模拟作为一种模拟技术，不仅可以形象地描述过去地质时期的石油地质过程，而且可以随着参数的变化不断调整和修正其结果，使其更接近实际，提供新的信息，逐步提高油气勘探和储层预测的效率和精度。
模拟工作有三个基本步骤，即定义模型、建立模型和用模型模拟系统的性能(J.W.Harbaugh，1980)。信息论描述的模拟可以如图6-1所示。
图6-层序地层学动态模拟方法概念模型1
我国著名科学家钱学森在1978撰写的《组织与管理技术——系统工程》中指出:“极其复杂的研究对象称为系统，即由若干相互作用、相互依存的组成部分组合而成的具有特定功能的有机整体，系统本身是其所属的更大系统的一部分”。
可见，人们对系统的看法，即整体观的主要内容是分析和观察系统解决问题的整体效果，把系统的内部要素或子系统与外部环境看作是相互联系、相互制约的，使整个系统达到最优效果。
盆地的形成过程是一个受多种因素控制、影响、制约和相互联系的极其复杂的有机整体。沉积盆地的地层反映了两个最基本过程之间的强烈相互作用，这两个过程控制着一个盆地空间的出现和消失以及沉积物的沉积和搬运。在一个盆地中，由于基底的构造沉降、沉积物的压实、沉积物和水载荷的平衡响应以及海平面变化的速率，盆地中沉积层序的空间格局是不同的。层序地层学模拟的基本问题是揭示层序地层学的组成要素在一个盆地的整个地质演化过程中所遵循的系统规律，用适当的数学模型，即确定性模型(不排除随机或经验模型)，重建层序地层学的形成过程，以动态研究其形成机制。因此，层序地层学的动态过程包含两层含义，即与层序形成过程密切相关的各种要素或事件之间的关系，以及各种要素或事件在整个地质历史中的演化发展过程。
把层序形成过程中相互制约、动态联系的各种因素作为一个整体来考虑和研究，从解剖一个系统，逐步研究其组成部分，到整体把握系统，这充分体现了系统论的整体性、综合性和最优性的特点，这也是层序地层学动态模拟的主要理论思想。
作为理论思想的具体体现，图6-2给出了层序地层形成演化模拟的基本实施流程图。
图6-2碎屑岩地层层序地层形成演化模拟流程图
6.1.2层序地层模拟系统的主要地质和数学模型
6.1.2
1.模型的物理假设，
当沉积物被河流带入湖泊或海洋时，会形成巨大的堆积。根据C.C.Betes等人(1953)的假设，河流的入口可以看作是一个水力喷嘴，河流流入静态水库时形成自由射流。在该模型中，淤积模型的主要目的是通过计算河口外的流速来追踪泥沙的运动轨迹和淤积位置。因此，该模块的主要内容是:①建立河口区的水动力场；(2)计算泥沙颗粒的沉降速度；③计算泥沙在河口断面上的分布；(4)跟踪泥沙颗粒的运动轨迹，确定其沉积位置。
河流从横截面假定为矩形的渠道流入蓄水体。当它离开河床的口部时，假定河中的淡水通过高浓度的盐水向外扩散，像平面喷射，从而形成两层不同的介质。该模型采用直角坐标系，其坐标原点选在河口河床底部中心。河流的主流向为X轴，Y轴水平并垂直于X轴，Z轴垂直，其正值方向向上(图6-3)。
图6-3是矩形河床流入盐水盆地的示意图。
2.河流运动的数学描述
根据G . f . bonham-Carter和A.J.Sutherland建立的模型，假设河流流速剖面满足以下方程:
新疆塔里木盆地层序地层特征
其中:
V(Z)——河床底以上Z高程处的河流流速分量；
Vp——河床中河流流向的平均流速分量；
U——剪切速度，河床底部摩擦特性的测量；
k-冯卡门常数，即随悬沙量变化的数值因子，假设k = 0.4
D——河床深度；
以无量纲的方式表示上述公式，有:
新疆塔里木盆地层序地层特征
当水流以平面射流形式离开河口时，水流速度分布可分为非扩散区、流动构造区和建立流动区(图6-4)。
图6-4流场平面图和立面图
描述具有三种不同流量范围的平面射流的速度场的平面图b。立面图(中心线部分)显示了速度和时间之间的指数衰减关系，并解释了淡水漂浮在盐水上的两层系统的假设。
在非扩散区，速度保持不变。所以:
新疆塔里木盆地层序地层特征
也就是说，河流流向的速度分量等于河口那个高度的初始速度；
在流构区，河床中心的流速曲线是平直的，但Y方向的流速分布曲线与高斯曲线相似。
新疆塔里木盆地层序地层特征
在给定的流动区域中，沿着平行于Y轴的直线测量的速度值的分布类似于规则的高斯频率分布曲线，并且每个这样的曲线都具有标准偏差，该标准偏差随着距河口的距离而线性增加。
新疆塔里木盆地层序地层特征
所以统一写成:
新疆塔里木盆地层序地层特征
3.沉积物流动
在该模型中，河流被分成若干条河道管道，明渠中某一深度的泥沙浓度由以下公式计算:
新疆塔里木盆地层序地层特征
Cz——河道上方Z高度处的含沙量；
D——河流深度；
ca——a高度处的参考浓度；
a——参考高度；
p——uω/k；
ω——泥沙在静水中下落的速度；
为了计算整个河口断面的泥沙流量，将河口断面沿垂线分成若干等份，对上述公式进行积分，乘以出口流速U0，即可计算出第I个断面的泥沙流量。
为了计算沿单个河道管道输送的泥沙总负荷，需要计算该河道管道上边界Zj和下边界Zi之间每单位宽度S的泥沙流量。
新疆塔里木盆地层序地层特征
设河道每单位宽度的总泥沙流量为S(ε，d)，则沿管道在Zi和Zj高度之间输送的泥沙负荷除以总负荷为:
新疆塔里木盆地层序地层特征
ε-由于流速系数f1(Z)不能应用于非常接近河底的水流而引入的小高度值，等于泥沙颗粒直径的4倍。
给定总泥沙通量(GS =质量/单位时间)，单位宽度的河流泥沙通量可计算如下
新疆塔里木盆地层序地层特征
N——跨越河宽的河管数量；
从高度的角度来看，颗粒的实际沉降轨迹是通过考虑作用在颗粒上的力得到的。
假设粒子沉降轨迹上任意一点的斜率dz/dx为-ω/u (x，y，z)。
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
只要找到上面方程对x的通解就行了。
G.g . f . boh ham-Carter和A.J.Sutherland(1968)推导出了考虑横向膨胀和垂直沉降时，求任意质点终点坐标(Xt，Yt)的一般解。如果只考虑泥沙颗粒在河流方向的下落位置，可以用下面的公式表示:
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
其中:
新疆塔里木盆地层序地层特征
河道水流平均流速的计算；
新疆塔里木盆地层序地层特征
式中:u-剪切速度；
d-深度；
B——河宽；
s-斜率；
F——河底糙率的摩擦系数；
v = u *(g/f)1/2；
实施步骤:
(1)总泥沙通量(质量/时间)分布在各河管中，故已知各单位宽度河管中泥沙的质量。
(2)从方程(6.13)和(6.14)计算每个质点的终点坐标。
(3)用一个数组记录每个单位宽度河管河口前沉积泥沙的位置和数量，计算网格如图6-5所示。根据计算出的单位尺寸和得到的泥沙体积密度，在不考虑压实效应的情况下，将每个单位宽度河管的泥沙量换算成某一地层的厚度。河轴只有在短时间内是直的，水流主轴方向很可能是来回摆动的。因此，每个风扇位置的旋转角度是通过使用平均值为零且具有指定标准偏差的高斯随机数来生成的。
图6-5河口区沉降模型使用的配准网格
6.1.2.2构造沉降
构造沉降是指由于地球动力学作用，即在某种构造驱动力的作用下(如岩石圈拉伸减薄、热冷却、构造载荷引起的屈曲响应等)的主动沉降。).我们用地壳平衡原理来计算基底沉降的大小。这个原理的正确性已经被各种构造地质学家所认识。如图6-6所示，地槽区接收了大量的沉积物，其基底下沉，下伏的地幔也受到挤压，水深变浅，而没有接收沉积物的正常区仍然保持着原来的基底深度。但是，根据平衡原理，在地幔中，压缩界面以上各点的压力是相等的，所以有:
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
式中，γw、γc、γs、γm、γq为图6-12中各部分的比重。
荷载沉降用dm表示，有:
新疆塔里木盆地层序地层特征
如果考虑海(湖)面的波动(R ),实际沉降可表示为
新疆塔里木盆地层序地层特征
图6-6地下室沉降模型
6.1.2.3压实
这是一个从松散沉积物到岩石的成岩过程。在这一过程中，下伏的沉积物通过连续的沉积作用被压实并成岩，从而降低了它们的孔隙度和厚度。因此，孔隙度的变化可以用来反映沉积物的压实程度。
压实的数学模型基于沉积物的机械压实原理，具有以下假设:
(1)地层压实过程中，岩石骨架体积始终保持不变，横向面积不变，纵向厚度随地层体积减小而变薄。
(2)地层的压实程度是由埋深决定的，是不可逆的，即由于后期隆升，在埋深不超过古埋深的情况下，地层的压实程度保持不变。
基于上述假设，可以得到以下数学表达式:
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
新疆塔里木盆地层序地层特征
式中:φ (h) ——对应埋深h的综合孔隙度；
φsh(H)、φSD(H)和φCa(H)——分别为H埋深处泥岩、砂岩和碳酸盐岩的相应孔隙度；
Psh、Psd、PCA——分别为泥岩、砂岩和碳酸盐岩的百分含量；
h，H3，H1，H2——某一地层的顶界和底界在两个不同深度的埋深(m)。
地层压实方程(即孔隙度与埋深φ (h)的关系)可以根据地层压实特性采用不同的表达式。在正常压实条件下，φ (h)可以取指数函数(φ (h) = φ 0e-ch)或多项式函数(φ (h)= CnHN+CN-1HN-1+…+CH+C0的形式，其中Cn，Cn-1，欠压实，φ(h)可以取分段函数的形式。
新疆塔里木盆地层序地层特征
其中a1，a2，…an+1为各分段点对应的埋深，φ 1 (h)，φ 2 (h)，… φ n (h)为各拐点处的连续或超压函数。
表达式(6.22)、(6.23)和(6.24)是压实模拟的数学模型。
可以用牛顿迭代法求解上述方程，在迭代过程中设定一个误差值，直到满足误差要求，迭代结束。这样，就可以找出在压实过程中不同深度岩层的顶底深度的变化。
6.1.2.4侵蚀
在沉积盆地的发展中，连续沉积是各种地质事件中最重要的一种。然而，也经常发生其他地质事件，如沉积间断和大规模侵蚀。它们对沉积岩系的埋藏史有重要影响。在沉积间断期，尤其是剥蚀期，埋藏沉积物的成岩演化、已形成地热场的特征、沉积物的机械压实和排水作用都会改变原有的过程，或停止或改变方向。因此，在层序形成过程的模拟中，建立剥蚀模型是必不可少的。
然而，侵蚀的原因极其复杂，并没有一个非常合适和恰当的数学模型来描述它。而且目前还没有成熟的方法来计算侵蚀量和确定侵蚀期。通常会使用多种方法来比较它们的结果，并选择最合理的方法。
我们采用W.C .、III、皮特曼等人的侵蚀数学模型。
假设区域高程的下降率dyd/dt与平均高程y成正比:
新疆塔里木盆地层序地层特征
区域标高降低后，会引起均衡抬升，抬升量为:
新疆塔里木盆地层序地层特征
用Rsl来表示海平面的变化率，有:
新疆塔里木盆地层序地层特征
平均高度和时间之间的关系推导如下:
新疆塔里木盆地层序地层特征
式中:y为表面的平均标高，y0——为初始高度；
k标度因子；
t-代表时间；
ρc，ρm-分别代表地表和软流圈的物质密度；
RSL-代表各种因素引起的沉积基准面的变化。
6.1.3系统的结构、功能和实现
层序地层模拟系统——SSBM是一个用于模拟层序形成的大型综合动态系统。系统采用结构化编程的方式，各模块通过数据流传输数据，数据和图形均可动态显示，整个系统由菜单控制。
6.1.3.1图形用户界面编程和系统使用
随着计算机技术的飞速发展，硬件产品的性价比不断提高，计算机图形图像的实时处理已经成为现实。对于今天的应用程序来说，交互式图形用户界面已经成为推广应用不可缺少的一部分，甚至是至关重要的一部分。在友好的用户界面的帮助下，对计算机知之甚少的专业研究人员也可以通过使用应用程序来完成所需的任务。
根据层序地层模拟系统模块化设计的原则，设计模块在调用通用控制界面时使用一个基本窗口，该窗口全部由控制区域组成，是层序地层模拟的主菜单，是用户选择系统功能的通用控制模块。该模块是用户使用该程序的入口。当他们进入这个模块，他们可以进入主菜单。用户可以根据自己的需求和使用权限进入各个子模块。不同功能的子模块完成各自的具体处理，各模块的数据通过动态数据库传输。动态数据区的数据随着系统的运行而不断变化，也是模块间数据交换的纽带。为了给用户提供友好的用户界面，整个系统采用下拉菜单和弹出窗口。在接口的设计上，采用了通用接口的设计思想。该界面基本上是一个独立的模块，通过一些修改可以用于其他系统，以缩短用户界面的开发周期。每个模块相互独立，可以根据需要继续扩展、更新和修改子模块，而不影响系统其余部分的功能。
6.1.3.2系统的结构、功能和实现
1.系统自检和初始化模块
系统自检和初始化模块是系统启动时执行的第一个程序。其主要职能是:
(1)检测硬件配置和状态。这个系统可以运行在任何PC和兼容机上，但是需要VGA显卡，显示模块采用16色640×480显示模式，对电脑内存没有特殊要求。
(2)检测系统运行所需的各种配置文件；
(3)检测系统运行所需的各种数据文件；
(4)设置系统运行的初始化环境。
2.错误处理模块
错误处理模块是系统容错能力的体现。输入纠错可以及时给出数据越界、数据类型错误、长字符串等错误的预警信息，提示用户重新输入，消除隐患，保证系统的可靠运行。输出设备错误可以防止磁盘错误和打印机错误，避免系统失控和崩溃等严重错误。
3.文件编辑模块
根据用户的要求，可以在屏幕上对指定的文件进行编辑修改，并根据用户的要求直接调用C语言编辑器和Graphtool绘图软件进行程序编辑和图形编辑输出。
4.数据输入模块
可以根据用户的要求输入数据，并在屏幕上编辑和修改输入的数据。
5.模拟模块
这是程序的主体，包含①沉积子模块；②压实子模块；③侵蚀亚模块；④构建沉降子模块；⑤荷载沉降子模块；⑥底座升降运动子模块；⑦登录验证子模块等七个子模块，根据用户需求通过调用不同的子模块来完成特定的功能。
模拟系统的输入参数如下:
①沉积物供给；②海(湖)面变化曲线；③构造沉降曲线；④孔隙度-深度曲线；⑤盆地的初始形态。
6.数据输出模块
该模块可以完成数据的动态输出，从而动态显示各层序形成过程中数据的变化和关系，以及相关数据和变量的物理意义。在程序运行的任何时候，都可以显示出来，以便连续观察模拟的物理过程。在模拟结束之前，通过调用end函数，可以将所有模拟的过程事件汇总并打印出来。
7.图形输出模块
该模块可以完成图形的动态显示和输出:序列的形成过程可以用代表各种物理意义的特定颜色显示在屏幕上。并且可以根据用户的要求从打印机中彩色输出。我们使用NECP6300彩色打印机。
8.日志检测模块
根据用户要求，通过输入模拟层位的测井曲线和岩性剖面来检测模拟层位。如果不一致，将修改输入数据，再次进行试模拟，直到一致。
此外，还有五个菜单管理模块。
6.1.4三叠系层序模拟与分析
6.1.4.1模拟截面选择
模拟剖面基于E59-Ne154.4-AE1测线，并经过仔细解释。
6.1.4.2模拟参数提取
1.上超调点曲线的编制
上超点变化曲线是海(湖)面波动曲线编制的基础，在层序地层学模拟中起着至关重要的控制作用。
我们在计算机上编制了计算过点的软件，利用第二章中的结论计算并绘制了三叠系及整套地层的过点变化曲线(图6-7)。
图6-7塔里木盆地北部海(湖)面变化曲线
2.上超点变化曲线的修正
为了客观反映(绝对)海(湖)面的波动，需要恢复剥蚀厚度，校正沉降(包括构造沉降和荷载沉降)，去除压实，校正古水深，以消除各种因素的影响。
由于该工区缺乏古水深资料，无法确定古剥蚀厚度，因此仅对上超点的变化曲线进行了校正，校正后的曲线如图6-7所示。
3.获得孔隙度-深度曲线
在上覆泥沙荷载的作用下，泥质泥沙颗粒逐渐紧密接触、压实，使泥沙颗粒之间的孔隙变小。因此，孔隙度可以作为压实的一种量度，并且孔隙度和声波时差(δt)之间有一种特殊的关系，即:
新疆塔里木盆地层序地层特征
φ ——孔隙度；
δt——地层声波时差；
δTMA——岩石骨架声波时差，砂岩岩石骨架为180-200μ s/m，泥岩岩石骨架为190-205μs/m；
δTF——孔隙中流体的声波时差，流体的声波时差为635 μ s/m..
tma和δTF对于同一地层是确定值，即φ和δt的变化是正相关的，这样地层密度越大，声波速度越快，δt值越小，反之亦然。δt的值间接反映了地层的压实程度，这种关系可以通过一定的数学关系进行定量计算。
因此，我们分析了模拟剖面附近的钻井，读取了Sha 10井的声波时差。
沙10井自下而上进行系统分析，读取不同深度纯泥岩声波时差，沙30井每10m读取一次平均值。使用Graphtool应用程序进行指数回归，回归方程如下:
沙30井:φ= 0.613828 * E(-0.00003003445d)
沙10井:φ = 0.165 * E (-0.00482d)。
分别在线性坐标系中绘制回归曲线，如图6-8和图6-9所示。从方程中可以看出，沙10井描述的压实程度明显大于沙30井描述的压实程度。从回归曲线上可以看出，孔隙度随深度呈明显的指数分布，显示的高孔隙度带都对应高压异常带，而那些向上跃变剧烈的层段则是灰岩或某些异常岩性。
图6-8沙10井孔隙度-深度关系曲线
图6-9沙30井孔隙度-深度关系曲线
4.构造沉降曲线
通过分析前人对塔北地区构造沉降的研究成果，选择合适的沉降因子，绘制沉降曲线，如图6-10所示。
图6-10三叠系构造沉降曲线
6.1.4.3层序地层模拟剖面分析
通过对塔北三叠系的精细研究，提取出所需参数，①转换海(湖)面波动曲线；②构造沉降曲线；③盆地初始形态数据的输入和沉积物供给的输入是通过剥离地震剖面得到的。在主控模块的控制下，对参数进行采样和计算，并输出仿真结果。
附图6-11动态显示了三叠系层序的形成过程和体系域的分布。
图6-11a塔里木盆地北部阿瓦提-曼加尔地区三叠系层序地层演化模拟(1)
图6-11b塔里木盆地北部阿瓦提-曼加尔地区三叠系层序地层模拟(2)
通过海平面曲线分析可以看出，塔北地区在三叠纪经历了8次湖平面升降旋回，形成了8个层序(三级)，每个层序由不同的体系域组成，它们的叠置方式也不尽相同。
根据地震剖面上的超点编制的海(湖)面变化曲线，我们计算出每个层序的年龄约为100 Ma。按照韦尔层序级别的划分，它们属于三级层序，二级层序是由这些层序组成的更高一级的旋回层序，在曲线上表现为三级旋回的包络线。将湖泊水位变化曲线与模拟剖面对比可以看出，高位旋回是由低位旋回组成的，其叠加方式很有特点。
从模拟剖面可以分析出，早三叠世沉积沉降中心位于阿瓦提断陷，以低位沉积为特征，东部曼加尔地区地势相对较高，可能存在规律性不大的凹陷，但阿克库勒低凸起的存在可能对湖水自西向东的流入有很大的阻挡作用，因此曼加尔地区没有发生大规模沉积。早三叠世晚期，由于阿瓦提地区逐渐隆升，湖泊开始大规模东侵，曼加尔坳陷的规模也相应增大。在此期间，形成了第四个序列。中三叠世中期(大致相当于阿克库勒钟繇组砂层形成期)，湖泊继续上升，湖泊面积可能达到最大。第五个层序就是在这个时期形成的。维持高水位一段时间后，湖水开始慢慢下降，水体逐渐向东退去。
6.1.5石炭系层序模拟与分析
选取石炭系模拟剖面，以南北地震剖面N106-N109a(附图6-12)为背景，以过冲点变化曲线(附图6-7)和构造沉降曲线(附图6-13)为输入参数，模拟输出四个层序。第一个层序是石炭纪的最低层序。在曼加尔凹陷南北剖面上，该层序低水位发育不明显，但海侵体系域较大，侵入斜坡上部，其最大水淹面以双峰灰岩为标志。随后的高水位体系域是一个进积楔，自北向南迅速变薄，如图6-14所示。
图6—地震测线N106—N109A石炭系解释剖面
图6-13石炭纪构造沉降曲线
图6-14塔里木盆地北部曼加尔地区石炭系层序地层演化模拟
第二个层序模拟一个小规模的低水位体系，发育在塔里木河附近和以南。海侵体系域的海侵幅度小于第一层序，高水位体系以垂向加积为特征。
与第二层序相比，第三层序充填有沉积物，低水位体系和海侵体系的分布均向盆地方向后退，表明第三层序形成了明显的海退期，在第二层序顶部有一个大的不整合面。模拟结果与地震分析和测井分析一致。地震上，二级层序的顶界被明显侵蚀，三级层序优于二级层序。在测井旋回分析中，Carracha Yi组中部对应基准面变化旋回的一个大的下降翼，反映了一个大的不整合面。
第四级层序以海侵体系和高水位体系为主。
从上超点变化曲线与模拟层序的配置关系(图6-7)可以看出，塔北石炭系有两次大的海侵和两次小的海侵。主要的海侵期分别对应于双峰灰岩段和石炭纪末，在卡拉恰伊组发育一个明显的不整合面，并伴有明显的海退。
从储层发育角度来看，曼加尔凹陷南部可能发育一个小型低水位体系域。普遍发育滨海砂体和伴随大海侵期的高水位进积三角洲砂体。