一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法及系统

本发明涉及古水流恢复，尤其涉及一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法及系统。

背景技术：

1、古水流方向是盆地分析的重要基础参数，直接关系到物源区判识、沉积体系展布重建、砂体输运路径预测以及古环境复原。

2、传统古水流恢复多依赖露头交错层理、槽模等古流向标志，或依赖钻井岩芯沉积构造、重矿物组合和碎屑锆石物源分析。上述资料具有较强的地质指示意义，但受露头与钻井数量限制，往往只能提供离散点位或大致物源方位，难以直接形成盆地尺度连续水系网络。在实际盆地研究中，古水流方向往往同时受古地貌起伏、构造分隔、物源供给位置和沉积基准面变化等因素控制。单个井点或露头所记录的交错层理、槽模及碎屑组分只能反映局部沉积时段和局部水动力方向，当研究区覆盖范围较大、井网较稀或地震资料解释尺度较粗时，离散古流向证据之间通常存在较大的空间空白，因此难以直接判断不同水流路径之间的连通关系和主、支流层级。

3、另一方面，古地貌面通常来源于地震层位解释、钻井标定、残余厚度恢复或剥蚀量恢复等多类资料的综合处理。不同数据源在采样密度、垂向精度和空间连续性方面存在差异，经过插值生成dem后，容易出现孤立低值、尖峰、台阶状高程突变或封闭洼地。若缺乏独立的地质证据进行复核，单纯依赖计算结果难以区分真实古水系骨架与由dem误差、阈值设置或构造高程突变造成的伪路径，降低了古水流恢复的连续性、可解释性和地质可靠性。

技术实现思路

1、本申请通过提供一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法及系统，解决了现有技术中古流向资料点状化、难以由少量井点或露头直接恢复盆地尺度面状古水系的问题，实现了将离散古流向资料扩展为盆地尺度连续面状古水系网络，提高古水流恢复的空间连续性和地质可靠性的技术效果。

2、本申请提供了一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，包括：

3、s1：获取古地貌恢复所需的地层、构造及高程基础数据并进行数据校正，基于校正后的古地形高程数据建立古地形dem；

4、s2：根据古地形dem确定栅格邻域，计算各栅格单元地形倾斜方向和坡降特征；在水体由高势能区向低势能区流动约束下，计算中心栅格与相邻下游栅格之间的高程差和水平距离，得到有效径流梯度，并依据最小径流阻力准则确定古径流方向；每个中心栅格对应一个古径流方向；

5、s3：基于古径流方向进行流向编码、汇流累积及水流路径分析，根据汇流累积值提取潜在古水流通道、汇流区和古河道，并确定若干个古水流方向；

6、s4：根据每个古水流方向得到对应的古水流路径，结合古地貌高程、坡度、沉积地貌及已知地质约束条件，对获得的古水流路径进行地质合理性检验和空间筛选，将满足约束条件的古水流路径及优势流向矢量化；

7、s5：基于古水流方向矢量数据编制古水流方向分布图和古水系展布图，恢复研究区古水流主流向、汇流关系及古水系空间格局。

8、一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复系统，应用于上述方法，所述系统包括：古地貌构建模块，用于获取古地貌恢复所需的地层、构造及高程基础数据并进行数据校正，基于校正后的古地形高程数据建立古地形dem；

9、径流梯度与流向计算模块，用于根据古地形dem确定栅格邻域，计算各栅格单元地形倾斜方向和坡降特征；在水体由高势能区向低势能区流动约束下，计算中心栅格与相邻下游栅格之间的高程差和水平距离，得到有效径流梯度，并依据最小径流阻力准则确定古径流方向；

10、汇流网络提取模块，用于基于古径流方向进行流向编码、汇流累积及水流路径分析，根据汇流累积值提取潜在古水流通道、汇流区和古河道，并确定若干个古水流方向；

11、地质约束校验与矢量化模块，用于根据每个古水流方向得到对应的古水流路径，结合古地貌高程、坡度、沉积地貌及已知地质约束条件，对获得的古水流路径进行地质合理性检验和空间筛选，将满足约束条件的古水流路径及优势流向矢量化；

12、成果输出模块，用于基于古水流方向矢量数据编制古水流方向分布图和古水系展布图，恢复研究区古水流主流向、汇流关系及古水系空间格局。

13、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

14、通过采用最小径流阻力准则进行栅格流向优选，将高程下降量与栅格中心距离同时纳入判断，使不同邻域方向之间具有统一的可比尺度，降低局部伪洼地、断裂高程突变和插值噪声对流向的干扰，能够由离散古流向资料扩展至盆地尺度连续面状重建，实现古水流方向恢复的由点到面。

15、通过流向拓扑与汇流累积相结合，并根据研究区尺度、dem分辨率、古地貌起伏和目标古河道级别进行多级阈值试算，可同时识别古河道主干、支流和汇流区，形成具有上下游拓扑关系的树枝状—汇聚型古水系网络，为沉积物输运路径和砂体展布预测提供空间约束。

16、通过引入岩芯古流向、露头交错层理、重矿物物源分区、碎屑锆石物源分析及地震沉积相等多源独立地质证据作为约束，对模拟水流路径进行地质合理性检验和空间筛选，能够剔除伪水流路径并保留经校验的优势流向，降低模型多解性，提高古水流恢复结果的地质可靠性。

1.一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，所述基础数据包括地震解释层位数据、钻井分层数据、断裂构造数据和地层剥蚀量恢复结果中的至少一种；所述数据校正包括剥蚀量校正、构造沉降、抬升校正以及断裂断距校正中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，在步骤s2中，所述方法还包括：对古地形dem进行填洼处理和异常值处理，消除dem内部无排泄出口的伪洼地以及数据噪声造成的异常低点。

4.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，在步骤s2中，所述方法还包括：采用八邻域栅格搜索方式，对于中心栅格i与每个候选相邻栅格j，当相邻栅格高程小于中心栅格高程时，计算有效径流梯度的公式如下：；其中，是有效径流梯度；和分别为中心栅格与相邻栅格高程，为两栅格中心之间的水平距离；正交邻元的为栅格边长，斜向邻元的为栅格边长的倍。

5.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，所述最小径流阻力准则是从满足相邻栅格高程小于中心栅格高程的候选邻元中选取径流阻力最小的方向作为中心栅格的古径流方向；

6.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，在步骤s3中按照流向编码结果计算汇流累积值，并根据研究区尺度、dem分辨率、古地貌起伏和目标古河道级别确定汇流累积阈值；将汇流累积值不小于汇流累积阈值的栅格识别为古河道候选单元。

7.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，所述已知地质约束包括钻井岩芯古流向数据、露头交错层理产状、重矿物物源分区、碎屑锆石物源分析结果和地震沉积相解释成果中的至少一种，并通过模拟流向与所述已知地质约束的一致性剔除伪水流路径。

8.根据权利要求6所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，按照流向编码结果计算汇流累积值，设置为：流向编码结果是指将每个栅格的流向方向转换为数值编码后形成的整型栅格；将中心栅格的8个邻域方向分别赋予具体整数值，每个有效栅格均获得一个对应的流向编码值，形成流向编码栅格；

9.根据权利要求1所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，所述矢量化包括将古河道候选栅格转换为线要素、按照汇流拓扑关系进行线段连接与平滑，并为线要素赋予流向、汇流累积值、级次和地质校验状态属性。

10.一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复系统，应用于权利要求1至权利要求8中任一项所述的一种基于古地貌与最小径流梯度的古水流恢复方法，其特征在于，所述系统包括：古地貌构建模块，用于获取古地貌恢复所需的地层、构造及高程基础数据并进行数据校正，基于校正后的古地形高程数据建立古地形dem；