本發(fā)明涉及一種煤系含或隔水層三維空間展布的方法，尤其是一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法。

背景技術(shù)：

我國煤炭的生產(chǎn)與消耗位居世界前列，煤炭在國內(nèi)能源消費(fèi)中有著舉足輕重的意義。隨著礦井的開采深度與強(qiáng)度的加大，礦井水害的發(fā)生越來越頻繁。查清煤礦的水文地質(zhì)條件，直觀的研究含水層分布尤為重要。

在傳統(tǒng)的煤系含或隔水層研究中，主要應(yīng)用二維地質(zhì)圖件，運(yùn)用投影幾何學(xué)、畫法幾何學(xué)及礦體幾何學(xué)的原理，將含或隔水層分布投影到平面上，對含或隔水層平面形態(tài)以及縱向分布進(jìn)行描述。然而,由于復(fù)雜的煤系含或隔水層分布以及地質(zhì)構(gòu)造的影響,通過二維、靜態(tài)的平面圖件難以直觀、合理的表達(dá)煤系含或隔水層的空間分布,常會出現(xiàn)由于三維空間分布認(rèn)識不足而導(dǎo)致的二維圖件與三維空間地質(zhì)內(nèi)容差異。

為了預(yù)防礦井水害，必須更加直觀有效的研究煤系含或隔水層，建立三維地質(zhì)模型已經(jīng)成為直觀研究煤系含或隔水層空間展布的有效手段。GMS是目前國內(nèi)常用的煤系含或隔水層三維水文地質(zhì)建模軟件，其可依據(jù)鉆孔地層建立三維地層實(shí)體。但GMS在實(shí)際應(yīng)用中，對于構(gòu)造建模以及物性建模方面較欠缺。由于構(gòu)造與物性建模的欠缺導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中不能將斷層對含或隔水層的影響進(jìn)行表示，也不能對含水層的富水性進(jìn)行直觀的表達(dá)。

中國地質(zhì)科學(xué)院的博士論文《華北平原含水層非均質(zhì)性研究—以石家莊欒城縣為例》，吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)第41卷第5期2011年09月，公開了馬榮等的《熵權(quán)耦合隨機(jī)理論在含水層非均質(zhì)綜合指數(shù)研究中的應(yīng)用》，兩篇論文均公開了運(yùn)用含水層非均質(zhì)綜合指數(shù)定量化表征含水層綜合非均質(zhì)性，其計(jì)算流程主要包括：(1)利用云-Markov模型估計(jì)沉積樣品的滲透系數(shù)；(2)通過Markov原理來模擬含水層沉積微相的分布模型；(3)在此基礎(chǔ)上，通過相控建模原理利用改進(jìn)的序貫?zāi)M技術(shù)構(gòu)建含水層的滲透系數(shù)和孔隙度分布模型。

但是，其公布的技術(shù)還有以下幾點(diǎn)缺陷，首先，以公開方法對沉積地質(zhì)特征判別的技術(shù)較簡單，僅僅依據(jù)概率累計(jì)曲線進(jìn)行分析，針對地質(zhì)特征復(fù)雜的特點(diǎn)，其分析的結(jié)果不是太準(zhǔn)確；第二，Markov原理沉積微相建模屬于隨機(jī)建模方法，隨機(jī)模擬方法有很大的不確定性，只靠數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行沉積微相建模不能真實(shí)的反應(yīng)沉積微相的展布規(guī)律。第三，其使用技術(shù)方法沒有使用構(gòu)造建模技術(shù)，無法體現(xiàn)構(gòu)造特征對煤系含或隔水層的控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有較單一的建模方法和對構(gòu)造與物性建模以及基礎(chǔ)地質(zhì)研究的欠缺，提供一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種煤系含或隔水層三維可視化建模方法，包括以下步驟：

1)收集相關(guān)鉆孔巖性、泥巖顏色、鉆孔巖心、鉆孔坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、數(shù)字化構(gòu)造圖、物性和斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與歸類；

2)利用步驟1)中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)，識別含水層與隔水層的界面，建立相應(yīng)的分層數(shù)據(jù)，當(dāng)不同地層的厚度比小于1/10，則忽略相對較薄地層屬性；結(jié)合周邊鉆孔數(shù)據(jù)建立隔水層與含水層的地層格架；

3)利用步驟1)中的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)以及數(shù)字化構(gòu)造圖中的斷層交面線，以插值得到的數(shù)字化構(gòu)造圖為約束，建立被斷點(diǎn)數(shù)據(jù)與構(gòu)造圖約束的斷層模型；

4)在步驟3)的斷層模型建立之后，構(gòu)造層面模型建立以前，對整個(gè)模型的分辨率及橫向與縱向的識別范圍進(jìn)行規(guī)定，即模型進(jìn)行網(wǎng)格化；

5)利用步驟2)中的分層數(shù)據(jù)，以步驟3)和步驟4)結(jié)果為約束條件，采用克里金插值的方法，得到初始的構(gòu)造層面模型，并根據(jù)分層數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造層面的調(diào)整；

6)利用步驟1)中的鉆孔巖性、泥巖顏色和鉆孔巖心數(shù)據(jù)，研究煤系地層沉積地質(zhì)特征，以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相展布特征的技術(shù)建立沉積微相模型，利用隨機(jī)模擬與確定性模擬相互結(jié)合的方法使得模擬結(jié)果更貼近實(shí)際；

7)在步驟5)層面模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟1)中整理的物性數(shù)據(jù)，結(jié)合對應(yīng)的測井曲線計(jì)算建模所用的物性數(shù)據(jù)，以相控技術(shù)與理論技術(shù)為基礎(chǔ)，建立煤系含或隔水層的物性模型。

所述步驟3)—7)中，建立的斷層模型，構(gòu)造層面模型，沉積微相模型以及煤系含或隔水層物性模型都是應(yīng)用Petrel軟件所建立的。

Petrel是斯倫貝謝公司開發(fā)的儲層地質(zhì)建模軟件，完善的構(gòu)造建模系統(tǒng)是該軟件的特點(diǎn)，依據(jù)數(shù)字化的構(gòu)造圖以及各分層中的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用確定性建模的方法，可以建立三維可視化斷層模型，這些斷層可以有效的控制地層流體的分布。

所述步驟7)中的相控技術(shù)與理論是以沉積微相為約束條件，進(jìn)一步分相模擬煤系地層的物性特征，建立相關(guān)模型；該理論的出發(fā)點(diǎn)就是承認(rèn)不同相之間存在差異性，是研究煤系含或隔水層非均質(zhì)性的基礎(chǔ)。

所述步驟1)中鉆孔巖性數(shù)據(jù)主要是根據(jù)鉆孔柱狀圖進(jìn)行分析，或者直接觀察鉆孔巖心，并對巖心巖性進(jìn)行劃分，區(qū)分出含水層巖石類型與隔水層巖石類型。

所述步驟3)中數(shù)字化構(gòu)造圖中會有斷點(diǎn)數(shù)據(jù)生成的斷層交面線，每個(gè)小層的斷層交面線顯示這條斷層在該層位的上升盤與下降盤；如果出現(xiàn)沒有斷層交面線的情況，根據(jù)斷點(diǎn)數(shù)據(jù)控制斷層，將相同斷層的斷點(diǎn)在平面上組合起來，繪制出不同層位的斷層交面線。

根據(jù)構(gòu)造圖構(gòu)造線的差異判斷出斷層的性質(zhì)；根據(jù)區(qū)域應(yīng)力情況判斷斷層性質(zhì)，在區(qū)域拉張應(yīng)力條件下一般不出現(xiàn)逆斷層，而在擠壓應(yīng)力條件下，則以逆沖或者逆斷層為主。

所述步驟4)中的模型的網(wǎng)格化是指設(shè)置預(yù)建立模型的網(wǎng)格，根據(jù)網(wǎng)格的分辨率大小來設(shè)定模型的精度，模型的網(wǎng)格化是地質(zhì)模型的基石。

所述步驟5)中，經(jīng)過克里金插值得到的初始構(gòu)造層面模型會由于機(jī)械運(yùn)算問題而與實(shí)際地質(zhì)條件不符，有些部分由于缺乏分層數(shù)據(jù)的控制使得層面模型疊合，從而使生成的構(gòu)造模型出現(xiàn)漏洞；需要對層面模型進(jìn)行平滑，使其與實(shí)際地質(zhì)情況相符。

所述步驟5)中的克里金估值是一種最優(yōu)無偏估值方法，這種方法用于隨機(jī)模擬，以已知變量為基礎(chǔ)，應(yīng)用變差函數(shù)，對待估點(diǎn)的未知值作出最優(yōu)無偏估計(jì)，區(qū)域化變量Z(x)在x處的隨機(jī)變量Z*(x)用一個(gè)線性組合來表示：式中，Z*(x)—待估點(diǎn)的克里金估計(jì)值；Z(x_i)—待估點(diǎn)周圍某點(diǎn)x_i處的觀測值，i＝1,2,3…,n；n為自然數(shù)；λ_i—x_i處的加權(quán)系數(shù)，表示x_i點(diǎn)對估值Z*(x)的影響大小。

所述步驟6)中，煤系沉積地質(zhì)特征主要包含對煤系地層的沉積環(huán)境、沉積物源及沉積微相進(jìn)行研究；通過巖石顏色指數(shù)分析、古生物、古水深還原方法判斷研究區(qū)域的沉積環(huán)境，巖石顏色較深判斷為還原環(huán)境，說明水深較深，古生物化石多出現(xiàn)適合深水生物化石，而顏色較淺判斷出富氧的環(huán)境，說明水深較淺，古生物化石多出現(xiàn)潛水生物化石；分析重礦物的組合類型和含量指示物源區(qū)母巖性質(zhì)，石榴石等重礦物含量高的區(qū)域指示近物源區(qū)，各類重礦物含量低值區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)物源區(qū)；結(jié)合區(qū)域沉積相背景和其他測錄井資料，對目標(biāo)區(qū)域的砂體厚度進(jìn)行劃分；在相分布研究上，充分利用錄井巖性剖面和砂體展布圖，識別相標(biāo)志，對沉積微相進(jìn)行了判別，同時(shí)劃分出沉積微相的平面的展布特點(diǎn)；沉積微相的平面展布按照相序遞變規(guī)律，不應(yīng)有跳相現(xiàn)象；在沉積微相平面展布的基礎(chǔ)上，通過沉積微相來約束含或隔水層的平面展布形態(tài)。

所述步驟6)中的序貫指示模擬是序貫?zāi)M的指示化方法，這種方法相對于常規(guī)序貫?zāi)M能夠更好的處理多種分布方式的原始樣本，有利于離散性的沉積微相和含水層砂體分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的模型；

序貫指示模擬的具體步驟如下：

首先，是將原始數(shù)據(jù)變換為指示變量；沉積微相數(shù)據(jù)屬于離散性分布數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)的門檻值為所有離散性數(shù)據(jù)；礦區(qū)煤系上覆地層為辮狀河道沉積環(huán)境，這種亞相里面包含三種沉積微相，分別是心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積，相數(shù)據(jù)為1、2、3，所有的相數(shù)據(jù)均是這三個(gè)值中的一個(gè)，那么門檻值就是這三個(gè)數(shù)；相應(yīng)的指示函數(shù)就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)；

其次，把指示化的原始相數(shù)據(jù)采用序貫?zāi)M方法進(jìn)行隨機(jī)模擬；序貫?zāi)M方法的具體步驟如下：

礦區(qū)網(wǎng)格化為N個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，其中N個(gè)隨機(jī)變量Z_i(i＝1，2，…，n)的條件聯(lián)合概率模型：

F_N[Z₁,Z₂,…,Z_n/(n)]＝Prob{Z_i≤z_i,i＝1,2,…,N/(n)}

由上式可知其條件累積分布函數(shù)：

Z₁-Prob{Z₁≤z₁/(n)}；

Z₂-Prob{Z₂≤z₂/(n+1)}

…

Z_N-Prob{Z_N≤z_N/(n+N-1)}；

其中，i＝1，2，…，n，n為自然數(shù)，N為正整數(shù)；

根據(jù)各類網(wǎng)格變量的條件概率累積分布函數(shù)，則序貫?zāi)M算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)在已知n個(gè)原始數(shù)據(jù)的條件下變量的條件累積分布函數(shù)中抽取一個(gè)樣本，得到第一個(gè)樣本設(shè)為z₁；

(2)將z₁加入到原始數(shù)據(jù)集中，目前的原始數(shù)據(jù)變?yōu)?n+1)＝(n)∪{Z₁＝z₁}，在新的條件下的條件累積分布函數(shù)中抽取一個(gè)樣本，得到第二個(gè)樣本設(shè)為z₂；

(3)重復(fù)步驟(2)，得到樣本z₃,…,z_N，這一組樣本就是一個(gè)模擬結(jié)果；

(4)重復(fù)步驟(1)—步驟(3)，重復(fù)n次，得到n個(gè)這樣的模擬結(jié)果。

最后，心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積分別選用不同指示化的變差函數(shù)類型，心灘沉積應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)球型變差函數(shù)模型：

其中，a為變程，表示變量的影響大小。變程小于原始數(shù)據(jù)表示其連續(xù)性好，隨機(jī)性小；大于原始數(shù)據(jù)，則隨機(jī)性大。

辮狀河道滯留沉積應(yīng)用指數(shù)變差含數(shù)模型：

其中，C₀是塊金常數(shù)表示空間變異性大小，a為變程表示變量的影響大小，C為拱高，表示變量差異大小。主物源方向設(shè)置C₀趨于0，變程a小于原始數(shù)據(jù)；次物源方向設(shè)置C₀大于主物源方向，變程a大于原始數(shù)據(jù)；

河道漫溢沉積選用間斷型變差函數(shù)塊金效應(yīng)模型：

C₀是塊金常數(shù)表示空間變異性大??；C是拱高，表示變量差異大小，拱高越大表示差異越大。C+C₀稱為基臺值，表征了變量在空間上的總體變異性大小。

經(jīng)過不同沉積微相的變差函數(shù)模擬，達(dá)到確定性與隨機(jī)性模擬相結(jié)合的目標(biāo)，使得模擬結(jié)果更加接近實(shí)際。

所述步驟1)中的物性數(shù)據(jù)主要包括含水層的孔隙度數(shù)據(jù)，該物性數(shù)據(jù)通過巖心樣品測試得到；依據(jù)步驟7)中所述根據(jù)對應(yīng)的測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合巖心樣品測試進(jìn)行孔隙度校正，得到回歸公式，結(jié)合對應(yīng)的測井曲線計(jì)算建模所用的物性數(shù)據(jù)；步驟7)中建模所用的物性數(shù)據(jù)主要是指根據(jù)回歸公式計(jì)算出的孔隙度值。

本發(fā)明使用Petrel軟件應(yīng)用了多種先進(jìn)技術(shù)：如構(gòu)造建模技術(shù)、三維網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、確定性建模與隨機(jī)性建模相互結(jié)合的技術(shù)。尤其針對較強(qiáng)非均質(zhì)性的地層，隨機(jī)性建?？梢院芎玫膹浹a(bǔ)確定性建模的劣勢。利用Petrel軟件建立基于相控技術(shù)與理論和隨機(jī)-確定性建模理論的三維可視化地質(zhì)模型能夠直觀的反應(yīng)含或隔水層的三維空間分布與含水層富水性，為礦井水害危險(xiǎn)性研究提供三維可視化的依據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明相對于背景技術(shù)中的論文，有以下技術(shù)效果：

第一、本發(fā)明針對煤系含或隔水層沉積地質(zhì)特征較復(fù)雜的特點(diǎn)，將沉積環(huán)境判別技術(shù)、物源分析技術(shù)、沉積微相展布刻畫技術(shù)分別分析沉積地質(zhì)特征，更加準(zhǔn)確地描述了煤系含或隔水層空間展布趨勢。

第二、本發(fā)明應(yīng)用隨機(jī)建模與確定性建模相結(jié)合的技術(shù)方法，即序貫指示模擬與沉積微相展布特征相結(jié)合的技術(shù)，使得模型更加符合實(shí)際。

第三、本發(fā)明強(qiáng)調(diào)結(jié)合數(shù)字化構(gòu)造圖、斷點(diǎn)數(shù)據(jù)在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上建立其他模型，充分體現(xiàn)了構(gòu)造特征對煤系含或隔水層的控制。

本發(fā)明將石油地質(zhì)建模中的構(gòu)造建模等技術(shù)，應(yīng)用到了煤系含水層建模中。煤系含水層由于沉積構(gòu)造復(fù)雜，沉積環(huán)境多樣，導(dǎo)致煤系上覆地層中巖性變化頻繁；由于煤層與上覆地層的沉積環(huán)境差異，造成地層的非均質(zhì)性很強(qiáng)；煤系地層的基礎(chǔ)資料相對于石油儲層要少。因此，煤系含水層三維地質(zhì)建模難度明顯大于石油儲層三維地質(zhì)建模。

本發(fā)明與現(xiàn)有理論和其他現(xiàn)有技術(shù)相比，將相控技術(shù)與理論引入了煤系含或隔水層的研究；應(yīng)用Petrel軟件，突出了其構(gòu)造斷層建模的優(yōu)勢，而斷層是控制含水層的重要因素；應(yīng)用了隨機(jī)建模與確定性建模相結(jié)合的手段，即序貫指示模擬結(jié)合沉積微相的展布特征建立了沉積微相模型，以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，根據(jù)相應(yīng)物性資料建立含水層的物性模型，使模型更加的貼近實(shí)際，更加符合煤系含或隔水層的非均質(zhì)性特征。

本發(fā)明所采用的建模手段是點(diǎn)、線、面、體環(huán)環(huán)相扣，循序漸進(jìn)的建模手段。以Petrel軟件強(qiáng)大的構(gòu)造建模能力基礎(chǔ)，根據(jù)數(shù)字化構(gòu)造圖與斷點(diǎn)數(shù)據(jù)控制斷層的走向與傾向；以克里金估值建立地層的層面模型；以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相的展布特征建立沉積微相模型；以沉積微相控制儲層物性以及砂體的展布，建立相應(yīng)的模型，更加準(zhǔn)確的描述了煤系含或隔水層空間展布趨勢，使模型可信度更高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明煤系含或隔水層三維可視化建模方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)斷層三維圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)網(wǎng)格系統(tǒng)圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)構(gòu)造層面模型；

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)沉積微相平面圖；

圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的沉積微相模型隨機(jī)模擬結(jié)果；

圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)沉積微相模型；

圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)物性模型；

圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中建立的H礦區(qū)巖石孔隙度與聲波時(shí)差回歸圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

為了改進(jìn)現(xiàn)有含水層建模中不能充分反應(yīng)出構(gòu)造和物性建模以及煤系含水(隔)層的空間展布形態(tài)的問題。

為此，本發(fā)明提供了一種基于相控技術(shù)與理論，應(yīng)用Petrel軟件的煤系含或隔水層建模方法，如圖1所示，包括以下步驟：

1)收集相關(guān)鉆孔巖性、鉆孔坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、數(shù)字化構(gòu)造圖、物性和斷點(diǎn)等數(shù)據(jù)。

鉆孔巖性數(shù)據(jù)主要是根據(jù)鉆孔柱狀圖進(jìn)行分析，也可以直接觀察鉆孔巖心。并對巖心巖性進(jìn)行合理劃分，區(qū)分出含水層巖石類型與隔水層巖石類型。

表1是鉆孔坐標(biāo)與孔口標(biāo)高。鉆孔坐標(biāo)是指鉆孔的大地坐標(biāo)，X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)；孔口標(biāo)高指孔口的海拔高度；數(shù)字化構(gòu)造圖指插值得到的煤系地層等高線，構(gòu)造圖中包含斷層交面線等信息；表2是斷點(diǎn)數(shù)據(jù)。斷點(diǎn)數(shù)據(jù)是指斷層在每一小層的斷點(diǎn)深度。

2)根據(jù)鉆孔的巖石性質(zhì)將地層性質(zhì)劃分為隔水層與含水層，識別含水層與隔水層的界面，建立相應(yīng)的分層數(shù)據(jù)，并根據(jù)單層厚度以及周邊鉆孔巖性對地層性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。

在含水層與隔水層劃分中，鉆孔的巖石性質(zhì)是劃分的主要依據(jù)，如大套隔水性質(zhì)巖石中夾雜薄層含水性質(zhì)巖石，則認(rèn)為該含水性質(zhì)巖石影響不大?？山y(tǒng)分為隔水層。

巖性突變面、不整合面、粒度變換面可以作為含或隔水層界面識別的標(biāo)志。當(dāng)含水性質(zhì)巖石厚度/隔水性質(zhì)巖石厚度小于1/10時(shí)，則認(rèn)為該含水性質(zhì)巖石對于地層性質(zhì)影響不大。

3)圖(2)是利用步驟1)中的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)以及插值得到的數(shù)字化構(gòu)造圖建立的斷層模型。

數(shù)字化構(gòu)造圖中會有斷點(diǎn)數(shù)據(jù)生成的斷層交面線，每個(gè)小層的斷層交面線顯示這條斷層在該層位的上升盤與下降盤。如果出現(xiàn)沒有斷層交面線的情況，可以根據(jù)斷點(diǎn)數(shù)據(jù)控制斷層，將相同斷層的斷點(diǎn)在平面上組合起來，繪制出不同層位的斷層交面線。

根據(jù)構(gòu)造圖構(gòu)造線的差異判斷出斷層的性質(zhì)；根據(jù)區(qū)域應(yīng)力情況判斷斷層性質(zhì)，在區(qū)域拉張應(yīng)力條件下一般不出現(xiàn)逆斷層，而在擠壓應(yīng)力條件下，則以逆沖或者逆斷層為主。

4)在斷層模型建立后，構(gòu)造層面模型建立以前，需要對整個(gè)模型的分辨率及橫向與縱向的識別范圍進(jìn)行規(guī)定，即模型進(jìn)行網(wǎng)格化。網(wǎng)格分辨率的高低決定了生成模型的精度。

模型的網(wǎng)格化即是地質(zhì)模型的基石，網(wǎng)格的分辨率直接影響著模型生成的精度。圖(3)考慮了H礦區(qū)的地質(zhì)特征及斷層分布外加計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，建立了H礦區(qū)的網(wǎng)格系統(tǒng)。

5)圖(4)是利用步驟1)、2)中的分層數(shù)據(jù)、鉆孔巖性數(shù)據(jù)，以步驟3)步驟(4)結(jié)果為約束條件，采用克里金插值，得到初始的構(gòu)造層面模型，并根據(jù)分層數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造層面的調(diào)整。

經(jīng)過克里金插值得到的初始構(gòu)造層面模型會由于機(jī)械運(yùn)算問題而與實(shí)際地質(zhì)條件不符，有些部分由于缺乏分層數(shù)據(jù)的控制使得層面模型疊合，從而使生成的構(gòu)造模型出現(xiàn)漏洞。需要對層面模型進(jìn)行平滑，使其與實(shí)際地質(zhì)情況相符。

6)步驟5)中的克里金估值是一種最優(yōu)無偏估值方法，這種方法可以用于隨機(jī)模擬，以已知變量為基礎(chǔ)，應(yīng)用變差函數(shù)，對待估點(diǎn)的未知值作出最優(yōu)無偏估計(jì)。區(qū)域化變量Z(x)在x處的隨機(jī)變量Z^*(x)可以用一個(gè)線性組合來表示：式中Z^*(x)—待估點(diǎn)的克里金估計(jì)值；Z(x_i)—待估點(diǎn)周圍某點(diǎn)x_i處的觀測值，i＝1,2,3…,n；λ_i—x_i處的加權(quán)系數(shù)，表示x_i點(diǎn)對估值Z^*(x)的影響大小。

7)圖(5)是利用步驟1)中的巖性、泥巖顏色、鉆孔巖心等數(shù)據(jù)，研究H礦區(qū)煤系地層主要含水層的沉積地質(zhì)特征，圖(6)是以序貫指示模擬結(jié)合沉積微相的展布特征建立的H礦區(qū)煤系地層主要含水層的沉積微相模型。利用隨機(jī)模擬與確定性模擬相互結(jié)合的方法使得模擬結(jié)果更貼近實(shí)際。

煤系沉積地質(zhì)特征主要包含對煤系地層的沉積環(huán)境、沉積物源及沉積微相進(jìn)行研究。通過巖石顏色指數(shù)分析、古生物、古水深還原等方法判斷研究區(qū)域的沉積環(huán)境。物源方向的判斷是下一步的砂體及微相的展布的基礎(chǔ)，分析重礦物的組合類型和含量可以直接指示物源區(qū)母巖性質(zhì)，根據(jù)其含量的變化也可以判斷物源方向，為下一步的沉積微相的展布奠定基礎(chǔ)。結(jié)合區(qū)域沉積相背景和其他測錄井資料，對目標(biāo)區(qū)域的砂體厚度進(jìn)行劃分。在沉積微相分布模式的基礎(chǔ)上，充分利用H礦區(qū)錄井巖性剖面和砂體展布圖，識別相標(biāo)志，對H礦區(qū)沉積微相進(jìn)行了判別，同時(shí)劃分出沉積微相的平面的展布特點(diǎn)。沉積微相的平面展布按照相序遞變規(guī)律，不應(yīng)有跳相現(xiàn)象。通過H礦區(qū)的沉積微相來約束H礦區(qū)煤系含或隔水層的平面展布形態(tài)。

圖(5)將H礦區(qū)主要含水層的辮狀河道沉積環(huán)境劃分為三種沉積微相：心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積。將三種類型的相數(shù)據(jù)分別表示為1,2,3。圖(6)的沉積微相模型將不同類型的相數(shù)據(jù)進(jìn)行序貫指示模擬后的結(jié)果，圖(7)中該含水層的沉積微相模型以步驟7)中沉積微相平面展布的結(jié)果進(jìn)行約束，達(dá)到應(yīng)用序貫指示模擬方法結(jié)合沉積地質(zhì)研究的效果。

8)步驟7)中的序貫指示模擬是序貫?zāi)M的指示化方法，這種方法相對于常規(guī)序貫?zāi)M能夠更好的處理多種分布方式的原始樣本，有利于離散性的沉積微相和含水層砂體分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的模型。

序貫指示模擬的具體步驟如下：

首先，是將原始數(shù)據(jù)變換為指示變量。沉積微相數(shù)據(jù)屬于離散性分布數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)的門檻值可以為所有離散性數(shù)據(jù)。H礦區(qū)煤系上覆地層為辮狀河道沉積環(huán)境，這種亞相里面包含三種沉積微相，分別是心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積，相數(shù)據(jù)為1、2、3，所有的相數(shù)據(jù)均是這三個(gè)值中的一個(gè)，那么門檻值就是這三個(gè)數(shù)。相應(yīng)的指示函數(shù)就是Z(u,1)；Z(u,2)；Z(u,3)。

最后把指示化的原始相數(shù)據(jù)采用序貫?zāi)M方法進(jìn)行隨機(jī)模擬。序貫?zāi)M方法的具體步驟如下：

H礦區(qū)網(wǎng)格化為362987個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，其中362987個(gè)隨機(jī)變量Z_i(i＝1，2，…，362987)的條件聯(lián)合概率模型：

F₃₆₂₉₈₇[Z₁,Z₂,…,Z₃₆₂₉₈₇/(362987)]＝Prob{Z_i≤z_i,i-1,2,…,362987/(362987)}

由上式可知其條件累積分布函數(shù)：

Z₁-Prob{Z₁≤z₁/(362987)}；

Z₂-Prob{Z₂≤z₂/(362987+1)}

…

Z₃₆₂₉₈₇-Prob{Z₃₆₂₉₈₇≤z₃₆₂₉₈₇/(362987+362987-1)}

根據(jù)各類網(wǎng)格變量的條件概率累積分布函數(shù)，則序貫?zāi)M算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)在已知362987個(gè)原始數(shù)據(jù)的條件下變量的條件累積分布函數(shù)中抽取一個(gè)樣本，得到第一個(gè)樣本設(shè)為z₁；

(2)將z₁加入到原始數(shù)據(jù)集中，目前的原始數(shù)據(jù)變?yōu)?362987+1)＝(362987)∪{Z₁＝z₁}，在新的條件下的條件累積分布函數(shù)中抽取一個(gè)樣本，得到第二個(gè)樣本設(shè)為z₂；

(3)重復(fù)步驟(2)，得到樣本z₃,…,z₃₆₂₉₈₇，這一組樣本就是一個(gè)模擬結(jié)果；

(4)重復(fù)步驟(1)—步驟(3)，重復(fù)362987次，得到362987個(gè)這樣的模擬結(jié)果。

最后，心灘沉積、辮狀河道滯留沉積、河道漫溢沉積分別選用不同的變差函數(shù)類型，心灘沉積應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)球型變差函數(shù)模型：

其中，變程a取2，小于原始數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出連續(xù)性好。

辮狀河道滯留沉積應(yīng)用指數(shù)變差含數(shù)模型：

其中，主物源方向設(shè)置C₀趨于0，變程a小于3；次物源方向設(shè)置C₀大于主物源方向，變程a大于3；

河道漫溢沉積選用間斷型變差函數(shù)塊金效應(yīng)模型：

C₀塊金常數(shù)取0.21；C拱高取0.94；得到C+C₀基臺值為1.15。

經(jīng)過不同沉積微相的變差函數(shù)模擬，達(dá)到確定性與隨機(jī)性模擬相結(jié)合的目標(biāo)，使得模擬結(jié)果更加接近實(shí)際。

9)圖(8)是在步驟5)層面模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟1)中整理的鉆孔物性數(shù)據(jù)，以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，結(jié)合克里金插值方法，建立煤系含或隔水層的物性模型。

含水層巖性主要是中粗粒砂巖，也包含大部分的細(xì)砂巖和少量的粉砂巖，由于地層巖性的不同導(dǎo)致物性的非均質(zhì)程度較強(qiáng)。采用隨機(jī)模擬的方法有助于人們認(rèn)識含水層的復(fù)雜性，較好的反映儲層性質(zhì)的離散性，對非均質(zhì)性表征有較大優(yōu)勢。

物性數(shù)據(jù)主要包括含水層的孔隙度與滲透率數(shù)據(jù)。物性數(shù)據(jù)可以通過巖心樣品測試得到，再根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行孔隙度校正，根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)得到相應(yīng)的物性數(shù)據(jù)。平面上砂體的展布邊界是物性建模的邊界。

為了更好的研究煤系含水層的物性，本發(fā)明搜集鉆孔巖心的物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖(9)根據(jù)物性數(shù)據(jù)與聲波時(shí)差測井曲線對比的方法，建立相關(guān)關(guān)系，得到回歸公式：

y＝1.3222x-1.2577，其中相關(guān)系數(shù)(R²)為0.7601，相關(guān)系數(shù)較強(qiáng)。以聲波時(shí)差測井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立研究區(qū)所有鉆孔控制的物性分布特征。根據(jù)物性平面分布特征，以平面上沉積微相展布進(jìn)行約束，最終得到含水層的物性模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有理論和技術(shù)相比，將相控技術(shù)與理論引入了煤系含或隔水層的研究；應(yīng)用Petrel軟件，突出了其構(gòu)造斷層建模的優(yōu)勢，而斷層是控制含水層的重要因素；應(yīng)用了隨機(jī)建模與確定性建模相結(jié)合的手段建立了層面模型，以相控技術(shù)與理論為基礎(chǔ)，根據(jù)相應(yīng)物性資料建立含水層的物性模型，使模型更加的貼近實(shí)際，更加符合煤系含或隔水層的非均質(zhì)性特征。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。