一种计算断层破裂带裂缝张开空间分布的方法

摘要

本发明公开了一种计算断层破裂带裂缝张开空间分布的方法，包括断层构造建模和裂缝孔隙度计算两个步骤，与现有技术相比，本发明采用定量计算，最小采样间隔为11.5米，结果输出采样间隔为5米，节点密度比现有技术密5倍；用裂缝孔隙度数值具体指标刻画裂缝发育程度，用已知立方米具体数值能够计算断层破裂带裂隙空间的总量，根据裂缝空间总量还能够预测油气等矿产储量，预测精度高、准确性高，具有推广使用的价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种断层裂缝预测方法，尤其涉及一种计算断层破裂带裂缝张 开空间分布的方法。

背景技术

现有的裂缝预测方法和技术，包括定性描述、应力场计算、地球物理预测， 及其综合方法都是间接和定性的方法，预测的结果只能刻画裂缝的相对发育程 度，用“发育或不发育”或“好、中、差”技术指标来评价。断层破裂带的裂 缝腔或裂隙空间（裂缝壁张开部分空间，图2a）是油气、黄金等矿产资源的重 要储集空间之一，是影响致密储层（如致密碳酸盐岩和砂岩储层）油气产能的 主要因素，另外，它还是工程地质中不稳定性的主要因素之一。

在理论研究方面，国际上断层裂缝的地质研究主题为岩层在某种应力场（如 构造应力，天然地震、人工激发的冲击力）作用下产生破裂作用，裂缝的生长 方式和方向等；地球物理研究主题为单个裂缝或一组裂缝带的地球物理响应。 在油气勘探领域，主要通过露头、岩心或测井资料的观察，结合统计分析、应 力场分析,以及地震属性参数分析来认识断层相关裂缝与构造应力、构造发育强 度（如断层落差，褶皱强度）之间的关系，预测裂缝的发育程度。

而现有技术中所有裂缝预测技术所得到的结果只能反映裂缝的相对发育程 度，大致的分布区域、裂缝可能的扩张方向，停留在定性描述阶段,通常用发育、 较发育欠发育和不发育来衡量裂缝的发育程度，预测精度低，准确性不高，因 此需要一种新的裂缝预测技术的诞生。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种计算断层破裂带裂缝张 开空间分布的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

（1）断层构造建模：

a：选择主应力挤压或拉张方向的地震剖面；

b：在强硬层内部不能含泥质层等软弱层，顶面和底面必须准确并精细刻画， 初始采样最小的地震道间距为11.5米，经过光滑处理后再加密采样，间距为1～5 米；

c：准确解释断点和精细刻画断面；

d：在二维空间上，构造模型由断层下盘的顶底面、上盘的顶底面、断面5 条线构成，强硬层内部地层设定为各向均质，断层两盘之间无机械带入的软弱 层物质，采样间隔一般为1～5米，通过平均速度将时间域断层构造剖面转换为 深度域断层构造剖面；

e：进行平衡校正：脱空高度=垂距-初始垂距，若脱空高度小于零，则存在 断层构造不平衡，需要对断点位置、断面和层面的重新做地震解释，找出不平 衡的原因；

（2）裂缝孔隙度计算

A：褶曲裂缝计算：褶曲裂缝根据曲率计算公式转换而来的裂缝孔隙度计算 公式计算，中性面根据断层初始剪切角和断层上下盘的地层厚度确定，裂缝伸 展距离为中性面到层面的垂直距离；

B：断层裂缝计算。根据如下公式计算：

$\left(\begin{array}{c}{f}_b(x,y)\approx \frac{R_{\theta }}{R_{\theta }+\frac{2\sin \left({\theta }_0\right)}{\cos \left(\theta \right)·T}}\\ R_{\theta }=\mathrm{\Delta \beta }/\mathrm{\Delta x}\iff R_{\theta }=\frac{\pi }{180}·\frac{d[\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_b}{\mathrm{dx}}\right)-\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_f}{\mathrm{dx}}\right)]}{\mathrm{dx}}\\ \alpha =\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_b}{\mathrm{dx}}\right);\theta =\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_f}{\mathrm{dx}}\right);\\ \beta =\alpha -\theta \end{array}\right)$

相关参数，如初始剪切角从构造模型求取，裂缝伸展距离为断层落差和脱 空高度之和；

C：裂缝孔隙度基准值校正：从岩心、成像测井、深浅双侧向电阻率得到的 裂缝孔隙度，通过许多已知点数据建立一个拟合曲线，求取基准值校正系数， 然后根据校正系数重新计算；

（3）进行2D和3D数据体及结果展示。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种计算断层破裂带裂缝张开空间分布的方法，与现有技术相比， 本发明采用定量计算，最小采样间隔为11.5米，结果输出采样间隔为5米，节 点密度比现有技术密5倍；用裂缝孔隙度数值具体指标刻画裂缝发育程度，用 已知立方米具体数值能够计算断层破裂带裂隙空间的总量，根据裂缝空间总量 还能够预测油气等矿产储量，预测精度高、准确性高，具有推广使用的价值。

附图说明

图1是本发明的工作流程框图；

图2是本发明的断弯褶皱构造内部脱空空间结构示意图；

图3是本发明的裂隙空间转换模型示意图；

图4是本发明的断层相关裂隙空间计算模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明包括以下步骤：

（1）断层构造建模：

a：选择主应力挤压或拉张方向的地震剖面；

b：在强硬层内部不能含泥质层等软弱层，顶面和底面必须准确并精细刻画， 初始采样最小的地震道间距为11.5米，经过光滑处理后再加密采样，间距为1～5 米；

c：准确解释断点和精细刻画断面；

d：在二维空间上，构造模型由断层下盘的顶底面、上盘的顶底面、断面5 条线构成，强硬层内部地层设定为各向均质，断层两盘之间无机械带入的软弱 层物质，采样间隔一般为1～5米，通过平均速度将时间域断层构造剖面转换为 深度域断层构造剖面；

e：进行平衡校正：脱空高度=垂距-初始垂距，若脱空高度小于零，则存在 断层构造不平衡，需要对断点位置、断面和层面的重新做地震解释，找出不平 衡的原因；

如图1至图4所示：（2）裂缝孔隙度计算

A：褶曲裂缝计算：褶曲裂缝根据曲率计算公式转换而来的裂缝孔隙度计算 公式计算，中性面根据断层初始剪切角和断层上下盘的地层厚度确定，裂缝伸 展距离为中性面到层面的垂直距离；

B：断层裂缝计算，对于一个处于上下软弱层之间的层状强硬地层（图2a） 所形成的断弯褶皱（图2b），若其下盘底面保持水平，上盘顶面为弧状背形，强 硬层无塑性形变，且两断盘间无物质机械带入，则根据物质不灭定律，断盘间 必然存在一个脱空空间（图2c）。断层相关裂隙空间为客观存在于断层面附近所 有构造破碎裂缝壁间的孔隙和缝隙空间，可视为脱空空间的分散表现，理论上 两者总量相等，通过几何模型可以两者可互相转换（图3）。通过图4几何模型 推导，得出X、Y坐标体系中的裂隙空间计算公式如下，根据如下公式计算断 层裂缝：

$\left(\begin{array}{c}{f}_b(x,y)\approx \frac{R_{\theta }}{R_{\theta }+\frac{2\sin \left({\theta }_0\right)}{\cos \left(\theta \right)·T}}\\ R_{\theta }=\mathrm{\Delta \beta }/\mathrm{\Delta x}\iff R_{\theta }=\frac{\pi }{180}·\frac{d[\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_b}{\mathrm{dx}}\right)-\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_f}{\mathrm{dx}}\right)]}{\mathrm{dx}}\\ \alpha =\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_b}{\mathrm{dx}}\right);\theta =\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{dy}}_f}{\mathrm{dx}}\right);\\ \beta =\alpha -\theta \end{array}\right)$

式中：α,θ为地层、断面倾角；β为层面与断层面之夹角；θ₀为其初始断 坡角(初始的层面与断面间的夹角)；T断层相关裂隙发育范围内沿层面方向的延 伸距离；R_θ为断层面与层面之夹角变化率，fb(x,y)为裂缝孔隙度。

相关参数，如初始剪切角从构造模型求取，裂缝伸展距离为断层落差和脱 空高度之和；

C：裂缝孔隙度基准值校正：从岩心、成像测井、深浅双侧向电阻率得到的 裂缝孔隙度，通过许多已知点数据建立一个拟合曲线，求取基准值校正系数， 然后根据校正系数重新计算；

（3）进行2D和3D数据体及结果展示。对于单个断层构造，通过1～2步 骤已完成裂缝空间计算，包括裂缝空间总量。对于纵向上强硬层内发育多个断 面的复杂断层构造，需要先分开建立平衡剖面并分别计算，然后通过叠加方式 合成一个复杂断层构造裂缝孔隙度剖面；对于横向上发育多个断层面构造的剖 面，则通过拼接方式合成多个断层构造组合剖面。3D数据体建成后，可以做任 何一个方向的切片、2D或3D显示，一个或多个裂缝系统裂缝空间总量计算。