用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法
2023-05-28 10:46:16
用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法。具體方法步驟為：(1)利用構造分析方法進行地震數據的構造解釋，確定變形構造樣式，劃分斷層的級別以及構造繼承關係；(2)對解釋的地層與斷層等數據進行三維構造建模，形成對應的構造變形曲面；(3)在三維構造形成的曲面基礎上對對應的層面進行三維構造復原，恢復構造應力場，在層面上形成膨脹係數屬性；(4)對層面計算斷裂流體指數，獲取潛在裂縫系統的方位、發育密度；(5)對斷裂流體指數和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，劃分可能的潛在裂縫系統區域並對其進行構造分析，預測最可能出現的潛在裂縫系統。本發明能夠準確識別與複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫的發育密度及其延伸方向。
【專利說明】用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是裂縫定量識別【技術領域】，具體涉及一種用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法。
【背景技術】
[0002]複雜拉張構造體系常常在各類礦藏的勘探開發過程中遇到，這類構造體系由於在同一區域存在多個級別(有的多達一至五級)的斷裂系統和與之共生的複雜地層體系，各級次斷裂間存在多級主次關係，斷裂相互切割錯段，空間幾何樣式異常複雜，相關成生規律的認識和定量表徵均特別困難。
[0003]自上世紀70年代發明三維地震勘探技術以來，人們通過不斷改進三維地震的觀測系統、採集方法和資料處理算法，增強了地震圖像的解析度，提高了地震資料對於複雜拉張構造體系地質體識別的精度。當前，複雜拉張構造體系中的一至三級斷層可以通過三維地震剖面上的錯段特徵準確判識，四級斷層也基本能通過三維地震剖面上的錯段特徵正確識別，但五級以下級別的裂縫在地震剖面上的特徵通常顯示不明顯或幾乎沒有顯示，難以直接識別。如何在保證一至四級斷層準確識別的基礎上，通過斷層間的成生規律，利用三維地震資料定量識別出五級以下級別的裂縫呢？本發明基於構造變形復原與幾何反演的基本原理，提出了一種用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法。
[0004]現有裂縫定量識別方法包括:野外露頭剖面觀測法、巖心觀察法、測井解釋法、地應力分析法等。
[0005]裂縫定量識別野外露頭剖面觀測法獲得的是地面裂縫的分布規律，難以直接用於識別地下地質構造中的裂縫；巖心觀察法與測井解釋法的結合能夠較好地分析井下地質構造的裂縫特徵，但難以直接獲得對井間裂縫特徵的認識；地應力分析法是依靠地應力的分布規律間接識別裂縫的方法，其準確程度依賴於古今應力演變的恢復質量及研究者經驗的豐富程度。以上方法在裂縫定量識別時都存在較大的局限性。
【發明內容】
[0006]針對現有技術上存在的不足，本發明目的是在於提供一種用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，能夠準確識別與複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫的發育密度及其延伸方向。
[0007]為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現:用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其具體方法步驟為:
[0008](I)利用構造分析方法進行地震數據的構造解釋，確定變形構造樣式，劃分斷層的級別以及構造繼承關係；
[0009](2)對解釋的地層與斷層等數據進行三維構造建模，形成對應的構造變形曲面；
[0010](3)在三維構造形成的曲面基礎上對對應的層面進行三維構造復原，恢復構造應力場，在層面上形成膨脹係數屬性；
[0011](4)對層面計算斷裂流體指數，獲取潛在裂縫系統的方位、發育密度；
[0012](5)對斷裂流體指數和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，劃分可能的潛在裂縫系統區域並對其進行構造分析，預測最可能出現的潛在裂縫系統。
[0013]作為優選，所述的步驟(I)中的構造樣式是指從某複雜拉張構造體系地震數據體上可以識別出的斷層主要為二?四級。其中二?四級斷層在地震剖面上錯斷明顯，屬於可以準確解釋與確定的斷層系統。五級以下的裂縫系統在地震剖面上難以直接識別。
[0014]作為優選，所述的步驟(2)的三維構造建模是指將地震構造解釋的幾何數據載入至三維構造建模軟體，建立了某複雜拉張構造體系三維構造模型(圖3)。從L4?T3層的斷層分布來看，除南北兩端斷層(二級斷層)往南出現向西的轉折之外，其餘的二?四級斷裂體系均呈北東-南西走向，向北逐漸靠攏；南北兩端斷層傾向反向排列，呈現主斷層(二級斷層)向上派生次級斷層(三、四級斷層)的構造繼承關係。
[0015]作為優選，所述的步驟(3)中的三維構造復原是指從拉張斷裂體系的構造繼承關係上看，裂縫系統的傾向應該與主斷層相反，因此在三維構造復原過程中，選取與上級斷層反向的次級斷層的傾向為單剪角方向進行去斷層或去褶皺處理，以使層面的恢復過程與實際最為接近。
[0016]作為優選，所述的步驟(5)中的膨脹係數反映了三維構造復原過程中層位面面積的局部變化，是三維構造復原分析中評判斷裂體系發育的一個重要指標，它是由構造復原引出的一個定量參數，按照數值的高低可將該參數做成定量的膨脹係數圖譜。
[0017]作為優選，所述的步驟(5)中的斷裂流體指數就是在構造面的Gauss曲率分析基礎上發展起來的，可反映低級序斷裂的方位和發育程度。構造Gauss曲率分析是基於上述原理將微分幾何學知識應用於構造曲率分析，通過研究構造面上某點及其鄰域處的空間形態及其空間關係，推廣到準確確定整個構造面的形態和主曲率的大小和方向，從而計算獲得構造面上各點處的斷裂流體指數，建立形成斷裂流體指數圖譜。
[0018]本發明的有益效果:能夠定量可靠地識別複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫的發育強度與分布方位，從而為裂縫性油氣藏開發提供技術支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本發明；
[0020]圖1為本發明的技術方法流程圖；
[0021]圖2為本發明的某複雜拉張構造體系多級斷層系統的構造繼承關係(深部虛線為滑脫面，數字為斷層級別)；
[0022]圖3為本發明的某複雜拉張構造體系三維構造模型展示的斷裂系統特徵圖(左:斷裂系統特徵；右:斷裂與層面交切特徵)；
[0023]圖4為本發明的某複雜拉張構造體系主要構造層面經三維構造復原前後的構造形態對比圖；
[0024]圖5為本發明的某複雜拉張構造體系主要層面的膨脹係數圖譜與斷裂流體指數棒狀圖的疊合。(a、L4層膨脹係數圖譜與斷裂流體指數棒狀圖的疊合，圖幅上下兩邊的紅色箭頭表示最小主應力方向山、L7層膨脹係數圖譜與斷裂流體指數棒狀圖的疊合，紅色圈內表示膨脹係數負值區；c、L9層膨脹係數圖譜與斷裂流體指數棒狀圖的疊合；d、T3層膨脹係數圖譜與斷裂流體指數棒狀圖的疊合)
【具體實施方式】
[0025]為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0026]參照圖1-5，本【具體實施方式】採用以下技術方案:一種用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其具體方法步驟為:
[0027](I)利用構造分析方法進行地震數據的構造解釋，確定變形構造樣式，劃分斷層的級別以及構造繼承關係(圖2)。
[0028](2)對解釋的地層與斷層等數據進行三維構造建模，形成對應的構造變形曲面(圖 3)。
[0029](3)在三維構造形成的曲面基礎上對對應的層面進行三維構造復原，恢復構造應力場，在層面上形成膨脹係數屬性(圖4)。
[0030](4)對層面計算斷裂流體指數，獲取潛在裂縫系統的方位、發育密度。
[0031](5)對斷裂流體指數和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，劃分可能的潛在裂縫系統區域並對其進行構造分析，預測最可能出現的潛在裂縫系統(圖5)。
[0032]所述的步驟(I)中的構造樣式是指從某複雜拉張構造體系地震數據體上可以識別出的斷層主要為二?四級(圖2)。其中二?四級斷層在地震剖面上錯斷明顯，屬於可以準確解釋與確定的斷層系統。五級以下的裂縫系統在地震剖面上難以直接識別。
[0033]某複雜拉張構造體系二?四級斷層存在明顯的不同層次的構造衍生與繼承關係，次級斷層由主斷層派生誘導而出，一條主斷層可以衍生出多條反向的次級斷層。次級斷層數量常常在主斷層基礎上呈幾何級數增加，剖面上呈現樹枝狀分布(圖2)。
[0034]所述的步驟(2)的三維構造建模是指將地震構造解釋的幾何數據載入至三維構造建模軟體，建立了某複雜拉張構造體系三維構造模型(圖3)。從L4?T3層的斷層分布來看，除南北兩端斷層(二級斷層)往南出現向西的轉折之外，其餘的二?四級斷裂體系均呈北東.南西走向，向北逐漸靠攏；南北兩端斷層傾向反向排列，呈現主斷層(二級斷層)向上派生次級斷層(三、四級斷層)的構造繼承關係。
[0035]三維構造模型不僅是後期裂縫體系分析與預測的基礎，同時它也向我們闡明了某複雜拉張構造體系的各級斷層的主、次繼承性構造的空間分布特徵:斷裂組合為主、次斷層鏡像排列的犁式交叉(共軛)斷層體系；各級斷裂發生時間基本相同；主、次斷裂向上逐級分叉並衍生，形成樹枝狀的構造繼承體系(圖3)。
[0036]所述的步驟(3)中的三維構造復原是指從拉張斷裂體系的構造繼承關係上看，裂縫系統的傾向應該與主斷層相反，因此在三維構造復原過程中，選取與上級斷層反向的次級斷層的傾向為單剪角方向進行去斷層或去褶皺處理，以使層面的恢復過程與實際最為接近。從復原結果(圖4)來看，各復原面上斷層上下盤邊界基本吻合，表明選取方法與斷層體系的解釋與實際較為接近。
[0037]所述的步驟(5)中的膨脹係數反映了三維構造復原過程中層位面面積的局部變化，是三維構造復原分析中評判斷裂體系發育的一個重要指標，它是由構造復原引出的一個定量參數，按照數值的高低可將該參數做成定量的膨脹係數圖譜。下面依靠膨脹係數圖譜詳細分析各層裂縫的分布特徵。
[0038]L4層(圖5a):膨脹係數負值區主要分布在M區塊中北部，南部的中間區域也有分布，走向大致與識別出的斷裂平行，這些部位可能存在張性裂縫。膨脹係數正值區分布於二至四級斷裂附近，走向與解釋的斷層近似垂直，在斷裂走向的轉折或末梢處多出現高值，表明主要斷裂存在走滑分量，附近存在潛在的張扭性裂縫。
[0039]L7層(圖5b):與L4層類似，膨脹係數負值集中分布於M區塊中北部區域，預示著潛在裂縫的發育地帶；中部和南部區域出現有短軸狀負值區，也有發育潛在裂縫的可能。膨脹係數正值區集中分布在M區塊南部，其走向與解釋的拉張斷層垂直，與區域應力場方向一致，附近存在潛在的張扭性裂縫。
[0040]L9層(圖5c):膨脹係數負值區同樣分布於M區塊的中北部區域，走向與解釋的主要斷層平行。膨脹係數正值區分部於M區塊的南部，走向與解釋的主要斷層垂直或斜交。
[0041]T3層(圖5d):膨脹係數負值區擴充至整個M區塊，最大值集中於中北段，說明向下至T3層，斷層性質以拉張為主；僅南部部分斷層附近較局部出現正值分布。
[0042]所述的步驟(5)中的斷裂流體指數就是在構造面的Gauss曲率分析基礎上發展起來的，可反映低級序斷裂的方位和發育程度。構造Gauss曲率分析是基於上述原理將微分幾何學知識應用於構造曲率分析，通過研究構造面上某點及其鄰域處的空間形態及其空間關係，推廣到準確確定整個構造面的形態和主曲率的大小和方向，從而計算獲得構造面上各點處的斷裂流體指數，建立形成斷裂流體指數圖譜。通過某複雜拉張構造體系各層的斷裂流體指數圖譜，分析展示了各層潛在張性裂縫的走向與相對強度。
[0043]L4層面:與裂縫對應的斷裂流體指數分布在M區塊中北部的二?四級斷裂帶周圍，表明了它與主斷層具有良好的構造繼承關係。潛在裂縫的走向或者與解釋斷層平行，或與其斜交。與主斷層平行的東西向潛在裂縫主要為拉張性質；根據主斷層與次級斷層平面破裂關係上看，與主斷層斜交的潛在裂縫為張扭性質。
[0044]L7層面:斷裂流體指數線狀分布區集中在區塊中北部，與解釋的主斷層平行(張性縫)或斜交(張扭縫)。
[0045]L9層面:斷裂流體指數線狀圖發育區延伸至整個M區塊，與解釋的主斷層斜交的潛在裂縫更加發育，表明斷層多呈張扭縫。
[0046]T3層面:斷裂流體指數線狀分布區集中在區塊北段，與該層的膨脹係數圖譜一致。除北部區域外，區塊中南段基本無明顯的張性縫或張扭縫。
[0047]本【具體實施方式】通過對斷裂流體指數圖譜和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，實現了對M區塊裂縫系統的定量準確預測(圖5)。
[0048]L4層面(圖5a):斷裂流體指數分布區與膨脹係數負值區吻合較好，斷裂流體指數顯示的斷層走向與膨脹係數負值區分布走向也基本一致，充分顯示在M區的中北部和南部中間區域，發育與解釋斷層近於平行的潛在張性裂縫，其餘地方的潛在張性裂縫發育較差或不發育。在膨脹係數正值區，潛在系統整體走向與正值色譜分布斜交，表現為張扭裂縫，與斷裂流體指數顯示的張扭斷層相符，顯示在解釋斷裂附近出現與之斜交的潛在張扭裂縫。
[0049]L7層面(圖5b):在區塊中北部和區塊南段，膨脹係數負值分布區與斷裂流體指數線狀分布一致，表明該處發育與主斷裂近於平行的潛在張性裂縫。膨脹係數正值區的斷裂流體指數顯示較弱，充分表明該處存在與解釋斷層斜交的潛在張扭裂縫。
[0050]L9層面(圖5c):區塊中北部以及南段區域，斷裂流體指數線狀分布與膨脹係數負值分布相同，以張性或走滑分量較小的張性裂縫為主。區塊兩端的二級斷層派生有較大的潛在張扭裂縫。
[0051]T3層面(圖5d):區塊北部的二級斷層附近出現有規模性的以傾滑為主的張性(張扭性)裂縫，區塊中部出現相對弱的張性、張扭裂縫(膨脹係數相對圖譜與斷裂流體指數相對值皆小)。
[0052]由此可見，通過斷裂流體指數圖譜和膨脹係數圖譜的疊合，實現了定量準確地識別某複雜拉張構造體系L4層、L7層、L9層和T3層潛在張性裂縫和張扭裂縫的分布方位和發育強度的目的。
[0053]本【具體實施方式】依靠構造樣式分析識別構造級別及其不同級別構造間的成生規律與繼承關係，利用三維構造建模充分展示基於地震剖面識別出的一至四級斷層的空間展布形態及特徵，採用基於三維構造復原形成的簡單剪切角和地層體積膨脹係數圖譜，結合斷裂流體指數圖譜準確識別潛在的斷裂，從而實現對複雜拉張構造體系中不同級別斷裂系統的定量判識，形成對複雜拉張構造體系斷裂系統和地層體系的準確表徵。
[0054]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，其具體方法步驟為: (1)利用構造分析方法進行地震數據的構造解釋，確定變形構造樣式，劃分斷層的級別以及構造繼承關係； (2)對解釋的地層與斷層等數據進行三維構造建模，形成對應的構造變形曲面； (3)在三維構造形成的曲面基礎上對對應的層面進行三維構造復原，恢復構造應力場，在層面上形成膨脹係數屬性； (4)對層面計算斷裂流體指數，獲取潛在裂縫系統的方位、發育密度； (5)對斷裂流體指數和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，劃分可能的潛在裂縫系統區域並對其進行構造分析，預測最可能出現的潛在裂縫系統。
2.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(I)中的構造樣式是指從某複雜拉張構造體系地震數據體上可以識別出的斷層主要為二?四級；其中二?四級斷層在地震剖面上錯斷明顯，屬於可以準確解釋與確定的斷層系統；五級以下的裂縫系統在地震剖面上難以直接識別。
3.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(2)的三維構造建模是指將地震構造解釋的幾何數據載入至三維構造建模軟體，建立了某複雜拉張構造體系三維構造模型。
4.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(3)中的三維構造復原是指從拉張斷裂體系的構造繼承關係上看，裂縫系統的傾向應該與主斷層相反，因此在三維構造復原過程中，選取與上級斷層反向的次級斷層的傾向為單剪角方向進行去斷層或去褶皺處理，以使層面的恢復過程與實際最為接近。
5.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(5)中的膨脹係數反映了三維構造復原過程中層位面面積的局部變化，是三維構造復原分析中評判斷裂體系發育的一個重要指標，它是由構造復原引出的一個定量參數，按照數值的高低可將該參數做成定量的膨脹係數圖譜。
6.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(5)中的斷裂流體指數就是在構造面的Gauss曲率分析基礎上發展起來的，可反映低級序斷裂的方位和發育程度；構造Gauss曲率分析是基於上述原理將微分幾何學知識應用於構造曲率分析，通過研究構造面上某點及其鄰域處的空間形態及其空間關係，推廣到準確確定整個構造面的形態和主曲率的大小和方向，從而計算獲得構造面上各點處的斷裂流體指數，建立形成斷裂流體指數圖譜。
7.根據權利要求1所述的用於複雜拉張構造體系斷層伴生裂縫定量識別的新方法，其特徵在於，所述的步驟(5)通過對斷裂流體指數圖譜和膨脹係數圖譜進行構造整合分析，實現了對M區塊裂縫系統的定量準確預測。
【文檔編號】G01V1/30GK104181595SQ201410422529
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月24日 優先權日:2014年8月24日
【發明者】歐成華, 陳偉, 李朝純 申請人:西南石油大學