一种深层地温场预测方法及装置

本发明属于地温场预测领域，更具体地，涉及一种基于井温-电磁探测联合约束反演的深层地温场预测方法及装置。

背景技术：

1、温度作为地球内部的关键特征之一，其预测精度直接影响基础地球科学问题研究的能力及地热资源开发利用的效益。因此，最大限度地准确估计地下空间温度场分布特征显得极为重要。

2、目前，获取地球内部温度的方式主要有两大类：直接测量及间接探测。第一类直接测量方法主要是基于已有的钻孔测温数据，利用空间插值获取区域温度场。但如果钻孔测温数量过少，温度插值常常导致相当大的误差，尤其在地质构造复杂区域；而钻孔过多，虽然在一定程度上可以提高温度场预测精度，但成本过高。第二类间接探测方法主要是基于地球化学或地球物理手段间接预测地温场。其中，地球化学手段主要是利用地球化学地温计来预测温度场，即通过收集到的流体成分、气体特征或地球化学同位素等数据反推温度特征，这类间接地温计可以预测热储温度的分布范围，但无法提供区域性温度展布且难以将预测温度与深度匹配。而基于地球物理探测的地温计，目前则主要利用纯经验公式，构建物性参数与温度的相关关系，然后利用反演地球物理参数(如电阻率)反推温度场，但该类地温计构建的纯经验公式，其有效性通常被假设为不随空间位置的变化，即经验公式中的各项参数在任意地质环境及深度下均假设为定值，通常也导致预测温度与实测温度存在较大误差。

3、因此，钻孔插值难以同时兼顾成本和精度；地球化学温标难以将温度与深度准确匹配；纯经验公式的地球物理间接地温计难以准确估算深部地层温度。故现有的温度估算方法难以准确预测钻孔未到达深度及井间空间的温度展布，更难以准确提供区域性深部地温场展布特征。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种深层地温场预测方法及装置，旨在解决现有的温度估算方法难以准确预测钻孔未到达深度及井间空间的温度展布，难以准确提供区域性深部地温场展布特征的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种深层地温场预测方法，包括以下步骤：

3、step1：根据目标区电磁探测数据及先验钻孔测井资料，建立基于测井约束的电磁数据反演目标函数，且在电磁数据反演目标函数中添加先验地电模型，构建初始电性结构模型；

4、step2：根据测井约束的电磁数据反演目标函数，在电性结构分布区域范围内，结合地电断面先验信息迭代反演修正电性结构模型；

5、step3：基于反演修正后的电性结构模型，融合地热地质信息，将电性结构模型解译的地下地层构造分布特征转化为目标区不同地层热物性参数展布，构建目标区地下热储地层构造模型；

6、step4：结合目标区地下热储地层构造模型剖面及地热地质信息，获取目标区地下传热过程，构建深部地层传热模型；其中，深部地层传热模型的边界条件包括：上地表平均温度边界条件、底部热流值分布边界条件以及深部地层传热模型剖面左右两边绝热边界条件；

7、step5：融合目标区不同地层热物性参数、上地表平均温度边界条件、深度地层传热模型剖面左右两边绝热边界条件，构建以钻孔测温为响应约束条件的底部热流值分布反演目标函数，采用最优化算法反演最优底部热流值分布边界条件，进而获取深部地层传热模型的温度场响应。

8、进一步优选地，step1中电磁数据反演目标函数的模型粗糙度为：

9、

10、其中，r1为电磁数据反演目标函数的模型粗糙度；μ为拉格朗日乘子；w为归一化计算后的对角加权矩阵；f(m)表示在先验地电模型m条件下的正演响应；xe为反演拟合差；α为权重系数；m0为先验地电模型；m为迭代过程中的当前模型；λ为约束矩阵；d为电磁探测实测数据；x和z代表水平方向和竖直方向。

11、进一步优选地，step2中迭代反演的电性结构模型为：

12、

13、其中，jk为雅克比灵敏度矩阵；dk＝d-f[mk]+jkmk；mk为第k次迭代电性结构模型；f为电磁正演响应函数；λ为约束矩阵；x为水平方向；z为竖直方向；k为当前迭代次数；d为电磁探测实测数据；dk为当前电性结构模型mk条件下的电磁正演响应；μ为拉格朗日乘子；α为权重系数；m0为先验地电模型；上角标t表示矩阵的转置；

14、其中，选取数据残差平方最小的μ值，计算电性结构模型mk+1(μ)拟合差，迭代反演修正电性结构模型，使最终反演结果与实测数据的总体拟合误差小于或者等于预设拟合误差值er。

15、进一步优选地，step3中的地下地层构造分布特征包括深部地层、断裂和构造。

16、进一步优选地，step5中底部热流值分布边界条件的迭代公式为：

17、mk+1＝mref+(jktjk+αtwmwm)-1jkt[dobs-dk+jkmk-jkmref]

18、其中，mk+1为传热模型中第k+1次当前底部热流值分布边界条件的迭代模型；mref表示底部边界条件热流值分布的先验信息；jk是雅克比灵敏度矩阵；jkt为雅克比灵敏度矩阵的转置；αt为阻尼因子；wm为光滑度矩阵；dobs为钻孔实测温度数据；dk为当前底部热流值分布边界条件的迭代模型mk条件下的温度场正演响应。

19、进一步优选地，step5中最优底部热流值分布边界条件下，深部地层传热模型剖面上钻孔处温度正演响应tml与实测温度tact拟合差小于或者等于预设拟合值。

20、第二方面，本发明提供了一种深层地温场预测装置，包括：

21、电性结构反演模块，用于根据目标区电磁探测数据及先验钻孔测井资料，建立基于测井约束的电磁数据反演目标函数，且在电磁数据反演目标函数中添加先验地电模型，构建初始电性结构模型；且用于根据测井约束的电磁数据反演目标函数，在电性结构分布区域范围内，结合地电断面先验信息迭代反演修正电性结构模型；

22、热储地层模型构建模块，用于基于反演修正后的电性结构模型，融合地热地质信息，将电性结构模型解译的地下地层构造分布特征转化为目标区不同地层热物性参数展布，构建目标区地下热储地层构造模型；

23、传热模型温度场正演模块，用于结合目标区地下热储地层构造模型剖面及地热地质信息，获取目标区地下传热过程，构建深部地层传热模型；其中，深部地层传热模型的边界条件包括：上地表平均温度边界条件、底部热流值分布边界条件以及深部地层传热模型剖面左右两边绝热边界条件；

24、底部热流值反演模块，用于融合目标区不同地层热物性参数、上地表平均温度边界条件、深度地层传热模型剖面左右两边绝热边界条件，构建以钻孔测温为响应约束条件的底部热流值分布反演目标函数，采用最优化算法反演最优底部热流值分布边界条件；

25、深部地层温度场计算模块，用于基于最优底部热流值分布边界条件，结合地下地层构造分布特征，利用深部地层传热模型，计算深部地层传热模型的温度场响应。

26、进一步优选地，电性结构反演模块中电磁数据反演目标函数的模型粗糙度为：

27、

28、其中，r1为电磁数据反演目标函数的模型粗糙度；μ为拉格朗日乘子；w为归一化计算后的对角加权矩阵；f(m)表示在先验地电模型m条件下的正演响应；xe为反演拟合差；α为权重系数；m0为先验地电模型；m为迭代过程中的当前模型；λ为约束矩阵；d为电磁探测实测数据；x和z代表水平方向和竖直方向。

29、进一步优选地，电性结构反演模块中迭代反演的电性结构模型为：

30、

31、其中，dk＝d-f[mk]+jkmk；jk为雅克比灵敏度矩阵；mk为当前第k次迭代电性结构模型；f为电磁正演响应函数；λ为约束矩阵；x为水平方向；z为竖直方向；k为当前迭代次数；d为电磁探测实测数据；dk为当前电性结构模型mk条件下的电磁正演响应；μ为拉格朗日乘子；α为权重系数；m0为先验地电模型；上角标t表示矩阵的转置；

32、其中，选取数据残差平方最小的μ值，计算电性结构模型mk+1(μ)拟合差，迭代反演修正电性结构模型，使最终反演结果与实测数据的总体拟合误差小于或者等于预设拟合误差值er。

33、进一步优选地，底部热流值反演模块中底部热流值分布边界条件的迭代公式为：

34、mk+1＝mref+(jktjk+αtwmwm)-1jkt[dobs-dk+jkmk-jkmref]

35、其中，mk+1为传热模型中第k+1次当前底部热流值分布边界条件的迭代模型；mref表示底部边界条件热流值分布的先验信息；jk为雅克比灵敏度矩阵；jkt为雅克比灵敏度矩阵的转置；αt为阻尼因子；wm为光滑度矩阵；dobs为钻孔实测温度数据；dk为当前底部热流值分布边界条件的迭代模型mk条件下的温度场正演响应。

36、进一步优选地，底部热流值反演模块中最优底部热流值分布边界条件下，深部地层传热模型剖面上钻孔处温度正演响应tml与实测温度tact拟合差小于或者等于预设拟合值。

37、进一步优选地，热储地层模型构建模块的构建模块中地下地层构造分布特征包括深部地层、断裂和构造。

38、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。

39、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。

40、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。

41、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

42、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

43、本发明提供了一种基于井温-电磁探测联合约束反演的深层地温场预测方法及装置，获取目标区电磁探测数据与测井资料，开展基于测井约束的电磁数据电性结构反演；其中，在电性结构分布区域范围内，结合已有测井约束资料，构建地电断面先验信息，利用基于测井约束建立的电性结构迭代模型不断地反演修正地下电性分布，能够大大提高电性结构模型的精度。

44、本发明提供了一种基于井温-电磁探测联合约束反演的深层低温场预测方法及装置，其中，基于融合地热地质信息与反演电性结构，解译目标区热储地层结构与构造特征；建立目标区深部地层传热模型，赋值不同地层热物性参数，定义传热模型剖面上边界条件、两边边界条件及底部边界热流分布先验值，开展传热模型温度场有限元正演响应计算，构建基于底部热流值分布的正则化反演目标函数，利用最优化算法反演底部热流值分布，进而计算出深部地层温度场展布特征。本发明能够基于少量的钻孔测井约束信息，优化反演电性结构并构建目标区传热模型，进而利用已有钻孔测温数据为响应约束，反演底部热流值分布及温度场展布；将地下介质宏观电性特征精确转换为可视化温度场分布，预测范围广且深。