煤系含或隔水层三维可视化建模方法技术

本发明专利技术公开了一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法，包括：研究基础资料的准备；依据数字化构造图和断点数据建立相应的断层模型；对含水层与隔水层进行划分，识别相应的含或隔水层界面，建立含或隔水层地层格架，以克里金插值的方法建立相应的层面模型；研究煤系地层沉积地质特征，以序贯指示模拟结合沉积微相展布特征的技术建立沉积微相模型；以相控技术与理论为基础，根据收集与计算出的物性数据建立含水层的物性模型；根据最终建立的相关模型展现煤系含或隔水层的空间展布规律。本发明专利技术应用建模对含或隔水层空间展布进行客观描述，直观的反应含或隔水层的三维空间分布与含水层富水性特征，为煤系含或隔水层研究提供三维可视化的依据。

Three dimensional visualization modeling method of coal bearing or aquifer

The invention discloses a coal containing or aquifuge 3D modeling and visualization method, including: the study on basic data preparation; on the basis of digital structure map and establish corresponding data breakpoint fault model; the aquifer and aquifuge are divided, the corresponding recognition with or aquifuge interface, built with or aquifuge stratigraphic framework to establish the method of Kriging interpolation, the level of the corresponding model; Study on the geological characteristics of the coal bearing strata deposited by sequential indicator simulation combined with sedimentary microfacies technology to establish sedimentary microfacies model; to phase control technology and theory basis of physical model of aquifer is established according to the physical data collected and calculated; according to the model set up show the spatial distribution of coal containing or aquifuge. The invention of the application of modeling with or aquifuge spatial distribution of objective description, 3D spatial distribution of visual reaction or aquitard and aquifer water characteristics for coal containing or aquifuge study provides basis of 3D visualization.

【技术实现步骤摘要】
煤系含或隔水层三维可视化建模方法
本专利技术涉及一种煤系含或隔水层三维空间展布的方法，尤其是一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法。
技术介绍
我国煤炭的生产与消耗位居世界前列，煤炭在国内能源消费中有着举足轻重的意义。随着矿井的开采深度与强度的加大，矿井水害的发生越来越频繁。查清煤矿的水文地质条件，直观的研究含水层分布尤为重要。在传统的煤系含或隔水层研究中，主要应用二维地质图件，运用投影几何学、画法几何学及矿体几何学的原理，将含或隔水层分布投影到平面上，对含或隔水层平面形态以及纵向分布进行描述。然而,由于复杂的煤系含或隔水层分布以及地质构造的影响,通过二维、静态的平面图件难以直观、合理的表达煤系含或隔水层的空间分布,常会出现由于三维空间分布认识不足而导致的二维图件与三维空间地质内容差异。为了预防矿井水害，必须更加直观有效的研究煤系含或隔水层，建立三维地质模型已经成为直观研究煤系含或隔水层空间展布的有效手段。GMS是目前国内常用的煤系含或隔水层三维水文地质建模软件，其可依据钻孔地层建立三维地层实体。但GMS在实际应用中，对于构造建模以及物性建模方面较欠缺。由于构造与物性建模的欠缺导致在实际应用中不能将断层对含或隔水层的影响进行表示，也不能对含水层的富水性进行直观的表达。中国地质科学院的博士论文《华北平原含水层非均质性研究—以石家庄栾城县为例》，吉林大学学报(地球科学版)第41卷第5期2011年09月，公开了马荣等的《熵权耦合随机理论在含水层非均质综合指数研究中的应用》，两篇论文均公开了运用含水层非均质综合指数定量化表征含水层综合非均质性，其计算流程主要包括：(1)利用云-Markov模型估计沉积样品的渗透系数；(2)通过Markov原理来模拟含水层沉积微相的分布模型；(3)在此基础上，通过相控建模原理利用改进的序贯模拟技术构建含水层的渗透系数和孔隙度分布模型。但是，其公布的技术还有以下几点缺陷，首先，以公开方法对沉积地质特征判别的技术较简单，仅仅依据概率累计曲线进行分析，针对地质特征复杂的特点，其分析的结果不是太准确；第二，Markov原理沉积微相建模属于随机建模方法，随机模拟方法有很大的不确定性，只靠数学计算进行沉积微相建模不能真实的反应沉积微相的展布规律。第三，其使用技术方法没有使用构造建模技术，无法体现构造特征对煤系含或隔水层的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有较单一的建模方法和对构造与物性建模以及基础地质研究的欠缺，提供一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法，包括以下步骤：1)收集相关钻孔岩性、泥岩颜色、钻孔岩心、钻孔坐标、孔口标高、数字化构造图、物性和断点数据，对相应的数据进行整理与归类；2)利用步骤1)中的钻孔岩性数据，识别含水层与隔水层的界面，建立相应的分层数据，当不同地层的厚度比小于1/10，则忽略相对较薄地层属性；结合周边钻孔数据建立隔水层与含水层的地层格架；3)利用步骤1)中的断点数据以及数字化构造图中的断层交面线，以插值得到的数字化构造图为约束，建立被断点数据与构造图约束的断层模型；4)在步骤3)的断层模型建立之后，构造层面模型建立以前，对整个模型的分辨率及横向与纵向的识别范围进行规定，即模型进行网格化；5)利用步骤2)中的分层数据，以步骤3)和步骤4)结果为约束条件，采用克里金插值的方法，得到初始的构造层面模型，并根据分层数据进行构造层面的调整；6)利用步骤1)中的钻孔岩性、泥岩颜色和钻孔岩心数据，研究煤系地层沉积地质特征，以序贯指示模拟结合沉积微相展布特征的技术建立沉积微相模型，利用随机模拟与确定性模拟相互结合的方法使得模拟结果更贴近实际；7)在步骤5)层面模型建立的基础上，根据步骤1)中整理的物性数据，结合对应的测井曲线计算建模所用的物性数据，以相控技术与理论技术为基础，建立煤系含或隔水层的物性模型。所述步骤3)—7)中，建立的断层模型，构造层面模型，沉积微相模型以及煤系含或隔水层物性模型都是应用Petrel软件所建立的。Petrel是斯伦贝谢公司开发的储层地质建模软件，完善的构造建模系统是该软件的特点，依据数字化的构造图以及各分层中的断点数据，应用确定性建模的方法，可以建立三维可视化断层模型，这些断层可以有效的控制地层流体的分布。所述步骤7)中的相控技术与理论是以沉积微相为约束条件，进一步分相模拟煤系地层的物性特征，建立相关模型；该理论的出发点就是承认不同相之间存在差异性，是研究煤系含或隔水层非均质性的基础。所述步骤1)中钻孔岩性数据主要是根据钻孔柱状图进行分析，或者直接观察钻孔岩心，并对岩心岩性进行划分，区分出含水层岩石类型与隔水层岩石类型。所述步骤3)中数字化构造图中会有断点数据生成的断层交面线，每个小层的断层交面线显示这条断层在该层位的上升盘与下降盘；如果出现没有断层交面线的情况，根据断点数据控制断层，将相同断层的断点在平面上组合起来，绘制出不同层位的断层交面线。根据构造图构造线的差异判断出断层的性质；根据区域应力情况判断断层性质，在区域拉张应力条件下一般不出现逆断层，而在挤压应力条件下，则以逆冲或者逆断层为主。所述步骤4)中的模型的网格化是指设置预建立模型的网格，根据网格的分辨率大小来设定模型的精度，模型的网格化是地质模型的基石。所述步骤5)中，经过克里金插值得到的初始构造层面模型会由于机械运算问题而与实际地质条件不符，有些部分由于缺乏分层数据的控制使得层面模型叠合，从而使生成的构造模型出现漏洞；需要对层面模型进行平滑，使其与实际地质情况相符。所述步骤5)中的克里金估值是一种最优无偏估值方法，这种方法用于随机模拟，以已知变量为基础，应用变差函数，对待估点的未知值作出最优无偏估计，区域化变量Z(x)在x处的随机变量Z*(x)用一个线性组合来表示：式中，Z*(x)—待估点的克里金估计值；Z(xi)—待估点周围某点xi处的观测值，i＝1,2,3…,n；n为自然数；λi—xi处的加权系数，表示xi点对估值Z*(x)的影响大小。所述步骤6)中，煤系沉积地质特征主要包含对煤系地层的沉积环境、沉积物源及沉积微相进行研究；通过岩石颜色指数分析、古生物、古水深还原方法判断研究区域的沉积环境，岩石颜色较深判断为还原环境，说明水深较深，古生物化石多出现适合深水生物化石，而颜色较浅判断出富氧的环境，说明水深较浅，古生物化石多出现潜水生物化石；分析重矿物的组合类型和含量指示物源区母岩性质，石榴石等重矿物含量高的区域指示近物源区，各类重矿物含量低值区域为远物源区；结合区域沉积相背景和其他测录井资料，对目标区域的砂体厚度进行划分；在相分布研究上，充分利用录井岩性剖面和砂体展布图，识别相标志，对沉积微相进行了判别，同时划分出沉积微相的平面的展布特点；沉积微相的平面展布按照相序递变规律，不应有跳相现象；在沉积微相平面展布的基础上，通过沉积微相来约束含或隔水层的平面展布形态。所述步骤6)中的序贯指示模拟是序贯模拟的指示化方法，这种方法相对于常规序贯模拟能够更好的处理多种分布方式的原始样本，有利于离散性的沉积微相和含水层砂体分布数据为基础建立相应的模型；序贯指示模拟的具体步骤如下：首先，是将原始数据变换为指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，包括以下步骤：1)收集相关钻孔岩性、泥岩颜色、钻孔岩心、钻孔坐标、孔口标高、数字化构造图、物性和断点数据，对相应的数据进行整理与归类；2)利用步骤1)中的钻孔岩性数据，识别含水层与隔水层的界面，建立相应的分层数据，当不同地层厚度比小于1/10，则忽略相对地较薄地层属性；结合周边钻孔数据建立隔水层与含水层的地层格架；3)利用步骤1)中的断点数据以及数字化构造图中的断层交面线，以插值得到的数字化构造图为约束，建立被断点数据与构造图约束的断层模型；4)在步骤3)的断层模型建立之后，构造层面模型建立以前，对整个模型的分辨率及横向与纵向的识别范围进行规定，即模型进行网格化；5)利用步骤2)中的分层数据，以步骤3)和步骤4)结果为约束条件，采用克里金插值的方法，得到初始的构造层面模型，并根据分层数据进行构造层面的调整；6)利用步骤1)中的钻孔岩性、泥岩颜色和钻孔岩心数据，研究煤系地层沉积地质特征，以序贯指示模拟结合沉积微相的展布特征建立沉积微相模型，利用随机模拟与确定性模拟相互结合的方法使得模拟结果更贴近实际；具体步骤如下：首先，是将原始数据变换为指示变量；沉积微相数据属于离散性分布数据。矿区煤系上覆地层为辫状河道沉积环境，这种亚相里面包含三种沉积微相，分别是心滩沉积、辫状河道滞留沉积、河道漫溢沉积，相数据为1、2、3，所有的相数据均是这三个值中的一个，那么门槛值就是这三个数；相应的指示函数就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)；其次，把指示化的原始相数据采用序贯模拟方法进行随机模拟；最后，心滩沉积、辫状河道滞留沉积、河道漫溢沉积分别用不同指示化的变差函数类型，心滩沉积应用标准球型变差函数模型；辫状河道滞留沉积应用指数变差含数模型；河道漫溢沉积选用间断型变差函数块金效应模型；经过不同沉积微相指示化的变差函数模拟，达到确定性与随机性模拟相结合的目标，使得模拟结果更加接近实际；7)在步骤5)层面模型建立的基础上，根据步骤1)中整理的物性数据，结合对应的测井曲线计算建模所用的物性数据，以相控技术与理论为基础，建立煤系含或隔水层的物性模型。...

【技术特征摘要】
1.一种煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，包括以下步骤：1)收集相关钻孔岩性、泥岩颜色、钻孔岩心、钻孔坐标、孔口标高、数字化构造图、物性和断点数据，对相应的数据进行整理与归类；2)利用步骤1)中的钻孔岩性数据，识别含水层与隔水层的界面，建立相应的分层数据，当不同地层厚度比小于1/10，则忽略相对地较薄地层属性；结合周边钻孔数据建立隔水层与含水层的地层格架；3)利用步骤1)中的断点数据以及数字化构造图中的断层交面线，以插值得到的数字化构造图为约束，建立被断点数据与构造图约束的断层模型；4)在步骤3)的断层模型建立之后，构造层面模型建立以前，对整个模型的分辨率及横向与纵向的识别范围进行规定，即模型进行网格化；5)利用步骤2)中的分层数据，以步骤3)和步骤4)结果为约束条件，采用克里金插值的方法，得到初始的构造层面模型，并根据分层数据进行构造层面的调整；6)利用步骤1)中的钻孔岩性、泥岩颜色和钻孔岩心数据，研究煤系地层沉积地质特征，以序贯指示模拟结合沉积微相的展布特征建立沉积微相模型，利用随机模拟与确定性模拟相互结合的方法使得模拟结果更贴近实际；具体步骤如下：首先，是将原始数据变换为指示变量；沉积微相数据属于离散性分布数据。矿区煤系上覆地层为辫状河道沉积环境，这种亚相里面包含三种沉积微相，分别是心滩沉积、辫状河道滞留沉积、河道漫溢沉积，相数据为1、2、3，所有的相数据均是这三个值中的一个，那么门槛值就是这三个数；相应的指示函数就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)；其次，把指示化的原始相数据采用序贯模拟方法进行随机模拟；最后，心滩沉积、辫状河道滞留沉积、河道漫溢沉积分别用不同指示化的变差函数类型，心滩沉积应用标准球型变差函数模型；辫状河道滞留沉积应用指数变差含数模型；河道漫溢沉积选用间断型变差函数块金效应模型；经过不同沉积微相指示化的变差函数模拟，达到确定性与随机性模拟相结合的目标，使得模拟结果更加接近实际；7)在步骤5)层面模型建立的基础上，根据步骤1)中整理的物性数据，结合对应的测井曲线计算建模所用的物性数据，以相控技术与理论为基础，建立煤系含或隔水层的物性模型。2.如权利要求1所述的煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，所述步骤3)—7)中，建立的断层模型、构造层面模型、沉积微相模型以及煤系含或隔水层物性模型都是应用Petrel软件所建立的。3.如权利要求1所述的煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，所述步骤7)中的相控技术与理论是以沉积微相为约束条件，进一步分相模拟煤系地层的物性特征，建立相关模型。4.如权利要求1所述的煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，所述步骤1)中钻孔岩性数据主要是根据钻孔柱状图进行分析，或者直接观察钻孔岩心，并对岩心岩性进行划分，区分出含水层岩石类型与隔水层岩石类型。5.如权利要求1所述的煤系含或隔水层三维可视化建模方法，其特征是，所述步骤3)中数字化构造图中会有断点数据生成的断层交面线，每个小层的断层交面线显示这条断层在该层位的上升盘与下降盘；如果出现没有断层交面线的情况，根据断点数据控制断层，将相同断层的断点在平面上组合起来，绘制出不同层位的断层交面线；根据构造图构造线的差异判断出断层的性质；根据区域应力情况判断断层性质，在区域拉张应...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏久传，李立尧，柳慧敏，史永理，牛会功，张康，谢超，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37