022][0023]
ρm、ρs、ρw分别为地幔、沉积物和水的密度；
[0024]
若考虑负载l(x)引起的沉积物的挠曲重力负载沉降w(x)，在不考虑水平应力的影响时，如下式：
[0025][0026]
d为绕曲刚度，
[0027][0028]
s3，沉积物源和海/湖平面变化平衡与滨岸轨迹点分布：模拟分析建立了陆源碎屑盆地沉积物供给量和沉积物充填与滨岸轨迹点分布的定量关系，在给定沉积物供给量时，具体包括以下步骤：
[0029]
s3-1，根据从物源区边缘到海/湖平面的不同地貌带的沉积均衡面确定沉积体的几何形态；
[0030]
s3-2，根据由构造升降和绝对海/湖平面变化共同控制的相对海/湖平面的高度与沉积体几何形态的定量关系确定滨岸轨迹的拟合点位置，并以该点为基准点，设定从物源区向海或湖盆的多个沉积地貌带的沉积均衡面所组成的盆地沉积均衡面；
[0031]
s3-3，在盆地发生沉降、海/湖平面变化、沉积充填时，岸线轨迹点发生迁移，滨岸轨迹点迁移导致沉积均衡面变化所产生的沉积物量要与给定的沉积物供给量相等，即某一时期的沉积物量s等于各地貌带沉积物量sn的总和，否则需重新确定滨岸轨迹点的最终位置，公式如下：
[0032][0033]
s3-4，当海/湖平面再次发生变化时，重新确定滨岸轨迹点即此时滨岸点发生了向陆或向水盆地方向的迁移，重复上述模拟过程n次，从而模拟出盆地的滨岸迁移轨迹、海/湖平面变化升降曲线及沉积地层结构剖面；
[0034]
s4，海/湖平面升降和碳酸盐岩生长速率与碳酸盐岩台地边缘的斜坡轨迹点分布：
模拟分析建立了碳酸盐岩台地边缘斜坡点的轨迹曲线与海/湖平面升降和碳酸盐岩生长的定量关系；此时的沉积物量与碳酸盐岩台地工厂的生产率有关，受控于海水的深度、光合作用和生物的生长速率等因素的变化。
[0035]
沉积厚度为顶和底界面的深度差。
[0036]
本发明同现有技术相比，具备以下有益效果：
[0037]
通过对盆地多因素作用的定量描述，建立了滨岸轨迹迁移过程及控制机制的定量分析技术。滨岸轨迹模拟分析可建立沉积物供给量、海/湖平面变化、构造沉降等综合作用对滨岸迁移控制的动力学关系，定量分析和预测岸线的分布、沉积体系和沉积相的空间组合，揭示轨迹结构样式与多因素综合作用的控制机制，并为定量-半定量预测沉积地质资源分布提供基础。
附图说明
[0038]
图1为本发明滨岸轨迹点迁移过程模拟流程示意图。
[0039]
图2为本发明滨岸轨迹点模拟示意图。
具体实施方式
[0040]
现结合附图对本发明做进一步描述。
[0041]
参见图1～2，本发明提供一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法。
[0042]
本发明综合考虑了盆地的沉积基准面变化(构造沉降、海/湖平面变化)、沉积物压实、沉积物负载均衡沉降、沉积物供给量与沉积物分散等因素。
[0043]
每一时间间隔的模拟都从构造升降形成的“盆地原始形态设定”、“确定沉积基准面”、“沉积物供给和滨岸轨迹点分布”到“重力均衡沉降、沉积物压实”，根据地质模式的需要经过n次的重复即可得出模拟的滨岸迁移轨迹、地层结构和沉积相分布样式。
[0044]
具体步骤如下：
[0045]
沉积基准面变化：
[0046]
如图1所示，盆地构造升降量(ts)是影响盆地的沉积基准面变化的一个关键因素，一般可用正演或反演的方法进行定量描述，在我们所建立的技术模型中可根据需要确定盆地沉降速率及其变化。
[0047]
海或湖平面变化是另一个对沉积基准面起重要控制作用的因素。海或湖平面变化受控于多种因素，并常常显示出不同级别的旋回变化，因此可用不同振幅的正弦函数叠加来反映。决定滨岸线的位置是与相对海或湖平面有关，因此要考虑构造沉降和绝对海或湖平面变化叠加形成的相对海或湖平面变化：
[0048][0049]
其中hs为相对海/湖平面升降量；为多级海/湖平面变化量，a为海/湖平面变化幅度的相对基准量，x为时间；ts为构造升降量。
[0050]
如图2所示，从物源区与沉积区的交界点向水盆地方向，沿不同沉积地貌(带)的均衡面(剥蚀和沉积的分界面)到海或湖平面的交界点构成了从物源区到水盆地的沉积基准
面。
[0051]
沉积物压实和沉积物负载均衡沉降：
[0052]
盆地充填沉积物后，由于沉积物压实和沉积物负载均衡沉降，可导致沉积表面的沉降，从而导致岸线或滨岸轨迹点的迁移，因此，必须进行沉积物压实和均衡沉降对岸线或滨岸轨迹点变化的校正。即要恢复压实后的沉积厚度(顶、底的深度)及沉积物负载均衡沉降量。
[0053]
在正常的压实情况下，沉积层的孔隙度与深度呈指数函数关系：
[0054][0055]
其中，是深度为y时的孔隙度，为表面孔隙度，c为压实系数。和c主要与岩性有关，可通过实验室分析和已知资料统计分析求得。设沉积层顶、底的深度为y2和y1，沉降到某一深度时，沉积层的顶、底的深度为s2和s1，经压实后的沉积厚度由下式给出：
[0056][0057]
水充填盆地的沉积物重力均衡沉降可假定为局部均衡沉降，设盆地构造沉降为ts，盆地中的水被沉积物代替后沉降为s，则有：
[0058][0059]
式中ρm、ρs、ρw分别为地幔、沉积物和水的密度。若考虑挠曲均衡，由负载l(x)引起的挠曲沉降w(x)在不考虑水平应力的影响时，可表示为：
[0060][0061]
其中，为挠曲刚度，主要取决于有效弹性厚度(te)的大小。
[0062]
沉积物源和海/湖平面变化平衡与滨岸轨迹点分布：
[0063]
本项模拟分析建立了陆源碎屑盆地沉积物供给量和沉积物充填与滨岸轨迹点分布的定量关系。本模拟系统以分析宏观过程的沉积物分散和堆积与沉积体几何形态关系为目的，在给定沉积物供给量时，首先根据从物源区边缘到海/湖平面的不同地貌带的沉积均衡面确定沉积体的几何形态，再根据由构造升降和绝对海/湖平面变化共同控制的相对海/湖平面的高度与沉积体几何形态的定量关系确定滨岸轨迹的拟合点位置，并以该点为基准点，设定从物源区向海或湖盆的多个沉积地貌带的沉积均衡面所构成的盆地沉积均衡面；滨岸轨迹点迁移导致沉积均衡面变化所产生的沉积物量要与给定的沉积物供给量相等，即某一时期的沉积物量s等于各地貌带沉积物量sn的总和，否则需重新确定滨岸轨迹点的拟合点位置：
[0064][0065]
据此，确定了某一期滨岸轨迹点的最终位置。当海/湖平面再次发生变化时，重新确定滨岸轨迹点(此时滨岸点发生了向陆或向水盆地方向的迁移)，重复上述模拟过程(n次)，从而模拟出盆地的滨岸迁移轨迹、海/湖平面变化升降曲线及沉积地层结构剖面。
[0066]
对于碳酸盐岩台地边缘的斜坡轨迹点，也可用上述技术进行模拟，建立台地边缘斜坡点的轨迹曲线与海平面升降和碳酸盐岩生长的关系。此时的沉积物量与碳酸盐岩台地
工厂的生产率有关，受控于海水的深度、光合作用和生物的生长速率等因素的变化。
[0067]
以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0068]
本发明从整体上解决了现有技术中尚未有对于滨岸轨迹分析的定量研究和模拟方法的问题，通过定量分析滨岸轨迹迁移变化及控制机制，揭示盆地构造升降、海/湖平面变化、沉积物供给量、沉积物压实和负载均衡沉降等的变化对滨岸轨迹迁移、沉积体几何形态及沉积相发育分布的控制作用，检验地质模型并进行预测，对沉积盆地充填分析具有重要的指导意义，对有利油气储集体等的分布预测也具有重要的经济价值。

技术特征：
1.一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，沉积基准面变化：用正演或反演方法定量描述盆地构造升降量，根据需要确定盆地沉降速率及其变化；用不同振幅的正弦函数叠加反映海平面或湖平面变化，通过构造沉降和绝对海或湖平面变化叠加形成的相对海或湖平面变化来决定滨岸线的位置，公式如下：所述hs为相对海/湖平面升降量；所述为多级海/湖平面变化量，所述a为海/湖平面变化幅度的相对基准量，所述x为时间；所述ts为构造升降量；从物源区与沉积区的交界点向水盆地方向，沿不同沉积地貌带的均衡面即剥蚀和沉积的分界面，到海或湖平面的交界点构成了从物源区到水盆地的沉积基准面；s2，沉积物压实和沉积物负载均衡沉降：通过沉积物压实和沉积物负载均衡沉降对岸线或滨岸轨迹点变化的校正，即要恢复压实后的沉积厚度及沉积物负载均衡沉降量；在正常的压实情况下，沉积层的孔隙度与深度呈指数函数关系，公式如下：所述是深度为y时的孔隙度，所述是表面孔隙度，所述c为压实系数，所述与c与岩性有关，通过实验室分析和已知资料统计分析获得；设沉积层顶、底的深度为y2和y1，沉降到某一深度时，沉积层的顶、底的深度为s2和s1，经压实后的沉积厚度如下式：水充填盆地的沉积物重力均衡沉降可假定为局部均衡沉降，设盆地构造沉降为ts，盆地中的水被沉积物代替后沉降为s，如下式：所述ρm、ρs、ρw分别为地幔、沉积物和水的密度；若考虑负载l(x)引起的沉积物的挠曲重力负载沉降w(x)，在不考虑水平应力的影响时，如下式：所述d为绕曲刚度，s3，沉积物源和海/湖平面变化平衡与滨岸轨迹点分布：模拟分析建立了陆源碎屑盆地沉积物供给量和沉积物充填与滨岸轨迹点分布的定量关系，在给定沉积物供给量时，具体包括以下步骤：s3-1，根据从物源区边缘到海/湖平面的不同地貌带的沉积均衡面确定沉积体的几何形态；s3-2，根据由构造升降和绝对海/湖平面变化共同控制的相对海/湖平面的高度与沉积
体几何形态的定量关系确定滨岸轨迹的拟合点位置，并以该点为基准点，设定从物源区向海或湖盆的多个沉积地貌带的沉积均衡面所组成的盆地沉积均衡面；s3-3，在盆地发生沉降、海/湖平面变化、沉积充填时，岸线轨迹点发生迁移，滨岸轨迹点迁移导致沉积均衡面变化所产生的沉积物量要与给定的沉积物供给量相等，即某一时期的沉积物量s等于各地貌带沉积物量sn的总和，否则需重新确定滨岸轨迹点的最终位置，公式如下：s3-4，当海/湖平面再次发生变化时，重新确定滨岸轨迹点即此时滨岸点发生了向陆或向水盆地方向的迁移，重复上述模拟过程n次，从而模拟出盆地的滨岸迁移轨迹、海/湖平面变化升降曲线及沉积地层结构剖面；s4，海/湖平面升降和碳酸盐岩生长速率与碳酸盐岩台地边缘的斜坡轨迹点分布：模拟分析建立了碳酸盐岩台地边缘斜坡点的轨迹曲线与海/湖平面升降和碳酸盐岩生长的定量关系；此时的沉积物量与碳酸盐岩台地工厂的生产率有关，受控于海水的深度、光合作用和生物的生长速率等因素的变化。2.根据权利要求1所述的滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，其特征在于，所述沉积厚度为顶和底界面的深度差。

技术总结
本发明涉及沉积盆地分析技术领域，具体地说是一种滨岸轨迹点迁移过程的定量模拟方法，包括沉积基准面变化、沉积物压实、沉积物负载均衡沉降、沉积物源和海/湖平面变化平衡与滨岸轨迹点分布，本发明同现有技术相比，具体通过对盆地多因素作用的定量描述，建立了滨岸轨迹迁移过程及控制机制的定量分析技术。滨岸轨迹模拟分析可建立沉积物供给量、海/湖平面变化、构造沉降等综合作用对滨岸迁移控制的动力学关系，定量分析和预测岸线的分布、沉积体系和沉积相的空间组合，揭示轨迹结构样式与多因素综合作用的控制机制，并为定量-半定量预测沉积地质资源分布提供基础。沉积地质资源分布提供基础。沉积地质资源分布提供基础。


技术研发人员：林畅松 张曼莉 李浩
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/5