CN107193053B - 山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法 - Google Patents

山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，步骤包括：建立断裂带结构地质模型、建立断裂带结构层渗透率与有效应力关系模型、建立断裂带结构层几何关系模型、构件断裂带渗透性评价模型、构建断裂带渗透性校正因子数学模型、优选断层输导能力评价剖面、建立断层分单元垂向输导量化评价模型、厘定断层输导量化评价指标门限值。本发明提出的逆断层垂向输导能力量化评价方法，实现了火山岩脆性地层发育区的断裂输导能力的立体量化评价，丰富了断层输导能力定量评价方法，可广泛应用于挤压性盆地山前带火山岩区的逆断层输导性评价，对油气勘探具有重要的指导意义。

Description

山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法
技术领域
本发明属于油气地质勘探技术领域，具体涉及一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力量化评价方法。
背景技术
勘探证实，断层是油气由深部烃源岩向浅部储层运移的主要通道。在压扭性盆地山前带，油气藏的形成与分布受断裂的控制作用更加明显：平面上，油气近断裂带分布，纵向上，沿断层多层系立体含油。深入研究断裂的输导能力对于揭示油气的成藏机制及过程，总结油气分布规律具有重要意义。
断裂输导能力评价的关键就是断层启闭性判识，国内外学者就断层的输导影响因素及封堵机理进行了大量研究，影响断层启闭性的主要因素有断层的力学性质、规模、产状、埋深、活动性等，主要有岩性并置对接、泥岩涂抹、碎裂作用和胶结作用4种封闭机制。根据不同的封闭机制，建立了不同的定性-定量评价方法，主要包括断层两盘砂泥岩对接系数、断裂带内泥质含量、断层面紧闭指数、泥岩削刮比、泥岩涂抹因子等。前期研究没有考虑断裂的形成模式，忽视了断裂带内部结构差异性。Caine J S(1996)突破传统认识，将断层“二维面”作为“三维体”来研究，提出了断裂带结构的认识。断裂带内部结构受断层性质、活动强度(规模)和围岩岩性等因素的控制，划分出碎裂带、诱导裂缝带和围岩3层结构。Sibson等提出“地震泵”作用模式，断层活动期流体沿最小阻力的断层裂隙优势通道运移，具有高速、径流的特征，而在断层诱导裂缝带内流体以裂隙渗流的方式发生运动。Sperrv ikS(2002)，吕延防(2005)等运用物理实验证实，断层静止期流体以浮力为主要动力，遵循达西定律孔隙渗流规律。Manzocchi T(1999)，Sperrv ik S(2002)建立了断裂带粘土含量与断层中单相流体流动过程中渗透率经验公式。Sorkhab i R B等(2002)综合考虑断距(D)、泥质含量(CCR)、经历最大埋深(Zmax)等因素，提出了断层岩渗透率概率(FRP)评价公式：
近年来，越来越多的学者对断裂带结构及其启闭性评价进行了有意义的探索，在断层的几何结构特征、断裂带内部结构识别划分及断裂带结构输导机制等科学问题上取得了丰富的研究成果，在定性和半定量分析断层岩的岩石物理性质、断裂带在油气运聚过程中的作用等方面取得了重要进展。但上述研究主要集中在盆地内碎屑岩塑性地层发育区的断层输导性研究，提出的相关评价方法主要是基于低渗泥岩与高渗透砂岩的对接封闭原理和富含泥质地层沿断层面形成连续、低渗的泥岩涂抹封闭原理，断裂充填物中的泥质含量是影响断层启闭性的重要因素，而对火山岩脆性地层发育区的断层输导性评价涉及甚少，与塑性地层不同的是，脆性地层发生断裂变形，不再产生典型的泥岩涂抹，而是主要发生碎裂作用。国内外勘探实践证实，压扭盆地山前带“内部”蕴含着丰富的油气，是寻找大中型油气田的重要领域。受多期逆冲推覆造山作用的影响，山前带构造变形强烈，往往推覆带火山岩地层广泛发育，常规的断层启闭性评价方法不适用，目前尚未提出一种成熟且适用于复杂山前带火山岩区的断层输导能力量化评价方法，亟需探索适用的评价方法，以深化火山岩区的油气成藏规律认识。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，能够满足不同勘探程度区断层输导性评价要求，考虑因素更加全面，权重系数确定客观，评价精度更高，于工区应用效果良好，可广泛应用于其他火山岩区逆断层的输导量化评价，为油气地质勘探提供有效指导。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，包括如下步骤：
步骤一：建立断裂带结构地质模型
脆性断层断裂带内部结构可分为围岩、诱导裂缝带和碎裂带3层结构，归纳总结不同作用应力方式、规模、产状及岩性的断裂带结构特征，建立断裂带结构地质模型；
步骤二：建立断裂带结构层渗透率与有效应力关系模型
各结构层具有不同的输导机制，根据断裂带结构层输导机制，分别建立诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型、碎裂带渗透率-有效应力关系模型；
步骤三：建立断裂带各结构层宽度比例模型
根据野外露头、岩心观察和敏感测井曲线响应特征开展断裂带内部结构识别划分，在此基础上，统计断裂带上盘诱导裂缝带、下盘诱导裂缝带、碎裂带空间比例关系，建立断裂带各结构层宽度比例关系模型；
步骤四：构建断裂带渗透性评价模型
根据断裂带各结构层宽度比例关系确定其相应的渗透率加权权重系数，构建断裂带渗透性评价模型；
步骤五：构建断裂带渗透性校正因子数学模型
根据断层不同部位的地质因素时空配置样式差异，提出岩性校正因子、断层活动性校正因子和油气运移动力校正因子概念，构建相应的断裂带渗透性校正因子数学模型；
步骤六：优选断层输导能力评价剖面
通过钻井区断层输导性的量化分析，厘定断层输导能力评价门限值，为无井区的输导能力评价提供依据；
步骤七：建立断层分单元垂向输导量化评价模型
(7-1)断层输导评价单元划分：根据断层空间展布特征和评价精度要求，划分相应的断层输导评价单元；
(7-2)断层输导评价单元输导能力量化评价：
CellFc＝Fnum校*Fdy校*Flith校*KFc (1)，
式中，CellFc为断层输导评价单元输导能力评价指数；Fnum校为断裂带渗透性断层活动性校正因子；Fdy校为断裂带渗透性油气运移动力校正因子；Flith校为断裂带渗透性岩性校正因子；KFc为断裂带渗透性评价指数。
步骤八、厘定断层输导量化评价指标门限值
在高勘探区断层输导能力量化评价的基础上，综合断层上下盘地层油、气、水空间分布及其相互关系分析，数理统计，厘定研究区的断层输导能力评价指数门限值，进而预测低勘探区的断层输导性，指导勘探部署。
其中，步骤一中，所述断裂带结构地质模型是以野外露头、钻井岩心、成像测井、常规测井断裂带结构发育特征系统分析为基础，综合考虑断层规模、断层产状、两盘地层岩性、所处构造部位各因素对断裂带结构发育的影响；基于露头、岩心岩石学宏观特征，薄片、扫描电镜微观特征观察，开展断裂带结构层常规测井、成像测井相应特征分析，明确断裂带结构类型。
其中，步骤二中，地下断层面所承受的有效应力为重力、区域构造应力和地层流体压力的叠加，根据断裂结构层露头、岩心样品岩石力学实验获取应力大小与物性实测数据，结合常规测井解释物性数据，分结构层拟合渗透率与所受有效应力的关系，建立诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型、碎裂带渗透率-有效应力关系模型，其中，诱导裂缝带渗透率-有效应力关系公式如下：
σeff＝aKifz -b (2)，
σeff＝σ1cosф+σ2sinαsinф+σ3sinαcosф (3)，
σ1＝10-3(ρr-ρw)gh (4)，
式中，σeff为σ1、σ2、σ3在断层面上的有效正应力，MPa；Kifz为断层上、下盘诱导裂缝带渗透率，10-3μm2；a，b为拟合系数；σ1为重力和流体压力的差值，MPa；σ2、σ3为构造最大水平主应力和最小水平主应力，MPa；α为断层走向与最大水平主应力之间的夹角，°；ф为断面倾角，°；h为断面埋深，m；ρr为上覆地层平均密度，g/cm3；ρw为地层水平均密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2；
碎裂带渗透率-有效应力关系公式如下：
σeff＝a′Ksdz -b′ (5)，
式中，σeff为σ1、σ2、σ3在断层面上的有效正应力，MPa；Ksdz为断层碎裂带渗透率，10-3μm2；a'，b'为拟合系数。
其中，步骤三中，统计露头、钻井揭示的断层断裂带各结构层宽度比例关系，建立断层规模与断裂带、诱导裂缝带与碎裂带宽度之间的量化关系，
Wifz＝c*Ld (6)，
Wsdz＝c′*Ld′ (7)，
式中，Wifz为断层上下盘诱导裂缝带宽度之和，m；Wsdz为断层碎裂带宽度，m；L为断层断距，m；c、c'、d、d'为拟合系数。
其中，步骤四中构建断裂带渗透性评价模型，其模型为：
KFc＝CifzKifz+CsdzKsdz (8)，
式中，KFc为断裂带渗透性评价指数，即断层诱导裂缝带渗透率与碎裂带渗透率的加权渗透率数值，10-3μm2；Kifz为断层上、
下盘诱导裂缝带渗透率数值，10-3μm2，Ksdz为断层碎裂带渗透率数值，10-3μm2；Cifz为断层诱导裂缝带权重系数；Csdz为断层碎裂带权重系数。
其中，步骤五中，不同岩性岩石力学性质存在一定差异，岩石抗压强度不同，导致断裂带诱导裂缝带及碎裂带发育程度不同，断裂带渗透输导能力存在一定差异，断层两盘一般发育多种岩石类型，因此提出断裂带输导能力岩性校正因子；火山岩岩性复杂，可利用岩心-薄片-元素-测井方法建立岩性综合识别图版，厘定火山岩岩性；根据岩石力学实验获取白云岩、火山角砾岩、凝灰岩、流纹岩、安山岩、辉绿岩、玄武岩、砂砾岩、泥岩不同岩性岩石的抗压强度力学性质参数，根据其造缝能力大小赋予权重系数，岩性校正因子与岩性权重关系为：
式中，Flith校为断裂带渗透性岩性校正因子；Ck为断层两盘第k种岩石岩性权重系数，小数；lithk为断层两盘第k种岩石相对含量，％；为不同岩性岩石权重系数加权求和；q为断层两盘岩石岩性种类数。
断层输导能力与其地质历史时期活动期次呈正相关关系，断层活动次数越多，断层输导性越强，断层活动期次可通过计算断层生长指数分析，也可根据断裂带露头、岩心、薄片资料，分析裂缝充填物性质、裂缝切割关系、裂缝产状、包裹体测试确定，因此引入断层活动性校正因子，进行断层活动性对其输导能力影响程度的校正，函数关系为：
Neff＝1,2,3，...Nt＝1,2,3，...(13)，
式中，Fnum校为断层活动性校正因子；Nt为研究区地质时期断层活动总次数；Neff为烃源岩主生烃地质时期内断层活动次数。
油气沿断层运移除受断裂带结构因素控制外，还受运移动力强弱因素控制，油气运移动力早期一般以流体异常压力为主，后期逐渐过渡为以浮力为主，浮力因断层产状、油气与地层水密度差变化而变化；综合考虑不同断层成藏地质因素差异，即断层所处地层流体动力条件、断层产状、断层与有效烃源岩接触关系，引入油气运移动力校正因子进行断层输导能力精细评价，构建的油气运移动力校正因子数学模型为：
Fdy校＝Cfr*Cp*Cf (14)
Cfr＝g(ρw-ρo)sinф (15)
式中，Fdy校为断裂带渗透性油气运移动力校正因子；Cfr为油气运移动力浮力系数；Cf为有效烃源岩供烃能力系数；Cp为地层流体压力系数；ф为断面倾角，°；ρw为地层水平均密度，g/cm3；ρo为烃类流体密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2；Pf为地层流体压力，Ph为静水压力，MPa；H为水柱高度，m；D为断层距离有效烃源岩距离，km；油源断层指断层深部断穿有效烃源岩，上部断穿浅部储集层的断层，非油源断层为未直接沟通有效烃源岩的断层，当研究断层为油源断层时，Cf值取2，当研究断层为非油源断层时，Cf值取其中，int(D+1)为取整函数。
其中，步骤七中，断层输导评价单元(Cellij)输导能力量化评价，即根据评价断层的空间产状特征，将其划分为m*n个输导评价单元，任一输导评价单元输导能力量化公式为：(CellFc)ij＝(Fnum校)ij*(Fdy校)ij*(Flith校)ij*(KFc)ij (18)，
i＝1,2,3，...，m；j＝1,2,3，...，n(19)，
式中，(CellFc)ij为断层任一输导评价单元输导能力评价指数；(Fnum校)ij为断层输导评价单元(CellF)ij渗透性断层活动性校正因子；(Fdy校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性油气运移动力校正因子；(Flith校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性岩性校正因子；(KFc)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij断裂带渗透性评价指数；m为平面上断层划分段数；n为剖面上断层划分层数。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明公开的一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力量化评价方法，构建的断裂带各结构层宽度比例模型，考虑了断层规模、断层产状、断层两盘岩性等地质因素，构建的断裂带渗透性评价模型，综合了断裂带结构层发育控制因素、断裂带结构层输导机制、断层两盘岩石力学性质、断层面所受应力状态、断层活动性、油气运移充注动力、断层与有效烃源岩关系等多种因素，以权重系数建立断层垂向输导量化综合评价模型，通过已钻井和已发现油气藏油气水分布与断层启闭关系，厘定断层渗透性输导量化评价指标门限值，评价断层输导性，预测有利勘探区。本发明提出的分断层输导评价单元的评价思路，能够满足不同勘探程度区断层输导性评价要求，考虑因素更加全面，权重系数确定客观，评价精度更高，于工区应用效果良好，可广泛应用于其他火山岩区逆断层的输导量化评价，能为油气地质勘探提供有效指导。
附图说明
图1为本发明评价方法实施流程图；
图2为本发明实施例一中准噶尔盆地北缘哈山山前带区域位置及评价断层F6-2剖面位置示意图；
图3为本发明实施例一中断裂带结构地质模型示意图；
图4为本发明实施例一中断距与断裂带宽度、裂缝带宽度、碎裂带宽度和糜棱带宽度比例关系模型示意图；
图5为本发明实施例一中断裂带断层面有效应力作用示意图；
图6为本发明实施例一中断裂诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型示意图；
图7为本发明实施例一中断裂碎裂带渗透率-有效应力关系模型示意图；
图8为本发明实施例一中断层输导评价单元划分示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例一
本发明以图2所示的准噶尔盆地北缘哈拉阿拉特山(简称哈山)推覆带火山岩发育区F6-2逆断层为例，提供一种逆断层分单元垂向输导能力量化评价方法，其实施流程图如图1所示。
步骤一：建立如图3所示的断裂带结构地质模型
脆性断层断裂带内部结构可分为围岩、诱导裂缝带和碎裂带3层结构。哈山山前带地表露头丰富，为断裂带结构研究提供了条件，结合钻测井、地震和薄片等资料，以野外露头、钻井岩心、成像测井、常规测井断裂带结构发育特征系统分析断裂带结构宏微观特征，归纳总结不同作用应力方式、规模、产状及岩性的断裂带结构特征，综合考虑断层规模、断层产状、两盘地层岩性、所处构造部位等因素对断裂带结构发育的影响；基于露头、岩心岩石学宏观特征，薄片、扫描电镜微观特征观察，开展断裂带结构层常规测井、成像测井响应特征分析，建立了如图3所示的逆断层断裂带结构模型：诱导裂缝带+断层滑动面+围岩型、诱导裂缝带+断层碎裂岩(角砾岩)型破碎带(以下简称碎裂带)+围岩型、诱导裂缝带+断层糜棱岩(断层泥)型破碎带(以下简称糜棱带)+围岩型，断距与断裂带宽度、裂缝带宽度、碎裂带宽度和糜棱带宽度的比例关系模型分别如图4a-4d示意。断层岩垂向上分布具有分段性，深部以糜棱岩系列为主，浅部以碎裂岩系列为主，中部为过渡区。建立的断裂带结构地质模型将传统认识的断层面作为断层三维体，考虑断裂带内部非均质性，分结构层评价，更符合地质实际，评价精度高。
步骤二、建立断裂带结构层渗透率与有效应力关系模型
由断裂带结构层微观变形特征分析可知，各结构层具有不同的输导机制；诱导裂缝带和无黏结力碎裂带为脆性破裂作用，粒间或穿颗粒破裂，可构成复杂的裂隙网，具有较好的输导性；有黏结力糜棱带为脆塑性碎裂作用，颗粒细粒化、糜棱岩化，颗粒重熔胶结成岩，粒间泥质、硅质或碳酸盐胶结，受成岩作用及流体改造岩性致密，表现为低孔低渗特征，能有效阻止油气运移。断裂带结构层渗透性是断层输导的关键，输导能力量化评价的核心是建立断裂带结构层渗透率演化模型。
地下断层面所受有效应力是断裂带渗透率大小的关键控制因素。地下断层面所受有效应力为上覆地层压力、区域构造应力和地层流体压力综合作用的结果，断裂带断层面有效应力作用示意图如图5所示，由式(3)、式(4)得渗透率-有效应力关系公式为：
σeff＝10-3(ρr-ρw)ghcosф+σ2sinαsinф+σ3sinαcos (1)′,
式中，σeff为σ1、σ2、σ3在断层面上的有效正应力，MPa；σ1为重力和流体压力的差值(垂向有效应力)，MPa；σ2、σ3为构造最大水平主应力和最小水平主应力，MPa；α为断层走向与最大水平主应力之间的夹角，°；ф为断面倾角，°；h为断面埋深，m；ρr为上覆地层平均密度，g/cm3；ρw为地层水平均密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2。
依据王伟锋等(1999)构造应力场模拟结果，哈山地区最大水平主应力方向为NW30°，现今最大主应力值约为40MPa，最小主应力值约为25MPa。工区岩心实测密度和钻井密度测井统计，上覆地层平均密度取2.50g/cm3，地层水密度取1.01g/cm3。
选取断裂带结构层典型岩心或露头样品，在实验室测定有效围压下样品的物性(孔隙度、渗透率)，结合常规测井解释物性、核磁测井解释物性资料，建立断裂带有效应力-渗透率关系模型。
本实施例根据式(2)建立的断裂诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型(见图6)为：
σeff＝66.24Kifz -0.13 (2)′，
式中，Kifz为断层上、下盘诱导裂缝带渗透率，10-3μm2；a，b为拟合系数。66.24和-0.13是根据实验室岩石样品实测有效应力与物性数据和(核磁)测井解释物性数据进行曲线拟合，得到的经验公式回归系数。
建立的断裂碎裂带渗透率-有效应力关系模型(见图7)为：
σeff＝59.18Ksdz -0.15 (3)′，
式中，Ksdz为断层碎裂带渗透率，10-3μm2。59.18和-0.15是根据实验室岩石样品实测有效应力与物性数据和(核磁)测井解释物性数据进行曲线拟合，得到的经验公式回归系数。
渗透率与所受应力关系拟合结果表明，诱导裂缝带渗透率与有效应力和碎裂带渗透率与有效应力呈乘幂关系，随着有效应力的增加，孔隙度和渗透率均有不同程度的降低，在80MPa范围内渗透率变化明显，降低可达90％，之后其数值变化趋于平缓，有效应力达100MPa以上时渗透率变化不明显。
步骤三、建立断裂带各结构层宽度比例关系模型
断裂受破裂作用、碎裂作用和碎裂流作用变形机制的控制，可形成诱导裂缝带、角砾岩、碎裂岩和糜棱岩。无内聚力裂缝带和碎裂带(角砾岩、碎裂岩)发育复杂的裂隙网，具有良好的孔渗性，可作为油气运移的优势通道，有内聚力糜棱带(糜棱岩、断层泥)受断层泥充填胶结、重结晶、岩溶成岩作用影响，渗透性急剧降低，输导能力大大减弱。基于断裂带诱导裂缝带与碎裂带渗透率演化特征的差异性，引入断裂带结构层宽度特征权重系数，建立断裂带渗透性整体评价模型。利用野外露头、岩心观察和常规测井(测井曲线断裂带结构层识别图版)资料进行断裂带结构层识别划分。在此基础上，统计断层规模(断距)与断裂带、诱导裂缝带与碎裂带宽度之间的量化关系，建立断裂带各结构层宽度比例关系模型。
工区统计结果表明，断裂断距小于1m时，碎裂带宽度小于0.1m或不发育，裂缝带相对发育，宽度一般为0.5～5m，裂缝带宽度与碎裂带宽度比值约为10～100，断距大于1m时，裂缝带宽度一般为50～400m，裂缝带宽度与碎裂带宽度比值约为3～10。从而，由式(6)和式(7)可得：
Wifz＝c*Ld＝2.824L0.821 R2＝0.875 (4)′，
Wsdz＝c′*Ld′＝0.116L1.093 R2＝0.844 (5)′，
式中，Wifz为断层上下盘诱导裂缝带宽度之和，m；Wsdz为断层碎裂带宽度，m；L为断层断距，m；c、c'、d、d'为拟合系数。R表示拟合经验公式的相关系数，判定方程拟合程度好坏，R2＝1表示所有数据点全部落在回归的曲线上；R2＝0，表示自变量与因变量无关。
步骤四、构建断裂带渗透性评价模型
断层的输导能力可用断裂带结构层渗透率表征。断层的发育使得致密火山岩裂缝带发育，改善了岩石的孔渗性，尤其是渗透率的改善更加明显。断层渗透率主要受裂缝带、碎裂带渗透率及其空间分布特征控制，根据断裂带结构层宽度特征权重系数进行渗透率数值加权，构建断裂带渗透性评价模型，其中裂缝带权重系数碎裂带权重系数将公式(4)′和式(5)′代入，得到断裂带渗透性评价指数
式中，KFc为断裂带渗透性评价指数，即断层诱导裂缝带渗透率与碎裂带渗透率的加权渗透率数值，10-3μm2；Kifz为断层上、下盘诱导裂缝带渗透率数值，10-3μm2，Ksdz为断层碎裂带渗透率数值，10-3μm2；Cifz为断层诱导裂缝带权重系数；Csdz为断层碎裂带权重系数。
步骤五、构建断裂带渗透性校正因子数学模型
断裂带渗透率大小除受断裂带结构类型控制外，还受断层两盘岩石力学性质、地质历史时期断层活动次数和油气运移充注动力等因素影响，因此，根据断层不同部位上述地质因素时空配置样式差异，引入断层岩性校正因子、断层活动性校正因子和油气运移动力校正因子。
对于断层岩性校正因子，不同岩性岩石力学性质存在一定差异，岩石抗压强度不同，导致断裂带诱导裂缝带及碎裂带发育程度不同，断裂带渗透输导能力存在一定差异，断层两盘一般发育多种岩石类型，因此提出断裂带输导能力岩性校正因子；火山岩岩性复杂，可利用岩心-薄片-元素-测井方法建立岩性综合识别图版，厘定火山岩岩性；根据岩石力学实验获取白云岩、火山角砾岩、凝灰岩、流纹岩、安山岩、辉绿岩、玄武岩、砂砾岩、泥岩不同岩性岩石的抗压强度力学性质参数，根据其造缝能力大小赋予权重系数，岩性校正因子与岩性权重关系为：
式中，Flith校为断裂带渗透性岩性校正因子；Ck为断层两盘第k种岩石岩性权重系数，小数；lithk为断层两盘第k种岩石相对含量，％；为不同岩性岩石权重系数加权求和；q为断层两盘岩石岩性种类数。
对于断层活动性校正因子，断层输导能力与其地质历史时期活动期次呈正相关关系，断层活动次数越多，断层输导性越强；断层活动期次可通过计算断层生长指数分析，也可根据断裂带露头、岩心、薄片资料，分析裂缝充填物性质、裂缝切割关系、裂缝产状、包裹体测试确定；因此引入断层活动性校正因子，进行断层活动性对其输导能力影响程度的校正，函数关系为：
Neff＝1,2,3，...Nt＝1,2,3，... (13)
式中，Fnum校为断层活动性校正因子；Nt为研究区地质时期断层活动总次数；Neff为烃源岩主生烃地质时期内断层活动次数。
对于油气运移动力校正因子，油气沿断层运移除受断裂带结构因素控制外，还受运移动力强弱因素控制，油气运移动力早期一般以流体异常压力为主，后期逐渐过渡为以浮力为主，浮力因断层产状、油气与地层水密度差变化而变化；综合考虑不同断层成藏地质因素差异，即断层所处地层流体动力条件、断层产状、断层与有效烃源岩接触关系，引入油气运移动力校正因子进行断层输导能力精细评价，所构建的油气运移动力校正因子数学模型为：
Fdy校＝Cfr*Cp*Cf (14)
Cfr＝g(ρw-ρo)sinф (15)
式中，Fdy校为断裂带渗透性油气运移动力校正因子；Cfr为油气运移动力浮力系数；Cf为有效烃源岩供烃能力系数；Cp为地层流体压力系数；ф为断面倾角，°；ρw为地层水平均密度，g/cm3；ρo为烃类流体密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2；Pf为地层流体压力，Ph为静水压力，MPa；H为水柱高度，m；D为断层距离有效烃源岩距离，km；油源断层指下部断穿有效烃源岩，上部断至目的层的断层，非油源断层为未直接沟通有效烃源岩的断层，当研究断层为油源断层时，Cf值取2，当研究断层为非油源断层时，Cf值取其中，int(D+1)为取整函数。
根据公式(11)～(17)，构建相应的断裂带渗透性影响因素校正因子数学模型，公式为：
其中，断层活动性校正因子同时考虑了地质历史时期断层活动性和有效烃源岩生排烃期内的断层活动性，断层活动期次可通过计算断层生长指数分析，断裂带裂缝充填方解石、石英脉体可以反映流体活动期次，也可间接反映出断层活动的期次。本实施例中断层活动性判识方法采用了断层生长指数分析、断层与地层切割关系、断裂带包裹体均一温度和断裂带脉体铷锶测年技术手段，认为哈山地区经历P1末、P末、T末、J末和K末五期构造运动，其中P末及其以后构造活动形成断裂处于烃源岩主生排烃期内。断层油气运移动力校正因子，首先，考虑了地层流体性质、断层产状对浮力的影响，依据准北缘地层水分析结果ρw取值1.01g/cm3,依据F6-2断层附近哈深2井区试油资料ρo取值为0.91g/cm3；其次，考虑到异常地层压力可作为油气运移的动力，引入地层压力系数表示异常地层压力对运移的影响，依据F6-2断层附近哈深2井区试油资料Cp取值为0.98；第三，断层与有效烃源岩空间关系对运移效率有着重要影响，断层距离有效烃源岩远近与其输导能力呈正相关关系，地质结构及烃源岩生烃演化分析认为F6-2断层沟通有效烃源岩，为油源断层，因此Cf取值为2。岩性校正因子权重系数可根据岩石力学实验结果或利用声波、密度测井资料获取的岩石力学参数进行赋值，本实施例中单一岩性权重赋值，白云岩取9、火山角砾岩取8、凝灰岩取7、流纹岩取6、安山岩取5、辉绿岩取4、玄武岩取3、砂(砾)岩取2、泥岩取1，过渡岩性取相应中间值；断裂带岩性权重系数根据断层附近钻井揭示岩性组合进行加权求和，并相应赋值。
步骤六、优选断层输导能力评价剖面
根据断层规模(级别)、断层产状及油藏(钻井)分布情况，以均布要求选择评价剖面。通过钻井区(高勘探区)断层输导性的量化分析，厘定断层输导能力评价门限值，从而为无井区(低勘探区)的输导能力评价提供依据。
步骤七、建立断层分单元垂向输导量化评价模型
(7-1)断层输导评价单元划分：断裂带是一个具有复杂内部结构的三维地质体，空间上受不同地质条件和因素的控制，断裂带内部结构发育与否、发育规模及物性特征等存在非均质性，且在不同部位其产状、岩性组合和成藏地质要素等存在差异，从而使得不同断裂或同一断裂不同部位的油气输导能力存在差异，因此需要根据研究精度划分断层输导评价单元。平面上，断层具有一定的延伸长度和走向，且断层规模越大，其走向往往变化也越大，不同部位所受区域应力作用(夹角)存在差异，在平面上，断层输导评价单元(段数m)的划分取决于其走向变化量，可根据研究精度需要和断层走向(θ)与切线方向(ω)夹角的大小将断层划分为若干段，其中，夹角变化幅度区间可选5°、10°、15°、20°……；剖面上，断层倾角(ф)往往也存在一定变化，造成在不同部位断层面所受有效应力不同，剖面上断层输导评价单元(层数n)的划分取决于其倾角(ф)的变化量，因而，可根据研究精度的需要和断层倾角(ф)与切线方向(ε)夹角的大小将断层划分为若干层，其中，夹角变化幅度区间可选5°、10°、15°、20°……；分输导单元评价断层的输导能力解决了断裂带空间非均质性影响。
根据断层三维空间展布特征(产状变化)和研究评价精度要求，划分相应的断层输导评价单元，如图8所示，即平面上分段，垂向上分层。
如图2所示，F6-2断层为整体近东西走向北倾的逆断层。剖面上，断层上陡下缓，断面倾角17～61°，本次实施例中依据实际研究需要、断层倾角与切线夹角的大小和资料情况，选取10°的变化幅度区间，将F6-2断层自上而下分为5层，即n取值为5；平面上，F6-2断层走向多变，呈北东向、东西向、北西向等方向变化，依据实际研究需要和断层走向与切线方向夹角的大小，选取20°的变化幅度区间，将F6-2断层自西向东分为6段，即m取值为6。
(7-2)根据评价断层的空间产状特征，将其划分为m*n个输导评价单元，任一断层输导评价单元输导能力量化评价公式为：
(CellFc)ij＝(Fnum校)ij*(Fdy校)ij*(Flith校)ij*(KFc)ij (18)，
i＝1,2,3，...，m；j＝1,2,3，...，n (19)，
式中，(CellFc)ij为断层任一输导单元输导能力评价指数；(Fnum校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性断层活动性校正因子；(Fdy校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性油气运移动力校正因子；(Flith校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性岩性校正因子；(KFc)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij断裂带渗透性评价指数；m为平面上断层划分段数；n为剖面上断层划分层数。
本实施例针对准噶尔盆地北缘哈拉阿拉特山(简称哈山)推覆带火山岩发育区F6-2逆断层，根据断层输导评价单元输导能力量化评价公式得到的断层分单元垂向输导量化评价结果如下表1所示：
表1断层分单元垂向输导量化评价结果
注：断层输导评价单元输导能力需根据高成熟勘探区断层两盘已钻井油气水关系综合判定。“★★★”、“★★”“★”表示输导评价单元可输导油气，“*”表示输导评价单元不能输导油气。
步骤八、厘定断层输导量化评价指标门限
在完成高勘探区断层输导量化评价的基础上，基于断层上下盘地层钻井录井油气显示级别(荧光、油迹、油斑、油浸、饱含油、富含油)或油气水空间分布及其相互关系分析，数理统计，厘定断层输导能力评价指数门限值，进而预测低勘探区的断层输导能力，指导勘探部署。本实施例综合统计百乌断层、F6断层、F6-2、F3-2断层、F8断层等多条断裂上下盘油气显示级别(或油气水空间分布)与断层渗透性评价指数大小关系，厘定哈山地区火山岩区的断层渗透性评价指数门限值为2.50，(CellFc)ij大于该数值表示断层具有较好的垂向输导性，反之小于该数值则表示断层垂向输导能力较差，不利于油气输导。各输导评价单元输导能力强弱，具体划分为：“★★★”代表(CellFC)ij≥30，表示输导油气能力最强，“★★”代表30>(CellFC)ij≥10，表示输导油气能力较强，“★”代表10>(CellFC)ij≥2.5,表示输导油气能力较弱；“*”代表(CellFC)ij<2.5，表示不能输导油气。
采用上述技术方案，本发明火山岩区逆断层垂向输导能力量化评价方法合理、可靠性强、模型准确合理。本发明在构建断裂带结构地质模型的基础上，建立断裂带结构层渗透率与有效应力关系模型及各结构层宽度比例关系模型，确定各结构层的渗透率加权权重系数，进而构建断裂带渗透性评价模型，在此基础上，从断层岩性、断层活动性、油气运移动力三方面对模型进行校正，建立断层垂向输导量化评价模型，并且厘定断层输导量化评价指标门限。本发明能够准确评价火山岩区逆断层垂向输导能力，降低勘探风险，提高勘探成功率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：建立断裂带结构地质模型
脆性断层断裂带内部结构可分为围岩、诱导裂缝带和碎裂带3层结构，归纳总结不同作用应力方式、规模、产状及岩性的断裂带结构特征，建立断裂带结构地质模型；
步骤二：建立断裂带结构层渗透率与有效应力关系模型
各结构层具有不同的输导机制，根据断裂带结构层输导机制，分别建立诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型、碎裂带渗透率-有效应力关系模型；
步骤三：建立断裂带各结构层宽度比例关系模型
根据野外露头、岩心观察和敏感测井曲线响应特征开展断裂带内部结构识别划分，在此基础上，统计断裂带上盘诱导裂缝带、下盘诱导裂缝带、碎裂带空间比例关系，建立断裂带各结构层宽度比例关系模型；
步骤四：构建断裂带渗透性评价模型
根据断裂带各结构层宽度比例关系确定其相应的渗透率加权权重系数，构建断裂带渗透性评价模型；
步骤五：构建断裂带渗透性校正因子数学模型
根据断层不同部位的地质因素时空配置样式差异，提出断层岩性校正因子、断层活动性校正因子和油气运移动力校正因子概念，构建相应的断裂带渗透性校正因子数学模型；
步骤六：优选断层输导能力评价剖面
通过钻井区断层输导性的量化分析，厘定断层输导能力评价门限值，为无井区的输导能力评价提供依据；
步骤七：建立断层分单元垂向输导量化评价模型
(7-1)断层输导评价单元划分：根据断层空间展布特征和评价精度要求，划分相应的断层输导评价单元；
(7-2)断层输导评价单元输导能力量化评价：
CellFc＝Fnum校*Fdy校*Flith校*KFc (1)，
式中，CellFc为断层输导评价单元输导能力评价指数；Fnum校为断裂带渗透性断层活动性校正因子；Fdy校为断裂带渗透性油气运移动力校正因子；Flith校为断裂带渗透性岩性校正因子；KFc为断裂带渗透性评价指数；
步骤八、厘定断层输导量化评价指标门限值
在高勘探区断层输导能力量化评价的基础上，综合断层上下盘地层油、气、水空间分布及其相互关系分析，数理统计，厘定研究区的断层输导能力评价指数门限值，进而预测低勘探区的断层输导性，指导勘探部署。
2.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤一中，所述断裂带结构地质模型是以野外露头、钻井岩心、成像测井、常规测井断裂带结构发育特征系统分析为基础，综合考虑断层规模、断层产状、两盘地层岩性、所处构造部位各因素对断裂带结构发育的影响；基于露头、岩心岩石学宏观特征，薄片、扫描电镜微观特征观察，开展断裂带结构层常规测井、成像测井相应特征分析，明确断裂带结构类型。
3.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤二中，地下断层面所承受的有效应力为重力、区域构造应力和地层流体压力的叠加，根据断裂结构层露头、岩心样品岩石力学实验获取应力大小与物性实测数据，结合常规测井解释物性数据，分结构层拟合渗透率与所受有效应力的关系，建立诱导裂缝带渗透率-有效应力关系模型、碎裂带渗透率-有效应力关系模型，其中，诱导裂缝带渗透率-有效应力关系公式如下：
σeff＝aKifz -b (2)，
σeff＝σ1cosφ+σ2sinαsinφ+σ3sinαcosφ (3)，
σ1＝10-3(ρr-ρw)gh (4)，
式中，σeff为σ1、σ2、σ3在断层面上的有效正应力，MPa；Kifz为断层上、下盘诱导裂缝带渗透率，10-3μm2；a，b为拟合系数；σ1为重力和流体压力的差值，MPa；σ2、σ3为构造最大水平主应力和最小水平主应力，MPa；α为断层走向与最大水平主应力之间的夹角，°；ф为断面倾角，°；h为断面埋深，m；ρr为上覆地层平均密度，g/cm3；ρw为地层水平均密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2；
碎裂带渗透率-有效应力关系公式如下：
σeff＝a′Ksdz -b′ (5)，
式中，σeff为σ1、σ2、σ3在断层面上的有效正应力，MPa；Ksdz为断层碎裂带渗透率，10-3μm2；a’，b’为拟合系数。
4.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤三中，统计露头、钻井揭示的断层断裂带各结构层宽度比例关系，建立断层规模与断裂带、诱导裂缝带与碎裂带宽度之间的量化关系，
Wifz＝c*Ld (6)，
Wsdz＝c′*Ld′ (7)，
式中，Wifz为断层上下盘诱导裂缝带宽度之和，m；Wsdz为断层碎裂带宽度，m；L为断层断距，m；c、c’、d、d’为拟合系数。
5.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤四中构建断裂带渗透性评价模型，其模型为：
KFc＝CifzKifz+CsdzKsdz (8)，
式中，KFc为断裂带渗透性评价指数，即断层诱导裂缝带渗
透率与碎裂带渗透率的加权渗透率数值，10-3μm2；Kifz为断层上、下盘诱导裂缝带渗透率数值，10-3μm2，Ksdz为断层碎裂带渗透率数值，10-3μm2；Cifz为断层诱导裂缝带权重系数；Csdz为断层碎裂带权重系数；Wifz为断层上下盘诱导裂缝带宽度之和，m；Wsdz为断层碎裂带宽度。
6.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤五中，不同岩性岩石力学性质存在一定差异，岩石抗压强度不同，导致断裂带诱导裂缝带及碎裂带发育程度不同，断裂带渗透输导能力存在一定差异，断层两盘一般发育多种岩石类型，因此提出断裂带输导能力岩性校正因子；火山岩岩性复杂，可利用岩心-薄片-元素-测井方法建立岩性综合识别图版，厘定火山岩岩性；根据岩石力学实验获取白云岩、火山角砾岩、凝灰岩、流纹岩、安山岩、辉绿岩、玄武岩、砂砾岩、泥岩不同岩性岩石的抗压强度力学性质参数，根据其造缝能力大小赋予权重系数，岩性校正因子与岩性权重关系为：
式中，Flith校为断裂带渗透性岩性校正因子；Ck为断层两盘第k种岩石岩性权重系数，小数；lithk为断层两盘第k种岩石相对含量，％；为不同岩性岩石权重系数加权求和；q为断层两盘岩石岩性种类数。
7.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤五中，断层输导能力与其地质历史时期活动期次呈正相关关系，断层活动次数越多，断层输导性越强，断层活动期次可通过计算断层生长指数分析，也可根据断裂带露头、岩心、薄片资料，分析裂缝充填物性质、裂缝切割关系、裂缝产状、包裹体测试确定，因此引入断层活动性校正因子，进行断层活动性对其输导能力影响程度的校正，函数关系为：
Neff＝1，2，3，...Nt＝1，2，3，... (13)，
式中，Fnum校为断层活动性校正因子；Nt为研究区地质时期断层活动总次数；Neff为烃源岩主生烃地质时期内断层活动次数。
8.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤五中，油气沿断层运移除受断裂带结构因素控制外，还受运移动力强弱因素控制，油气运移动力早期一般以流体异常压力为主，后期逐渐过渡为以浮力为主，浮力因断层产状、油气与地层水密度差变化而变化；综合考虑不同断层成藏地质因素差异，即断层所处地层流体动力条件、断层产状、断层与有效烃源岩接触关系，引入油气运移动力校正因子进行断层输导能力精细评价，构建的油气运移动力校正因子数学模型为：
Fdy校＝Cfr*Cp*Cf (14)
Cfr＝g(ρw-ρo)sinφ (15)
式中，Fdy校为断裂带渗透性油气运移动力校正因子；Cfr为油气运移动力浮力系数；Cf为有效烃源岩供烃能力系数；Cp为地层流体压力系数；ф为断面倾角，°；ρw为地层水平均密度，g/cm3；ρo为烃类流体密度，g/cm3；g为重力加速度，m/s2；Pf为地层流体压力，Ph为静水压力，MPa；H为水柱高度，m；D为断层距离有效烃源岩距离，km；油源断层指下部断穿有效烃源岩，上部断至目的层的断层，非油源断层为未直接沟通有效烃源岩与目的层的断层，当研究断层为油源断层时，Cf值取2，当研究断层为非油源断层时，Cf值取其中，int(D+1)为取整函数。
9.根据权利要求1所述的山前推覆带火山岩区逆断层分单元垂向输导能力评价方法，其特征在于，步骤七中，断层输导评价单元输导能力量化评价，即根据评价断层的空间产状特征，将其划分为m*n个输导评价单元，任一输导评价单元输导能力量化公式为：
(CellFc)ij＝(Fnum校)ij*(Fdy校)ij*(Flith校)ij*(KFc)ij (18)，
i＝1，2，3，...，m；j＝1，2，3，...，n (19)，
式中，(CellFc)ij为断层任一输导评价单元输导能力评价指数；(Fnum校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性断层活动性校正因子；(Fdy校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性油气运移动力校正因子；(Flith校)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij渗透性岩性校正因子；(KFc)ij为断层输导评价单元(CellFc)ij断裂带渗透性评价指数；m为平面上断层划分段数；n为剖面上断层划分层数。
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