CN104181595A - 用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法。具体方法步骤为：(1)利用构造分析方法进行地震数据的构造解释，确定变形构造样式，划分断层的级别以及构造继承关系；(2)对解释的地层与断层等数据进行三维构造建模，形成对应的构造变形曲面；(3)在三维构造形成的曲面基础上对对应的层面进行三维构造复原，恢复构造应力场，在层面上形成膨胀系数属性；(4)对层面计算断裂流体指数，获取潜在裂缝系统的方位、发育密度；(5)对断裂流体指数和膨胀系数图谱进行构造整合分析，划分可能的潜在裂缝系统区域并对其进行构造分析，预测最可能出现的潜在裂缝系统。本发明能够准确识别与复杂拉张构造体系断层伴生裂缝的发育密度及其延伸方向。

Description

用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法

技术领域

本发明涉及的是裂缝定量识别技术领域，具体涉及一种用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法。

背景技术

复杂拉张构造体系常常在各类矿藏的勘探开发过程中遇到，这类构造体系由于在同一区域存在多个级别(有的多达一至五级)的断裂系统和与之共生的复杂地层体系，各级次断裂间存在多级主次关系，断裂相互切割错段，空间几何样式异常复杂，相关成生规律的认识和定量表征均特别困难。

自上世纪70年代发明三维地震勘探技术以来，人们通过不断改进三维地震的观测系统、采集方法和资料处理算法，增强了地震图像的分辨率，提高了地震资料对于复杂拉张构造体系地质体识别的精度。当前，复杂拉张构造体系中的一至三级断层可以通过三维地震剖面上的错段特征准确判识，四级断层也基本能通过三维地震剖面上的错段特征正确识别，但五级以下级别的裂缝在地震剖面上的特征通常显示不明显或几乎没有显示，难以直接识别。如何在保证一至四级断层准确识别的基础上，通过断层间的成生规律，利用三维地震资料定量识别出五级以下级别的裂缝呢？本发明基于构造变形复原与几何反演的基本原理，提出了一种用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法。

现有裂缝定量识别方法包括：野外露头剖面观测法、岩心观察法、测井解释法、地应力分析法等。

裂缝定量识别野外露头剖面观测法获得的是地面裂缝的分布规律，难以直接用于识别地下地质构造中的裂缝；岩心观察法与测井解释法的结合能够较好地分析井下地质构造的裂缝特征，但难以直接获得对井间裂缝特征的认识；地应力分析法是依靠地应力的分布规律间接识别裂缝的方法，其准确程度依赖于古今应力演变的恢复质量及研究者经验的丰富程度。以上方法在裂缝定量识别时都存在较大的局限性。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，能够准确识别与复杂拉张构造体系断层伴生裂缝的发育密度及其延伸方向。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其具体方法步骤为：

(1)利用构造分析方法进行地震数据的构造解释，确定变形构造样式，划分断层的级别以及构造继承关系；

(2)对解释的地层与断层等数据进行三维构造建模，形成对应的构造变形曲面；

(3)在三维构造形成的曲面基础上对对应的层面进行三维构造复原，恢复构造应力场，在层面上形成膨胀系数属性；

(4)对层面计算断裂流体指数，获取潜在裂缝系统的方位、发育密度；

(5)对断裂流体指数和膨胀系数图谱进行构造整合分析，划分可能的潜在裂缝系统区域并对其进行构造分析，预测最可能出现的潜在裂缝系统。

作为优选，所述的步骤(1)中的构造样式是指从某复杂拉张构造体系地震数据体上可以识别出的断层主要为二～四级。其中二～四级断层在地震剖面上错断明显，属于可以准确解释与确定的断层系统。五级以下的裂缝系统在地震剖面上难以直接识别。

作为优选，所述的步骤(2)的三维构造建模是指将地震构造解释的几何数据载入至三维构造建模软件，建立了某复杂拉张构造体系三维构造模型(图3)。从L4～T3层的断层分布来看，除南北两端断层(二级断层)往南出现向西的转折之外，其余的二～四级断裂体系均呈北东-南西走向，向北逐渐靠拢；南北两端断层倾向反向排列，呈现主断层(二级断层)向上派生次级断层(三、四级断层)的构造继承关系。

作为优选，所述的步骤(3)中的三维构造复原是指从拉张断裂体系的构造继承关系上看，裂缝系统的倾向应该与主断层相反，因此在三维构造复原过程中，选取与上级断层反向的次级断层的倾向为单剪角方向进行去断层或去褶皱处理，以使层面的恢复过程与实际最为接近。

作为优选，所述的步骤(5)中的膨胀系数反映了三维构造复原过程中层位面面积的局部变化，是三维构造复原分析中评判断裂体系发育的一个重要指标，它是由构造复原引出的一个定量参数，按照数值的高低可将该参数做成定量的膨胀系数图谱。

作为优选，所述的步骤(5)中的断裂流体指数就是在构造面的Gauss曲率分析基础上发展起来的，可反映低级序断裂的方位和发育程度。构造Gauss曲率分析是基于上述原理将微分几何学知识应用于构造曲率分析，通过研究构造面上某点及其邻域处的空间形态及其空间关系，推广到准确确定整个构造面的形态和主曲率的大小和方向，从而计算获得构造面上各点处的断裂流体指数，建立形成断裂流体指数图谱。

本发明的有益效果：能够定量可靠地识别复杂拉张构造体系断层伴生裂缝的发育强度与分布方位，从而为裂缝性油气藏开发提供技术支持。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的技术方法流程图；

图2为本发明的某复杂拉张构造体系多级断层系统的构造继承关系(深部虚线为滑脱面，数字为断层级别)；

图3为本发明的某复杂拉张构造体系三维构造模型展示的断裂系统特征图(左：断裂系统特征；右：断裂与层面交切特征)；

图4为本发明的某复杂拉张构造体系主要构造层面经三维构造复原前后的构造形态对比图；

图5为本发明的某复杂拉张构造体系主要层面的膨胀系数图谱与断裂流体指数棒状图的叠合。(a、L4层膨胀系数图谱与断裂流体指数棒状图的叠合，图幅上下两边的红色箭头表示最小主应力方向；b、L7层膨胀系数图谱与断裂流体指数棒状图的叠合，红色圈内表示膨胀系数负值区；c、L9层膨胀系数图谱与断裂流体指数棒状图的叠合；d、T3层膨胀系数图谱与断裂流体指数棒状图的叠合)

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-5，本具体实施方式采用以下技术方案：一种用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其具体方法步骤为：

(1)利用构造分析方法进行地震数据的构造解释，确定变形构造样式，划分断层的级别以及构造继承关系(图2)。

(2)对解释的地层与断层等数据进行三维构造建模，形成对应的构造变形曲面(图3)。

(3)在三维构造形成的曲面基础上对对应的层面进行三维构造复原，恢复构造应力场，在层面上形成膨胀系数属性(图4)。

(4)对层面计算断裂流体指数，获取潜在裂缝系统的方位、发育密度。

(5)对断裂流体指数和膨胀系数图谱进行构造整合分析，划分可能的潜在裂缝系统区域并对其进行构造分析，预测最可能出现的潜在裂缝系统(图5)。

所述的步骤(1)中的构造样式是指从某复杂拉张构造体系地震数据体上可以识别出的断层主要为二～四级(图2)。其中二～四级断层在地震剖面上错断明显，属于可以准确解释与确定的断层系统。五级以下的裂缝系统在地震剖面上难以直接识别。

某复杂拉张构造体系二～四级断层存在明显的不同层次的构造衍生与继承关系，次级断层由主断层派生诱导而出，一条主断层可以衍生出多条反向的次级断层。次级断层数量常常在主断层基础上呈几何级数增加，剖面上呈现树枝状分布(图2)。

所述的步骤(2)的三维构造建模是指将地震构造解释的几何数据载入至三维构造建模软件，建立了某复杂拉张构造体系三维构造模型(图3)。从L4～T3层的断层分布来看，除南北两端断层(二级断层)往南出现向西的转折之外，其余的二～四级断裂体系均呈北东·南西走向，向北逐渐靠拢；南北两端断层倾向反向排列，呈现主断层(二级断层)向上派生次级断层(三、四级断层)的构造继承关系。

三维构造模型不仅是后期裂缝体系分析与预测的基础，同时它也向我们阐明了某复杂拉张构造体系的各级断层的主、次继承性构造的空间分布特征：断裂组合为主、次断层镜像排列的犁式交叉(共轭)断层体系；各级断裂发生时间基本相同；主、次断裂向上逐级分叉并衍生，形成树枝状的构造继承体系(图3)。

所述的步骤(3)中的三维构造复原是指从拉张断裂体系的构造继承关系上看，裂缝系统的倾向应该与主断层相反，因此在三维构造复原过程中，选取与上级断层反向的次级断层的倾向为单剪角方向进行去断层或去褶皱处理，以使层面的恢复过程与实际最为接近。从复原结果(图4)来看，各复原面上断层上下盘边界基本吻合，表明选取方法与断层体系的解释与实际较为接近。

所述的步骤(5)中的膨胀系数反映了三维构造复原过程中层位面面积的局部变化，是三维构造复原分析中评判断裂体系发育的一个重要指标，它是由构造复原引出的一个定量参数，按照数值的高低可将该参数做成定量的膨胀系数图谱。下面依靠膨胀系数图谱详细分析各层裂缝的分布特征。

L4层(图5a)：膨胀系数负值区主要分布在M区块中北部，南部的中间区域也有分布，走向大致与识别出的断裂平行，这些部位可能存在张性裂缝。膨胀系数正值区分布于二至四级断裂附近，走向与解释的断层近似垂直，在断裂走向的转折或末梢处多出现高值，表明主要断裂存在走滑分量，附近存在潜在的张扭性裂缝。

L7层(图5b)：与L4层类似，膨胀系数负值集中分布于M区块中北部区域，预示着潜在裂缝的发育地带；中部和南部区域出现有短轴状负值区，也有发育潜在裂缝的可能。膨胀系数正值区集中分布在M区块南部，其走向与解释的拉张断层垂直，与区域应力场方向一致，附近存在潜在的张扭性裂缝。

L9层(图5c)：膨胀系数负值区同样分布于M区块的中北部区域，走向与解释的主要断层平行。膨胀系数正值区分部于M区块的南部，走向与解释的主要断层垂直或斜交。

T3层(图5d)：膨胀系数负值区扩充至整个M区块，最大值集中于中北段，说明向下至T3层，断层性质以拉张为主；仅南部部分断层附近较局部出现正值分布。

所述的步骤(5)中的断裂流体指数就是在构造面的Gauss曲率分析基础上发展起来的，可反映低级序断裂的方位和发育程度。构造Gauss曲率分析是基于上述原理将微分几何学知识应用于构造曲率分析，通过研究构造面上某点及其邻域处的空间形态及其空间关系，推广到准确确定整个构造面的形态和主曲率的大小和方向，从而计算获得构造面上各点处的断裂流体指数，建立形成断裂流体指数图谱。通过某复杂拉张构造体系各层的断裂流体指数图谱，分析展示了各层潜在张性裂缝的走向与相对强度。

L4层面：与裂缝对应的断裂流体指数分布在M区块中北部的二～四级断裂带周围，表明了它与主断层具有良好的构造继承关系。潜在裂缝的走向或者与解释断层平行，或与其斜交。与主断层平行的东西向潜在裂缝主要为拉张性质；根据主断层与次级断层平面破裂关系上看，与主断层斜交的潜在裂缝为张扭性质。

L7层面：断裂流体指数线状分布区集中在区块中北部，与解释的主断层平行(张性缝)或斜交(张扭缝)。

L9层面：断裂流体指数线状图发育区延伸至整个M区块，与解释的主断层斜交的潜在裂缝更加发育，表明断层多呈张扭缝。

T3层面：断裂流体指数线状分布区集中在区块北段，与该层的膨胀系数图谱一致。除北部区域外，区块中南段基本无明显的张性缝或张扭缝。

本具体实施方式通过对断裂流体指数图谱和膨胀系数图谱进行构造整合分析，实现了对M区块裂缝系统的定量准确预测(图5)。

L4层面(图5a)：断裂流体指数分布区与膨胀系数负值区吻合较好，断裂流体指数显示的断层走向与膨胀系数负值区分布走向也基本一致，充分显示在M区的中北部和南部中间区域，发育与解释断层近于平行的潜在张性裂缝，其余地方的潜在张性裂缝发育较差或不发育。在膨胀系数正值区，潜在系统整体走向与正值色谱分布斜交，表现为张扭裂缝，与断裂流体指数显示的张扭断层相符，显示在解释断裂附近出现与之斜交的潜在张扭裂缝。

L7层面(图5b)：在区块中北部和区块南段，膨胀系数负值分布区与断裂流体指数线状分布一致，表明该处发育与主断裂近于平行的潜在张性裂缝。膨胀系数正值区的断裂流体指数显示较弱，充分表明该处存在与解释断层斜交的潜在张扭裂缝。

L9层面(图5c)：区块中北部以及南段区域，断裂流体指数线状分布与膨胀系数负值分布相同，以张性或走滑分量较小的张性裂缝为主。区块两端的二级断层派生有较大的潜在张扭裂缝。

T3层面(图5d)：区块北部的二级断层附近出现有规模性的以倾滑为主的张性(张扭性)裂缝，区块中部出现相对弱的张性、张扭裂缝(膨胀系数相对图谱与断裂流体指数相对值皆小)。

由此可见，通过断裂流体指数图谱和膨胀系数图谱的叠合，实现了定量准确地识别某复杂拉张构造体系L4层、L7层、L9层和T3层潜在张性裂缝和张扭裂缝的分布方位和发育强度的目的。

本具体实施方式依靠构造样式分析识别构造级别及其不同级别构造间的成生规律与继承关系，利用三维构造建模充分展示基于地震剖面识别出的一至四级断层的空间展布形态及特征，采用基于三维构造复原形成的简单剪切角和地层体积膨胀系数图谱，结合断裂流体指数图谱准确识别潜在的断裂，从而实现对复杂拉张构造体系中不同级别断裂系统的定量判识，形成对复杂拉张构造体系断裂系统和地层体系的准确表征。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，其具体方法步骤为：

(1)利用构造分析方法进行地震数据的构造解释，确定变形构造样式，划分断层的级别以及构造继承关系；

(2)对解释的地层与断层等数据进行三维构造建模，形成对应的构造变形曲面；

(3)在三维构造形成的曲面基础上对对应的层面进行三维构造复原，恢复构造应力场，在层面上形成膨胀系数属性；

(4)对层面计算断裂流体指数，获取潜在裂缝系统的方位、发育密度；

(5)对断裂流体指数和膨胀系数图谱进行构造整合分析，划分可能的潜在裂缝系统区域并对其进行构造分析，预测最可能出现的潜在裂缝系统。

2.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的构造样式是指从某复杂拉张构造体系地震数据体上可以识别出的断层主要为二～四级；其中二～四级断层在地震剖面上错断明显，属于可以准确解释与确定的断层系统；五级以下的裂缝系统在地震剖面上难以直接识别。

3.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(2)的三维构造建模是指将地震构造解释的几何数据载入至三维构造建模软件，建立了某复杂拉张构造体系三维构造模型。

4.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的三维构造复原是指从拉张断裂体系的构造继承关系上看，裂缝系统的倾向应该与主断层相反，因此在三维构造复原过程中，选取与上级断层反向的次级断层的倾向为单剪角方向进行去断层或去褶皱处理，以使层面的恢复过程与实际最为接近。

5.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(5)中的膨胀系数反映了三维构造复原过程中层位面面积的局部变化，是三维构造复原分析中评判断裂体系发育的一个重要指标，它是由构造复原引出的一个定量参数，按照数值的高低可将该参数做成定量的膨胀系数图谱。

6.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(5)中的断裂流体指数就是在构造面的Gauss曲率分析基础上发展起来的，可反映低级序断裂的方位和发育程度；构造Gauss曲率分析是基于上述原理将微分几何学知识应用于构造曲率分析，通过研究构造面上某点及其邻域处的空间形态及其空间关系，推广到准确确定整个构造面的形态和主曲率的大小和方向，从而计算获得构造面上各点处的断裂流体指数，建立形成断裂流体指数图谱。

7.根据权利要求1所述的用于复杂拉张构造体系断层伴生裂缝定量识别的新方法，其特征在于，所述的步骤(5)通过对断裂流体指数图谱和膨胀系数图谱进行构造整合分析，实现了对M区块裂缝系统的定量准确预测。