恢复盆地内部地层古产状的方法

摘要

本发明涉及一种恢复盆地内部地层古产状的方法，涉及地质学盆地分析技术领域，用于解决现有技术中存在的适用范围窄、技术难度大、工作量大以及精度尺度不一致等技术问题。本发明的方法简明实用，在有倾角测井的钻井均可使用，其原理是以地层倾角测井原理、赤平投影原理和古构造恢复的层拉平回剥方法为基础，首先识别一口或多口单井的主要地层地质界面(标志层)的倾角资料，其次，选取目标地质界面和某一特定时期地质界面的现今倾向、倾角数据，运用极射赤平投影原理中的面的旋转技术，以层拉平的方法，恢复目标地质界面于该特定地质时期时的地层古产状特征；最后，按照地质历史的先后顺序，依次恢复目标地质界面于各个地质时期时的地层古产状。

说明书

技术领域

本发明涉及地质学盆地分析技术领域，特别地涉及一种恢复盆地内部地层古产状的方法。

背景技术

地层古产状是指现今构造形成之前，指定的地质界面于某一或某些发展阶段(如，同沉积期或造山期)时的空间位置，主要包括倾角、倾向两个要素。含油气盆地的古构造恢复即是对盆地内特定地质界面于历史时期的古构造形态进行恢复，研究古构造形态就要涉及到历史时期地质界面的倾向和倾角等古产状的变化分析，因此，地层古产状研究也属于古构造恢复的范畴。而地层古产状的恢复对于判断古水流方向(沉积储层展布)、分析油气运聚方向和保存部位等成藏条件具有指导价值。对于早期沉积盆地，由于后期构造运动的改造，先存沉积地层的产状会随之发生一系列改变，早已不具有原始沉积时的产状特征，早期的油气成藏条件也会发生一系列改变。因此，对于类似中国西部的经历有多期构造运动旋回叠加改造的含油气盆地，进行古构造恢复，确定地层古产状，对于研究成藏条件等意义重大。

目前，确定地层古产状的方法主要有野外实测换算法和地震地层古构造恢复换算法两种方法。但是采用上述两种方法均有下述的一些缺点：采用野外实测换算法的缺点是仅适用于野外露头，对于沉积盆地内部埋藏地区因无法实测而不适用；采用地震地层古构造恢复换算法的缺点是技术难度大、工作量大以及精度尺度不一致等。

发明内容

本发明提供一种恢复盆地内部地层古产状的方法，用于解决现有技术中存在的适用范围受到限制、技术难度大、工作量大以及精度尺度不一致等技术问题。

本发明提供一种不同采集参数恢复盆地内部地层古产状的方法，包括以下步骤：

S10：收集钻井地层倾角测井资料，识别层面和层理，获得地层层面的倾角测井资料；

S20：根据所述地层倾角测井资料，并结合地层划分和测井曲线资料，获得目标地层L_t顶面S_t的产状，并自上而下获得L_t上覆地层中关键地质时期时的各沉积地层(L₀，L₁，…，L_n)的标志层(S₀，S₁…，S_n)的产状；

其中，n为整数，

t为整数；

n和t满足下列关系式：1≤n<t；

S30：利用赤平投影方法，使所述顶面S_t分别和所述标志层(S₀，S₁…，S_n)同时进行旋转，获得所述顶面S_t的地层古产状。

在一个实施方式中，所述赤平投影为北极发射、下半球投影方式的赤平投影。

在一个实施方式中，步骤S30中，基于层拉平回剥原理，使所述顶面S_t分别和所述标志层(S₀，S₁…，S_n)同时进行旋转。

在一个实施方式中，步骤S30包括以下子步骤：

S31：建立现今状态的主要地层界面的赤平投影图；

S32：同时旋转所述顶部地层L₀的标志层S₀与所述顶面S_t，直至所述标志层S₀与所述赤平投影图中的南北经线重合，分别获得当前状态下所述标志层S₀与所述目标地层S_t的地层产状；

S33：在步骤S32的旋转基础上，再次同时旋转所述标志层S₀与所述目标地层S_t，直至所述标志层S₀与所述赤平投影图中的基圆重合，分别获得当前状态下所述标志层S₀与所述目标地层S_t的地层产状；

S34：在步骤S33的旋转基础上，再次同时旋转所述标志层S₀与所述目标地层S_t，其中，旋转时的旋转轴与步骤S32中的旋转轴相同，旋转方向与步骤S32中的旋转方向相反，获得所述标志层S₀沉积时所述顶面S_t的地层古产状；

S35：依次重复上述步骤，获得所述标志层S_n沉积时所述目标地层L_t的地层古产状。

在一个实施方式中，步骤S32中，以倾向为0°、倾角为90°的直线为旋转轴进行旋转。

在一个实施方式中，步骤S33中，以倾向为0°、倾角为0°的直线为旋转轴进行旋转。

在一个实施方式中，所述地层产状为倾向和倾角。

在一个实施方式中，步骤S20中，所述标志层为能代表最大海泛面或湖泛面的沉积层。

在一个实施方式中，采用相关分析对比方法，对所述地层倾角测井资料进行分析，获得地层层面倾角资料。

在一个实施方式中，其特征在于，所述标志层的岩性为暗色泥岩或碳酸盐岩。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)对于地层古产状的求取是基于地层倾角测井资料，因此不会受到露头实测资料的限制，能够更广泛地适用于沉积盆地等地区，因此其使用的范围更广，即有倾角测井的钻井均可使用。

(2)赤平投影主要用来表示线、面的方位及其相互之间的角距关系和运动轨迹，即把地质体三维空间的几何要素(线、面)投影到平面上来进行研究，该方法只处理线、面的空间方位、夹角，不涉及线面的尺寸和距离，是一种简便直观、形象、综合的定量图解，因此通过采用赤平投影的方法，使获得地层古产状特征更加便捷，避免了传统的计算方法中工作量大的问题；此外通过提高平面上的钻井倾角资料的密集度，即可使获得的地层古产状的精度更高。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中的某井地层柱状图及测井响应特征图；

图2-1是本发明的实施例中恢复目标地层的古产状示意图之一；

图2-2是本发明的实施例中恢复目标地层的古产状示意图之二；

图2-3是本发明的实施例中恢复目标地层的古产状示意图之三；

图2-4是本发明的实施例中恢复目标地层的古产状示意图之四；

图3-1是本发明的实施例中鹰山组(O_1-2y)顶面海西早期古构造图；

图3-2是本发明的实施例中鹰山组(O_1-2y)顶面海西晚期古构造图；

图4是本发明的实施例中PSB2井地层柱状简图及测井响应特征图；

图5-1是本发明的实施例中用新进系阿图什组(N₂a)恢复鹰山组(O_1-2y)顶面古产状示意图之一；

图5-2是本发明的实施例中用新近系阿图什组(N₂a)恢复鹰山组(O_1-2y)的顶面古产状示意图之二；

图5-3是本发明的实施例中用新近系阿图什组(N₂a)恢复鹰山组(O_1-2y)的顶面古产状示意图之三；

图5-4是本发明的实施例中用新近系阿图什组(N₂a)恢复鹰山组(O_1-2y)的顶面古产状示意图之四。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种不同采集参数恢复盆地内部地层古产状的方法，该方法包括以下步骤：

第一步，收集钻井地层倾角测井资料，识别层面和层理，获得地层倾角测井资料。

具体地，查阅收集整理研究区有地层倾角测井数据的钻井资料，利用一体化测井解释综合应用软件，采用相关分析对比方法确定地层产状，研究地层构造形态、断层位置和产状及不整合等构造问题。

在此步骤需要注意区分砂岩层的层理和层面，以及避开碳酸盐岩层内裂缝发育段。

进一步地，采用泥岩井段对地层倾角测井数据进行处理，获得构造倾角资料，并根据测井曲线回放图确定地层层面信息。

第二步，根据地层倾角测井资料，并结合地层划分和测井曲线资料，获得目标地层L_t顶面S_t的产状，并自上而下获得L_t上覆地层中关键地质时期时的各沉积地层(L₀，L₁，…，L_n)的标志层(S₀，S₁…，S_n)的产状；

其中，n为整数，t为整数；n和t满足下列关系式：1≤n<t。

具体地，获得上述地层产状包括以下子步骤：

首先，依据钻井分层数据和测井数据，进行钻井地层划分，如图1所示，地层自上而下划分为L₀，L₁，…，L_n，…L_t。其次，选择上述各套地层中的标志层S_n，并记录相应的标志层的地层倾角测井数据。

进一步地，测井曲线为自然伽玛(GR)、声波时差(AC)、密度(DEN)、自然电位(SP)、浅双侧向电阻率测井(RS)或深双侧向电阻率测井(RD)。

进一步地，关键地质时期为沉积期或造山期。

进一步地，标志层为能代表最大海泛面或湖泛面的沉积层。

进一步地，岩性为可进行区域对比的、厚度较稳定的、有机质含量高的暗色(灰黑色)泥岩层或泥质含量高的碳酸盐岩层(如泥灰岩)。

泥岩层或碳酸盐岩层一般代表了构造剥蚀之后再沉积时填平补齐的水深最大层位，相当于水平状态。因此可利用地层L_n的标志层S_n的水平状态，观察目标地层L_t顶面S_t的产状，即为该标志层L_n沉积时的目标地层L_t的古产状。

如图1所示，依据钻井地层岩性特征及地层倾角测井资料，读取现今状态最上部地层L₀的标志层S₀的地层产状为：倾向/倾角＝145°∠50°；读取待求的目标地层L_t顶面S_t现今的地层产状为：倾向/倾角＝50°∠30°。

第三步，利用赤平投影方法，使目标地层L_t顶面S_t分别和顶部地层(L₀，L₁，…，L_n)的标志层(S₀，S₁…，S_n)同时进行旋转，获得目标地层L_t顶面S_t的地层古产状。

进一步地，赤平投影为北极发射、下半球投影方式的赤平投影。赤平投影主要用来表示线、面的方位及其相互之间的角距关系和运动轨迹，把地质体三维空间的几何要素(线、面)投影到平面上来进行研究。该方法只处理线、面的空间方位、夹角，不涉及线面的尺寸和距离，是一种简便直观、形象、综合的定量图解，在构造地质、工程地质等领域广泛应用。

进一步地，获得目标地层L_t的地层古产状包括下述的子步骤：

一、建立现今状态的主要地层界面的赤平投影图，如图2-1所示，其目标是利用层拉平回剥原理将顶部地层L₀的标志层S₀恢复到水平状态之后，确定目标地层L_t顶面S_t的古产状，即顶部标志层L₀沉积前，目标地层L_t顶面的原始状态。

二、首先，同时旋转标志层S₀与目标层顶面S_t，直至标志层S₀与赤平投影图中的南北经线重合，分别获得当前状态下标志层S₀与目标层顶面S_t的地层产状。

在此过程中，以倾向为0°、倾角为90°的直线为旋转轴进行旋转。

具体来说，将标志层S₀与目标层顶面S_t同时以倾向0°、倾角90°的直线为旋转轴顺时针旋转40°，即可标志层S₀转到赤平投影的南北经线位置，如图2-2所示，旋转后标志层S₀赤平投影圆弧和南北经线吻合。

此时，标志层S₀的地层产状为90°∠30°；目标地层L_t的地层产状为155°∠50°。

三、其次，在上述步骤二旋转的基础上，再次同时旋转标志层S₀与目标层顶面S_t，直至标志层S₀与赤平投影图中的基圆重合，分别获得当前状态下标志层S₀与目标层顶面S_t的地层产状。

在此过程中，以倾向0°、倾角0°的直线为旋转轴进行旋转。

具体来说，如图2-3所示，该步骤是将标志层S₀的地产状恢复到水平面。将标志层S₀与目标层顶面S_t同时以倾向0°、倾角0°的直线为旋转轴逆时针旋转30°，即可使标志层S₀与基圆重合。此时，标志层S₀的地层产状变为113.2°∠0°；目标层顶面S_t的地层产状变为206.4°∠58.4°。

四、在步骤三的基础上，再次同时旋转标志层S₀与目标层顶面S_t，其中，旋转时的旋转轴与上述第一步中的旋转轴相同，旋转方向与上述第一步中的旋转方向相反，获得标志层S₀沉积时目标层顶面S_t的地层古产状。

具体来说，如图2-4所示，以倾向0°、倾角90°的直线为旋转轴顺时针旋转40°，对标志层S₀与目标层顶面S_t反向旋转归位，即可得到标志层S₀沉积时，目标层顶面S_t的地层产状为166.4°∠58.4°。

五、重复上述步骤，获得地层L_n的标志层S_n沉积时目标地层L_t顶面S_t的地层古产状。

具体来说，按照上述步骤，可分别求得地层L₁、L₂、…、L_n的标志层S₁、S₂、…、S_n沉积时目标地层L_t顶面S_t的古产状。

下面以塔里木盆地和田古隆起区PSB2井为例，对本发明所提出的方法进行具体的说明。

如图3-1和图3-2所示，对塔里木盆地PSB2井中下奥陶统鹰山组顶面于关键地质时期内的地层古产状变化进行了恢复计算，并以此说明和田古隆起西部斜坡区鹰山组顶面于不同地质时期的古产状特征。

PSB2井位于塔里木盆地和田古隆起发育区，勘探上属于玉北地区。自下而上发育寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、古近系和新近系，主要经历有加里东中期I幕、III幕、加里东晚期-海西早期、海西晚期和喜山期五大构造旋回的叠加改造。地震地层古构造恢复研究认为，海西早期，石炭系巴楚组沉积时，PSB2井处于和田古隆起的西翼斜坡部位(如图3-1所示)；海西晚期，二叠系沉积末期，PSB2井处于和田古隆起发育的北倾斜坡部位(如图3-2所示)。从图3-1和图3-2中可见，二维工区所得古构造图展示的PSB2井区鹰山组顶面古构造精度还有所欠缺，并不能准确确定PSB2井点处的古产状。但该井有全井段的倾角测井资料，可以利用地层倾角测井资料对古构造图予以检验和校正。

第一步，获得地层倾角测井资料。

采用钻后评估的地质分层数据即可，结合录井、测井资料，对地层倾角测井数据进行构造倾角处理。

第二步，获得地层产状。

研究区鹰山组上覆地层，多以碎屑岩沉积为主，泥岩较发育，碳酸盐岩层段发育少，主要分布在上奥陶统良里塔格组、石炭系巴楚组、小海子组等少数层位。选择标志层的标准是：位于主要不整合面上部、并且距离较近；颜色较暗；伽马测井值较高；岩性为泥岩或碳酸盐岩。

表1记录了鹰山组顶面及其上覆各地层的标志层的地层倾角数据。如图4所示，PSB2井主要层系标志层产状为：倾角介于1.6°-5.7°之间，倾向介于159.1°-231.3°之间，表明麦盖提斜坡PSB2井区为一个倾向南东-南西的低角度斜坡。

表1PSB2井重点层系标志层的地层倾角测井数据统计表

第三步，利用赤平投影原理，获得鹰山组的地层古产状。

依次把现今处于倾斜状态的标志层恢复到水平状态，记录与之相应旋转恢复的鹰山组顶面的产状数据，即代表该标志层沉积时期，鹰山组顶面的古产状特征。

在一个实施例中，新近系阿图什组(N₂a)的泥岩标志层S_N2a为例进行说明。如图5-1所示，标志层S_N2a的现今地层产状为176.5°∠3.6°，目标层鹰山组(O_1-2y)顶面S_O1-2y的现今地层产状为159.1°∠1.6°。

首先，如图5-2所示，以倾向0°、倾角90°的直线为旋转轴，将标志层S_N2a逆时针旋转86.5°即可转到赤平投影的南北经线位置，此时标志层S_N2a的地层产状为90°∠3.6°；顶面S_O1-2y随之旋转后的地层产状为72.6°∠1.6°；

其次，如图5-3所示，将图5-2中旋转后的标志层S_N2a(90°∠3.6°)恢复到水平面。以倾向0°、倾角0°的直线为旋转轴，将标志层S_N2a逆时针旋转3.6°即可将标志层S_N2a圆弧上各点放置到基圆上，此时标志层S_N2a的地层产状变为179.9°∠0°；顶面S_O1-2y随之旋转后的地层产状变为283.0°∠2.1°；

最后，如图5-4所示，按以倾向0°、倾角90°的直线为旋转轴，将图5-3中旋转之后的标志层S_N2a(179.9°∠0°)顺时针旋转86.5°，使标志层S_N2a反向旋转归位，即可得标志层S_N2a标志层沉积时，目标地层顶面S_O1-2y的产状为9.5°∠2.1°。

依次重复上述步骤，恢复了不同地质时期，鹰山组顶面的古产状特征(如表2所示)，可以更精确地观察PSB2井区不同地质时期时的鹰山组顶面古产状特征，可以用来校正古构造图，研究古地貌，判明不同时期的油气运聚方向和部位。

表2PSB2井奥陶系鹰山组(O_1-2y)顶面不同地质时期的地层古产状特征

综上所述，本发明提出的恢复盆地内部地层古产状的方法，其原理是以地层倾角测井原理、赤平投影原理和古构造恢复的层拉平回剥方法为基础，首先识别一口或多口单井的主要地层地质界面(标志层)的倾角资料，其次，选取目标地质界面和某一特定时期地质界面的现今倾向、倾角数据，运用极射赤平投影原理中的面的旋转技术，以层拉平的方法，恢复目标地质界面于该特定地质时期时的地层古产状特征；最后，按照地质历史的先后顺序，依次恢复目标地质界面于各个地质时期时的地层古产状。该方法简明实用，有倾角测井的钻井均可使用，平面上的钻井倾角资料越密集，效果越佳。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。