一种沉积构造原始倾角和原始倾向的计算方法和系统与流程

本发明属于沉积构造数据处理技术领域，具体涉及一种沉积构造原始倾角和原始倾向的计算方法和系统。

背景技术：

地层的古沉积构造对于石油天然气的勘探开发具有重要意义。通过沉积构造(主要指斜层理)的产状，可以判断沉积盆地的古水流方向，从而预测砂体的发育趋势，寻找到有利的油气储层。

在地质学中，沉积构造其产状的重要因素是倾向和倾角，其中倾角是指直线或者平面与水平线或者水平面所成的角，或者直线与其在平面上的射影所成的角；沉积构造面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线叫倾向线，倾向线在水平面上的投影线所指方向就是倾向。

由于当前的沉积构造都是经过了多期的构造运动的影响，已改变了原始的沉积状态，因此需要以当时的水平基准面为参照，在保持与基准面相对位置不变的情况下，将基准面恢复到水平状态，求得沉积构造的原始产状。

在研究地质构造时常采用极射赤平投影方法，简称赤平投影，主要用来表示线、面的方向及其它们之间的角距关系和运动规律。它把物体三维空间的几何要素反映和投影在平面上进行研究处理，从而提供了一种形象，直观简便综合的定量计算和图解方法，由于具有以上优点，赤平投影常用于天文、航海、测量、地理、地质科学等学科。构造地质学应用赤平投影来分析地质构造的几何学形态以及作用力和地质构造之间的关系等方面的问题。赤平投影示意圆球体作为投影工具，球体投影虽然直观但并不方便，为了方便应用，实际操作中通常吴氏网由基圆、经向大圆弧、纬向小圆弧等东西、南北经纬线组成。标准的吴氏网的基圆直径为二十厘米，经、纬度间距两度。

地质工作者运用吴氏网研究时，需要手工画线，查询对应的长度和度数，手工操作恢复产状。这种方法操作复杂且工作量大，精确到整数，准确性较差。并且现有技术中没有计算沉积构造原始倾角和原始倾向的计算方法。

技术实现要素：

本发明提供一种沉积构造原始倾角的计算方法，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾角计算方法的问题；本发明还提供了一种沉积构造原始倾向的计算方法，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾向计算方法的问题；相应的，本发明还提供一种沉积构造原始倾角的计算系统，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾角计算方法的问题；本发明还提供了一种沉积构造原始倾向的计算系统，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾向计算方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种沉积构造原始倾角的计算方法，包括如下步骤：

(1)获取基准面法线和沉积构造面法线；

(2)获取基准面法线与沉积构造面法线所在平面与水平面的相交线，计算该相交线与基准面法线之间的夹角，该夹角即为沉积构造面的原始倾角。

进一步的，设沉积构造的原始倾角为x＝arccos(|k1|)且取值范围为[0，π/2]，则：

k1＝sin(r1)sin(r)[1/sin²(r1)+1/sin²(r)-cot²(r1)-cot²(r)+2cos(y1-y)cot(r1)cot(r)]/2

其中r1为基准面法线l1的倾角，y1为基准面法线的倾向，r为原始构造面法线的倾角，y为原始构造面法线的倾向。

一种沉积构造原始倾向的计算方法，包括如下步骤：

(1)获取基准面法线和沉积构造面法线的夹角；

(2)根据基准面法线和沉积构造面法线的夹角获取沉积构造的原始倾向：

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角为0或π/2时，判断为沉积构造的原始倾向为无倾向；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1≤r时，判断为沉积构造的原始倾向为y1+m；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1>r时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于劣弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1-m+π；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1>r时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于优弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1+m；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角大于π/2时，判断为沉积构造的原始倾向为y1+m+π；

m＝arcsin(k2)

k2＝sin(y1-y)·cos(r)/sin(p)

设s1＝tan(r)/tan(r1),则

当c1≥y1-y或者2π-c1≤y1-y时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于劣弧上；

当c1＜y1-y且2π-c1＞y1-y时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于优弧上；

其中r1为基准面法线l1的倾角，y1为基准面法线的倾向，r为原始构造面法线的倾角，y为原始构造面法线的倾向，p为基准面法线和沉积构造面法线的夹角。

一种沉积构造原始倾角的计算系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；所述处理器在执行所述计算机程序时实现如下步骤：

(1)获取基准面法线和沉积构造面法线；

(2)获取基准面法线与沉积构造面法线所在平面与水平面的相交线，计算该相交线与基准面法线之间的夹角，该夹角即为沉积构造面的原始倾角。

进一步的，设沉积构造的原始倾角为x＝arccos(|k1|)且取值范围为[0，π/2]，则：

k1＝sin(r1)sin(r)[1/sin²(r1)+1/sin²(r)-cot²(r1)-cot²(r)+2cos(y1-y)cot(r1)cot(r)]/2

其中r1为基准面法线l1的倾角，y1为基准面法线的倾向，r为原始构造面法线的倾角，y为原始构造面法线的倾向。

一种沉积构造原始倾向的计算系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；所述处理器在执行所述计算机程序时实现如下步骤：

(1)获取基准面法线和沉积构造面法线的夹角；

(2)根据基准面法线和沉积构造面法线的夹角获取沉积构造的原始倾向：

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角为0或π/2时，判断为沉积构造的原始倾向为无倾向；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1≤r时，判断为沉积构造的原始倾向为y1+m；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1>r时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于劣弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1-m+π；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角在0至π/2之间且r1>r时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于优弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1+m；

当基准面法线和沉积构造面法线的夹角大于π/2时，判断为沉积构造的原始倾向为y1+m+π；

m＝arcsin(k2)

k2＝sin(y1-y)·cos(r)/sin(p)

设s1＝tan(r)/tan(r1),则

当c1≥y1-y或者2π-c1≤y1-y时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于劣弧上；

当c1＜y1-y且2π-c1＞y1-y时，判断为沉积构造面法线与水平面交点位于优弧上；

其中r1为基准面法线l1的倾角，y1为基准面法线的倾向，r为原始构造面法线的倾角，y为原始构造面法线的倾向，p为基准面法线和沉积构造面法线的夹角。

本发明所提供的技术方案，利用基准面、水平面和沉积构造面之间的关系，计算出沉积构造的原始倾角和原始倾向，为预测砂体的发育趋势，寻找到有利的油气储层提供依据。

附图说明

图1为本发明方法实施例中沉积构造面、基准面和水平面之间的关系示意图；

图2为本发明方法实施例中p在0到π/2之间取值且r1≤r时的示意图；

图3为本发明方法实施例中p在0到π/2之间取值且r1＞r、沉积构造面法线与水平面交点位于劣弧时的示意图时的示意图；

图4为本发明方法实施例中p在0到π/2之间取值且r1＞r、沉积构造面法线与水平面交点位于优弧时的示意图；

图5为本发明方法实施例中p大于π/2时的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种沉积构造原始倾角的计算方法，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾角计算方法的问题；本发明还提供了一种沉积构造原始倾向的计算方法，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾向计算方法的问题；相应的，本发明还提供一种沉积构造原始倾角的计算系统，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾角计算方法的问题；本发明还提供了一种沉积构造原始倾向的计算系统，用于解决现有技术中没有沉积构造原始倾向计算方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种沉积构造原始倾角的计算方法，包括如下步骤：

(1)获取基准面法线和沉积构造面法线；

(2)获取基准面法线与沉积构造面法线所在平面与水平面的相交线，计算该相交线与基准面法线之间的夹角，该夹角即为沉积构造面的原始倾角。

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

方法实施例：

本实施例提供一种恢复沉积构造原始产状的计算方法，包括沉积构造的原始倾角的计算计算方法和沉积构造原始倾向的计算方法，用于为沉积盆地的古水流方向的判断，预测砂体的发育趋势提供依据，以寻找到有利的油气储层。

本实施例中，对沉积构造原始倾角的计算方法为：

获取基准面法线和沉积构造面法线；

获取基准面法线与沉积构造面法线所在平面与水平面的相交线，并计算该相交线与基准面法线之间的夹角，该夹角即为沉积构造的原始倾角。

如图1所示，设水平面为α，基准面法线为l1，沉积构造面法线为l2；基准面法线l1和沉积构造面法线l2相交于a点，从a点做水平面α的垂线ad，垂线ad与水平面α相交于点d；基准面法线l1与水平面相交与点b，沉积构造面法线l2与水平面α相交于点c，则直线ab即为基准面法线l1和沉积构造面法线l2所在平面与水平面α的相交线,，夹角∠bac即为所求的消除沉积构造的倾斜后沉积构造面的原始倾角。

沉积构造面原始倾角的计算方法为：

设l1的倾角为r1，倾向为y1；l2的倾角为r，倾向为y，线段ad的长度为单位1，对夹角∠bac进行求解，步骤如下：

bd＝ad·cot(r1)＝cot(r1)

cd＝ad·cot(r)＝cot(r)

∠bdc＝y1-y

bc²＝bd²+dc²-2bd·dc·cos∠bdc

＝cot²(r1)+cot²(r)-2cot(r1)·cot(r)·cos(y1-y)

ab＝ad/sin(r1)＝1/sin(r1)

ac＝ad/sin(r)＝1/sin(r)

cos∠bac＝(ab²+ac²-bc²)/(2ab·ac)

＝sin(r1)sin(r)[1/sin²(r1)+1/sin²(r)-cot²(r1)-cot²(r)+2cos(y1-y)cot(r1)cot(r)]/2。

设k1＝cos∠bac，则由于倾角的阈值为[0，π/2]，沉积结构的原始倾角为x＝arccos(k1)。

在计算沉积构造的原始倾向时，需要假设两个条件：一是构造运动使地层只在垂直方向上发生改变，而没有在水平方向上旋转；二是沉积构造的倾斜从最小角度方向上复位到水平，即假设构造倾斜角度没有超过90°。

本实施例中，对沉积构造原始倾向的计算方法为：

沉积构造复位后，基准面法线l1处于垂直状态，且沉积构造复位是从最小角度方向进行，而沉积构造法线与水平面α夹角的余角为其复位最小角，所以基准面法线l1的复位是在夹角∠abd所确定的平面内进行的。则基准面法线l1的指向线在复位过程中没有发生旋转，其指向在沉积构造复位前与复位后是相同的，因此本实施例中将作为一条参照线。

因而，要确定基准面法线l1复位后的倾角，需要首先确定一条其倾向指向线，即复位后在水平面α上的垂直投影线(或与之平行的直线)，然后确定这条指向线与之间的夹角。

如图1，过点c作ab的垂线ce，使垂线ce垂直ab于e；

当沉积构造复位后，直线ab与水平面α垂直，由于ce与直线ab垂直，因此ce与水平面α平行，即向量为沉积构造面法线l2的指向线。

过点c作直线cf垂直直线bd于f，连结点e和点f；cf在水平面α内，cf与ad垂直，且cf与bd垂直，因此cf与平面abd垂直；直线ab在平面abd内，可得cf与直线ab垂直；直线ab与直线ce垂直，因此直线ab与平面efc垂直，直线ab与直线ef垂直。

当沉积结构复位后，基准面法线l1与水平面α垂直，平面abd与水平面α相交于bd，因此∠fec即为指向线与之间的夹角。

fc＝cd·sin(y1-y)＝cot(r)·sin(y1-y)

ce＝ac·sin∠bac＝(1/sin(r))·sin(p)

sin∠fec＝cf/ce

＝cot(r)·sin(y1-y)·sin(r)/sin(p)

＝sin(y1-y)·cos(r)/sin(p)

令k2＝sin∠fec

＝cot(r)·sin(y1-y)·sin(r)/sin(p)

＝sin(y1-y)·cos(r)/sin(p)

∠fec＝arcsin(k2)

令m＝∠fec＝arcsin(k2)

其中p为基准面法线和沉积构造面法线的夹角，且p＝arccos(k1)，则根据基准面法线和沉积构造面法线的夹角为p的不同，在不同情况下对于原始倾向进行分类计算：

当p＝0时，基准面法线l1与沉积构造面法线l2重合，所以复位后沉积构造水平，没有倾向；

当p＝π/2时，基准面法线l1与沉积构造面法线l2垂直于a，因为沉积构造复位后基准面法线l1与水平面α垂直，因此复位后沉积构造面法线l2与水平面α平行，即复位后沉积构造与水平面垂直；

当p在0到π/2之间取值时，如果r1≤r，如图2所示，设圆o1为基准面法线l1与水平面α可能的交点的轨迹,圆o2为沉积构造面l2与水平面α可能的交点的轨迹。

由r1≤r可得到cotr1≥cotr，即圆o1的半径大于等于圆o2的半径；

由图中可以看出，无论夹角p怎样变化，过c做bd的垂线cf总是与相交；又因为r1不大于π/2，所以过f做的基准面法线l1的垂线总是相交在直线上，所以∠fec的始边总是指向基准面法线l1倾向的反向，终边张开方向由sin(y1-y)的正负号决定，当sin(y1-y)取正时，顺方位角增加方向，当sin(y1-y)取负时，逆方位角增加方向，当sin(y1-y)＝0时，∠fec＝0。

复位后沉积构造面法线l2方位角大小为：y1+π+m，因此沉积构造的原始倾向为y1+m。

当r1﹥r时，如图3所示，圆o1的半径小于圆o2的半径；此时首先判断沉积构造面法线l2与水平面α的交点处于劣弧还是优弧，判断方法为：

设s1＝tan(r)/tan(r1)，

当c1≥y1-y或2π-c1≤y1-y时，沉积构造面法线l2与水平面α的交点处于劣弧上。

当c1＜y1-y且2π-c1＞y1-y时，沉积构造面法线l2与水平面α的交点处于优弧上。

当沉积构造面法线l2与水平面α的交点处于劣弧上时，如图3所示，此时过点c作cf与的反向线相交于f，过f作fe垂直于的反向线于e，即为沉积构造面法线l2的指向线。可以看出，此时∠fec的始边顺基准面法线l1倾向方向，所以此种情况复位后沉积构造面法线l2倾向为y1-m，即沉积构造的原始倾向为y1-m+π。

当沉积构造面法线l2与水平面α交点位于优弧(包括g、g1点)上时，如图4所示，与r1≤r的情况相同，沉积构造面法线l2复位后的倾向为y1+π+m，沉积构造原始倾向为y1+m。

当p﹥π/2时，如图5所示，此时复位后的反向线将与水平面α相交，即沉积构造面法线l2发生反转。过c作cf交bd于f；过f作fe交ba于e；连结c、e；因为沉积构造面法线l2发生反转,所以的反向即为复位后沉积构造面法线l2的指向线；的反向即为∠m的始边方向；由此可得与l1的倾向方向一致；所以沉积构造面法线l2复位后的倾向为y1+m，沉积构造原始倾向为y1+m+π。

若原始倾向y结果区间不在[0,2π]区间内，则进行加或减2π的循环运算，直至结果在[0,2π]内。

综上所述，沉积构造的原始倾向为：

当p为0或π/2时，沉积构造的原始倾向为无倾向；

当p在0至π/2之间，且r1≤r时，沉积构造的原始倾向为y1+m；

当p在0至π/2之间，且r1>r，且沉积构造面法线l2与水平面α交点位于劣弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1-m+π；

当p在0至π/2之间，且r1>r，且沉积构造面法线l2与水平面α交点位于优弧上时，沉积构造面的原始倾向为y1+m；

当p大于π/2时，沉积构造的原始倾向为y1+m+π。

系统实施例1：

本实施例提供一种沉积构造原始倾角的计算系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；处理器在执行计算机程序时，实现上述方法实施例中沉积构造原始倾角的计算方法。

系统实施例2：

本实施例提供一种沉积构造原始倾向的计算系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；处理器在执行计算机程序时，实现上述方法实施例中沉积构造原始倾向的计算方法。