CN104199097B - 用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，它涉及一种断裂定量识别方法。包括构造解释成果、三维构造建模、构造层位复原、去褶皱指数谱、构造应力场谱、构造主曲率谱、潜在断裂定量判识等七个技术环节。其中的关键技术环节是：利用改进的地层线长度反演方法提取去褶皱指数谱，同时依靠去褶皱指数谱，同时整合构造应力场谱及构造主曲率谱实现潜在断裂定量判识。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种断裂定量识别方法，具体涉及一种用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法。
背景技术
自然界中的推覆挤压构造体系因常常蕴藏丰富的矿藏而广受国内外学者重视，先后提出了构造三角楔、共轭剪切断裂系统、生长断层相关褶皱、褶皱调节断层、斜向逆冲断层相关褶皱等构造样式。上述挤压构造样式常常派生各类挤压断裂，而这些挤压断裂如果规模较大，对矿藏的储存与开采影响也大，地震剖面的错断特征也会非常明显；与此同时，在这些较大规模断裂的诱导作用下，往往会生长规模较小的潜在断裂，而这些潜在断裂在地震剖面上的错段一般都不太明显，难以识别，但对矿藏的形成却至关重要。现有的研究成果更多集中在阐述断层相关褶皱的构造样式、构造几何学、运动学和动力学特征，这些断层大多在地震剖面上错断特征明显，有关地震剖面上错断特征不明显的潜在断层方面的研究工作还极少见到。本发明基于高信噪比三维地震数据，利用三维构造建模和构造层位面复原，建立了一套用于挤压构造潜在断裂定量判识的新方法，并实现了伊拉克米桑省扎格罗斯山前陆盆地Buzurgan背斜挤压构造潜在断裂的定量判识。
现有潜在断裂定量识别方法包括：野外露头剖面观测法、测井解释法、地应力分析法、地震相干体分析方法等。
潜在断裂定量识别野外露头剖面观测法获得的是地面潜在断裂的分布规律，难以直接用于识别地下地质构造中的潜在断裂；测井解释法能够较好地分析井下地质构造的潜在断裂特征，但难以直接获得对井间潜在断裂特征的认识；地应力分析法是依靠地应力的分布规律间接识别潜在断裂的方法，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，地震相干体分析方法则依赖于相干体地震属性的精度及研究者的判识经验。以上方法在潜在断裂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挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，能够准确识别与挤压构造体系大型断层成因相关的潜在断裂的发生位置及发育密度。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，包括构造解释成果、三维构造建模、构造层位复原、去褶皱指数谱、构造应力场谱、构造主曲率谱、潜在断裂定量判识等七个技术环节。
构造解释成果包括地层面解释成果和断层面解释成果两部分，需要依靠高信噪比三维地震数据解释获得。
三维构造建模是挤压构造体系潜在断裂定量判识的基本前提，需要依靠地层面解释成果和断层面解释成果，形成初始参数场；然后通过断层面建模和层位面建模，分别确定断层面和层位面变形在三维空间的展布特征；最后建立不同空间位置处断层面与层位面之间的空间拓扑关系，完成在三维空间内对地下构造的几何变形特征、地层和断层面接触关系的准确再现。
构造层位复原是对三维构造建模获得的变形层位面与断层面分别进行去褶皱化和去断层化处理，消除后期构造活动产生的构造变形，复原古构造活动发生初期沉积地层的变形特征，揭示古构造运动过程中的应力发生状况和地层受力分布情况。发明者根据单剪角原理，配合构造分析和平衡剖面技术，提出了一种适用于挤压构造体系的构造几何变形反演方法——改进的地层线长度反演方法。依靠改进的地层线长度反演方法完成挤压构造体系的构造层位复原处理，在处理过程中分别提取去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱，从而实现对潜在断裂发育特征及规律的预测。
去褶皱指数UI(Unfolding index)反映构造层位复原前后褶皱的去除率，它依靠改进的地层线长度反演方法，在完成挤压构造体系构造层位复原处理的过程中，通过重新定义每个网格上的挤压褶皱面面积Af与复原后的水平面面积Ah之比而提取得到；对于没有发生内部变形的刚性网格，褶皱前后的面积相等，UI＝1；但对于发生了挤压变形的构造层位网格来说，褶皱后往往会产生面积上的收缩，收缩的大小就代表了挤压变形程度的强弱，也即代表了在网格上产生挤压断裂的可能性大小。为此，依据去褶皱指数UI的大小绘制而成的去褶皱指数谱可用于反映挤压构造体系断裂发生的可能性，去褶皱指数谱值越小，断裂发生的可能性就越大。
构造层位面上某一点的最大曲率和最小曲率可以直接在三维建模获得的层位面上计算得到，选取最大曲率和最小曲率的绝对值大者作为构造主曲率，在构造层位面上的每一点处均同样取值，即可绘制出构造主曲率谱。一般认为，构造主曲率与断裂存在因果关系，构造主曲率较大的部位往往易于诱发断裂，因此，研究者常常利用构造主曲率谱来判断断裂发育的位置。
构造层位复原的去褶皱化和去断层化处理其实就是将现今构造所受古地应力逐渐释放的过程，依靠该过程处理不难提取获得各类构造应力矢量，其中依靠最大主应力矢量绘制出的构造应力场谱指示了地层不同部位所受最大主应力的大小与方向，反映了各种古应力源叠加条件下挤压构造所受应力场的作用强度和范围。若同一岩层的岩石类型差异不大，岩石的力学特性大致相同，则依靠该构造应力场谱很容易判断出断裂发育的位置和断裂走向(与最大主应力方向垂直)。
由于构造层位及其断裂事件常常受到古气候、古水深、地压梯度、应力方向、应力大小、岩性变化等各种复杂因素影响，是一个高度非线性、严重非均质的系统，所述去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱在数学上无法全面考虑到这些非线性和非均质性的影响，因此，只有结合去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱各自的优势，才能实现对挤压构造体系潜在断裂相对准确的定量判识。而前述分析同时也表明：去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱本身也存在着内在的构造关联。一般说来，去褶皱指数低的区域也代表了构造应力的集中区，同时也是构造主曲率较大的区域，三者的整合分析，更有利于确定挤压构造体系断裂发育的位置和方向。
本发明的有益效果：通过本发明技术方案的实现，能够定量可靠地识别挤压构造体系大型断层成因相关的潜在断裂的发生位置及发育密度，从而为挤压构造体系潜在断裂性矿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为本发明的挤压构造体系潜在断裂定量判识的处理流程图；
图2为伊拉克某背斜的构造解释成果图；
图3为伊拉克某背斜的三维构造模型图；
图4为伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶现今构造与复原构造对比图；
图5为伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶的去褶皱指数谱、构造主曲率谱和构造应力场谱。
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，本具体实施方式采用以下技术方案：用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，其包括以下步骤：(1)构造解释成果；(2)三维构造建模；(3)构造层位复原；(4)去褶皱指数谱、构造应力场谱、构造主曲率谱；(5)潜在断裂定量判识。
所述的构造解释成果包括地层面解释成果和断层面解释成果两部分，需要依靠高信噪比三维地震数据解释获得。
图2展示了伊拉克某背斜的构造解释成果图。依靠高信噪比3D地震数据，完成了伊拉克某背斜区域Mishrif组、Jaddala组、Asmari组和LowerFars组共四个顶界面的追踪，同时通过地震同相轴的明显错断关系解释出了十条断层。
所述的三维构造建模是挤压构造体系潜在断裂定量判识的基本前提，需要依靠地层面解释成果和断层面解释成果，形成初始参数场；然后通过断层面建模和层位面建模，分别确定断层面和层位面变形在三维空间的展布特征；最后建立不同空间位置处断层面与层位面之间的空间拓扑关系，完成在三维空间内对地下构造的几何变形特征、地层和断层面接触关系的准确再现。
图3展示了建立了伊拉克某背斜的三维构造模型。该模型再现了Buzurgan背斜地层层面与断层的空间形态及其交切关系：Jaddala顶面以下没有断层分布，解释出的断层均主要分布在Asmari顶和LowerFars顶之间。
所述的构造层位复原是对三维构造建模获得的变形层位面与断层面分别进行去褶皱化和去断层化处理，消除后期构造活动产生的构造变形，复原古构造活动发生初期沉积地层的变形特征，揭示古构造运动过程中的应力发生状况和地层受力分布情况。发明者根据单剪角原理，配合构造分析和平衡剖面技术，提出了一种适用于挤压构造体系的构造几何变形反演方法——改进的地层线长度反演方法。依靠改进的地层线长度反演方法完成挤压构造体系的构造层位复原处理，在处理过程中分别提取去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱，从而实现对潜在断裂发育特征及规律的预测。
图4展示了基于三维构造模型和上述方法对伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶的构造层位复原面与现今构造变形面，从复原面与现今构造变形面的对比来看，各复原面基本保持了水平，断层上下盘边界也吻合较好，一方面表明构造体系解释符合研究区挤压构造体系特征，同时也反映了上述构造层位复原方法对挤压构造体系的适用性。
所述的去褶皱指数谱中去褶皱指数UI(Unfolding index)反映构造层位复原前后褶皱的去除率，它等于挤压褶皱面面积Af与复原后水平面面积Ah之比。对于没有发生内部变形的刚性面，比如纸面，褶皱前后的面积相等，UI＝1；但对于发生了挤压变形的构造层位面来说，褶皱后往往会产生面积上的收缩，收缩的大小就代表了挤压变形程度的强弱，也即代表了产生挤压断裂的可能性大小。为此，依据UI的大小绘制而成的UI谱可用于反映挤压构造体系断裂发生的可能性，UI谱值越小，断裂发生的可能性就越大。
图5ab分别展示了提取获得的伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶的去褶皱指数谱。
所述的构造主曲率谱是构造层位面上某一点的最大曲率和最小曲率可以直接在三维建模获得的层位面上计算得到，选取最大曲率和最小曲率的绝对值大者作为构造主曲率，在构造层位面上的每一点处均同样取值，即可绘制出构造主曲率谱。一般认为，构造主曲率与断裂存在因果关系，构造主曲率较大的部位往往易于诱发断裂，因此，研究者常常利用构造主曲率谱来判断断裂发育的位置。
图5cd分别展示了提取获得的伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶的构造主曲率谱。
所述的构造应力场谱是指构造层位复原的去褶皱化和去断层化处理其实就是将现今构造所受古地应力逐渐释放的过程，依靠该过程处理不难提取获得各类构造应力矢量，其中依靠最大主应力矢量绘制出的构造应力场谱指示了地层不同部位所受最大主应力的大小与方向，反映了各种古应力源叠加条件下挤压构造所受应力场的作用强度和范围。若同一岩层的岩石类型差异不大，岩石的力学特性大致相同，则依靠该构造应力场谱很容易判断出断裂发育的位置和断裂走向(与最大主应力方向垂直)。
图5ef分别展示了提取获得的伊拉克某背斜Asmari顶和Mishrif顶的构造应力场谱。
本具体实施方式中的潜在断裂定量判识：由于构造层位及其断裂事件常常受到古气候、古水深、地压梯度、应力方向、应力大小、岩性变化等各种复杂因素影响，是一个高度非线性、严重非均质的系统，所述去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱在数学上无法全面考虑到这些非线性和非均质性的影响，因此，只有结合去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱各自的优势，才能实现对挤压构造体系潜在断裂相对准确的定量判识。而前述分析同时也表明：去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱本身也存在着内在的构造关联。一般说来，去褶皱指数低的区域也代表了构造应力的集中区，同时也是构造主曲率较大的区域，三者的整合分析，更有利于确定挤压构造体系断裂发育的位置和方向。
(1)解释断层的图谱特征
将图2中断层F1～F10的分布位置分别与图5中褶皱指数谱、构造主曲率谱和构造应力场谱相应位置作对比后不难看出：①解释断层F1～F10与去褶皱指数谱图中较低值显示的大红色～绿色～浅蓝色一一对应，而较高值对应的深蓝色～紫红色～白色则反映为断裂不发育；②解释断层F1～F10与构造主曲率谱中较高值显示的紫红色～亮蓝色～浅蓝色一一对应，而较低值对应的白色～黄色～大红色反映断裂不发育；③从最大应力与应力场轨迹叠合而成的构造应力场谱图可以看出，最大应力集中分布区域与解释断层有着对应关系，而应力场轨迹反映研究区以北东-南西向挤压为主，也与研究区的构造背景一致。上述结果充分证实了去褶皱指数谱、构造主曲率谱和构造应力场谱与解释断层的一致性，而这种一致性正是上述三大图谱整合分析潜在断裂的基础。
(2)潜在断裂分布预测
从上面的分析可以看出，去褶皱指数谱中大红色～绿色～浅蓝色对应的低值区，与构造主曲率谱中紫红色～亮蓝色～浅蓝色对应的高值区叠合后的重合区域将是潜在断裂的发育区，而与对应位置处构造最大主应力方向垂直的方向则是潜在断裂可能的延伸方向。
依据上述方法预测伊拉克某背斜Asmari层潜在断裂主要分布在构造西南翼，构造核部的西南部，以及构造西北倾没部位，而这些部位也是解释断层集中分布的区域，由此可见，Asmari层潜在断裂主要由上述褶皱调节断层诱导而成，延伸方向也与上述褶皱调节断层基本一致。伊拉克某背斜Mishrif层潜在断裂仅零星分布在背斜的西南翼部，以及东北翼部局部区域。
本具体实施方式利用去褶皱指数谱、构造主曲率谱和构造应力场谱的整合分析定量识别挤压构造体系潜在断裂的发生位置及发育密度。
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 (2)
1.用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用改进的地层线长度反演方法提取去褶皱指数谱；(2)依靠去褶皱指数谱，同时整合构造应力场谱及构造主曲率谱实现潜在断裂定量判识；所述的去褶皱指数谱的去褶皱指数UI(Unfolding index)反映构造层位复原前后褶皱的去除率，它依靠改进的地层线长度反演方法，在完成挤压构造体系构造层位复原处理的过程中，通过重新定义每个网格上的挤压褶皱面面积Af与复原后的水平面面积Ah之比而提取得到；对于没有发生内部变形的刚性网格，褶皱前后的面积相等，UI＝1；但对于发生了挤压变形的构造层位网格来说，褶皱后往往会产生面积上的收缩，收缩的大小就代表了挤压变形程度的强弱，也即代表了在网格上产生挤压断裂的可能性大小；为此，依据去褶皱指数UI的大小绘制而成的去褶皱指数谱可用于反映挤压构造体系断裂发生的可能性，去褶皱指数谱值越小，断裂发生的可能性就越大；
<mrow>
<mi>U</mi>
<mi>I</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>A</mi>
<mi>f</mi>
</msub>
<msub>
<mi>A</mi>
<mi>h</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
2.根据权利要求1所述的用于挤压构造体系潜在断裂定量判识的新方法，其特征在于，所述的步骤(2)由于构造层位及其断裂事件常常受到古气候、古水深、地压梯度、应力方向、应力大小、岩性变化各种复杂因素影响，是一个高度非线性、严重非均质的系统，所述去褶皱指数谱在数学上无法全面考虑到这些非线性和非均质性的影响，因此，只有整合去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱各自的优势，才能实现对挤压构造体系潜在断裂相对准确的定量判识；而去褶皱指数谱、构造应力场谱和构造主曲率谱本身也存在着内在的构造关联；一般说来，去褶皱指数低的区域也代表了构造应力的集中区，同时也是构造主曲率较大的区域，三者的整合分析，更有利于确定挤压构造体系断裂发育的位置和方向。
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