一种基于地理信息系统的岩相古地理资料处理方法与流程

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种基于地理信息系统的岩相古地理资料处理方法。

背景技术：
岩相古地理研究是重建地质历史中海陆分布、构造背景、盆地配置和沉积演化的重要途径和手段，重塑盆地在全球古地理中的具体位置、恢复沉积作用与成矿过程的关系，对于油气资源远景预测评价和勘探开发实践具有重要的意义。可以肯定，数字化的岩相古地理制图有利于油气勘探新区、新领域、新层位和新靶区的发现，是一项具有重要经济价值的基础工作。目前的岩相古地理编图工作，主要是在传统的沉积学理论指导下，综合分析构造演化、地层分布、生物化石等资料，利用成图软件编制出岩相古地理图。其中，在编图的技术平台上，能够应用现代计算机技术，将源自不同学科的古地理信息进行集约化处理，建立古地理重建数据库，可以提供古地理、古气候等多方面的信息资源。但是，目前的岩性古地理编图技术平台还存在以下不足：首先，以往的古地理编图，缺乏对大量编图信息的数据库管理，如对最终成果的验证需要翻阅大量不同类型的图件；其次，编图所需统计的野外露头资料点数量巨大，统计的信息及精度往往难以满足编制高精度古地理图件的需要；最后，编图的技术平台缺少适时修正等功能，这就影响了编图的精度和实用性。

技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于地理信息系统的岩相古地理资料处理方法，利用现有的地质图数据库检索构造、露头分布、岩性特征、地层划分等信息资料，利用尽可能多的资料点数据和研究成果，通过软件支撑平台和信息编图技术，形成多种组合式的可视化成果，并可以适时修正、调整、改进成图效果，提高古地理编图的准确性和精度。本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于地理信息系统的岩相古地理资料处理方法，所述方法包括以下步骤：(1)在横向上对待处理地理区域进行构造与地层分区；(2)在纵向上对待处理地理区域进行编图单元划分；(3)建立所述构造与地层分区和所述编图单元之间的地层对比关系；(4)对步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)得到的不同构造与地层分区和不同编图单元的资料点的编图信息进行统计；(5)将步骤(4)得到的资料点的编图信息标注在地质地理信息底图上得到地质地理信息原材料图；(6)基于步骤(5)获得的地质地理信息原材料图并综合其它信息进行岩相古地理图成图，得到待处理地理区域的岩相古地理图。所述步骤(1)是这样实现的：在横向上，首先将待处理地理区域划分为若干个大区，所述大区的边界为板块之间的缝合线；然后将每个大区划分为若干个分区，所述分区的边界为地块边界或板块内部的一级构造或沉积区边界；最后将每个分区划分为若干个小区，所述小区的边界为二级构造或沉积单元边界。所述步骤(2)是这样实现的：在纵向上按地层时代对待处理地理区域进行编图单元的划分，每个地层时代对应一个编图单元，每个编图单元对应一张待处理地理区域的岩相古地理图；所述地层时代是指地层形成的年龄或时间；不同地层时代对应的所述构造与地层分区是有变化的。所述步骤(3)是这样实现的：在不同的构造与地层分区上，由于地层名称、地质特征都有差异，同一个编图单元可能对应不同的地层，因此该步骤是确定同一个编图单元在每一个构造与地层分区内对应的所有地层的名称。所述步骤(4)中：所述资料点指的是进行编图所需要的信息点，所述编图信息是指通过露头资料、钻井资料、地质图数据库和沉积相研究成果获得的资料点的古地理编图信息，其包括点信息、线信息和区信息；所述点信息包括钻井或野外地质剖面的地层厚度、岩性组合、相标志和相类型；所述线信息包括洋盆性质；所述区信息包括露头分布信息；所述步骤(5)是这样实现的：将所述点信息标注在地质地理信息底图上的资料点处，将所述线信息标注于地质地理信息底图上的构造界线上，所述区信息是通过在地质地理信息底图上采用不同的颜色表示不同的岩相古地理类型分布地区来标注的，这样就得到地质地理信息原材料图；所述地质地理信息底图是指：通过检索地质图数据库，将地理信息按空间位置、依据投影原理形成的信息化电子地理底图，所述地理信息包括经纬网、城市及名称、山脉、河流和湖泊。所述地质地理信息底图仅含有地理信息，在地质地理信息底图上加载了地质资料点分布及编图地质信息的图，就是地质地理信息原材料图，有了这些材料的准备工作，就可以编制岩相古地理图了。所述步骤(6)中：所述其它信息包括构造与地层分区、构造边界的性质、盆地的类型、露头分布信息、资料点的地质信息和不同信息之间的地理关系。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明方法反映了构造、古地理、岩相三者之间的成因关系，实现了前中生代活动的构造古地理再造目标以及前中生代构造-古地理演化过程的动态恢复。动态恢复主要体现在以下几个方面：A、在任一编图时期，在当时的古经纬度下，中国各个板块与全球洋陆的位置与从属关系；B、在某一编图单元对应的时期，在现今经纬度下，不同的构造缝合带所处的洋盆的开合性质、同一构造 缝合带在不同区段的洋盆的开合性质差异；C、在地史演化时期，中国主要缝合带所处的洋盆的演化配置关系；D、体现构造演化过程与沉积演化过程之间的成因联系，不同的洋盆开合性质两侧发育不同性质的沉积盆地和不同类型的沉积物，反之沉积盆地性质、古地理分布、岩相特征反映构造背景，并在图面上与之相协调。(2)利用本发明方法生成的图件可以广泛应用于前中生代海相油气勘探工作中以及海相研究项目中，具有良好的社会效益和经济效益；(3)本发明将构造与沉积成因相联系，即将造山带最新的构造研究成果与稳定地台内部丰富的沉积信息(尤其是近年来在华北、扬子、塔里木等地区的油气勘探成果)紧密地联系起来，以构造控制沉积、沉积反映构造的思路来建立两者之间的成因联系，实现地台内部岩相古地理的精细再造，有效地解决了盆地及造山带复杂地区岩相古地理的再造；(4)本发明构建了地理地质信息平台和软件支撑平台，开创性地运用地质图数据库对编图进行信息支撑，并运用编图软件平台(编图软件可以使用Mapgis、Arcgis等。Mapgis或者Arcgis等软件是大型集成化的编图、图件软件，是一种GIS数据中心集成开发平台。)对地质地理信息进行管理，主要包括：地理信息的检索、地质信息的检索(断裂分级与分布、露头分布与岩性组合)、岩相古地理信息标注(包括点位、编号、厚度、沉积相与岩相类型)，并在此基础上提出了综合成图技术，就是基于原材料图上的地质信息，在编图思想和地质理论的指导下，宏观上考虑构造-沉积背景，局部以编图硬信息为依据，综合考虑编图软信息，分析区域沉积环境变化和局部岩相分布的规律，确定沉积相与岩相类型及其边界，对中国全国范围内进行岩相古地理、沉积相和岩相的分区，实现综合信息岩相古地理成图。利用Mapgis67软件平台，实现了多种编图信息的检索、标注、综合信息成图与图件适时修正的一体化，提高了编图效率和精度。附图说明图1是本发明基于地理信息系统的岩相古地理资料处理方法的步骤框图。图2是本发明实施例中的露头与资料点分布图。图3是图2的局部放大图。图4是本发明实施例中利用本发明方法获得的岩相古地理图。图5是图4的局部放大图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述：本发明建立了“以构造-沉积成因联系为主导，以缝合带为其两侧盆地的联系枢纽，以板块的岩相古地理再造为目标，以前中生代油气地质条件为侧重点”的编图指导思想。首先研究区域的洋陆转换关系及主要断裂，建立不同编图时代全国范围内的构造与地层分区；通过对全国平面上划分的不同构造与地层分区之间、不同时代沉积地层之间的对应关系，对震旦纪-中三叠世进行编图地层单元划分与对比；以编图地层单元为单位，对不同构造与地层分区、不同地点的钻井、露头剖面进行编图信息统计；在全国的地理信息底图上，以每个编图单元为单位，对编图地质信息(所有资料点信息、缝合带及区域断裂分布、露头区分布与岩相组合信息)进行标注；在编图思想指导下，面上通过分析构造-沉积分区之间的成因联系，点上依据资料点的编图地质信息，辅以地质图数据库的地质信息，综合多种地质信息确定板块、古地理、沉积相、岩相的边界，达到综合信息成图。下面以中国作为待处理地理区域来说明本发明的方法。如图1所示，本发明方法包括以下步骤：1，构造与地层分区依据构造和地层特征在横向(在同一个时间单元，是指在平面上，也就是俯视效果，并非严格的水平面上；纵向上要分多个时间单元，每个单元都在平 面上进行划分)上对待处理地理区域进行。构造与地层分区是在地质图数据库中检索区域断裂(对应于板块或地块边界)、一级断裂(盆地边界)和二级断裂(构造带边界)，确定缝合带(前中生代古洋盆一般与之对应)及主要构造-沉积分区边界(一般控制着盆地、沉积相和岩相的边界)，实现板块与地块、构造-地层大区、构造与地层分区、构造-地层小区等不同级别区域的划分(在全国编图中用到这些级别即可，如果是小区域的细致编图，可能地层分区要更精细，视编图区域和精度要求而定，总体是由粗到细)。以中国为例，在平面上以昆仑-祁连-秦岭-胶辽造山带和阿尔金断裂为界，将中国划分为南方-青藏、华北-东北、西北等三个大区，再依据主要缝合带、区域断裂等划分为多个板块或地块(如塔里木、华北、扬子、松辽、准噶尔、青藏、滇黔桂、华南，等等)，再基于区域构造、地层赋存状态和岩相组合等进一步划分为分区(如上扬子、中扬子、下扬子，华北东部、华北西部，等等)，进一步划分为小区(如贺兰山、豫西、鲁南，等等)。所述板块和地块指的是相应稳定的地壳块体，较大的称为板块，较小的称为地块，大的分区可以包含几个板块或地块及其周边的不稳定块体，边界是级别高的缝合带，板块和地块又可以分成若干个更小级别的分区，其边界是较低级别的边界，如断裂。2、编图单元划分采用国际地层委员会通过的全球年代地层系统标准，以扬子板块震旦纪－中三叠世地层的发育为基础，结合中国区域性的阶一级年代地层单元，确定编图单元，并给出了它们之间的对比关系，并建立各构造-地层大区和地层小区的编图单元岩石地层对比关系。在纵向上(指垂直方向。本发明的实施例中生成的就是多个中国岩相古地理图，其区别就在于是不同的地层时代；每个地层时代对应一个编图单元，每个编图单元对应一张中国地图)对各层系进行编图单元划分。编图单元是指一个特定的时间段，系、统等大的地层单元以年代地层单位为主，借鉴参考生物地层，进一步细分以岩石地层单元为主，并建立各构造-地层大区、分区、小区 (每个构造地层中依次细分，一般来说大区下分区，分区中细分小区，但有些分区难以细分成若干小区，则分区也就与小区对应)的编图单元岩石地层对比关系，构造与地层分区的级别越大，地层对比单元越大，如大区间建立系(如图2中的寒武系就是指系)、统等大级别的地层对比关系，而一个大区之内的分区、小区之间，则将地层对比关系进一步精细到阶和组，如寒武系、下寒武统、筠竹寺阶、辛集组。地层小区是指在每一个地层大区中，根据构造及地层发育特点划分的次一级构造-地层区。所述地层对比关系是指：比如在南方，上寒武统对应某几个组，北方又对应另几个组，在北方的鄂尔多斯盆地和渤海湾盆地，可能地层的名称也不一样，但这些都对应上寒武统，即建立一种顶底的时代相对应关系。对震旦纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、早-中三叠世这些地层时代划分了编图单元(一个编图单元对应一张中国地图)，具体如下：震旦纪包括了以下编图单元：早震旦世陡山沱早期、早震旦世陡山沱晚期、晚震旦世灯影峡早期、晚震旦世灯影峡晚期；寒武纪包括了以下编图单元：早寒武世梅树村期－筇竹寺期、早寒武世沧浪铺期－龙王庙期、中寒武世毛庄期、中寒武世徐庄期－张夏期、晚寒武世(崮山期－长山期—凤山期)；奥陶纪包括了以下编图单元：早奥陶世新厂期、早奥陶世道堡湾期、中奥陶世(大湾期－达瑞威尔期)、晚奥陶世艾家山期－钱塘江早期、晚奥陶世钱塘江晚期等；志留纪包括了以下编图单元：早志留世龙马溪期、早志留世大中坝期－紫阳期、中志留世、晚－顶志留世等；泥盆纪包括了以下编图单元：早泥盆世莲花山期、早泥盆世那高岭期、早泥盆世郁江期－四排期、中泥盆世(应堂期－东岗岭期)、晚泥盆世佘田桥期、晚泥盆世锡矿山期－邵东期等；石炭纪包括了以下编图单元：早石炭世岩关早期、早石炭世岩关晚期、早石炭世大塘期－德坞期、晚石炭世罗苏期、晚石炭世滑石板期－达拉期－小独山期等；二叠纪包括了以下编图单元：早二叠世(紫松期－隆林期)、中二叠世栖霞期－祥播期、中二叠世茅口期－冷坞期、晚二叠世吴家坪期、晚二叠世长兴期等；早-中三叠世包括了以下编图单元：早三叠世殷坑期、早三叠世巢湖期、中三叠世青岩期、中三叠世拉丁期等等。3，资料点的编图信息统计；对露头资料和钻井资料点进行地层厚度、岩性组合、典型相标志统计，所述典型相标识包括颜色、沉积构造、古生物等。在此基础上确定优势沉积相类型，一并统计造表。在资料点较少的地区通过检索地质图数据库，确定露头的分布区域与岩性组合，作为编图的辅助资料，扩展岩相古地理编图的资料来源，提高资料的空间覆盖率。资料点指的是进行编图所需要的信息点，具体包括露头、钻井等。资料点的编图信息是通过野外考察、钻井分析、前人岩相古地理研究成果分析，查询地质图数据库等得到的资料点的古地理编图信息，如厚度、岩性组合、相标识、相类型等等。对露头剖面和钻井剖面进行编图单元所对应的地层厚度、岩性组合(如砂岩、泥岩、页岩、灰岩、白云岩、火山岩等岩性的厚度及所占比例)、典型相标志(颜色、沉积构造、古生物等)、沉积相类型(在编图单元内最占优势的沉积相)进行统计、造表。在一些构造复杂的地区，资料点较少，地层对比与沉积相确定的难度大，通过检索地质图数据库，确定露头的分布地区、岩性组合和地层厚度，作为编图的辅助资料。在一些资料点较少而前人已有沉积相研究成果的地区，要参考前人研究成果，作为确定沉积相类型的参考依据。通过多种资料的综合运用，扩展岩相古地理编图的资料来源，提高资料的空间覆盖率。4，多种编图信息在地质地理信息底图上标注；通过检索地质图数据库，将经纬网、城市及名称、山脉、河流、湖泊等地理信息按空间位置、依据投影原理形成信息化电子地理底图，如图2所示。图2中的地理信息(经纬网、城市及名称、山脉、河流、湖泊，等等)和露头分布为地质图数据库中检索获得，与资料点符号(分钻井和野外剖面)、编号统一标注于地理底图之上，具体来说，是分三个大区进行编号，分别用XB、HB、NF代表西北、华北-东北、南方三个编图地区。图2的局部放大图如图3所示，图3给出了华北-东北编图地区的部分图，从图中可以清晰地看到各种标注。将板块及地块边界、区域断裂、盆地边界与构造-沉积区边界等地质信息标注在地理底图上，形成宏观的构造-沉积分区。以系为单位，将全国范围内该系的露头分布区以填区的形式标注在地理底图上，作为面上地层分布、沉积相变化的宏观参考依据。将关键的露头剖面和钻井资料点的岩相古地理信息(位置、编号、地层厚度、沉积相及岩相类型)作为编图硬信息(平面编图原则上不能与之冲突)标注在编图底图上，将露头分布区域及岩性组合信息作为编图软信息(作为平面成图参考，可局部调整)，从而形成编制岩相古地理图的地质地理信息原材料图，要编制每一张岩相古地理图，就必须有一张原材料图。底图指的是地理图，是依据现今大地坐标系上表示地理信息的平面位置关系，而原材料图是将各种编图需要的地质信息，依据这些信息的地理位置关系，标注于地理底图之上，就形成了一张编图原材料图，利用这张原材料图，地质研究者就可以编制一张岩相古地理图。5，多种编图信息(包括前已述及的点信息、线信息和面信息)综合编图。综合成图就是基于原材料图上的地质信息，在编图思想、沉积学与岩相古地理理论的指导下，充分吸收前人在全球、全国、区域及地区的岩相古地理研究成果与认识，宏观上考虑全球、中国各大板块间、板块内的构造-沉积背景，在对区域的洋-陆关系进行深入分析的基础上，分析缝合带所对应的洋盆性质及 其两侧陆块沉积体系的成因联系；以编图硬信息(指可靠性高的信息，如实际资料点的信息)为依据，综合考虑编图软信息(指可靠性较低的信息，如洋盆开合性质等难以准确判定的信息、或参考的前人研究成果等信息)，分析区域沉积环境变化和局部岩相分布的规律，确定沉积相与岩相类型及其边界，将每个构造与地层分区进一步划分为至少一个沉积相(如三角洲、河流、湖泊等)区，彼此之间以沉积相界线为界，有的沉积相区可以进一步细分为至少一个岩相(如砂岩+泥岩、泥岩+灰岩等)分区，彼此之间以岩相边界为界；将编图平面范围内划分为若干个沉积相或岩相分区，依据其地质特征的不同，填充以不同的颜色、花纹、符号，再标注文字对沉积相单元进行命名；最终形成能反映宏观上的构造与地层分区及分布、局部反映沉积相类型、岩相组合及分布的岩相古地理图。利用本发明方法对全国范围内进行岩相古地理、沉积相和岩相的分区，就实现了综合信息岩相古地理成图。首先洋盆边界是宏观的构造-沉积边界，其两侧的沉积相和岩相边界都不能穿过洋盆边界，但洋盆边界的性质(扩张、单向俯冲、双向俯冲)用不同的线条表示，相应地，洋盆两侧的盆地、沉积相类型与分布呈有规律的变化，作为洋盆两侧沉积相编图的宏观背景。从地质图数据库检索得到露头分布区及其岩相组合信息，主要是由于该信息提供了编图单元的残余地层分布和岩相组合信息，其对岩相描述的精度和可靠度远不及钻井和露头剖面等实际资料点，该信息在造山带地区较为丰富，这些地区往往实际资料点不足，可以作为补充参考信息，指示沉积区范围、活动性、岩相特征等。根据资料点处的编图信息(地层厚度、岩性组合、相标识、相类型)，充分考虑构造-沉积边界、露头分布区信息，确定沉积相边界。其中编图的原则是：任意两个沉积相类型不同的资料点之间有一条或多条(至少一条)沉积相边界通过，其中地层厚度、岩性组合、相标识等是确定沉积相类型的依据。沉积厚度大，可能是水体深度大或沉积速率大，岩性组合表示是海相还是陆相，是碳 酸盐岩相还是碎屑岩相，等等，相标识包括古生物和沉积构造等，直接指示相应的沉积环境。最终，通过综合信息编图，在宏观洋盆及缝合带划分的构造-沉积大区的框架内，划分不同的古地理单元(台地、斜坡、盆地)、不同的沉积相类型(滨岸、潮坪、三角洲、浅海，等等)、不同的岩相组合(灰岩、白云岩、泥岩、页岩、砂岩，等等及其组合)，确定所有界线的延伸方向及终止关系，将全国划分为若干个构造-沉积相-岩相分区。再建立相应的图例系统，利用不同的点符号、线型、填区花纹、颜色，形成构造-岩相古地理图，其中一幅如图4所示，图4是利用本发明方法获得的岩相古地理图，图中的图件主要可分为四个部分：A、中间为岩相古地理图的主体，包括点信息(标明岩相古地理单元的名称、古地理代号等)，线信息(洋盆、缝合带、盆地、构造-沉积单元、古地理、岩相类别之间的分界)，区信息(用倾斜方向表示构造环境的稳定性，用岩性花纹样式表明岩相和岩性组合，用颜色深浅表示沉积水体的深浅)。B、左上角为全球的古地理背景，中国及其主要的陆块和洋盆处于当时的洋陆格局中的位置；C、右侧为编图单元的划分与对比，表明该岩相古地理图所处的地质时代和层系，以及在中国三大陆块之间的对比关系，如寒武纪共分为5个编图单元，该图对应的是最早的一个编图单元，其在地层上对应最下面，对应于寒武系下统梅树村阶-筇竹寺阶，在西北地区主要对应于玉尔吐期组全部和肖尔布拉克组中下部，在华北对应于辛集组，在南方对应于梅树村组和筇竹寺组；D、左下侧为图例系统，对所有图中出现的点、线、面符号的指示意义进行说明。图5是图4的局部放大图，展示的是利用本发明方法获得的岩相古地理图的局部放大图，图5中的双粗线为构造区划边界，上标有双向箭头，指示当时该处为扩张洋盆，单粗线为区域断裂，单细线为沉积相边界，单点划线为岩相边界，颜色深浅表示沉积水体的深度，花纹表示岩性组合，Lg、NS等表示沉积 相代号，“北秦岭斜坡”表示沉积相单元的名称，图5显示了城市、岩性花纹、沉积相类型、古地理代号、古地理单元名称、缝合线、资料点、厚度等。本发明有以下创新点：1，“构造-沉积成因联系”的岩相古地理编图思想：本发明在“活动论构造历史观”思想指导下，建立了“以构造-沉积成因联系为主导，以缝合带为其两侧盆地的联系枢纽，以板块的岩相古地理再造为目标，以前中生代油气地质条件为侧重点”的岩相古地理编图技术思路，将最新的板块边界处的构造研究成果与板块内部的岩相信息(尤其是油气勘探所获得的岩相信息)紧密结合起来，通过系列编图，反映了构造、古地理、岩相三者之间的成因关系，实现了前中生代活动的构造古地理再造以及前中生代构造-古地理演化过程的动态恢复。2，基于地理信息系统的综合信息成图平台本发明运用Mapgis、Arcgis等编图软件构建了地理地质信息支撑平台。首先使用地质图数据库检索地质界线以准确确定构造缝合带的位置，检索露头区及岩相组合实现对实际资料点的补充，提高构造-沉积单元划分和岩相平面预测的准确度。然后，运用Mapgis或者Arcgis等编图软件平台管理和使用所有的地质与地理信息，实现多种编图信息的准确标注、综合信息成图，并运用该软件平台构建图示样式，进行编图并进行适时修改。其中，Mapgis或者Arcgis等是成图软件，地质数据库是最新的已有的成果。最后的成图是使用Mapgis或者Arcgis等成图软件，利用地质数据库的成果，建立了基于地理信息系统的综合信息成图平台，包括先进的地理-地质信息平台和软件支撑平台，其中软件支撑平台是现有的，地质地理信息平台是在软件支撑平台的基础上，将多种地理信息、多种地质信息加载而成。利用本发明方法首次形成了全国的前中生代海相层系的构造-岩相古地理系列图件，形成的图件具有科学的编图思想、合理的构造-沉积成因联系、准确的岩相古地理再造，对指导油气勘探具有实用性，为中国海相油气勘探部署提 供了依据。利用本发明方法可以对勘探热点地区、构造复杂地区、勘探难点地区进行更精细单元的、更大比例尺的编图，在海相油气勘探盆地、区带和目标评价方面具有重要应用价值。本发明方法可以用于不同范围、不同比例尺的编图，但在全国或大区域范围，如中国北方、中国南方、中国西北、中国西南等跨过两个或两个以上地块的区域，由于之间有构造边界的属性表示，图面的构造-沉积信息更丰富，编图效果更佳。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。