CN107422378B - 一种多边形断层系统的综合判识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多边形断层系统的综合判识方法，具体实例基于松辽盆地三肇凹陷。多边形断层系统的特征主要表现为平面上断层相互交织构成多边形；垂向上断层分布具有明显的顶底界面，具有“层控性”；几何特征为延伸长度小、断距小的特征。基于此，本发明归纳多边形断层系统的关键特征，建立多边形断层系统的判识模型，综合断层平面特征、垂向特征和几何特征，确定权重系数并构建数学模型，得到综合判识指数，判识多边形断层系统。本发明考虑多种地质因素，能够满足多边形断层判识的准确要求，可以广泛适用于油气资源地质勘探领域。

Description

一种多边形断层系统的综合判识方法

技术领域

本发明属于油气资源地质勘探及开发评价领域，具体涉及一种多边形断层系统的综合判识方法。

背景技术

多边形断层系统是指发育于细粒沉积物中的小型伸展断层系，大量的小断层在平面上相互交织形成多边形形态，垂向上被限制在特定的地层中，一般为非构造成因。目前国外已在多个地区发现了多边形断层系统，例如新泽西盆地、舍得兰群岛、北海盆地、科特迪瓦盆地和维京盆地等，而国内多边形断层系统发现较少，目前仅在琼东南盆地和松辽盆地发现了多边形断层系统，而且争议较大。

目前关于多边形断层系统的判识方法主要集中于定性描述阶段，一般认为主要断层的平面形态、层控性和断距的大小来判断是否属于多边形断层系统，例如一般认为平面上具有多边形形态的都可以认为是多边形断层系统，但是定性的判识方法受人为因素影响较大，不同的尺度下断层的平面形态明显不同，难以准确判识多边形断层系统

尽管多边形断层系统研究在国内外学者努力下取得了许多重要进展，但其判识仍处于相对初级阶段，目前依然没有一种成熟而准确的评价方法。多边形断层系统综合判识是一项系统工程，需要考虑各种因素，难度较大。

发明内容

基于以上背景技术及分析，本发明中公开一种多边形断层系统的综合判识方法，具体实现技术方案如下：

一种多边形断层系统的综合判识方法，所述方法包括以下步骤：

(1)基于多边形断层系统特征，建立综合判识的概念模型：

多边形断层系统综合判识的概念模型，是在国内外大量多边形断层系统特征分析的基础上，综合考虑断层平面组合形态、垂向特征和几何特征三个因素，建立综合判识概念模型；

(2)构建多边形断层系统平面特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统平面特征实际情况分析，主要选择断层走向和断层平面组合形态作为关键参数，构建断层走向指数和平面组合形态指数，最终建立平面特征指数；

(3)构建多边形断层系统垂向特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统垂向特征实际情况分析，选择断层垂向“层控性”作为关键参数表征垂向特征，建立垂向特征指数，构建多边形断层系统的垂向特征判识方法；

(4)构建多边形断层系统几何特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统几何特征实际情况分析，选择断层平面延伸距离和断距作为关键参数表征几何特征，建立几何特征指数，构建多边形断层系统的几何特征判识方法；

(5)建立多边形断层系统的综合判识方法：

分析多边形断层系统的关键特征，确定平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，构建多边形断层系统判识指数数学模型，统计判识指数，据此综合判识多边形断层系统。

所述的建立多边形断层系统综合判识的概念模型，是在国内外大量多边形断层系统特征综合分析的基础上，认为平面上断层相互交织构成多边形、垂向上具有明显顶底边界及延伸距离短和断距小的几何特征是多边形断层系统的关键特征，因此以平面特征、垂向特征和几何特征为主要因素，建立的综合判识的概念模型为：

PFS＝F(P_I，V_I，G_I) 公式1

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，P_I为断层平面特征指数，V_I为断层垂向特征指数，G_I为断层几何特征指数，PFS为P_I、V_I、G_I三个变量的函数。该模型优势在计算所需的数据和资料容易获取，通过多边形断层系统判识指数可以实现定量的判识多边形断层系统，有效避免定性描述判识过程中人为影响过大这一缺点。

所述的构建多边形断层平面特征判识方法综合考虑了断层平面组合形态和断层走向，完全可以刻画出多边形断层系的平面特征，且计算所需的数据和资料容易获取，适用范围广。构建的平面特征指数如下：

P_I＝0.5×S_I+0.5×Z_I 公式2

式中P_I为断层平面特征指数，S_I为断层走向指数，Z_I为平面组合形态指数。其中断层走向指数的求取方法为：

S_I＝N_S/8 公式3

式中S_I为断层走向指数，N_S为断层主力走向的个数，N_S范围一般为0～8，为整数，S_I范围为0～1。

断层平面组合形态指数的求取公式为：

Z_I＝(3n₃+4n₄+5n₅+6n₆+7n₇+8n₈)/8(n₃+n₄+n₅+n₆+n₇+n₈) 公式4

式中Z_I为平面组合形态指数，n_i为断层平面组合形态为i边形的个数，例如n₆为六边形的个数，i的范围为3～8，Z_I的最大值为1。

所述的构建多边形断层系统垂向特征判识方法，要充分考虑多边形断层的垂向上的“层控性”特征，构建多边形断层垂向特征判识方法可以评价断层的顶底界面的是否稳定，完全可以用来评价断层是否具有“层控性”。所述的多边形断层系统垂向特征判识方法如下：

V_I＝N_W/N_T 公式5

式中V_I为断层垂向特征指数，N_W为剖面中有明显顶底界面的断层个数，N_T为剖面中所有断层的个数。

所述的构建多边形断层系统几何特征判识方法，断层平面延伸距离短和断距小是多边形断层系统的最主要几何特征，平面延伸距离越短、断距越小，则为多边形断层系统的可能性越大，构建的几何特征判识方法主要评价断层平面延伸的规模和断距大小，完全可以刻画多边形断层系统的几何特征。所述的多边形断层系统的几何特征判识方法如下所示：

G_I＝0.5×[1-(T/100)]+0.5×[1-(D/5000)] 公式6

式中G_I为断层几何特征指数，T为断层断距，单位m，D为断层平面延伸长度，单位m。多边形断层断距一般小于100m，平面延伸距离小于5000m，几何特征指数分布范围为0～1。

所述的建立多边形系统的综合判识方法首先分析多边形断层系统的关键特征，确定平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，构建多边形断层系统判识指数数学模型，统计判识指数，据此综合判识多边形断层系统。

所述的平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，分别为0.4、0.4和0.2，构建多边形断层系统判识指数数学模型为：

PFS＝0.4×P_I+0.4×V_I+0.2×G_I 公式7

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，P_I为断层平面特征指数，V_I为断层垂向特征指数，G_I为断层几何特征指数。统计研究区判识指数，据此综合判识多边形断层系统。

本发明公开的一种多边形断层系统的综合判识方法，建立综合判识的概念模型，平面特征、垂向特征和几何特征相结合，确定权重系数并构建数学模型，得到综合判识指数，判识多边形断层系统。本发明能够满足多边形断层系统的准确要求，考虑更加全面，减少了定性描述判断的不确定性，于研究区应用效果良好，可以推广应用于其他不同地质特征区域，能为油气资源地质勘探及开发评价提供有效指导。

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。

附图说明

图1为本发明方法的步骤框图。

图2a-2c为本发明方法步骤的松辽盆地三肇凹陷三套断层走向玫瑰花图。

图3a-3c为本发明方法步骤的松辽盆地三肇凹陷三套断层解释平面分布图。

图4为本发明方法步骤的松辽盆地三肇凹陷三套断层平面延伸长度分布频率图。

图5为本发明方法步骤的松辽盆地三肇凹陷三套断层系断距分布频率图。

表1为本发明方法步骤的松辽盆地三肇凹陷及国外典型多边形断层判识指数表。

具体实施方式

下面以松辽盆地三肇凹陷作为具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图与实例对本发明作进一步的详细说明；可以理解的是，此处所叙述的具体实例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定；另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1-5所示，本发明一种多边形断层系统的综合判识方法，所述方法包括以下步骤：

(1)基于多边形断层系统特征，建立综合判识的概念模型：

多边形断层系统综合判识的概念模型，是在国内外大量多边形断层系统特征分析的基础上，综合考虑断层平面组合形态、垂向特征和几何特征三个因素，定义多边形断层系统的判识概念模型为：

PFS＝F(P_I，V_I，G_I) 公式1

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，P_I为断层平面特征指数，V_I为断层垂向特征指数，G_I为断层几何特征指数，PFS为P_I、V_I、G_I三个变量的函数。该模型优势在计算所需的数据和资料容易获取，通过多边形断层系统判识指数可以实现定量的判识多边形断层系统，有效避免定性描述判识过程中的不确定性。

(2)构建多边形断层系统平面特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统平面特征实际情况分析，主要选择断层走向和断层平面组合形态作为关键参数，构建断层走向指数和平面组合形态指数，最终建立平面特征指数。构建平面特征指数求取方法如下：

P_I＝0.5×S_I+0.5×Z_I 公式2

式中P_I为断层平面特征指数，S_I为断层走向指数，Z_I为平面组合形态指数。其中断层走向指数的求取方法为：

S_I＝N_S/8 公式3

式中S_I为断层走向指数，N_S为断层主力走向的个数，N_S范围一般为0～8，为整数，S_I范围为0～1。统计松辽盆地三肇凹陷T₁₁、T₂₁和T₃断层走向玫瑰花图，如图2所示，发现三套断层走向分散，主力走向的个数分别为8个、7个、7个，则根据公式3计算断层走向指数S_I分别为1、0.875、0.875。

断层平面组合形态指数的求取公式为：

Z_I＝(3n₃+4n₄+5n₅+6n₆+7n₇+8n₈)/8(n₃+n₄+n₅+n₆+n₇+n₈) 公式4

式中Z_I为平面组合形态指数，n_i为断层平面组合形态为i边形的个数，例如n₆为六边形的个数，i的范围为3～8，Z_I的最大值为1。松辽盆地三肇凹陷T₁₁、T₂₁和T₃断层平面组合形态如图3所示，分析三套断层平面组合形态，分别统计T₁₁、T₂₁和T₃断层平面组合形态为三角形、四边形、五边形、六边形、七边形和八边形的个数，代入公式4求取三套断层平面组合形态指数分别为0.728、0.614、0.519。进而将走向指数和平面组合形态指数代入公式2，求取三套断层的平面特征指数为0.864、0.745、0.697。

(3)构建多边形断层系统垂向特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统垂向特征实际情况分析，选择断层垂向“层控性”作为关键参数表征垂向特征，建立垂向特征指数，构建多边形断层系统的垂向特征判识方法，垂向特征判识方法如下：

V_I＝N_W/N_T 公式5

式中V_I为断层垂向特征指数，N_W为剖面中有明显顶底界面的断层个数，N_T为剖面中所有断层的个数。分别统计松辽盆地三肇凹陷剖面中T₁₁、T₂₁和T₃三套断层中有明显顶底界面的断层个数N_W和剖面中算有断层个数N_T，代入公式5求取三套断层垂向特征指数V_I分别为0.867、0.846、0.875。

(4)构建多边形断层系统几何特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统几何特征实际情况分析，选择断层平面延伸距离和断距作为关键参数表征几何特征，建立几何特征指数，构建多边形断层系统的几何特征判识方法，如下所示：

G_I＝0.5×[1-(T/100)]+0.5×[1-(D/5000)] 公式6

式中G_I为断层几何特征指数，T为断层断距，单位m，D为断层平面延伸长度，单位m。多边形断层断距一般小于100m，平面延伸距离小于5000m，几何特征指数分布范围为0～1。松辽盆地三肇凹陷T₁₁、T₂₁和T₃断层平面组合形态如图3所示，分别统计T₁₁、T₂₁和T₃三套断层的平面延伸长度和断距，编制相关的频率分布图，如图4和图5所示。三套断层的平面延伸长度主要为1～2km，取平均值为1.5km；T₁₁断层断距主要为10～20m，取平均值15m，T₂₁断距主要分布于30～40m，取平均值35m，T₃断层断距主要分布区间为20～30m，取平均值25m。分别将平面延伸长度和断距数值代入公式6，求得三套断层的几何特征指数分别为0.775、0.675、0.725。

(5)建立多边形断层系统的综合判识方法：

分析多边形断层系统的关键特征，确定平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，构建多边形断层系统判识指数数学模型，统计判识指数，据此综合判识多边形断层系统。平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，分别为0.4、0.4和0.2，构建多边形断层系统判识指数数学模型为：

PFS＝0.4×P_I+0.4×V_I+0.2×G_I 公式7

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，P_I为断层平面特征指数，V_I为断层垂向特征指数，G_I为断层几何特征指数。统计研究区判识指数，据此综合判识多边形断层系统。分别将松辽盆地三肇凹陷的三套断层平面特征指数、垂向特征指数和几何特征指数代入公式7，求得多边形断层系统判识指数分别为0.847、0.771、0.774，如表1所示。选取国内外公认的多边形断层系统发育的工区，计算多边形断层系统判识指数，结果如表1所示。分析国外公认的多边形断层系统判识指数可知，判识指数大于0.65的为多边形断层系统，松辽盆地三肇凹陷T₁₁、T₂₁和T₃断层判识指数均大于0.65，均属于多边形断层系统。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述研究区具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (1)

1.一种多边形断层系统的综合判识方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)基于多边形断层系统特征，建立综合判识的概念模型：

多边形断层系统综合判识的概念模型，是在国内外大量多边形断层系统特征综合分析的基础上，认为平面上断层相互交织构成多边形、垂向上具有明显顶底边界及延伸距离短和断距小的几何特征是多边形断层系统的关键特征，因此以平面特征、垂向特征和几何特征为主要因素，建立的综合判识的概念模型为：

PFS＝F(PI，VI，GI) 公式1

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，PI为断层平面特征指数，VI为断层垂向特征指数，GI为断层几何特征指数，PFS为PI、VI、GI三个变量的函数，该模型优势在计算所需的数据和资料容易获取，通过多边形断层系统判识指数可以实现定量的判识多边形断层系统，有效避免定性描述判识过程中人为影响过大这一缺点；

(2)构建多边形断层系统平面特征判识方法：

多边形断层平面特征判识方法综合考虑了断层平面组合形态和断层走向，完全可以刻画出多边形断层系的平面特征，且计算所需的数据和资料容易获取，适用范围广，结合国内外多边形断层系统平面特征实际情况分析，主要选择断层走向和断层平面组合形态作为关键参数，构建断层走向指数和平面组合形态指数，最终建立平面特征指数，构建的平面特征指数如下：

PI＝0.5×SI+0.5×ZI 公式2

式中PI为断层平面特征指数，SI为断层走向指数，ZI为平面组合形态指数，其中断层走向指数的求取方法为：

SI＝NS/8 公式3

式中SI为断层走向指数，NS为断层主力走向的个数，0<NS<8，为整数，0<SI<1；

断层平面组合形态指数的求取公式为：

ZI＝(3n₃+4n₄+5n₅+6n₆+7n₇+8n₈)/[8(n₃+n₄+n₅+n₆+n₇+n₈)] 公式4

式中ZI为平面组合形态指数，n_i为断层平面组合形态为i边形的个数，n₆为六边形的个数，i的范围为3～8，ZI<1；

(3)构建多边形断层系统垂向特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统垂向特征实际情况分析，选择断层垂向“层控性”作为关键参数表征垂向特征，建立垂向特征指数，构建多边形断层系统的垂向特征判识方法,评价断层是否具有“层控性”，所述的多边形断层系统垂向特征判识方法如下：

VI＝NW/NT 公式5

式中VI为断层垂向特征指数，NW为剖面中有明显顶底界面的断层个数，NT为剖面中所有断层的个数；

(4)构建多边形断层系统几何特征判识方法：

结合国内外多边形断层系统几何特征实际情况分析，选择断层平面延伸距离和断距作为关键参数表征几何特征，建立几何特征指数，构建多边形断层系统的几何特征判识方法；断层平面延伸距离短和断距小是多边形断层系统的最主要几何特征，平面延伸距离越短、断距越小，则为多边形断层系统的可能性越大，构建的几何特征判识方法主要评价断层平面延伸的规模和断距大小，完全可以刻画多边形断层系统的几何特征，所述的多边形断层系统的几何特征判识方法如下所示：

GI＝0.5×[1-(T/100)]+0.5×[1-(D/5000)] 公式6

式中GI为断层几何特征指数，T为断层断距，单位m，D为断层平面延伸长度，单位m，多边形断层断距小于100m，平面延伸距离小于5000m，0<几何特征指数<1；

(5)建立多边形断层系统的综合判识方法：

分析多边形断层系统的关键特征，确定平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，构建多边形断层系统判识指数数学模型，统计判识指数，据此综合判识多边形断层系统；

所述的平面特征、垂向特征和几何特征的权重系数，分别为0.4、0.4和0.2，构建多边形断层系统判识指数数学模型为：

PFS＝0.4×PI+0.4×VI+0.2×GI 公式7

式中，PFS为多边形断层系统判识指数，PI为断层平面特征指数，VI为断层垂向特征指数，GI为断层几何特征指数，统计研究区判识指数，据此综合判识多边形断层系统。

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