[发明专利]冲断带构造物理模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气田地质勘探模拟技术，特别涉及一种冲断带构造物理模拟方法。

背景技术

构造物理模拟实验可以直观、有效地再现冲断带变形过程，进而反馈地球物理资料的解释，降低油气勘探的风险。

冲断带是指造山带与盆地之间的过渡地带，由造山带向盆地方向大规模逆冲推覆所形成的冲断系统。自98年发现克拉2气田、青西油田等大型油气田以来，冲断带成为油气勘探的四大领域之一，并相继在库车、塔西南、准西、吐哈北缘、柴西、四川盆地周缘等山前冲断带取得重要进展，预测石油资源量78.68亿吨，天然气33.4万亿方，表明其勘探潜力巨大。龙门山冲断带目前在鸭深1井、羊深1井、彭州1井等相继发现千亿级天然气藏，并计划钻探双天1井、白鹿1井等，是中国石化中长期油气增储的重要接替领域。但是，冲断带受多期造山运动改造，构造变形十分复杂；同时，地震资料品质差，构造解释和地质模型具有多解性，导致勘探风险增加。解决上述生产问题的关键是地质建模，且构造物理模拟实验是验证地质模型和自然界构造变形的一种重要手段。然而，学者对现有的地质模型中古陆块边界位置、高角度逆冲断层成因、断层从前陆到腹陆渐变规律的机制等问题争议颇多，进而建立了多种地质模型和实验模型。

构造物理模拟实验方面，国内学者已对龙门山、大巴山、西昆仑山、南天山等地区的冲断带开展了物理模拟，涉及的控制因素包括滑脱带深度、产状、数目，先存构造影响，挤压速率大小，同沉积及其速率等。国外学者针对不同地区开展的单因素控制实验包括滑脱层性质、距离俯冲和碰撞带的距离，俯冲碰撞方式，地表侵蚀作用，深部侵入作用，流体压力等。实验观测技术方面除了DV摄影及高清摄像以外，较现今的手段包括粒子成像测速（PIV）、激光扫描、CT扫描等。实验材料方面，实验通常采用干燥松散的纯石英砂来模拟上地壳脆性地层，用透明的聚合硅树脂或微小的石英珠来模拟具牛顿流体特征的滑脱层。

实验模型设计方面，动力学模型有三种：俯冲模型、压缩模型、碰撞模型。俯冲模型通过底部传力装置带动整个模型变形，压缩模型通过挤压一端使模型向前依次变形，碰撞模型通过推动两个未接触的砂体碰撞实现变形。前者适用于A型俯冲的陆缘变形，后两者适用于B型俯冲的陆内变形，且三者皆未设计横向流变差异，不适用于中国前陆盆地冲断带的动力系背景。

高角度逆冲断层成因方面，冲断带内逆断层倾角分布呈双峰式—低值峰为30±5°，高值峰为50±5°。然而，后者无法使用摩尔-库伦准则解释，如龙门山冲断带发育的龙日坝断裂、岷江断裂、映秀-北川断裂和灌县-江油断裂等。部分学者认为，高角度逆断层是正断层反转而成，其变形过程遵循“不协调准则”；亦有学者认为，该类断层形成于韧性剪切过程中的塑性压扁，其变形过程遵循“多孔压实准则”。之后，学者指出这两种观点的不足，并提出该类断层是韧性剪切产生的，初始破裂时角度即为55°，变形遵循最大有效力矩准则。但是，该成因机制仍无法解释两个现象：（1）过渡带内断层倾角从造山带向前陆方向逐渐变小；（2）冲断带内仍存在大量倾角大于或小于初始破裂角度的逆断层；而且，该理论仍未得到实验验证。

根据前人研究造山带与岩石圈在横向、纵向上的流变特征，陆内冲断解耦变形应在横向上设计两种砂体，纵向上设计滑脱层；高角度逆冲断层经历脆性、韧-脆性、韧性三个变形阶段，“最大有效力矩准则”可能是“多孔压实准则”的极限状态，即实验中第二阶段砂体变形遵循“多孔压实准则”，而第三阶段砂体变形遵循“最大有效力矩准则”。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种冲断带构造物理模拟方法，该模型设计了具有横向流变差异两个块体，能够处理冲断带边界变形问题、实现造山带对盆地的俯冲及其折返，体现了不同性质古板块拼接后的陆内冲断，符合冲断带独特的再生前陆的演化及大地构造背景；在研究手段方面，在获取剖面二维后，提出以延时摄影方法处理模型图片，以快速恢复实验全过程，呈现肉眼无法察觉的变形过程，有效追踪每个构造现象的演变。

本发明提到的一种冲断带构造物理模拟方法，包括以下步骤：

（1）首先，变形分析：

立足陆内变形的构造背景，利用数据、宽频地震、岩石圈流变特征资料分析冲断带深部变形特征，建立变形场及分段变形的地质模型；

（2）然后，实验建模：

动力学模型：预置砂体一与砂体二形成70°角接触，分别模拟造山带和盆地，以及斜向压扭过程；砂体二内部设置硅胶层，以模拟塑性层对构造变形的影响；作用力方式采用单侧挤压模式，即可实现砂体一对砂体二的俯冲；