一种断层、裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法与流程

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种断层、裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法。

背景技术：

在野外或室内地质工作中，当断层/裂缝发育时，其发育密度、均匀性以及组合样式准确定量表征是地质工作的一大难点。传统的断层/裂缝密度、组合样式评价往往通过简单的米尺测量、统计计算，该过程工作量大、准确度低，实际操作中受到很大的限制；并且断层/裂缝的密度有尺度效应，用不同边长的计算单元，得到的某一地区的裂缝面密度可能有很大的差异。本发明专利通过对断层/裂缝的数据化，在点充填的基础上，选定合适的网格单元边长，设计了断层/裂缝发育密度、均匀性以及组合样式的评价模型，实现了裂缝、断层发育密度、均匀性以及组合样式的定量计算。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种断层、裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法，它解决了断层/裂缝参数计算过程中采用人工手段工作量大、费时费力且计算的裂缝、断层参数不准确的问题。

本发明的技术方案为：一种断层、裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法，具体步骤如下：

第一步通过野外观测、遥感监测、地震解释、薄片观测、油田动态开发以及小层对比等技术方法，获取断层/裂缝的平面展布图。

第二步断层/裂缝线数据化以及点充填

在识别每条裂缝、断层的基础上，如图2所示，将每条断层/裂缝沿着走向线依次取点，断层/裂缝取点依次标记为(a_i0、a_i1、a_i2...a_in-1、a_in)，其中，i表示第i条断层或裂缝，n为该条断层或裂缝的取点数目。设置断层/裂缝的充填间距b，间距b太大达不到断层/裂缝的计算精度要求；间距b太小，程序运算时间太长，因此合适的间距b对断层/裂缝参数准确、快速计算至关重要。对于断层，一般间距b在1～100m便能达到良好的计算精度；对于野外观测裂缝，一般间距b在1～10cm便能达到良好的计算精度；对于薄片观测裂缝，一般间距b在1～100nm便能达到良好的计算精度，充填后得到的断层/裂缝数据体为Ω_D(X，Y，Q)。其中X，Y为充填点的坐标，Q为该充填点的属性值，即该充填点为第几条裂缝/断层。

第三步合适断层/裂缝参数计算单元边长r确定

断层/裂缝的密度等参数有尺度效应，用不同的计算单元边长r，得到的工区的断层/裂缝参数可能有很大的差异，通过计算不同的r平均面密度ρr_aver，拟合公式得到乘幂函数：

ρr_aver＝a·r^b (1)

公式(1)中，ρr_aver为不同单元边长r对应的工区断层/裂缝平均面密度，单位：km/km²；r为不同的计算单元边长，单位：km；a、b为拟合系数，无量纲。

计算整个工区断层/裂缝的平均面密度ρ_aver：

公式(2)中，L为工区内断层/裂缝的总长度；S为工区面积。

公式(3)中r_opt为ρr_aver＝ρ_aver时对应的单元边长，单位：km；a、b为拟合系数，无量纲。

合适的断层/裂缝参数计算单元边长r介于1.8×r_opt～2.2×r_opt，结合公式(1)-(3)即可确定计算单元边长r。

第四步断层/裂缝的线密度评价模型

统计数据体Ω_D(X，Y，Q)中落入单元E_k的数据体T_D(X，Y，Q)，数目为node，如图3所示，对于任意一个单元(边长r)E_k，在单元边界依次布置间距为b的m条测线，第i条测线计算断层/裂缝充填点的筛选条件：

X_k+b·(k-1)＜T_DX≤X_k+b·k (4)

公式(4)中，X_k为单元E_k的左下底角坐标，单位：km；b为充填步长，单位：km；k为单元边界依次布置的第k条测线；T_DX为数据体T_D充填点的X坐标，单位：km。

对于第i条测线，记录数据体T_D中充填点X坐标满足公式(4)的点数n_i，从这n_i个点中筛选出属性值Q不同的点数num_i(即在这n_i个点中，有num_i条断层/裂缝穿过该测线)。该计算单元的线密度计算公式为：

公式(5)中，ρ_l为单元内断层/裂缝线密度，单位：条/km；m为该单元的测线数目；r为单元的边长，单位：km；num_i为每条测线经过的断层/裂缝条数。

第五步断层/裂缝的面密度评价模型

落入单元E_k的数据体T_D(X，Y，Q)，其充值点的数目为node，该单元的面密度计算公式为：

公式(6)中，ρ_a为断层/裂缝的面密度，单位：km/km²；node为落入该单元的断层/裂缝充填点数目；b为充填间距，单位：km；r为单元的边长，单位：km。

第六步断层/裂缝的均匀性评价模型

如图4将单元E_k划分为25个小栅格，断层/裂缝分布均匀性采用评价指数G表示为：

公式(7)中，p_i为数据体T_D中的数据落入第i个栅格的概率。

第七步断层/裂缝的组合样式评价模型

如图5所示，依据断层/裂缝的平面形态、组合关系，在单个计算单元内，对每条断层/裂缝走向变化大于10°的断层/裂缝做分段处理，分别计算分段后断层/裂缝间的夹角δ_i。定义断层/裂缝的组合样式评价指数W为：

公式(8)中，u为计算单元内，将走向变化大于10°的断层分段处理后，不同“断层段”走向间夹角的总数目；δ_i为任意两条“断层段”走向之间的夹角，单位：°。

第八步利用公式(1)-(8)编写相应的程序，定量计算断层/裂缝的线密度、面密度、均匀性以及组合样式。

本发明的有益效果是：本发明通过对断层/裂缝的数据化，在点充填的基础上，选定合适的网格单元边长，设计了断层/裂缝发育密度、均匀性以及组合样式的评价模型，实现了裂缝、断层发育密度、均匀性以及组合样式的定量计算。本发明对于断层/裂缝参数的统计计算、野外地质素描图的处理等多个方面具有较高的实用价值，并且预测成本低廉、可操作性强，能大量减少人力的支出。

附图说明

图1为一种断层、裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法的流程图。

图2为断层/裂缝点充填示意图。

图3为断层/裂缝线密度计算示意图。

图4为断层/裂缝分布均匀性评价示意图。

图5为断层/裂缝组合样式评价示意图。

图6为金湖凹陷阜二段断层系统图。

图7为计算单元边长确定示意图。

图8为金湖凹陷阜二段断层线密度分布图。

图9为金湖凹陷阜二段断层面密度分布图。

图10为金湖凹陷阜二段断层分布均匀性评价图。

图11为金湖凹陷阜二段断层组合样式评价图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

金湖凹陷在构造上位于苏北盆地东台坳陷的西部，是晚白垩世发育起来的断陷盆地。北起建湖隆起，南至天长凸起，西邻张八岭隆起，东为菱塘桥和柳堡两个低凸起，地理上跨越江苏、安徽两省，面积约5000km²，是苏北盆地中最大的一个沉积凹陷(图6)。在北东向建湖隆起、天长凸起的控制下，受北东向柳堡低凸起、菱塘桥低凸起及边界杨村断裂的制约，阜宁组沉积时期形成南断北超、南陡北缓的箕状凹陷，并呈北东向展布。

金湖凹陷结构为单断断超式即简单的半地堑，总体表现为东断西超，边界断层为杨村断层。吴堡事件后，北东向断裂发育，单一箕状凹陷在三垛期分为南北两个箕状断陷，北为北东向三河次凹为中心，东为石港断裂带，西为刘庄西北斜坡的东陡西缓的北东向展布的凹陷结构，南为以龙岗次凹为中心，东、西、北三面为斜坡的南陡北缓的箕状凹陷结构，凹陷内自东向西主要发育西部斜坡带、石港断裂带、汉涧斜坡带、卞闵杨构造带、唐湾构造带、宝应斜坡带等正向构造单元和三河次凹、汉涧次凹、龙岗次凹、汜水次凹等四个负向构造单元。

金湖凹陷经历了仪征、吴堡、真武、三垛和盐城等构造运动，多期次构造运动形成了凹陷内部复杂的断裂系统(图6)。金湖凹陷内部发育了不同走向与不同级别的断层。南部的杨村断层作为凹陷主边界断层控制了箕状凹陷的形态，石港断层与杨村断层作为凹陷内二级断层控制了凹陷内次凹的分布。

第1步通过地震解释，解释各类断裂826条，获取断层的平面展布图(图6)。

第2步如图2所示，将每条断层沿着走向线依次取点，断层取点依次标记为(a_i0、a_i1、a_i2...a_in-1、a_in)，其中，i表示第i条断层或裂缝，n为该条断层或裂缝的取点数目。设置断层充填间距b为10m，进行点充填后得到充填点6756359个。

第3步如图7所示，断层/裂缝的密度等参数有尺度效应，结合公式(1)-(3)确定r_opt大小，依据r_opt大小确定计算单元边长r为7km。

第4步统计落入每个数据体T_D(X，Y，Q)的数据，利用公式(4)-(5)编制程序计算金湖凹陷的断层线密度(图8)。

第5步统计落入每个单元的充值点的数目，利用公式(6)编制程序计算金湖凹陷的断层面密度(图9)。

第6步利用公式(7)编制程序计算金湖凹陷断层分布均匀性(图10)。

第7步利用公式(8)编制程序计算金湖凹陷断层构造样式(图11)。

通过上述计算例，金湖凹陷阜二段储层断层分布极为复杂，但通过设计的程序计算，评价了断层的密度、分布均匀性、组合样式，认为本发明专利提出的方法准确可行性，并且运算效率高，能够有效的评价断层/裂缝参数，为研究的裂缝分布、断层活动、油气运聚与断层分布的关系提供基础资料。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。