轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法

摘要

本发明涉及轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法，属于地质技术领域。本发明解决了现有技术中只出现等间距层理组合而不出现轨道周期层理“束状体”的大套地层中轨道周期识别问题以及复杂岩性组合地层中轨道周期识别问题。本发明按照轨道周期理论，分别构建具有不同尺度、不同周期强度、不同信噪比条件下的轨道周期叠加测井信号，应用计算机技术，对构造的不同轨道周期组合的模拟曲线进行分类研究，并用不同的岩性代表所分的类，从而构造出轨道周期组合的岩性模拟模型，根据不同轨道周期组合的岩性模拟模型得出的规律对露头岩层中记录的轨道周期层进行推断，为进一步的研究提供借鉴依据。本发明主要运用于地质和矿产勘探等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法，属于地质技术领域。

背景技术

地球轨道周期的变化对气候变化的驱动和影响已被米兰科维奇天文周期理论所证实。轨道周期变化在地层记录中多表现为岩石矿物成分及其含量、岩石结构及沉积构造等地层属性的变化，进而影响岩石可钻性、研磨性等技术指标。但如何正确解决轨道周期在地层记录中的显现问题，是地质和地球物理领域的关键问题。记录于沉积地层中的轨道周期性变化能以碎屑岩的厚度变化、颗粒大小、丰度、矿物成分、有机质含量和沉积物的结构与构造变化表现出来，并能在测井曲线上得到很好地反映。而且，轨道周期量级是米级或略大，这也恰好落在测井分辨率的范围内，因此，可选择适宜的数学统计方法和数据处理程序从测井曲线中识别轨道周期。旋回地层学的研究方法目前主要集中在从地层记录中识别提取轨道周期信息，要么从岩石的堆叠样式，要么从岩石的物理信号中提取轨道周期信息成分，但这只是问题的一个方面，属于问题反演方面。其实在问题的正演模型没有建立的情况下，反演结果往往具体多解和不确定性。在野外露头开展轨道周期研究中的最大困难就是常常遇到大套的等间距层理组合而不出现轨道周期层理“束状体”，在用测井信号识别轨道周期时，最大的困难是有些层段保留的轨道周期信号弱而不被识别，因此需要应用计算机技术按照轨道周期理论值，分别构建具有不同尺度、不同周期强度、不同信噪比条件下的轨道周期叠加测井信号，开展正演模拟的研究，需要大量组合试验工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有轨道周期反演识别研究方法存在的上述缺陷，提出了一种轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法，借助计算机应用技术，通过构建了部分参数组合条件下的模拟模型，按照轨道周期理论，人工模拟轨道周期信号，按照一定方案驱动地层的堆积过程，形成理想状态下轨道周期驱动的地层结构，并不断改进完善，模拟并比对实际地层堆积样式，从另一方面对地层米氏周期的记录加以确认。发展和完善旋回地层学研究理论与方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法，包括下列步骤：

步骤一：利用正弦或余弦函数的周期性构造出轨道周期的测井曲线模型：

第一步：指定2π、π/2分别代表地球公转轨道的偏心率长周期和短周期400ka、100ka，π/5代表黄赤交角的变化周期，π/10代表岁差变化周期20ka，其符合轨道周期的主要周期比20ka：40ka：100ka：400ka≈1：2：5：20；

第二步：将符合轨道周期的主要周期比通过函数y＝sinx，y＝sin4x，y＝sin10x，y＝sin20x来实现，把不同函数复合在一起便得到轨道周期的测井曲线模型；

第三步：通过上述复合后的函数，得到不同轨道周期组合的模拟响应曲线；

第四步：分析轨道周期在测井曲线中的体现；

步骤二：对构造的不同轨道周期组合的模拟曲线进行分类研究，并用不同的岩性代表所分的类，从而构造出轨道周期组合的岩性模拟模型；

步骤三：构建加入噪音信号的轨道周期组合的模型，与未加入噪音信号的模型对比分析。

进一步地，步骤一第二步中不同的函数复合在一起就得到了不同轨道周期组合的模拟响应曲线；因地质记录是非常复杂的，故略掉了单一周期的模型建立，主要选择两种周期组合，三种周期组合和四种周期组合共11种组合，并得到不同复合后的函数的小波波谱图，即：y＝sinx+sin4x，y＝sinx+sin10x，y＝sinx+sin20x，y＝sin4x+sin10x，y＝sin4x+sin20x，y＝sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x，y＝sinx+sin4x+sin20x，y＝sin4x+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x+sin20x。

进一步地，步骤一第二步的测井曲线中，x的取值是从0到10π之间的2000个数，其取值间隔均为2π/400，并指定取值间隔2π/400代表实际测井的采样间距0.125m，换算后即为模拟信号对应的深度列。

进一步地，步骤一第二步中，轨道周期的测井曲线模型中所包含的时间周期分别为0.314，0.628，1.571，6.283，对应的厚度周期分别是2.5m，5m，12.5m，50m，周期个数为100，50，20，5个。

进一步地，步骤二中每种周期组合的模拟岩性呈现出规则的旋回变化，并且不同周期组合得到的模拟岩性组合也是不同的。

进一步地，步骤二中多层且薄层的岩层形成于周期大小差别悬殊的周期组合。

进一步地，在地质时期内，同一岩性的大套岩层的沉积受天文周期中的低频信息的驱动，同一岩性的薄层岩层的沉积受天文周期中的高频信息的驱动。

本发明的有益效果是：本发明所述的轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法，与现有技术相比，野外钻井取芯或观察岩层露头剖面时，我们可以根据露头剖面的岩性组合模式初步推断地层记录的轨道周期旋回层，即若是遇到同一岩性大套出现的岩层层段，就可以推断此层段处可能保存相对大周期的旋回层；相反若是遇到同一岩性薄层岩层层段，可以推断此层段处保存小周期的旋回层，而对复杂岩性互层组合则可根据本正演模拟岩性组合模型加以判识，这对于进一步深入研究沉积环境，矿产勘探等具有借鉴意义。总之，根据不同轨道周期组合的岩性模拟模型得出的规律对露头岩层中记录的轨道周期层进行推断，为进一步的研究提供借鉴依据。

附图说明

图1是本发明的正演模拟信号。

图2是本发明的岩性模拟图。

图3是本发明的轨道周期组合岩性模拟图。

图4是加噪前后模拟岩性对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实例，对本发明提出的轨道周期调谐的地层堆积样式正演模拟方法进行详细说明。

本发明提出了构建方法，并构建了部分参数组合条件下的模拟模型，两种周期叠加条件下四种及两种岩性组合地质模型、三种周期叠加条件下四种及三种岩性组合地质模型、四种周期叠加条件下四种及三种岩性组合地质模型等。

一、理想信号条件下的模拟方法

利用正弦或余弦函数的周期性构造出轨道周期的测井曲线模型，指定2π、π/2分别代表地球公转轨道的偏心率长周期和短周期400ka、100ka，π/5代表黄赤交角的变化周期40ka，π/10代表岁差变化周期20ka，其符合轨道周期的主要周期比20ka：40ka：100ka：400ka≈1：2：5：20。对应的函数分别为y＝sinx，y＝sin4x，y＝sin10x，y＝sin20x，把不同的函数复合在一起就得到了不同轨道周期组合的模拟响应曲线。地质记录是非常复杂的，故排除了单一周期的模型建立，分别研究了两种周期组合，三种周期组合和四种周期组合共11种组合，即：y＝sinx+sin4x，y＝sinx+sin10x，y＝sinx+sin20x，y＝sin4x+sin10x，y＝sin4x+sin20x，y＝sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x，y＝sinx+sin4x+sin20x，y＝sin4x+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin10x+sin20x，y＝sinx+sin4x+sin10x+sin20x。图1所示为y＝sinx+sin4x+sin10x、y＝sinx+sin4x+sin20x、y＝sin4x+sin10x+sin20x三种轨道周期组合的正演模拟信号。为使轨道周期在测井曲线中得到体现，x的取值是从0到10π之间的2000个数，其取值间隔均为2π/400，并指定取值间隔2π/400代表实际测井的采样间距0.125m，换算后即为模拟信号对应的深度列。

基于Matlab软件平台，对构造的不同轨道周期组合的模拟曲线进行分类研究，并用不同的岩性代表所分的类，从而构造出轨道周期组合的岩性模拟模型，在Carbon软件中成图。图2中只列出三种周期组合的500个点的四类岩性模拟图。图2(a)是20ka，40ka与100ka组合的岩性模拟图，图2(b)是20ka，40ka与400ka组合的岩性模拟图，图2(c)是20ka，100ka与400ka组合的岩性模拟图，图2(d)是40ka，100ka与400ka组合的岩性模拟图。观察图2发现，每种组合的模拟岩性呈现出规则的旋回变化，并且不同周期组合得到的模拟岩性组合也是不同的。

为突出不同轨道周期组合的模拟岩性组合特征，在此对每种组合提取了800个点进行岩性模拟，如图3所示。对部分组合中出现的岩性组合小旋回中每种岩性出现的次数及厚度进行统计，列于表1。

表1轨道周期组合岩性束状体中岩层厚度及显现次数

由图3可以发现，无论哪种组合都有以下规律：(1)模拟岩性组合都呈现出规则的束状体变化，即出现岩性组合小旋回；(2)由表1可以看出，当周期大小差别比较大的周期组合在一起时，容易形成多层且薄层的岩层，例如表1中周期最小的岁差周期20ka与周期最大的偏心率长周期400ka的组合中的岩性组合小旋回中共形成了50多层岩层，是两种周期组合中形成岩层层数最多的，三种周期组合中周期差别最大的20ka，100ka与400ka组合时，形成的岩层层数是26，是三种周期组合中形成岩层层数最多的；(3)当高频信息组合在一起时，对应的模拟岩性中同一岩性的岩层大都是薄层，故同样岩层厚度内出现的岩性组合束状体的个数多，如图3(a)，图3(b)等；当低频信息组合在一起时，对应的模拟岩性中同一岩性的岩层大都是厚层，故同样岩层厚度内出现的岩性组合束状体的个数少，如图3(c)，3(e)等。即可以得出这样的结论：在地质时期内，同一岩性的大套岩层的沉积主要受天文周期中的低频信息的驱动，同一岩性的薄层岩层的沉积主要受天文周期中的高频信息的驱动。按照此研究结果，野外钻井取芯或观察岩层露头剖面时，我们可以根据露头剖面的岩性组合模式初步推断地层记录的轨道周期旋回层，即若是遇到同一岩性大套出现的岩层层段，就可以推断此层段处可能保存相对大周期的旋回层；相反若是遇到同一岩性薄层岩层层段，可以推断此层段处保存小周期的旋回层，而对复杂岩性互层组合则可根据本正演模拟岩性其他组合模型加以判识，这对于进一步深入研究沉积环境，矿产勘探等具有借鉴意义。

二、加噪条件下的模拟方法

上述建立的模型是最理想，没有任何噪音信号的模型，为了更接近于实际测井信号，在这里又构建了加入噪音信号的不同周期组合的岩性模拟模型。图形的构造是在y值(GR)的基础上加一随机噪音信号，代码如下：

x＝2*pi/400:2*pi/400:2.5*pi；

y1＝sin(x)；

y2＝sin(4*x)；

y3＝sin(10*x)；

y＝y1+y2+y3；

y＝y.’；

b＝rand(2000,1)；

c＝5*b+y；

跟前文所述方法一样，对构造的加噪后模拟曲线进行分类，并用不同的岩性表示所分的类，构造出加噪后周期组合的岩性模拟模型，图4列出40ka，100ka和400ka组合的加噪后岩性模拟模型。

由图4可以看出，加噪后的模拟岩层层数以及岩性组合模式种类增加，但其岩性组合模式总体上仍然可以与理想的模拟岩性组合模式对应，由此说明，我们所构建的模型在一定误差范围内具有可信性，在实际研究中，我们可以根据不同轨道周期组合的岩性模拟模型得出的规律对露头岩层中记录的轨道周期层进行推断，为进一步的研究提供借鉴依据。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。