第一章-绪论..ppt

1、油气数学地质,朱焕来,办公室：地科馆609 电话：650312（O） E-mail:,2,课程性质,课程教材,课程构成,成绩构成,课程要求,专业基础课,油气数学地质,理论56学时+实验8学时,理论80%+（实验+平时）20%,按时上课+专心听讲,第一章 绪 论,1 数学地质的产生及其现代定义,2 数学地质的主要研究内容,3 数学地质的研究过程,3 数学地质的研究过程,4 数学地质的发展简史,1 数学地质的产生及其现代定义,一、数学地质的产生,（一）数学在科学研究中扮演着非常重要的作用。,（1）数学是探索各种科学规律的有效工具。,数学是打开科学大门的钥匙。-培根（英国哲学家）,一个国家只有数学蓬

2、勃的发展，才能展现它国立的强大。数学的发展和至善和国家繁荣昌盛密切相关。 拿破仑,凡是在研究量、量的变化、量的关系、量的关系的变化、量的变化的关系、关系的关系、变化的变化、主要关系和次要关系、共性、共性的共性等一系列复杂情况时没有数学作为工具是不行的，只是应用程度和范围有所不同而已。石油天然气数学地质 陆明德,5,（2）数学模拟的重要性,科学方法三部曲 观察获取大量反映客观现象的数据 实验对观察到的客观现象进行多方面反复验证 理论把经过验证的客观现象归纳、外推使之上升为理论,6,2、地质领域研究的发展迫切需要数学工具的介入。,(1)定性的描述满足不了生产的需要。,7,(2)大量地质数据的产生也

3、需要数学工具的介入。,8,(3)数学是研究和模拟各种地质现象、地质作用、地质过程的有效工具,洋陆碰撞与前陆盆地的形成,3、计算机技术的飞速发展促进了数学和地质的结合。,Sun Blade 2000 工作站, 地质因素的多样性和地质过程的叠加性,上述三点是造成地质学定量化研究程度较低的主要原因。也决定了在相当长的一个时期内，地质学的研究方法是：,收集资料(对地质现象观察、描述、记录)、室内研究(分析、归纳、逻辑推理)、总结认识给出结论(以今论古)。,任何一个地质现象，都可以说是若干地质过程综合作用的结果，即地质现象的产生受众多地质因素的影响，因此就难以用一个数学模型来描述某个地质现象的发生和演化

4、过程。,二、数学地质的现代定义,关于数学地质的性质，尚未有一致的说法，Davis（1973）把数学地质定义为“地质数据的定量分析方法”，而Agterberg（1974）把数学地质定义为“地球科学中的全部数学应用”，赵鹏大（1983）认为“数学地质是研究最优数学模型并查明地质运动数量规律性的科学”。,关于数学地质的定义，多数地质工作者认为：数学地质是地质学与数学和计算机科学相互渗透、紧密结合而逐步形成的一门地质学的边缘学科。它是以数学为方法、以计算机为主要研究手段，定量研究地质学基础理论和定量探矿法的一门方法性学科 。,12,1 数学地质研究的对象、任务和内容,一、数学地质的研究对象和任务,1、

5、地质系统,地质系统可以定义为“一个动态的由相互联系的若干地质成分(地质因素)组成的集合”。数学地质的一个任务就是查明地质系统的数学特征，研究系统中与地质过程有关的因素及它们之间的相互关系，建立地质作用过程及其产物的数学模型。,确定地 质问题,建立地质 概念模型,建立数 学模型,计算机 处理,输出中间计算结果,地质解释不合理,地质解 释合理,输出最终计算结果,石油数学地质是数学地质在石油地质学及相关学科中的应用。数学地质研究工作基本过程如下：,是应用统计分析方法研究地质问题方法的统称。其中多数方法是直接从数理统计中移植的；有少数方法是根据所研究问题的需要，在数理统计理论基础上发展衍生而来的。多元

6、统计分析是数学地质的基础，70年代前是数学地质的主要研究内容，目前仍是石油数学地质中的常用方法，它在促进地质学的定量研究中起了重要作用。本课仅介绍多元统计分析方法中的几种最常用的方法：,2 数学地质的主要研究内容,一、地质多元统计分析,主要研究内容有五部分：, 回归分析,地层孔隙度随埋藏深度增加而减小；有机质成熟度随埋藏深度增加而提高，它们是相关变量； 生油门限时间随生油层温度的升高、埋藏深度的增加而缩短，它们是相关变量； 油气储量密度与生油条件、储集条件、圈闭、聚集条件、有机质转化率和保存条件有关，它们是相关变量。,回归分析:研究相关变量的相关关系，确定它们之间近似函数关系的一种统计分析方法

7、。,相关变量,相关变量:具有相互依赖、相互制约的关系，但确切的函数关系未知的变量。,例1:研究地层孔隙度、有机质成熟度随埋藏深度的变化关系；一旦确定为某种函数关系，就可以用深度预测地层孔隙度、有机质成熟度。,例2:生油门限时间与生油层温度和埋藏深度及地层压力的关系；用于油气资源评价。,生油岩演化时间t0相同,门限时间ti不同(ti有正负,剖面),例3:盆地内油气储量与生、储、盖、运、圈、保的关系。,式中: Q ：单位面积的油气储量 ； Vf ：生油岩体积与沉积岩体积之比，%； H ：总烃与有机碳之比，%； Vr ：储集岩体积与沉积岩体积之比，%； S ：近油源圈闭面积与沉积岩面积之比，%； N

8、 ：含油气凹陷经历的剥蚀次数。, 趋势面分析,地质变量是反映地质系统中成分或特征在时间和空间上变化规律的变量。趋势面分析是研究地质变量空间分布趋势及其局部异常的统计分析方法。,例如, 构造层层面的空间分布规律(总体趋势)及其局部特征(局部洼陷或突起)等。,z(偏差)大于0为局部突起，小于0为局部洼陷。, 聚类分析 地质学中有很多分类研究的问题，如对油气藏的分类；对沉积岩的分类；油源对比；油气资源评价、油气地表化探指标的分类等。聚类分析是一种定量分类的统计分析方法。,大王北洼陷甾萜烷油源对比聚类谱系图,深度 岩性剖面 自然伽玛 自然电位,岩性剖面与分割结果对比图,华北某地震旦系雾迷山组储层分类谱

9、系图(伍有佳，2000,修改),研究数据序列间相互关系及自身性质的统计方法。如地层对比是研究数据序列的相互关系，而各种旋回则是数据序列的自身性质(周期性)。,地质学中有很多属于归类研究的问题，如判定岩石样品的沉积相;储层的含油气性;生油演化阶段的判定等。该类问题的共性是将个体归类。判别分析是定量确定样品归属的一种多元统计分析方法。, 判别分析, 相关分析(数据序列分析),地质学中有很多概念是模糊的，例如储层的含油气性，砂岩的分析，圈闭评价等。由于研究模糊现象的需要，产生了模糊数学。为了研究地质学中模糊现象，就把模糊数学的应用引入到了地质学，目前常用的模糊学方法有：,模糊识别分析,模糊聚类分析,

10、机动,地质因子分析,如图,样品有2个变量时,数据的方差(波动)不显著，旋转后：,分析样品有m个变量时：,因子分析任务之一就是找出控制研究对象特征的多个主因子。,或,对应分析,在同一个空间内研究样品与变量的关系，对样品进行成因解释的一种统计分析方法。,地质多元统计分析的方法还有很多，它们不是本次讲课的内容。下面是对应分析的一个应用实例,假设研究对象(样品)有m个控制因素(变量)，因子分析是研究变量间相关性、样品间相似性、两者成因联系以及探索它们之间产生上述关系之内因的一些多元统计分析方法的总称。其主要任务之一就是找出p(pm)个主因子，以此简化研究系统。,油气藏与成油地质参数对应分析平面图,矿产

11、资源预测一直是数学地质的重要组成部分和研究内容。随着矿产资源的不断开发，找矿的难度越来越大，从上世纪70年代开始，矿产资源预测发展成为数学地质的重要研究内容。定量预测资源量的方法引起世界的普遍关注和重视，效果也越来越明显。例如蒙特卡罗模拟、盆地数值模拟、油田规模序列法、回归分析法、Weng旋回模型法、历史趋势外推法等已成为油气资源定量评价的重要方法。,二、矿产资源预测,矿产资源预测方法很多，本次介绍蒙特卡罗模拟、油田规模序列法、Weng旋回模型法、历史趋势外推法。,它是存储在某种存储介质上的地质信息(数值型、符号型、文字及图形等)和信息处理软件的集合。一个完整的数据库包括地质数据的存储、检索、

12、更新、处理、显示、信息分析和通讯网络等功能。它是实现地质信息科学管理和资源共享的手段，也是实现地质研究定量化和智能化的必要条件。目前较有名的数据库：,三、地质数据库,1.计算机矿产资源信息库(美国) 2.北美石油数据库 3.井史控制系统,地质过程的数学模拟是用数学模型描述地质过程的发生和演化过程，并在计算机上现地质过程的一种试验。其过程如下：,四、地质过程的数学模拟,本课程只简单介绍盆地数值模拟。,盆地模拟(Basin Modeling),又称盆地数值模拟,它是从石油地质学的物理化学机理出发，利用地质、地球物理、地球化学、热力学、流体力学、弹性力学等学科的理论知识，把地质概念模型转化为数学模型, 定量恢复盆地的演化史(包括沉积和构造发育史、盆地受热和温度史、有机质热演化史、有机质生烃史、生油岩排烃史及烃类在储集层中的运移史和聚集史)。,盆地模拟也可概述为: 根据地质学原理，用数学的方法，以计算机为手段对盆地或其中任何一部分地质过程(发生、演化等)进行恢复、研