[发明专利]一种走滑断层构造演化解析方法

摘要

本发明涉及油气田勘探开发、矿产评价预测领域，尤其是一种走滑断层构造演化解析方法。通过计算走滑断层不同位置的断层古落差，分析沿走滑方向断层古落差的周期性韵律变化；利用恢复的不同时期走滑断层两侧的垒堑结构，确定走滑断层两侧的不同地层沉积前的盆地原型，并识别走滑断层的“阻尼段”；通过计算断层的单位活动强度，表征走滑断层的走滑量；利用计算的走滑断层应变能释放率，分析走滑断层不同部位的动力学机制；利用构造应力场数值模拟从动力学方面解释断层，并验证走滑断层的成因机制。本发明专利从几何学、运动学以及动力学上三个方面，时间、空间四维角度系统的提出了一种分析走滑断层成因机制、演化过程的方法。

主权项

1.一种走滑断层构造演化解析方法，实现的步骤如下：/n第一步 通过三维地震精细解释，获取研究区构造格架图，利用平衡剖面技术，分析主测线、联络测线的构造演化，初步划分断层的演化阶段；/n第二步 计算走滑断层的韵律性指数；沿走滑断层方向，计算走滑断层不同位置的断层古落差，分析断层在时间、空间上的分段性，分析沿走滑方向断层古落差的周期性韵律变化；/n第三步 恢复不同时期走滑断层两侧的垒堑结构，通过不同时期的古构造恢复，确定走滑断层两侧的不同地层沉积前的盆地原型，分析不同时期断层两侧局部的伸展、挤压环境，落实走滑断层的发育时期；在伸展、挤压区的交界处、垒堑结构的交界处识别走滑断层的“阻尼段”；/n第四步 计算断层的单位活动强度，求取走滑断层两侧的断层单位活动强度，分别表示为ξ_HE、ξ_HW，断层的单位活动强度从“组合断层”的角度提供了一种表征走滑断层走滑量的参考值；/n /n通过计算走滑断层两侧次级断层单位活动强度，分析走滑断层对区域构造活动强度的控制作用；两盘的断层单位活动强度之差表示为⊿ξ；/n⊿ξ＝ξ_HE-ξ_HW (2)/n当⊿ξ为正值时，表示走滑断层ξ_HE一盘的活动强度大于ξ_HE一盘的活动强度；反之，走滑断层ξ_HE一盘的活动强度小于ξ_HE一盘的活动强度，且⊿ξ的绝对值越大表明两盘的活动强度差异性越大；/n第五步 计算走滑断层的应变能释放率η，分析走滑断层不同部位的动力学机制；定义走滑断层附近的某一单元内应变能释放率η由岩层曲率判别指数δ、岩层厚度变化的快慢指数α以及岩层剥蚀率指数ω综合求得；所述的岩层曲率判别指数δ是指求取某水平距离内岩层高度差的比值，δ表示为：/nδ＝Δd/ΔL (3)/n公式(3)中，Δd岩层的高度差，m；ΔL为水平距离，m；/n所述的岩层厚度变化的快慢指数α是指岩层厚度变化的快慢，是岩层厚度T的变化对水平距离L的二次求导结果，α表示为：/nα＝d²T/dL² (4)/n所述的岩层剥蚀率指数ω表示为：/nω＝ΔR/R (5)/n公式(5)中，ΔR为岩层的剥蚀厚度，m；R为岩层的原始沉积厚度，m；/n走滑断层附近的第i单元内应变能释放率η_i表示为：/n /n /n /n /n公式(6)-(8)中，δ_i为第i单元的岩层曲率判别指数；δ_min为所研究地区最小的岩层曲率判别指数；δ_max为所研究地区最大的岩层曲率判别指数；α_i为第i单元的岩层厚度变化的快慢指数；α_min为所研究地区最小的岩层厚度变化的快慢指数；α_max为所研究地区最大的岩层厚度变化的快慢指数；ω_i为第i单元的岩层剥蚀率指数；ω_min为所研究地区最小的岩层剥蚀率指数；ω_max为所研究地区最大的岩层剥蚀率指数；/n第六步 进行构造发育应力场模拟，利用构造应力场数值模拟从动力学方面解释断层，进一步落实次级断层的成因机制，验证走滑断层的成因机制；选取单元内的场变量插值函数；进行单元计算，求单元特性矩阵和列阵；进行整体分析，组装整体矩阵和列阵，建立整体方程；计算单元内部的场变量；模拟步骤如下：/n1)建立地质模型：搞清楚研究区域的地质背景，包括区域面积、沉积相特征、生油期与生油区、运移期与运移区、断层分布及岩性类别；通过物探测井资料及一些地应力测点值，找出研究区域地层应力的优势方位和方向，了解剪应力大小及方向；另外，由于模拟是在连续介质中进行的，对于断层部位，用较小的杨氏模量值和剪切模量值来模拟；地质模型以不同时期的古构造恢复结果，通过岩石三轴力学实验获得岩石的力学参数；/n2)确定模拟范围：选取的区域要比实际有效油气区域大；/n3)单元划分：将所研究的连续体分割成若干个单元，各个单元之间以结点相连接；对于断裂带，由于其变化剧烈，在划分单元时结点数应该有所增加，划分得更细些；/n4)力学参数的选择：岩石力学参数的选取，岩石力学参数包括弹性模量、泊松比，参照地质勘察、岩心及测井资料；地质模型中存在多种不同的介质，不同的介质输入不同的物性参数；通过不同时期活动断层走向的统计结果，确定模型的边界条件；不同构造单元力学性质不同，断裂带较正常沉积地层强度更弱，凹陷区地层较凸起区地层强度更大；/n5)确定边界力的作用方式：以构造形迹、断裂活动特征有效的反映应力场的方向；实际地质情况中，共轭剪切破裂角的钝角角平分线的方向即是张应力的作用方向；/n6)边界条件：就是指边界的受力情况；在构造幅度小的地区确立区域边界，找到一些固定点，确定位移；/n7)施加载荷：以关键井的地应力测量计算结果为约束条件，对边界施加不同的载荷，是模拟计算结果逼近约束条件；/n8)模型检验：数值模拟的结果需要验证才能判别模拟的有效性和准确性；但是古应力场是处在一定的历史时期的应力场，目前还没有评价它们的有效途径，其结果也就没有成熟可靠的验证方法；总体说来，古应力场模拟至少要达到以下两点：模拟的应力场应与所模拟地区的构造强度对应较好，能用模拟的结果解释构造活动性质和活动强度；模拟的应力值大小应符合客观的地质规律，应当充分考虑应力值大小和岩石强度、埋深以及构造特点，以确保应力场模拟结果的有效性和准确性；根据库仑破裂准则，两组剪切破裂面具有共轭性，其钝夹角平分线方向即为最小主应力方向；在平面应变椭圆中，两组共轭剪切破裂线代表两组断层的走向线；受平面剪应力分布的控制，两组断层的发育程度不同，在左旋平面剪应力环境中具有左旋性质的一组断层发育程度高，在右旋平面剪应力环境中具有右旋性质的一组断层发育程度高；应变椭球体中两组剪切破裂面具有共轭性，其钝夹角被最小主应力所平分，一组剪切破裂面具有左旋性质，另一组剪切破裂面表现为右旋性质；所有破裂面均包含或平行σ₂所在的轴，因此以最小主应力σ₃方向为长轴，以最大主应力σ₁方向为短轴，垂直于σ₂方向的剖面应变椭圆中，剪切破裂线代表断层的视倾斜线，从而确定断层的视倾向。/n