[发明专利]基于流场表征的湖盆地貌定量预测方法

权利要求书

1.基于流场表征的湖盆地貌定量预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：确定主要控砂地质因素：从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的构造地质特征和与构造地质特征相关的沉积动力控制因素；

步骤2：根据研究区构造特征，运用地层埋藏史，对盆地进行恢复；在盆地恢复的基础上，建立盆地沉积砂体体系动力学模拟系统，分析物源、水动力条件参数和构造特征参数对砂体分布演化的影响；

首先依据Navier-Stocks方程的并行有限元算法模拟研究区的流场分布，将流场分布数据与地质资料进行对比分析，调整水动力条件参数，使研究区的流场分布符合地质条件；Navier-Stocks方程在控制方程的基础上对包括粘度、密度、重力加速度的水动力学影响因素进行表征；控制方程包括连续性方程、动量方程，

连续性方程如下：

$\frac{\∂\mathrm{\ξ}}{\∂t}+\frac{\∂\[(d+\mathrm{\ξ})U\]}{\∂x}+\frac{\∂\[(d+\mathrm{\ξ})V\]}{\∂y}=Q$

其中：ζ为自由表面到基准面的距离，m；

d为基准面以下的水深，m；

U、V为平均速度，m/s；

Q为流量，m³/s；

动量方程如下：

$\frac{\∂u}{\∂t}+u\frac{\∂u}{\∂x}+v\frac{\∂u}{\∂y}+\frac{\mathrm{\ω}}{d+\mathrm{\ζ}}\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\σ}}-fv=-\frac{1}{\mathrm{\ρ}}{P}_u+F_u+\frac{1}{(d+\mathrm{\ζ})}\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\σ}}\left(v_V\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\σ}}\right)$

$\frac{\∂v}{\∂t}+u\frac{\∂v}{\∂x}+v\frac{\∂v}{\∂y}+\frac{\mathrm{\ω}}{d+\mathrm{\ζ}}\frac{\∂v}{\∂\mathrm{\σ}}-fu=-\frac{1}{\mathrm{\ρ}}{P}_v+F_v+\frac{1}{{(d+\mathrm{\ζ})}^2}\frac{\∂}{\∂\mathrm{\σ}}\left(v_V\frac{\∂v}{\∂\mathrm{\σ}}\right)$

$\frac{\∂\mathrm{\ω}}{\∂\mathrm{\σ}}=-\frac{\∂\mathrm{\ζ}}{\∂t}-\frac{\∂\[(d+\mathrm{\ζ})u\]}{\∂x}-\frac{\∂\[(d+\mathrm{\ζ})v\]}{\∂y}+H(q_{in}-q_{out})+P-E$

其中：ζ为自由表面到基准面的距离，m；

d为基准面以下的水深，m；

U、V为平均速度，m/s；

ρ为流体密度，kg/m³；

P为压强，Pa；

H为总共的水深H＝d+ζ，m；

E为系统的蒸发量，mm；

v_V为垂直涡流粘度，m²/s；

fv、fu分别为垂直和水平方向的摩擦系数；

步骤3：按照颗粒搬运方式的不同，将沉积物分为粘性泥沙、非粘性泥沙，利用二种沉积物建立的模拟方法，得到沉积组分的模拟表征，

当沉积物为粘性泥沙时，采用扩散方程进行包括传输运移、沉积的沉积模拟，对于粘性泥沙，设定为一固定值，只对粘性泥沙的沉积和剥蚀条件加以约束，

扩散方程公式如下：

$\frac{\∂c}{\∂t}+\frac{\∂uc}{\∂x}+\frac{\∂vc}{\∂y}+\frac{\∂(\mathrm{\ω}-\mathrm{\ω}s)c}{\∂z}-\frac{\∂}{\∂x}\left({\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\frac{\∂c}{\∂x}\right)-\frac{\∂}{\∂y}\left({\mathrm{\ϵ}}_{s,y}\frac{\∂c}{\∂y}\right)-\frac{\∂}{\∂z}\left({\mathrm{\ϵ}}_{s,z}\frac{\∂c}{\∂z}\right)=0$

其中：c：沉积组分的浓度，kg/m³；

u,v,ω：水流的速度分量，m/s；

ε_s,x,ε_s,y,ε_s,z：沉积组分的扩散系数，m²/s；

ωs：沉积组分的沉降速度，m/s；

对于非粘性泥沙采用Van Rijn的沉积物的沉降函数进行沉积模拟，公式如下：

${\mathrm{\ω}}_{s,0}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{(s-1){{\mathrm{gD}}_s}^2}{18\mathrm{\υ}},& 65\mathrm{\μ}m\<Ds\≤100\mathrm{\μ}m;\\ \frac{10\mathrm{\υ}}{D_s}(\sqrt{1+\frac{0.01(s-1){{\mathrm{gD}}_s}^3}{{\mathrm{\υ}}_2}}-1),& 100\mathrm{\μ}m\<D_s\≤1000\mathrm{\μ}m;\\ 1.1\sqrt{(s-1){\mathrm{gD}}_s},& 100\mathrm{\μ}m\<D_s;\end{array}\right.$

其中：s沉积组分的相对密度ρ_s/ρ_w；

D_s：沉积组分代表粒径，μm；

υ：水体的运动粘度，m²/s；

步骤4：利用步骤3得到沉积组分的模拟表征，在分析沉积物的沉积、剥蚀、路过不留三种沉积条件的判断，计算沉积物的沉积量，运用岩石的密度公式ρ＝m/v计算沉积物的体积，

根据计算沉积区的大小计算沉积物的沉积厚度，将沉积厚度叠加到初始底形上，作为下一时刻的沉积底形；

步骤5：重复步骤2至步骤4，直至模拟结束实现对沉积盆地的定量表征；

步骤6：在模拟的基础上，将沉积物的厚度叠加到底型上，最后投影到水平面上，从而实现湖盆地貌的定量预测。

2.根据权利要求1所述的基于流场表征的湖盆地貌定量预测方法，其特征在于：所述步骤1中，从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的构造地质特征和与构造地质特征相关的沉积动力控制因素，得到研究区的地貌图、沉积物的沉积模式、水动力的流量、流速、沉积时间。