煤系含或隔水層三維可視化建模方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法，包括：研究基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)備；依據(jù)數(shù)字化構(gòu)造圖和斷點數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的斷層模型；對含水層與隔水層進行劃分，識別相應(yīng)的含或隔水層界面，建立含或隔水層地層格架，以克里金插值的方法建立相應(yīng)的層面模型；研究煤系地層沉積地質(zhì)特征，以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相展布特征的技術(shù)建立沉積微相模型；以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，根據(jù)收集與計算出的物性數(shù)據(jù)建立含水層的物性模型；根據(jù)最終建立的相關(guān)模型展現(xiàn)煤系含或隔水層的空間展布規(guī)律。本發(fā)明專利技術(shù)應(yīng)用建模對含或隔水層空間展布進行客觀描述，直觀的反應(yīng)含或隔水層的三維空間分布與含水層富水性特征，為煤系含或隔水層研究提供三維可視化的依據(jù)。

Three dimensional visualization modeling method of coal bearing or aquifer

The invention discloses a coal containing or aquifuge 3D modeling and visualization method, including: the study on basic data preparation; on the basis of digital structure map and establish corresponding data breakpoint fault model; the aquifer and aquifuge are divided, the corresponding recognition with or aquifuge interface, built with or aquifuge stratigraphic framework to establish the method of Kriging interpolation, the level of the corresponding model; Study on the geological characteristics of the coal bearing strata deposited by sequential indicator simulation combined with sedimentary microfacies technology to establish sedimentary microfacies model; to phase control technology and theory basis of physical model of aquifer is established according to the physical data collected and calculated; according to the model set up show the spatial distribution of coal containing or aquifuge. The invention of the application of modeling with or aquifuge spatial distribution of objective description, 3D spatial distribution of visual reaction or aquitard and aquifer water characteristics for coal containing or aquifuge study provides basis of 3D visualization.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
煤系含或隔水層三維可視化建模方法
本專利技術(shù)涉及一種煤系含或隔水層三維空間展布的方法，尤其是一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法。
技術(shù)介紹
我國煤炭的生產(chǎn)與消耗位居世界前列，煤炭在國內(nèi)能源消費中有著舉足輕重的意義。隨著礦井的開采深度與強度的加大，礦井水害的發(fā)生越來越頻繁。查清煤礦的水文地質(zhì)條件，直觀的研究含水層分布尤為重要。在傳統(tǒng)的煤系含或隔水層研究中，主要應(yīng)用二維地質(zhì)圖件，運用投影幾何學(xué)、畫法幾何學(xué)及礦體幾何學(xué)的原理，將含或隔水層分布投影到平面上，對含或隔水層平面形態(tài)以及縱向分布進行描述。然而,由于復(fù)雜的煤系含或隔水層分布以及地質(zhì)構(gòu)造的影響,通過二維、靜態(tài)的平面圖件難以直觀、合理的表達煤系含或隔水層的空間分布,常會出現(xiàn)由于三維空間分布認(rèn)識不足而導(dǎo)致的二維圖件與三維空間地質(zhì)內(nèi)容差異。為了預(yù)防礦井水害，必須更加直觀有效的研究煤系含或隔水層，建立三維地質(zhì)模型已經(jīng)成為直觀研究煤系含或隔水層空間展布的有效手段。GMS是目前國內(nèi)常用的煤系含或隔水層三維水文地質(zhì)建模軟件，其可依據(jù)鉆孔地層建立三維地層實體。但GMS在實際應(yīng)用中，對于構(gòu)造建模以及物性建模方面較欠缺。由于構(gòu)造與物性建模的欠缺導(dǎo)致在實際應(yīng)用中不能將斷層對含或隔水層的影響進行表示，也不能對含水層的富水性進行直觀的表達。中國地質(zhì)科學(xué)院的博士論文《華北平原含水層非均質(zhì)性研究—以石家莊欒城縣為例》，吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)第41卷第5期2011年09月，公開了馬榮等的《熵權(quán)耦合隨機理論在含水層非均質(zhì)綜合指數(shù)研究中的應(yīng)用》，兩篇論文均公開了運用含水層非均質(zhì)綜合指數(shù)定量化表征含水層綜合非均質(zhì)性，其計算流程主要包括：(1)利用云-Markov模型估計沉積樣品的滲透系數(shù)；(2)通過Markov原理來模擬含水層沉積微相的分布模型；(3)在此基礎(chǔ)上，通過相控建模原理利用改進的序貫?zāi)M技術(shù)構(gòu)建含水層的滲透系數(shù)和孔隙度分布模型。但是，其公布的技術(shù)還有以下幾點缺陷，首先，以公開方法對沉積地質(zhì)特征判別的技術(shù)較簡單，僅僅依據(jù)概率累計曲線進行分析，針對地質(zhì)特征復(fù)雜的特點，其分析的結(jié)果不是太準(zhǔn)確；第二，Markov原理沉積微相建模屬于隨機建模方法，隨機模擬方法有很大的不確定性，只靠數(shù)學(xué)計算進行沉積微相建模不能真實的反應(yīng)沉積微相的展布規(guī)律。第三，其使用技術(shù)方法沒有使用構(gòu)造建模技術(shù)，無法體現(xiàn)構(gòu)造特征對煤系含或隔水層的控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為克服上述現(xiàn)有較單一的建模方法和對構(gòu)造與物性建模以及基礎(chǔ)地質(zhì)研究的欠缺，提供一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法，包括以下步驟：1)收集相關(guān)鉆孔巖性、泥巖顏色、鉆孔巖心、鉆孔坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、數(shù)字化構(gòu)造圖、物性和斷點數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行整理與歸類；2)利用步驟1)中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)，識別含水層與隔水層的界面，建立相應(yīng)的分層數(shù)據(jù)，當(dāng)不同地層的厚度比小于1/10，則忽略相對較薄地層屬性；結(jié)合周邊鉆孔數(shù)據(jù)建立隔水層與含水層的地層格架；3)利用步驟1)中的斷點數(shù)據(jù)以及數(shù)字化構(gòu)造圖中的斷層交面線，以插值得到的數(shù)字化構(gòu)造圖為約束，建立被斷點數(shù)據(jù)與構(gòu)造圖約束的斷層模型；4)在步驟3)的斷層模型建立之后，構(gòu)造層面模型建立以前，對整個模型的分辨率及橫向與縱向的識別范圍進行規(guī)定，即模型進行網(wǎng)格化；5)利用步驟2)中的分層數(shù)據(jù)，以步驟3)和步驟4)結(jié)果為約束條件，采用克里金插值的方法，得到初始的構(gòu)造層面模型，并根據(jù)分層數(shù)據(jù)進行構(gòu)造層面的調(diào)整；6)利用步驟1)中的鉆孔巖性、泥巖顏色和鉆孔巖心數(shù)據(jù)，研究煤系地層沉積地質(zhì)特征，以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相展布特征的技術(shù)建立沉積微相模型，利用隨機模擬與確定性模擬相互結(jié)合的方法使得模擬結(jié)果更貼近實際；7)在步驟5)層面模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟1)中整理的物性數(shù)據(jù)，結(jié)合對應(yīng)的測井曲線計算建模所用的物性數(shù)據(jù)，以相控技術(shù)與理論技術(shù)為基礎(chǔ)，建立煤系含或隔水層的物性模型。所述步驟3)—7)中，建立的斷層模型，構(gòu)造層面模型，沉積微相模型以及煤系含或隔水層物性模型都是應(yīng)用Petrel軟件所建立的。Petrel是斯倫貝謝公司開發(fā)的儲層地質(zhì)建模軟件，完善的構(gòu)造建模系統(tǒng)是該軟件的特點，依據(jù)數(shù)字化的構(gòu)造圖以及各分層中的斷點數(shù)據(jù)，應(yīng)用確定性建模的方法，可以建立三維可視化斷層模型，這些斷層可以有效的控制地層流體的分布。所述步驟7)中的相控技術(shù)與理論是以沉積微相為約束條件，進一步分相模擬煤系地層的物性特征，建立相關(guān)模型；該理論的出發(fā)點就是承認(rèn)不同相之間存在差異性，是研究煤系含或隔水層非均質(zhì)性的基礎(chǔ)。所述步驟1)中鉆孔巖性數(shù)據(jù)主要是根據(jù)鉆孔柱狀圖進行分析，或者直接觀察鉆孔巖心，并對巖心巖性進行劃分，區(qū)分出含水層巖石類型與隔水層巖石類型。所述步驟3)中數(shù)字化構(gòu)造圖中會有斷點數(shù)據(jù)生成的斷層交面線，每個小層的斷層交面線顯示這條斷層在該層位的上升盤與下降盤；如果出現(xiàn)沒有斷層交面線的情況，根據(jù)斷點數(shù)據(jù)控制斷層，將相同斷層的斷點在平面上組合起來，繪制出不同層位的斷層交面線。根據(jù)構(gòu)造圖構(gòu)造線的差異判斷出斷層的性質(zhì)；根據(jù)區(qū)域應(yīng)力情況判斷斷層性質(zhì)，在區(qū)域拉張應(yīng)力條件下一般不出現(xiàn)逆斷層，而在擠壓應(yīng)力條件下，則以逆沖或者逆斷層為主。所述步驟4)中的模型的網(wǎng)格化是指設(shè)置預(yù)建立模型的網(wǎng)格，根據(jù)網(wǎng)格的分辨率大小來設(shè)定模型的精度，模型的網(wǎng)格化是地質(zhì)模型的基石。所述步驟5)中，經(jīng)過克里金插值得到的初始構(gòu)造層面模型會由于機械運算問題而與實際地質(zhì)條件不符，有些部分由于缺乏分層數(shù)據(jù)的控制使得層面模型疊合，從而使生成的構(gòu)造模型出現(xiàn)漏洞；需要對層面模型進行平滑，使其與實際地質(zhì)情況相符。所述步驟5)中的克里金估值是一種最優(yōu)無偏估值方法，這種方法用于隨機模擬，以已知變量為基礎(chǔ)，應(yīng)用變差函數(shù)，對待估點的未知值作出最優(yōu)無偏估計，區(qū)域化變量Z(x)在x處的隨機變量Z*(x)用一個線性組合來表示：式中，Z*(x)—待估點的克里金估計值；Z(xi)—待估點周圍某點xi處的觀測值，i＝1,2,3…,n；n為自然數(shù)；λi—xi處的加權(quán)系數(shù)，表示xi點對估值Z*(x)的影響大小。所述步驟6)中，煤系沉積地質(zhì)特征主要包含對煤系地層的沉積環(huán)境、沉積物源及沉積微相進行研究；通過巖石顏色指數(shù)分析、古生物、古水深還原方法判斷研究區(qū)域的沉積環(huán)境，巖石顏色較深判斷為還原環(huán)境，說明水深較深，古生物化石多出現(xiàn)適合深水生物化石，而顏色較淺判斷出富氧的環(huán)境，說明水深較淺，古生物化石多出現(xiàn)潛水生物化石；分析重礦物的組合類型和含量指示物源區(qū)母巖性質(zhì)，石榴石等重礦物含量高的區(qū)域指示近物源區(qū)，各類重礦物含量低值區(qū)域為遠物源區(qū)；結(jié)合區(qū)域沉積相背景和其他測錄井資料，對目標(biāo)區(qū)域的砂體厚度進行劃分；在相分布研究上，充分利用錄井巖性剖面和砂體展布圖，識別相標(biāo)志，對沉積微相進行了判別，同時劃分出沉積微相的平面的展布特點；沉積微相的平面展布按照相序遞變規(guī)律，不應(yīng)有跳相現(xiàn)象；在沉積微相平面展布的基礎(chǔ)上，通過沉積微相來約束含或隔水層的平面展布形態(tài)。所述步驟6)中的序貫指示模擬是序貫?zāi)M的指示化方法，這種方法相對于常規(guī)序貫?zāi)M能夠更好的處理多種分布方式的原始樣本，有利于離散性的沉積微相和含水層砂體分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的模型；序貫指示模擬的具體步驟如下：首先，是將原始數(shù)據(jù)變換為指示本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，包括以下步驟：1)收集相關(guān)鉆孔巖性、泥巖顏色、鉆孔巖心、鉆孔坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、數(shù)字化構(gòu)造圖、物性和斷點數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行整理與歸類；2)利用步驟1)中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)，識別含水層與隔水層的界面，建立相應(yīng)的分層數(shù)據(jù)，當(dāng)不同地層厚度比小于1/10，則忽略相對地較薄地層屬性；結(jié)合周邊鉆孔數(shù)據(jù)建立隔水層與含水層的地層格架；3)利用步驟1)中的斷點數(shù)據(jù)以及數(shù)字化構(gòu)造圖中的斷層交面線，以插值得到的數(shù)字化構(gòu)造圖為約束，建立被斷點數(shù)據(jù)與構(gòu)造圖約束的斷層模型；4)在步驟3)的斷層模型建立之后，構(gòu)造層面模型建立以前，對整個模型的分辨率及橫向與縱向的識別范圍進行規(guī)定，即模型進行網(wǎng)格化；5)利用步驟2)中的分層數(shù)據(jù)，以步驟3)和步驟4)結(jié)果為約束條件，采用克里金插值的方法，得到初始的構(gòu)造層面模型，并根據(jù)分層數(shù)據(jù)進行構(gòu)造層面的調(diào)整；6)利用步驟1)中的鉆孔巖性、泥巖顏色和鉆孔巖心數(shù)據(jù)，研究煤系地層沉積地質(zhì)特征，以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相的展布特征建立沉積微相模型，利用隨機模擬與確定性模擬相互結(jié)合的方法使得模擬結(jié)果更貼近實際；具體步驟如下：首先，是將原始數(shù)據(jù)變換為指示變量；沉積微相數(shù)據(jù)屬于離散性分布數(shù)據(jù)。礦區(qū)煤系上覆地層為辮狀河道沉積環(huán)境，這種亞相里面包含三種沉積微相，分別是心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積，相數(shù)據(jù)為1、2、3，所有的相數(shù)據(jù)均是這三個值中的一個，那么門檻值就是這三個數(shù)；相應(yīng)的指示函數(shù)就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)；其次，把指示化的原始相數(shù)據(jù)采用序貫?zāi)M方法進行隨機模擬；最后，心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積分別用不同指示化的變差函數(shù)類型，心灘沉積應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)球型變差函數(shù)模型；辮狀河道滯留沉積應(yīng)用指數(shù)變差含數(shù)模型；河道漫溢沉積選用間斷型變差函數(shù)塊金效應(yīng)模型；經(jīng)過不同沉積微相指示化的變差函數(shù)模擬，達到確定性與隨機性模擬相結(jié)合的目標(biāo)，使得模擬結(jié)果更加接近實際；7)在步驟5)層面模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟1)中整理的物性數(shù)據(jù)，結(jié)合對應(yīng)的測井曲線計算建模所用的物性數(shù)據(jù)，以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，建立煤系含或隔水層的物性模型。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，包括以下步驟：1)收集相關(guān)鉆孔巖性、泥巖顏色、鉆孔巖心、鉆孔坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、數(shù)字化構(gòu)造圖、物性和斷點數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行整理與歸類；2)利用步驟1)中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)，識別含水層與隔水層的界面，建立相應(yīng)的分層數(shù)據(jù)，當(dāng)不同地層厚度比小于1/10，則忽略相對地較薄地層屬性；結(jié)合周邊鉆孔數(shù)據(jù)建立隔水層與含水層的地層格架；3)利用步驟1)中的斷點數(shù)據(jù)以及數(shù)字化構(gòu)造圖中的斷層交面線，以插值得到的數(shù)字化構(gòu)造圖為約束，建立被斷點數(shù)據(jù)與構(gòu)造圖約束的斷層模型；4)在步驟3)的斷層模型建立之后，構(gòu)造層面模型建立以前，對整個模型的分辨率及橫向與縱向的識別范圍進行規(guī)定，即模型進行網(wǎng)格化；5)利用步驟2)中的分層數(shù)據(jù)，以步驟3)和步驟4)結(jié)果為約束條件，采用克里金插值的方法，得到初始的構(gòu)造層面模型，并根據(jù)分層數(shù)據(jù)進行構(gòu)造層面的調(diào)整；6)利用步驟1)中的鉆孔巖性、泥巖顏色和鉆孔巖心數(shù)據(jù)，研究煤系地層沉積地質(zhì)特征，以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相的展布特征建立沉積微相模型，利用隨機模擬與確定性模擬相互結(jié)合的方法使得模擬結(jié)果更貼近實際；具體步驟如下：首先，是將原始數(shù)據(jù)變換為指示變量；沉積微相數(shù)據(jù)屬于離散性分布數(shù)據(jù)。礦區(qū)煤系上覆地層為辮狀河道沉積環(huán)境，這種亞相里面包含三種沉積微相，分別是心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積，相數(shù)據(jù)為1、2、3，所有的相數(shù)據(jù)均是這三個值中的一個，那么門檻值就是這三個數(shù)；相應(yīng)的指示函數(shù)就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)；其次，把指示化的原始相數(shù)據(jù)采用序貫?zāi)M方法進行隨機模擬；最后，心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積分別用不同指示化的變差函數(shù)類型，心灘沉積應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)球型變差函數(shù)模型；辮狀河道滯留沉積應(yīng)用指數(shù)變差含數(shù)模型；河道漫溢沉積選用間斷型變差函數(shù)塊金效應(yīng)模型；經(jīng)過不同沉積微相指示化的變差函數(shù)模擬，達到確定性與隨機性模擬相結(jié)合的目標(biāo)，使得模擬結(jié)果更加接近實際；7)在步驟5)層面模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟1)中整理的物性數(shù)據(jù)，結(jié)合對應(yīng)的測井曲線計算建模所用的物性數(shù)據(jù)，以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，建立煤系含或隔水層的物性模型。2.如權(quán)利要求1所述的煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，所述步驟3)—7)中，建立的斷層模型、構(gòu)造層面模型、沉積微相模型以及煤系含或隔水層物性模型都是應(yīng)用Petrel軟件所建立的。3.如權(quán)利要求1所述的煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，所述步驟7)中的相控技術(shù)與理論是以沉積微相為約束條件，進一步分相模擬煤系地層的物性特征，建立相關(guān)模型。4.如權(quán)利要求1所述的煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，所述步驟1)中鉆孔巖性數(shù)據(jù)主要是根據(jù)鉆孔柱狀圖進行分析，或者直接觀察鉆孔巖心，并對巖心巖性進行劃分，區(qū)分出含水層巖石類型與隔水層巖石類型。5.如權(quán)利要求1所述的煤系含或隔水層三維可視化建模方法，其特征是，所述步驟3)中數(shù)字化構(gòu)造圖中會有斷點數(shù)據(jù)生成的斷層交面線，每個小層的斷層交面線顯示這條斷層在該層位的上升盤與下降盤；如果出現(xiàn)沒有斷層交面線的情況，根據(jù)斷點數(shù)據(jù)控制斷層，將相同斷層的斷點在平面上組合起來，繪制出不同層位的斷層交面線；根據(jù)構(gòu)造圖構(gòu)造線的差異判斷出斷層的性質(zhì)；根據(jù)區(qū)域應(yīng)力情況判斷斷層性質(zhì)，在區(qū)域拉張應(yīng)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏久傳，李立堯，柳慧敏，史永理，牛會功，張康，謝超，
申請(專利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37