CN111624654A - 走滑断裂体系的拓扑分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种走滑断裂体系的拓扑分析方法以拓扑学理论为基础，基于断裂网络精细解释，厘定断裂网络中的节点类型和断裂线段分布等拓扑学基本要素，计算连通性节点的密度以及断裂线段的面密度，绘制等值线图。该方法可广泛运用于定量评价盆地地下走滑断裂体系断裂密度与连通性，解决了扫描线法不能反映断裂密度在平面内整体分布的非均值性和无法评价断裂连通性的问题，对于研究碳酸盐岩走滑断裂体系中的储层发育有利部位以及油气运聚具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于地质学构造分析领域，尤其涉及一种走滑断裂体系的拓扑分析方法。
背景技术
走滑断裂是指地壳在剪切应力作用下，断层两盘在力偶作用下作相对水平运动，从而产生的断裂，断层两盘不呈现上下垂直移动，由于断层面是水平方向移动的，在野外观察上通常没有明显的断崖，在地面上呈现出断裂线。
克拉通内中小尺度走滑断裂滑移距通常不超过数千米(Mann P.Globalcatalogue,classification and tectonic origins of restraining-and releasingbends on active and ancient strike-slip fault systems[J].Geological Society,London,Special Publications,2007,290(1):13-142)，是台盆区内部广泛发育的构造(Deng S.Structural characterization of intracratonic strike-slip faults inthe central Tarim Basin[J].AAPG Bulletin，2019，103(1),109-137.)。已有研究表明，走滑断裂在盆地深部碳酸盐岩地层中可密集发育，交错形成断裂网络，断裂网络发育的密集程度(简称断裂密度)以及连通性对碳酸盐岩储层的形成，油气的运聚可产生重要的影响(邓尚等.塔里木盆地顺北及邻区主干走滑断裂带差异活动特征及其与油气富集的关系[J].石油与天然气地质,2018,39(5):878-888)。
对于走滑断裂的断裂密度和连通性的分析是本领域的技术难点，目前分析断裂密度的常见方法是扫描线法(De Joussineau G,Aydin A.The evolution of the damagezone with fault growth in sandstone and its multiscale characteristics[J].Journal of Geophysical Research Solid Earth,2007,112(B12))。该方法是用一条或多条测线，平行或多方位展布在露头面或测量面上，记录与扫描线相交的断裂个数，统计沿不同扫描线断裂个数(频率)的数值变化，并计算断裂线密度等。
该方法虽然为研究断裂发育密集程度提供了一种有效的数学工具，但分析方法单一，无法反映断裂密度在平面内整体分布的非均值性，对于走滑断裂体系在同一研究区不同部位的密度变化难以提供统一的量化标准，更无法体现断裂连通性等属性的变化。
发明内容
为解决现有方法中的技术问题，本发明提供一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，具体方案如下：
一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，包括如下步骤：
S1：根据研究区内的三维地震资料，厘定研究区内的断裂网络中的节点和断裂线段；
S2：根据所述节点和断裂线段，获得反映研究区内断裂网络密集程度的变化趋势的密度分布。
进一步的，所述密度分布包括断裂线段的面密度和/或连通性节点的密度。
进一步的，在步骤S2中，根据所述断裂网络中的连通性节点得到所述连通性节点的密度。
进一步的，在步骤S2中，先通过断裂交错和截切关系确定所述节点的类型，再通过所述节点的类型识别所述连通性节点。
进一步的，所述节点类型包括X型节点、Y型节点和Ⅰ型节点；
所述X型节点和Y型节点为所述连通性节点；
所述Ⅰ型节点为非连通性节点。
进一步的，所述节点类型还包括V型节点，所述V型节点为连通性节点。
进一步的，根据断裂线段的长度得到断裂线段的面密度。
进一步的，步骤S1中，根据所述三维地震资料，绘制研究区内断裂分布图，根据所述断裂分布图，绘制节点与断裂线段分布图。
进一步的，采用核密度分析法获取所述研究区的密度分布。
进一步的，步骤S1中，所述三维地震资料为地震相干属性图。
与现有技术相比，本发明提供一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，该方法将错综复杂的断裂网络划分成由节点和断裂线段构成的拓补结构，根据所述节点和断裂线段即能够得到反映研究区内断裂网络密集程度的变化趋势的密度分布，从而解决现有技术中的扫描线法不能反映断裂密度在平面内整体分布的非均值性的技术问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明实施例中某区域的断裂分布图，图中示出了该区域内的断裂网络；
图2在图1基础上划分节点类型及断裂线段；
图3为本发明实施例中的拓补分析方法流程图；
图4为本发明实施例中，托普台北与托普台南三维托普39断裂体系T7 6界面相干属性图；
图5为本发明实施例中，托普39断裂体系断裂精细解释所得到的断裂分布图；
图6为本发明实施例中，托普39断裂体系节点与断裂线段分布图；
图7为本发明实施例中，托普39断裂体系断裂线段的面密度分布图，通过色标对比识别断裂线段的面密度变化；
图8为本发明实施例中，托普39断裂体系连通性节点的密度分布图，通过色标对比识别连通性节点的密度变化；
图9为本发明实施例中，托普39断裂体系断裂线段的面密度与单井产能(累产油)对比图，通过色标对比识别产能；
图10为本发明实施例中，托普39断裂体系连通性节点密度与连通井组分布对比图。
在附图中，相同的标识对象采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
本实施例提供一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，该方法以拓补学为基础，提供了一种分析断裂密度和连通性的有效方法，解决了无法反映断裂密度在平面内整体分布的非均值性的问题和无法量化分析连通性的问题。
拓补学是数学中一个重要的、基础的分支。起初它是几何学的一支,研究几何图形在连续变形下保持不变的性质，即连续变形，形象地说就是允许伸缩和扭曲等变形，但不许割断和粘合，现在已发展成为研究连续性现象的数学分支。
走滑断裂因为多高陡，倾角近似90度，其断裂网络在三维空间内可近似为二维断裂网络。节点与线段是组成任何二维网络的拓扑学基本要素(Sanderson D J,Nixon CW.The use of topology in fracture network characterization[J].Journal ofStructural Geology,2015,72:55-66)。任何断裂网络在连续变形中几何学特征(比如断裂走向、倾向)会发生变化，而节点的数量和特定节点类型在所有节点中所占比例不会发生变化，因而是拓扑学特征。
本实施例提供一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，其基本原理如图1、图2所示。
获取某一区域内的断裂分布，如图1，断裂分布可通过地震相干属性图解释断裂，厘定断裂网络中的节点和断裂线段得到。断裂网络由断裂线交织形成，通常节点是断裂网络中断裂线的交汇点或断裂线的端点。断裂线段可根据实际确定，例如，在某次分析中只获取断裂线段的面密度这一个参数而暂时不讨论断裂的连通性问题，则此时，断裂线段的选取可以是断裂线上相邻两个节点之间的一段断裂线，如图2中节点P1与节点P2之间的一段断裂线为断裂线段，也可以是断裂线上间隔的两个节点之间的一段断裂线，如图2中虽然在断裂线上节点P3、P5之间还有节点P4，仍可将节点P3、P5之间的一段断裂线划分为断裂线段，这在不考虑断裂的连通性问题而只获取断裂的面密度参数时是可以的。断裂网络划分成节点和断裂线段的拓补结构后，各断裂线段的长度是可知的，通过计算单位面积上的断裂线的长度即得到断裂线段的面密度，其反映的是断裂在平面上的密集程度，相较于现有技术中记录与扫描线相交的断裂个数并统计沿不同扫描线断裂个数的数值变化的扫描线法，本实施例所提供的一种走滑断裂体系的拓补分析方法能够很好地反映断裂密度在平面内整体分布的非均值性。
进一步的，在考虑走滑断裂体系的连通性问题时，则以断裂线上相邻两节点之间的一段断裂线为断裂线段，断裂线段的两端的节点之间不再包含节点。这样方便对节点的连通性进行判断。例如，节点P3和节点P5之间须划分为节点P3和节点P4之间的断裂线段以及节点P4和节点P5之间的断裂线段，即节点P3和节点P5之间的断裂线不能视为一条断裂线段。
连通性节点是指连通了多条裂缝线段的节点，即该节点是多条裂缝线段的公共端点。例如根据断裂交错和截切关系确定节点类型，通过节点类型判断节点的连通性。具体地，断裂交错是指断裂线交汇，交汇处形成的节点为四条断裂线段的公共端点，如图2所示的节点P6和节点P7，此节点类型为X型节点。截切关系是指断裂线交汇，交汇处形成的节点为三条断裂线段的公共端点，如图2所示的节点P2、节点P4和节点P5，此节点类型为Y型节点。X型节点和Y型节点都属于连通性节点。
如图2所示，节点P1和节点P3均是断裂线段的非公共端点，此节点类型为Ⅰ型节点，属于非连通性节点。
通过计算单位面积上的连通性节点的个数即可得到连通性节点的密度，定量地反映连通性节点在平面内的密集程度，从而定量地反映出走滑断裂体系的连通程度。很好地解决了现有技术中的扫描线法无法体现走滑断裂的连通性变化，无法量化评价断裂连通性的技术问题。另外，连通性节点的密度是单位面积上的连通性节点的个数，也属于面密度，能够反映连通性节点的密集程度在平面内整体分布的非均值性。
进一步的，可根据断裂线段的两端的节点的类型，确定断裂线段的类型，根据节点类型的不同，断裂线段的类型可分为以下几类：
I-I型、I-X型、I-Y型、Y-Y型、Y-X型和X-X型。
断裂线段的类型没有方向之分，例如I-X型和X-I型是同一类型的断裂线段，I-Y型和Y-I型是同一类型的断裂线段，Y-X型和X-Y型是同一类型的断裂线段。
优选的，在获得的有限个数的密度值(断裂线段的面密度和连通性节点的密度)的基础上，可通过核密度分析法，获取整个研究区的密度值分布。
进一步的，可通过地震相干属性图，厘定断裂网络的节点和断裂线段得到图1所示的断裂分布图，并在图1的基础上编制图2所示的节点类型和断裂线段，根据节点类型将图2中节点分为连通性节点和非连通性节点，最终编制成节点和断裂线段分布图。将该节点和断裂线段分布图导入GIS(Geographical Information System)软件，即可计算连通性节点的密度和断裂线段的面密度，绘制等值线，导出断裂线段密度度分布图和连通性节点的密度分面图。
本实施例中，以塔里木盆地托普台地区三维覆盖区域托普39断裂体系为例应用拓补分析方法进行分析，托普39断裂体系为走滑断裂体系。本实施例中，同时分析了断裂线段的面密度和连通性节点的密度，具体步骤如下：
一、精细解释断裂：
基于高精地震三维提取断裂主要活动界面相干属性图和地震剖面，精细解释断裂几何形态，厘定断裂几何学特征。
本实施例中的断裂主要活动界面为托普台北三维、托普台南三维(两个三维拼接)T7 6界面，T7 6界面的相干属性图如图4所示。
在图4的基础上，精细解释断裂的几何形态，厘定断裂的几何学特征，从而获得图5所示的断裂分布图。
二、基于托普39断裂体系断裂精细解释、断裂交错与截切关系确定节点类型，绘制断裂网络节点与线段分布图：
图5中的断裂线段均为相邻节点间的一段断裂线。
根据断裂交错和截切关系等确定节点类型，并通过节点类型判断该节点是否为连通性节点，最终在图5基础上所编制的节点与断裂线段分布图如图6所示。图6中的实心黑点为连通性节点，空心白点为非连通性节点。空心白点为Ⅰ型节点，实心黑点主要为X型节点或Y型节点。
图6中示出了一类比较特殊的连通性节点，即节点P8、节点P9和节点P10，其节点类型为V型节点，V型节点是两条断裂线段的公共端点。
这类连通性节点之所以比较特殊，是由于，一般来讲即便是已经划分好的断裂线段，在其两端的节点之间理论上还可以新增任意数量的节点，将该断裂线段细分为任意数量的断裂线段，该断裂线段上所有新增的节点都是细分出的相邻两断裂线段的公共端点，如果这类节点被划分为连通性节点，则意味着在已划分好的断裂线段上还可以有无限个连通性节点，连通性节点的密度将被无限放大，这显然是不切实际的。
对于此类情形的处理，可以先确定断裂网络中的X型节点、Y型节点和Ⅰ型节点，再根据这三类节点划分出的断裂线段分多种情况进行讨论，判断是否需要新增V型节点：
(1)、所划分出的断裂线段是直线；
这种情况下，任意位置都可以设置连通两条细分的断裂线段的节点，无法确定细分的节点的位置，不需要新增节点。
(2)、所划分出的断裂线段是光滑过渡的曲线；
这种情况下，断裂线段的走向发生变化时都是光滑过渡的，不需要新增节点。如图6中的节点P11和节点P12之间的断裂线段就是光滑过渡的曲线，不新增节点。
(3)、所划分出的断裂线段是折线组合而成，相邻两折线的夹角明显小于180度；
这种情况下，可将两折线的交点新增为断裂网络的节点，该节点为V型节点，该V型节点将原断裂线段细分为两条断裂线段。如图6中的节点P8、节点P9和节点P10
(4)、所划分出的断裂线段是折线组合而成，相邻两折线的夹角接近180度；
这种情况下相邻两折线近似于一条直线，将相邻两折线的交点新增为V型节点，或者不新增节点都是可以的。
(5)、所划分出的断裂线段是两条折线和两条折线间的弧形过渡线组成；
此情形，可视曲率半径的大小将两折线的延长线的交点或弧形过渡线上的一点新增为V型节点，也可以不新增节点。
除上述第(3)点所列情形外，V型节点的新增设置具有较大的自由裁量度，在应用过程中可根据实际情况确定断裂网络中的V型节点。在其它实施例中，当V型节点的新增设置难以确定时，可忽略V型节点，即不考虑V型节点对断裂体系连通性分析的影响。
三、定量分析研究区内断裂连通性以及断裂密度的分布：
将区分连通性节点和非连通性节点的断裂网络的节点和断裂线段分布图即图6导入GIS(Geographical Information System)软件，计算连通性节点密度与断裂线段的面密度。
GIS采用核密度分析法通过有限的密度值(连通性节点的密度或断裂线段的面密度的有限个值)得到整个研究区内的密度分布，绘制等值线图，得到的托普39断裂体系断裂线段的面密度分布图如图7所示，以及托普39断裂体系连通性节点的密度分布图如图8所示。
图7中根据图中某位置的颜色与图中右下角的色标比对可确定该位置的断裂线的面密度。
图8中根据图中某位置的颜色与图中右下角的色标比对可确定该位置的连通性节点的密度。
断裂线段的面密度和连通性节点的密度越高，则越有利于储层发育和油气富集。通常选取研究区内断裂线段的面密度和连通性节点的密度均相对较高的区域作为潜在有利储层发育部位以及油气富集区域。
具体到本实施例中，则选取断裂线段的面密度值大于18.8(m/m2)和连通性节点的密度大于195(个/m2)的区域，作为潜在有利储层发育部位以及油气富集区域。
图7、图8所示断裂线段的面密度和连通性节点的密度同时表明，托普39断裂叠接段与研究区中北部断裂密度高，连通性更好，是潜在有利储层发育部位以及油气富集区域。
托普台地区已有钻井揭示，产能高井组多分布在托普39断裂叠接段以及研究区中北部断裂线段的面密度高的值区域，如图9所示，且连通性节点的密度高值区域的井组多连通，如图10所示，该图9、图10所示实际结果与预测结果一致。
图9中带有颜色的点代表井位，该点的颜色代表单井产能，将某点的颜色与图9中右下角的色标比对即可知道该点所代表的井的产能。图9面域上的颜色代表的是断裂线段的面密度，其分布与图7一致，可通过与图7的右下角色标的比对确定断裂线段的面密度值。
图10中的黑点表示连通性节点，面域上的颜色表示连通性节点的密度，可通过图10右下角的色标对比确定连通性节点的密度，图10的连通性节点的密度分布与图8一致。图10中的白色十字代表井位，白色圈示部分即连通井组。
图3示出了本实施例的上述走滑断裂体系的拓补分析方法的整个流程。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种走滑断裂体系的拓扑分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据研究区内的三维地震资料，厘定研究区内的断裂网络中的节点和断裂线段；
S2：根据所述节点和断裂线段，获得反映研究区内断裂网络密集程度的变化趋势的密度分布。
2.根据权利要求1所述的拓扑分析方法，其特征在于，所述密度分布包括断裂线段的面密度和/或连通性节点的密度。
3.根据权利要求2所述的拓扑分析方法，其特征在于，在步骤S2中，根据所述断裂网络中的连通性节点得到所述连通性节点的密度。
4.根据权利要求3所述的拓扑分析方法，其特征在于，在步骤S2中，先通过断裂交错和截切关系确定所述节点的类型，再通过所述节点的类型识别所述连通性节点。
5.根据权利要求4所述的拓扑分析方法，其特征在于，所述节点类型包括X型节点、Y型节点和Ⅰ型节点；
所述X型节点和Y型节点为所述连通性节点；
所述Ⅰ型节点为非连通性节点。
6.根据权利要求5所述的拓扑分析方法，其特征在于，所述节点类型还包括V型节点，所述V型节点为所述连通性节点。
7.根据权利要求2所述的拓扑分析方法，其特征在于，根据断裂线段的长度得到断裂线段的面密度。
8.根据权利要求1所述的拓扑分析方法，其特征在于，步骤S1中，根据所述三维地震资料，绘制研究区内断裂分布图，根据所述断裂分布图，绘制节点与断裂线段分布图。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的拓扑分析方法，其特征在于，采用核密度分析法获取所述研究区的密度分布。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的拓扑分析方法，其特征在于，步骤S1中，所述三维地震资料为地震相干属性图。
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2019
- 2019-02-27 CN CN201910148403.3A patent/CN111624654B/zh active Active
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Also Published As
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|---|---|
| CN111624654B (zh) | 2022-02-01 |
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