一种地质构造演化和变形过程的分析方法
【专利摘要】本发明提供一种地质构造演化和变形过程的分析方法。本发明的方法包括：获取目标区域的当前地层信息和地质特征；根据当前地层信息和地质特征反演构造演化过程和历史地层信息；根据目标区域的历史地层信息，生成初始离散元模型，初始离散元模型由随机生成的不同半径的颗粒组成；根据构造演化过程，对初始离散元模型构造变形得到构造模型；判断构造模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度；若不满足，则调整初始离散元模型中各个历史地层的颗粒的材料参数，重新对调整参数后的初始离散元模型构造变形，直至由调整参数后的初始离散元模型变形得到的构造模型的地质特征与当前地层信息的地质特征满足预设的相似度。
【专利说明】
一种地质构造演化和变形过程的分析方法
技术领域
[0001]本发明实施例涉及勘探技术，尤其涉及一种地质构造演化和变形过程的分析方法。
【背景技术】
[0002]油气勘探的重要工作是分析目标区域的储层性质，借以分析区域内是否存在储集层或者储量。
[0003]现有技术采用物理模拟方式推测目标区域的地质构造演化和变形过程，然后根据推测的目标区域的地质构造演化和变形过程推测目标区域的储层性质。具体是，选择接近目标区域的地层的材料进行大量实验模拟目标区域的地质构造演化和地质变形过程。
[0004]这种方法无法获取实验过程中的材料内部的应力和应变。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种地质构造演化和变形过程的分析方法，以解决现有方法无法获取区域内部的应力应变的问题。
[0006]本发明提供一种地质构造演化和变形过程的分析方法，包括:
[0007]获取目标区域的当前地层信息，根据当前地层信息，反演构造演化过程和所述目标区域的历史地层的分布特征；
[0008]随机生成不同半径的颗粒，使其在重力作用下堆积于预设的立方体中，生成初始离散元模型；
[0009]根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型；
[0010]根据预设的各个历史地层的颗粒的材料参数，设置所述第一水平模型中的各个历史地层中的颗粒的材料参数，生成第一历史模型；
[0011]根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程。
[0012]进一步地，所述目标区域的历史地层信息还包括历史地质特征，所述历史地质特征为:
[0013]所述目标区域在历史地质时期已存在的先存断层或尖灭地层；
[0014]则根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型，还包括:
[0015]根据所述包含所述历史地质特征的的历史地层信息，生成第一水平模型。
[0016]进一步地，在根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程之前，还包括:
[0017]判断根据所述构造演化过程对所述第一历史模型进行演化，得到的第一理论当前模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度；
[0018]若不满足，则调整所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的材料参数，重新判断根据所述构造演化过程对所述第一历史模型进行演化，得到的第一理论当前模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度。
[0019]进一步地，所述根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程，包括:
[0020]根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程。
[0021]进一步地，所述目标区域的构造演化过程包括:
[0022]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层挤压过程，和/或，
[0023]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层沉积过程，和/或，
[0024]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层侵蚀过程，和/或，
[0025]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层抬升过程。
[0026]进一步地，若所述构造演化过程包括地层挤压过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，具体包括:
[0027]设定所述第一历史模型的边界，以使所述第一历史模型的各个历史地层的颗粒位于一上部开口的立方体内；
[0028]根据所述地层挤压过程的方向，从所述立方体的一侧边界推进挤压所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒；
[0029]在被挤压端与所述立方体边界的空隙中，加入与被挤压一侧的各个地层相同的颗粒；
[0030]采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置。
[0031]进一步地，若所述构造演化过程包括地层沉积过程，则根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还包括:
[0032]在所述不同阶段的第一历史模型中，增加历史地层，所述历史地层的颗粒的材料参数为预设的沉积层初始材料参数；和/或，
[0033]若所述构造演化过程包括地层侵蚀过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还包括:
[0034]在所述不同阶段的第一历史模型中，减少位于最上层的历史地层的颗粒，所述减少的颗粒的位置和数量根据历史地层的当前阶段的地质构造确定。
[0035]进一步地，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程，还包括:
[0036]实时采集所述不同阶段的第一历史模型中的各个历史地层的的颗粒的应力应变。
[0037]进一步地，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程之后，还包括:
[0038]根据不同阶段的所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，标定所述目标区域的各个历史地层的变形构造的形态和构造圈闭。
[0039]进一步地，所述颗粒的材料参数包括:
[0040]颗粒的粒度，和/或，
[0041 ] 颗粒的弹性模量，和/或，
[0042]颗粒间的摩擦力，和/或，
[0043]颗粒间的连接强度。
[0044]本发明实施例一种地质构造演化和变形过程的分析方法，通过获取目标区域的当前地层信息，根据当前地层信息，反演构造演化过程和所述目标区域的历史地层的分布特征；随机生成不同半径的颗粒，使其在重力作用下堆积于预设的立方体中，生成初始离散元模型；根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型；根据预设的各个历史地层的颗粒的材料参数，设置所述第一水平模型中的各个历史地层中的颗粒的材料参数，生成第一历史模型；根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程。由于各个历史地层对应的颗粒的材料参数能够反映目标区域的地层的宏观特性，因此，根据本发明提供的地质构造演化和构造变化的分析方法能够得到非常接近地质历史时期的离散元模型，基于该离散元模型的可以获取到非常接近地质演化过程中的颗粒的应力应变情况。
【附图说明】
[0045]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]图1为本发明提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法的实施例一的流程图；
[0047]图2为地质构造断层结构示意图；
[0048]图3为法向作用力示意图；
[0049]图4为剪切力示意图；
[0050]图5为图1所示方法的一种具体实施过程的第一示意图；
[0051]图6为图1所示方法的一种具体实施过程的第二示意图；
[0052]图7为图1所示方法的一种具体实施过程的第三示意图；
[0053]图8为图1所示方法的一种具体实施过程的第四示意图；
[0054]图9为图1所示方法的一种具体实施过程的第五示意图；
[0055]图10为图1所示方法的一种具体实施过程的第六示意图；
[0056]图11为一前陆褶皱带盐构造的剖面图；
[0057]图12为本发明提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法的实施例二的流程图。
【具体实施方式】
[0058]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]图1为本发明提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法的实施例一的流程图，图2为地质构造断层结构示意图，图1为本发明提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法的实施例一的流程图；图2为地质构造断层结构示意图；图3为法向所有力不意图；图4为剪切力不意图；图5为图1所不方法的一种具体实施过程的第一不意图；图6为图1所示方法的一种具体实施过程的第二示意图；图7为图1所示方法的一种具体实施过程的第三示意图；图8为图1所示方法的一种具体实施过程的第四示意图；图9为图1所示方法的一种具体实施过程的第五示意图；图10为图1所示方法的一种具体实施过程的第六示意图；图11为一前陆褶皱带盐构造的剖面图。
[0060]如图1所示，本发明实施例的步骤可以包括:
[0061]S101、获取目标区域的当前地层信息，根据当前地层信息，反演构造演化过程和所述目标区域的历史地层的分布特征。
[0062]其中，通过对所述目标区域进行野外考察和对地震资料的分析，可以得到所述目标区域的地层剖面图，所述地层剖面图包括所述目标区域的当前地层的分布信息和地质特征，所述分布信息可以包括各个时期的地层的深度、厚度、分布区域等，所述地质特征可以包括由于地壳运动造成的裙皱、断层等地质构造特征。
[0063]根据当前地层信息中各个地层的分布的深度、厚度、断层、褶皱，可以反演出目标区域自地质历史时期至当前时间的构造演化过程。
[0064]构造演化过程通常是指地质构造的运动学演化过程，举例来说，在数以百万年的地质构造的变化过程中，所述目标区域的构造演化过程可以包括:
[0065]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层沉积过程，和/或，
[0066]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层侵蚀过程，和/或，
[0067]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层挤压过程，和/或，
[0068]所述目标区域从地质历史时期至当前的地层抬升过程。
[0069]具体的，这些演化过程对于当前区域的地质特征的形成的影响，可以转化为对当前区域在不同地质历史时期的受力情况的变化的考虑。具体的，可以包括力的方向、力的大小等因素。也就是说，在对初始离散元模型进行演化构造变形的过程中，可以对初始离散元模型施加不同的力来模拟不同阶段的演化过程。
[0070]可选的，根据所述当前地层信息和地质特征，还可以反演所述目标区域的构造演化过程和历史地层信息和历史地质特征。
[0071]举例来说，所述历史地质特征可以包括:
[0072]所述目标区域在历史地质时期已存在的先存断层或尖灭地层，可参考图2右下角所示的两处断层。
[0073]S102、随机生成不同半径的颗粒，使其在重力作用下堆积于预设的立方体中，生成初始离散元模型。
[0074]可参考图3，先随机生成不同半径的颗粒，使其在重力的作用下堆积于给定大小的立方体模型中。
[0075]S103、根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型。
[0076]可参考图4，可以将所述立方体模型中的颗粒划分为若干区域，每个区域对应一个地层，每个地层包括处于所述立方体模型中对应区域的颗粒。
[0077]可选的，若所述目标区域在历史地质时期已存在的先存断层或尖灭地层，则根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型，还可以包括:
[0078]根据所述包含所述历史地质特征的的历史地层信息，生成第一水平模型。也就是说，第一水平模型中也可以包括如图2所示的地址构造特征。具体的，可以在第一水平模型中，为具有历史地质特征的地层，划分非水平的地层区域的颗粒。
[0079]S104、根据预设的各个历史地层的颗粒的材料参数，设置所述第一水平模型中的各个历史地层中的颗粒的材料参数，生成第一历史模型。
[0080]其中，所述颗粒的材料参数可以包括:颗粒的粒度，和/或，颗粒弹性模量，和/或，颗粒间摩擦力，和/或，颗粒间连接强度等。
[0081]需要说明的是，对各个历史地层确定预设的初始材料参数时，可以选择在自然条件下能够形成较接近于当前地层信息中的地质特征的颗粒的材料参数。即，各个地层的颗粒的材料参数需要体现对应的地层的宏观性质。
[0082]具体的，可以根据所述目标区域的当前地质特征，如褶皱或断层，确定当前地层的宏观性质，如内聚力、抗压强度、抗拉强度等；并可以在离散元模型中，采用双轴压缩实验，测得离散元模型中颗粒尺度的微观连接属性和块体宏观强度的关系，以及分析颗粒强度与断层形成的关系；然后选择可以较为接近能够达到在自然条件下形成当前地质构造的颗粒，以体现各个地层的宏观性质。
[0083]S105、根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程。
[0084]其中，所述根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程，可以包括:
[0085]根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程。
[0086]具体的，可以首先确定各个地层中颗粒的初始位置，然后，在构造演化过程的每个阶段，根据目标区域的地层的受力情况，通过本构关系计算第一历史模型中各个地层的颗粒受力情况，最后根据牛顿第二定律公式，计算出颗粒的新位置。其中，颗粒的质量由初始离散元模型随机生成。
[0087]对于演化过程中的不同阶段，可以对各个颗粒的新位置按照上述计算方法完成下一阶段的迭代计算，得到下一阶段颗粒的新位置。
[0088]需要说明的是，可参考图5和图6，在变形过程中，颗粒的移动位置与颗粒之间的法向作用力和剪切力密切相关，根据各颗粒的粒度、质量和所受的法向作用力和剪切力确定颗粒的移动位置，因此，所述离散元的计算方法主要包括法向作用力的计算方法和所述剪切力的计算方法。
[0089]所述离散元的法向作用力fn的计算公式可以为:
[0090]fn= kn δ n
[0091]其中，kn表示法向力方向颗粒间的刚度，δ ?表示颗粒之间重叠度。重叠度是两个颗粒的半径之和与两个颗粒的中心之间的距离之差。
[0092]所述离散元的剪切力fs的计算公式可以为:
[0093]fs= ks δ s
[0094]其中，ks表示剪切力方向的颗粒间刚度，δ 3表示颗粒之间切向位移大小。
[0095]需要说明的是，所述颗粒间的刚度根据颗粒的弹性模量和颗粒间的连接强度确定。颗粒的中心之间的距离和切向位移与颗粒的粒度和弹性模量确定。各个颗粒所受的外力与第一历史模型所受的外力和颗粒间的摩擦力确定。所述第一历史模型所受的外力可以以能够匀速挤压或者匀速抬升所述第一历史模型的一个边界所需要外力确定。
[0096]举例来说，若所述构造演化过程包括地层挤压过程，则根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，可以具体包括:
[0097]设定所述第一历史模型的边界，以使所述第一历史模型的各个历史地层的颗粒位于一上部开口的立方体内，可参考图7 ;
[0098]根据所述地层挤压过程的方向，从所述立方体的一侧边界推进挤压所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒；
[0099]在被挤压端与所述立方体边界的空隙中，加入与被挤压一侧的各个地层相同的颗粒；
[0100]采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置。
[0101]可参考图8至图10分别为区域压缩量为6公里、12公里、19公里时的构造变形结果示意图。
[0102]可选的，若所述构造演化过程包括地层沉积过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还可以包括:
[0103]在所述不同阶段的第一历史模型中，增加历史地层，所述历史地层的颗粒的材料参数为预设的沉积层初始材料参数。
[0104]可选的，若所述构造演化过程包括地层侵蚀过程，则根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还可以包括:
[0105]在所述不同阶段的第一历史模型中，减少位于最上层的历史地层的颗粒，所述减少的颗粒的位置和数量根据历史地层的当前阶段的地质构造确定。
[0106]进一步地，还可以根据目标区域的历史环境，例如，风速、天气、设置增加和减少的历史地层的颗粒。
[0107]在本发明的实施例中，可选的，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程，还可以包括:
[0108]实时采集所述不同阶段的第一历史模型中的各个历史地层的的颗粒的应力应变。
[0109]需要说明的是，应力是指物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置，应变是指，微小材料元素承受应力时所产生的变形强度，或称为单位长度变形量。
[0110]系统可以根据不同阶段的颗粒的位置数据，获得不同阶段颗粒的应力应变。
[0111]根据不同阶段的颗粒的应力应变，可以获得目标区域的各个阶段的应力应变云图，各个阶段的应力应变云图和颗粒的位置信息可以用于反映目标区域的地质构造的动态变化过程。
[0112]也就是说，基于该离散元模型的可以获取到非常接近地质演化过程中的颗粒的应力应变情况。
[0113]在本发明的实施例中，可选的，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程之后，还可以包括:
[0114]根据不同阶段的所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，标定所述目标区域的各个历史地层的变形构造的形态和构造圈闭。
[0115]根据本发明提供的地质构造演化和构造变化的分析方法能够得到目标区域的应力应变分布和变形信息，结合目标区域的当前地层信息和地质特征，可以分析应力应变对储层性质的影响，因此，本发明实施例提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法对于确定目标区域的储层性质和指导油气勘探可以提供更准确的理论支持。
[0116]图12为本发明提供的一种地质构造演化和变形过程的分析方法的实施例二的流程图。
[0117]如图12所示，在图1所示方法的基础上，本发明实施例的步骤还可以包括:
[0118]在S105之前，还包括:
[0119]S106、根据所述构造演化过程对所述第一历史模型进行演化，得到的第一理论当前模型。
[0120]S107、判断所述第一理论当前模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度；若不满足，执行S108。
[0121]S108、调整所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的材料参数，执行S106。
[0122]需要说明的是，所述颗粒的材料参数需要能够体现所属的地层的物性，也就是说，最终确定的第一历史模型中的所采用的颗粒的材料参数，能够使得第一历史模型中各个地层经过构造演化过程后，得到第一理论当前模型与实际的当前地层信息所体现的地层的分布特征和地质特征尽可能相同。
[0123]通过调整颗粒的材料参数进行反复试验，可以选择最能体现地层的物性的材料参数，即得到的第一理论当前模型与当前地层信息所体现的地层的地层的分布特征和地质特征最接近。
[0124]可选的，所述预设的相似度可以根据经验设置。
[0125]本发明的实施例确定的满足预设的相似度的第一历史模型中，各个历史地层对应的颗粒的材料参数能够反映目标区域的地层的宏观特性。也就是说，根据本发明提供的地质构造演化和构造变化的分析方法能够得到非常接近地质历史时期的离散元模型。
[0126]下面采用具体的例子说明本发明实施例提供的技术方案及有效效果。
[0127]场景一:
[0128](I)收集分析区域的地震等资料，并对资料进行分析，提取目标出区域的地层信息，反演构造演化过程。
[0129](2)随机生成不同半径的颗粒，使其在重力的作用下堆积于给定大小的矩形盒状模型中，生成初始离散元模型。
[0130](3)通过一系列双轴压缩实验测试离散元模型中颗粒尺度的微观连接属性和块体宏观强度的关系，获取在哪一种微观颗粒强度能够产生最接近自然条件下观察到的断层的形成，得到颗粒材料的初始微观性质，初始微观性质包括颗粒粒度、颗粒弹性模量、颗粒间摩擦力、颗粒间连接强度等。通过设置颗粒材料的微观性质来设定地层的宏观性质，宏观性质可以包括如内聚力，抗压强度、抗拉强度等。
[0131](4)依据本场景步骤(I)的分析结果，结合本场景步骤(3)得到的颗粒初始材料参数，建立反映区域地质特征的离散元模型，其中，离散元模型可以为存在先存断层、尖灭地层的模型，可选的，还可以通过剥离地表部分颗粒生成复杂的地表形态。
[0132](5)在本场景步骤(4)建立的反映区域地质特征的离散元模型基础上，设置边界条件，例如，固定模型的底边及一侧边界，使另一侧边界匀速推进挤压模型，模拟现实中的水平挤压作用。
[0133](6)对设定了颗粒的初始材料参数的离散元模型，采用离散元的计算方法进行迭代运算，完成整个区域的构造演化过程模拟。其中，在模型演化的某个阶段，可以在模型顶部增加或者剥离地层，以模拟地层的沉积或者侵蚀过程。将模拟结果与现在取得的地震资料进行对比，如模拟结果与现在取得的地震资料的地层的构造地质特征存在差异，可以调整本场景步骤(4)中颗粒的材料参数，直至获得的模拟结果与现在取得的地震地层构造地质特征较为相符。
[0134](7)采集系统中颗粒的应力应变及颗粒的位置数据，并作出应力应变云图及计算各个阶段系统中颗粒的位置，用于反映系统的动态变化过程。其中，颗粒的位置的变化过程可以用于标定出地层的变形情况，尤其构造的位置及其形态与构造圈闭等，结合地震资料，分析应力应变及其对储层性质的影响。
[0135]由上述技术方案可知，本发明实施例的有益效果在于由于充分考虑地层的初始展布特征，建立接近地质历史时期的离散元模型，并采用半径大小不同的颗粒随机生成，并在重力作用下堆积生成初始离散元模型，使得可以在模拟演化过程的某个阶段，增加沉积及侵蚀过程，以及研究同构造沉积等地质现象对该区域构造变形的影响，使得构造演化过程和构造变形机制的模拟方法成本低、灵活。
[0136]并且，本发明避免了常规计算模拟方法中需要人为定义构造的产生与发展规律，采用离散颗粒来构建模型，模型具有和真实岩体相似的颗粒结构，克服了物理模拟存在的流变学和比例化问题，突破物理实验中实验材料选择的局限性，更适合于研究不同岩石强度对构造变形的影响，采用离散元模拟能补充并替换部分实验，而且该基于离散元模拟的构造演化过程与构造变形机制研究方法可以得到实验不容易测得的数据，进而改进现有理论解决实际问题，如构造演化过程与构造变形机制、应力应变分布及其对储层性质的影响等，为油气勘探提供理论支持。同时，相较于采用较大规模构造物理模拟实验成本高且费工费时，本发明实施例的技术方案的成本低快且简便快捷。
[0137]场景二:
[0138](I)通过详细的野外地质观测和二维、三维地震剖面解析，提取出区域的地层信息，反演构造演化过程。对解析得到的地震解析图进行反演分析得到某沉积阶段地层分布图，最终得到区域原来的地层分布情况。
[0139](2)颗粒半径设为不同的值，并且不同半径的颗粒随机生成，在重力的作用下堆积成初始模型。
[0140](3)通过一系列双轴压缩实验测试得到离散元模型中各个地层的颗粒材料的初始微观性质，其中，初始微观性质可以包括颗粒粒度、颗粒弹性模量、颗粒间摩擦力、颗粒间连接强度等。
[0141](4)参考本场景步骤(I)得到的地层分布情况及本场景步骤(3)得到的各个地层的颗粒材料的初始微观性质，通过给定各个地层的颗粒材料属性，建立反映区域地质特征的离散元模型。
[0142](5)基于本场景步骤(4)反映区域地质特征的离散元模型，设置边界条件，一般固定模型底边及一侧边界，使另一侧边界匀速推进挤压模型，即给定位移边界条件，模拟现实中的水平挤压作用。
[0143](6)对建好的特定属性的模型，采用离散元的计算方法进行迭代运算，完成整个区域的构造演化过程模拟。当区域缩短量为8km，模型靠近挤压端一侧加入一期同构造沉积层。离散元方法进行迭代计算时，颗粒之间的作用力包括法向作用力及剪切力。
[0144](7)把模拟结果与现在取得的相关资料对比，可参考图10所示的模拟结果，图11为一前陆褶皱带盐构造的剖面图。由图11可知该区域深部构造集中于靠近山前一侧，紧密排布，总体呈叠瓦状，与我们模拟中构造发育情况有很好的可对比性。如果模拟结果不理想，则返回调整本场景步骤(2)中地层的材料参数，直至获得模拟结果与现在的地层构造地质特征较为相符。
[0145](8)采集系统中颗粒的应力应变及颗粒的位置数据，并作出应力应变云图及计算各个阶段系统中颗粒的位置，用于反映系统的动态变化过程。可参考图8至图10动态反映了整个模拟过程，可以采集构造形态图、内部体应变、剪切应变，并标定出地层的变形情况、地质构造的位置及其形态与构造圈闭等，结合地震资料，可以分析应力应变及其对储层性质的影响。
[0146]由以上本发明的技术方案可知，本发明的用于构造演化过程与构造变形机制的离散元模拟方法，其有益效果在于:充分考虑地质历史时期地层原来的地质特征，建立接近地质历史时期的离散元模型；采用半径大小不同的颗粒随机分布的方式建立初始的离散元模型；模拟某个阶段，可以增加沉积及侵蚀过程，研究这中普遍的地质现象对该区域构造变形的影响；本发明避免了常规模拟方法中需要人为定义构造的产生与发展规律，采用离散颗粒来构建模型，模型具有和真实岩体相似的颗粒结构；较大规模构造物理模拟实验往往费钱、费时，采用离散元模拟能补充并替换部分实验，而且该基于离散元模拟的构造演化过程与构造变形机制研究方法可以得到实验不容易测得的数据，进而改进现有理论解决实际问题，如构造演化过程与构造变形机制、应力应变分布及其对储层性质的影响等，为油气勘探提供理论支持。
[0147]综上所述，本发明实施例的有益效果在于，首先，本发明实施例的方法考虑了模拟断层的产生与变形过程上岩体的非均质、各向异性，即考虑了颗粒材料的微观离散性，本发明实施例采用的离散元模拟方法通过构建一个离散的弹性粒子组成的系统，并给系统施加外力来观测系统运动行为及动力学特征。离散元法支持大变形、破裂，允许颗粒发生有限的位移、转动、脱离等，每个颗粒性质均于不同，并且在计算过程中能够自动识别新的接触面，非常适合分析构造变形机制，不仅可以方便的实现材料的非均质及各向异性，而且实验者可以对系统的运动演化进行模拟和观测，直观地跟踪构造的发生及形成过程，特别适于散体聚合物的模拟，如岩石土体等。模拟构造演化过程和变形机制的结果更接近于真实历史演化和变形过程。
[0148]其次，本发明实施例得到的地层的材料参数还可以用于不同的场景。
[0149]并且，离散元模拟方法的离散性质对于断层及节理高度发育的不连续系统来说是一种非常有价值的技术方法。这是因为，离散元模拟方法的另一个优势是对于材料流变性质的模拟，材料的流变性质来自于组成材料的颗粒之间相互作用的结果，并且可以随着时间而演化。
[0150]与有限元模拟方法不同，有限元模拟方法模拟盐底辟和盐席时，流变的性质是预先赋予的。例如，一些有限元模型把上覆的地层看做是粘性的，因此不能很好地模拟这些沉积地层中出现的断层及断层相关褶皱等脆性变形。
[0151]而本发明实施例用于构造的离散元模型中，颗粒半径设为不同的值，并且不同半径的颗粒随机分布于模型中，使模型更接近现实构造，尤其适合用于模拟具有复杂断裂的构造体系，对深入研究构造变形机制具有一定的参考价值。
[0152]另外，本发明实施例离散元方法在一定程度上突破了物理模拟存在的流变学和比例化问题，可以突破物理实验中实验材料选择的局限性，更适合于研究不同岩石强度对构造变形的影响。通常来说，符合比例化物理模拟需求的材料力学性质比较难以实现，而在本发明可以通过参数设置与调试，模拟合适材料的物理性质。因此，基于离散元模拟的构造演化过程与构造变形机制研究方法可以得到物理模拟实验不容易测得的数据，进而改进现有理论解决实际问题，如构造演化过程与构造变形机制、应力应变分布及其对储层性质的影响等，为油气勘探提供理论支持。
[0153]本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括:R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0154]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种地质构造演化和变形过程的分析方法，其特征在于，包括: 获取目标区域的当前地层信息，根据当前地层信息，反演构造演化过程和所述目标区域的历史地层的分布特征； 随机生成不同半径的颗粒，使其在重力作用下堆积于预设的立方体中，生成初始离散元模型； 根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型； 根据预设的各个历史地层的颗粒的材料参数，设置所述第一水平模型中的各个历史地层中的颗粒的材料参数，生成第一历史模型； 根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标区域的历史地层信息还包括历史地质特征，所述历史地质特征为: 所述目标区域在历史地质时期已存在的先存断层或尖灭地层； 则根据历史地层的分布特征，将所述初始离散元模型中的颗粒划分为若干历史地层，生成第一水平模型，还包括: 根据所述包含所述历史地质特征的的历史地层信息，生成第一水平模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程之前，还包括: 判断根据所述构造演化过程对所述第一历史模型进行演化，得到的第一理论当前模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度； 若不满足，则调整所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的材料参数，重新判断根据所述构造演化过程对所述第一历史模型进行演化，得到的第一理论当前模型的地质特征与当前地层信息的地质特征是否满足预设的相似度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一历史模型和所述构造演化过程，确定所述目标区域的变形过程，包括: 根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标区域的构造演化过程包括: 所述目标区域从地质历史时期至当前的地层挤压过程，和/或， 所述目标区域从地质历史时期至当前的地层沉积过程，和/或， 所述目标区域从地质历史时期至当前的地层侵蚀过程，和/或， 所述目标区域从地质历史时期至当前的地层抬升过程。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述构造演化过程包括地层挤压过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，具体包括: 设定所述第一历史模型的边界，以使所述第一历史模型的各个历史地层的颗粒位于一上部开口的立方体内； 根据所述地层挤压过程的方向，从所述立方体的一侧边界推进挤压所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒； 在被挤压端与所述立方体边界的空隙中，加入与被挤压一侧的各个地层相同的颗粒； 采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述构造演化过程包括地层沉积过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还包括: 在所述不同阶段的第一历史模型中，增加历史地层，所述历史地层的颗粒的材料参数为预设的沉积层初始材料参数；和/或， 若所述构造演化过程包括地层侵蚀过程，则所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型的中各个历史地层的颗粒的位置，还包括: 在所述不同阶段的第一历史模型中，减少位于最上层的历史地层的颗粒，所述减少的颗粒的位置和数量根据历史地层的当前阶段的地质构造确定。8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程，还包括: 实时采集所述不同阶段的第一历史模型中的各个历史地层的的颗粒的应力应变。9.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述构造演化过程的不同阶段和所述第一历史模型中的各个历史地层的颗粒的初始位置，采用离散元的计算方法进行迭代运算，确定不同阶段的第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，以确定所述目标区域的从地质历史时期至当前的构造变形过程之后，还包括: 根据不同阶段的所述第一历史模型中各个历史地层的颗粒的位置，标定所述目标区域的各个历史地层的变形构造的形态和构造圈闭。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒的材料参数包括:颗粒的粒度，和/或， 颗粒的弹性模量，和/或， 颗粒间的摩擦力，和/或， 颗粒间的连接强度。
【文档编号】G01V9/00GK105866855SQ201510033031
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月22日
【发明人】雷刚林, 吴超, 许安明, 潘杨勇, 尚江伟, 黎立, 顾成龙, 李向云, 李梦媛, 谢亚妮
【申请人】中国石油天然气股份有限公司