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国际权威期刊论文|关于沉积正演数值模拟研究

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发表于 2016-6-30 13:56:51 | 显示全部楼层 |阅读模式


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用沉积正演数值模拟研究陆相断陷湖盆砂体沉积演化
关于作者和刊物
作者:尹相东,博士,阿什卡公司盆地模拟和沉积数值模拟专家。
《Marine and Petroleum Geology》,世界石油地质与海洋地质领域最有影响力的综合性刊物之一。该刊2015年影响因子为2.639,以原创性好并具有实际应用价值的学术论文为主。
原文截图
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原文为英文,部分编译如下:

摘要:
应用沉积正演模拟方法,建立了陆相次级湖盆三维地层沉积建造模型,并将参数优化后的模型与钻井地层厚度和岩性对比验证,厚度误差在8%之内,岩性分布趋势大体一致。通过该模型发现了沙三段经历了四期演化。
应用地层数值正演方法对沉积时的基底初始水深、湖平面升降、物源砂岩比率和水流量几个主要参数的不确定性和敏感性进行了分类和探讨,弱不确定性参数基地初始水深和中等不确定性参数湖平面升降属于弱敏感性参数,对砂体汇聚沉积影响较小,中等不确定性参数物源砂岩比率和强不确定性参数水流量属于强敏感性参数,对砂体叠置分布影响较大。
关键词:物源分析、砂体定量描述

Introduction:
在砂体定量描述中,描述独立分布、相变明显的砂体相对容易,描述叠置在一起的复合砂体比较困难,要定量描述叠置的复合砂体的发育期次和各期次砂体平面分布特征不是一件容易的事情。
当前比较流行的的沉积相定量研究方法有(从单井描述到井间平面预测):
1、可以依据典型的相标志,建立各种单井相分模式研究砂体垂向分布。
2、在单井沉积相、砂体分析基础上,结合露头或者依据层序进退积模式建立连井剖面,可定性推测井间砂体分布。
3、在地震剖面上依据地震反射特征来区分砂体。
4、可结合地震属性、砂地比等值线图、地层或者砂体厚度图、重矿物平面图等判断砂体平面分布范围。
5、有的作者根据水槽物理模拟实验探索定量划分沉积亚相的方法。
但是,区分陆相湖盆多物源砂体,描述砂体分布范围和接触关系时,上述方法有一定的局限性。
笔者试图应用三维正演数值模型,研究沉积相和亚相级别复合叠置砂体发育期次和分布范围,并充分分析多参数对地层沉积和砂体分布的影响。
本次主要研究目标是:
(1)建立三维地层建造模型,模拟砂体发育期次,分析各个期次砂体分布范围,发现哪一期次砂体叠置和叠置范围;
(2)测试主要参数(基地初始水深、湖平面升降、物源参数和水流量)对沉积正演模拟的影响,分析参数的不确定性和敏感性。
工区概况

研究区位于中国渤海湾盆地渤海辽东湾中部海域辽西凹陷构造带北部(图1)。
02.jpg
03.jpg
图1
04.jpg
表1
数值方法
层序正演模拟是一种能够在四维空间定量表现盆地形成演化和沉积充填过程的有利工具。该模型能够定量评估多种地质因素对层序和内部沉积相分布的影响,通过多种方案模拟对比,降低盆地层序发育和沉积体分布认识的不确定性。
Dionisos是一个基于扩散方程的地层正演模型,用来分析和解释三个主要物理过程对层序沉积的影响:可容空间变化(海平面或者湖平面升降、沉降、挠曲、压实、盐构造活动、生长断层活动)、沉积供应(物源方位、碎屑物质供应速率、水流量、碳酸盐岩产率、基底和沉积物的剥蚀)和沉积物搬运(河流、波浪、重力流)。该软件被广泛用于定量分析主控地质因素对地层形成的影响,研究层序格架和沉积体系分布。在本次研究中,我们用Dionisos重建一个区域的沉积充填和演化,分析层序中砂体叠置和分布。
模拟

1、解决问题
通过地层正演数值模拟,以渤海辽东湾地区辽西凹陷某区块为例,恢复陆相湖盆多物源汇聚的砂体沉积过程,研究各期次砂体分布特征,搞清楚哪一期砂体叠置以及重合面积多大?
2、模型输入参数
Dionisos沉积演化模型需要的参数包括三个方面:可容空间变化、物源供应和沉积搬运。
(1)可容空间变化参数包括:基底初始水深、沉降、水平面升降、压实曲线。
(2)物源供应参数包括:物源个数、物源位置、物源宽度、物源供应速率、物源岩性组成和水流量。
(3)搬运参数包括:各种岩性平均粒度、水流量和总体坡度。 扩散方程可以很好地描述沉积搬运现象,它依据上述三个参数可以估算出表征搬运能力的参数值。
2.1 关键层面的水深图
05.jpg
图5 砂体分布模型图
前人将水深作为地层正演模拟的主要指标,但是钻井水深数据一般根据古生物、沉积相资料推测而来,具有一定的不确定性。笔者认为模型校准主要有两个可靠指标,一个是分层厚度,另一个是岩性。
从表1可以看出,地层厚度模拟误差在±8%范围内,模拟井岩性分布与实际数据(GR和Lithology)比较一致,表明模型质量比较可靠。
表4 模拟井厚度和钻井分层厚度对比
Well
Es3thickness from drilled wellsm
Es3  thickness from simulationm
Erro
X3
599
587
-2.00%
X4
654.5
617
-5.73%
X5
746.5
731
-2.08%
X6
948
898
-5.27%
X7
744
712
-4.30%
X11
356
344
-3.37%
X12
374.5
362
-3.34%
X13
280
259
-7.50%
X14
258
265
2.71%
X1
995
933
-6.23%
X10
367.2
371
1.03%
06.jpg
图6 模拟井岩性和实钻井资料对比

砂体沉积演化和关键井分析

图选取了有代表性的一些列砂岩比率分布模型。从模型中可以发现了沙三段经历了四期演化。从沉积演化特征可以看出,其中第三期是湖盆中心砂体叠置的时期,39.75Ma东侧和西侧砂体开始叠置,39.6Ma叠置范围最大,大约10km2,39Ma两侧砂体退积至分开,结束叠置沉积过程。
07.jpg
图7 沉积演化模拟结果-砂岩含量

参数不确定性和敏感性分析

在本次陆相断陷湖盆的地层正演模型中,依据参数的确定程度,可以将不确定性的参数分为三类:弱不确定性参数、中等不确定参数和强不确定参数。但是这些参数的不确定性和分类是相对的,根据不同地质条件和研究需要,参数的不确定性不同,分类的标准也因此而不同。
参数敏感性是指参数变化对结果的影响程度。参数敏感性不同于参数不确定性,参数不确定强,敏感性不一定高;参数敏感性高,其不确定性不一定强。参数敏感性比较难以量化评估,可以简化分为强敏感性和弱敏感性参数。下面我们分别对三类不确定性参数开展数值模拟试验研究。
基底初始水深:
我们将基底初始水深最大值分布定义为15m、18m、21m,开展模拟试验,模拟结果对比见图,可以看出对湖盆中间砂体叠置发育影响不大,属于弱敏感性参数。
湖平面升降:
将湖平面升降最大幅度设为20m、30m、40m,开展模拟试验,模拟结果对比见图,表面湖平面升降幅度变化对砂体叠置影响也不大,属于弱敏感性参数。
砂岩比率:
从砂岩沉积演化来看,砂体汇集主要发生在第三个时间段,我们采用“定向调”的思路,调整第三个时间段的砂岩比率。从模拟结果看,砂岩供应百分比增大25%的方案中砂体叠置区砂岩含量最大,砂体厚度最大,泥岩夹层发育规模最小,减小25%的方案砂岩含量最小,砂体厚度最小,泥岩夹层发育规模最大。砂岩比率属于强敏感性参数。
水流量调参依然采用有目的性的调整,只调整第三个时间段西部第三个物源和东部物源水流量,将这一时间段两个物源水流量减小10倍、保持不变、增大10倍,模拟结果表面水流量对砂体叠置发育的影响主要体现在:物源供应中砂岩速率等其他所有参数保持不变的前提下,水流量大时砂体推进远,但同时单层砂体厚度薄。水流量属于强敏感性参数。
08.jpg
图8 参数变化和模拟结果
参数不确定性和敏感性分类的意义有两个,一是对于理解影响层序和砂体分布的主要控制因素及其影响过程;二是对于模型调参具有重要意义,地层正演模型参数较多,参数之间相互作用共同影响结果。一般参数调整时,根据需要可先调整敏感性最大、不确定性小的参数得到基本可靠的模型,然后调整敏感性中等、不确定性中等的参数改善模型,最后调整敏感性最小、不确定性最大的参数得到最终优化的模型。

结论:

1、建立了陆相断陷次级湖盆三维地层正演模型,用砂岩百分含量属性表征了沙三段沉积演化过程;该模型并经过了厚度和岩性两个可靠指标的校准,模型可信度较高。以此作为基础,可在一定程度上合理推测井间的砂体分布和时空演化特征。
2、定量描述了研究区沙三段地层沉积演化过程,地层沉积可划分为四期,其中第三期,东西两侧砂体叠置,叠置的最大范围约为10km2。
3、分析了地层正演模型参数的不确定性和敏感性,测试了三类不确定性参数的敏感性,发现弱不确定性参数基地初始水深和中等不确定性参数湖平面升降属于弱敏感性参数,对砂体汇聚沉积影响较小,中等不确定性参数物源砂岩比率和强不确定性参数水流量属于强敏感性参数,对砂体叠置分布影响较大。这对于理解地层沉积过程和模型调参校准具有重要意义。
4、Dionisos之前适合大尺度、长时间跨度碎屑岩和碳酸盐岩模拟,在确认适合小尺度碳酸盐岩模拟之后,同样适合小尺度陆相断陷湖盆正演模拟。本次模拟尝试了88.4km2范围、接近油藏评价、开发级别范围的地层模拟,可服务于精细勘探和油气藏初步开发。
5、地层正演模型对于少井区、地震品质较差的中深层地层沉积体系和砂体分布研究提供了一种重要的分析、测试手段,同时对于多物源汇聚区、多期砂体分布的沉积演化研究提供了一种研究思路。
6、本文探讨了用Dionisos地层正演模型研究陆相断湖盆沉积相(扇三角洲)和沉积亚相级别(辫状河三角洲前缘)的砂体演化和分布,尚不适合研究微相级别(分流河道)的砂体分布,此类复合砂体需另作探讨。
英文完整版请下载PDF文件。 03-尹相东论文Sedimentary evolution of overlapped sand bodies in terrestrial faul.pdf (3.55 MB, 下载次数: 29)
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