一种基于断层活动性的多期次裂缝定量预测方法与流程

本发明涉及油气田勘探开发、矿产评价预测领域，尤其是一种基于断层活动性的多期次裂缝定量预测方法。

背景技术：

在储层裂缝研究中，研究人员已经逐渐认识到某一地区的裂缝可能存在多期次性，多期次裂缝的如何定量表征是困扰研究人员的一大难题。不断变化的多期构造应力场作用在非均质性致密砂岩内，在引起大尺度内多组系裂缝发育和叠加的同时，不同期次的裂缝相互作用关系、每期裂缝的发育强弱以及现今埋藏条件下裂缝参数的表征预测是多期裂缝预测的难点。裂缝之间发育往往符合统计意义上的相似性，很难寻找一个定量的数学关系，实验条件中很难模拟多期次裂缝的发育规律，因此实验结果往往带有片面性。本发明专利在地震解释的基础上，建立断层活动性平面模型，通过计算断层活动性信息维建立不同期次的裂缝密度发育模型；通过现今地应力分析建立裂缝开启性评价模型，进而实现不同期次的裂缝现今发育指数的预测。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于断层活动性的多期次裂缝定量预测方法，它实现了一个地区储层多期次裂缝分期评价预测。

本发明的技术方案为：一种基于断层活动性的多期次裂缝定量预测方法，具体步骤如下：

第一步 通过三维地震精细解释，获取断层平面展布图、地震剖面图

利用地震解释相关软件，通过精心地震解释获得工区的断层平面展布图，得到研究区的断层平面展布、地震剖面图。

第二步 断层活动性平面模型构建

生长断层的活动具有长期性，研究其活动历史需要计算各个地质历史时期的落差，用同一地质历史时期两盘沉积地层的厚度差表示该时期生长断层的古落差，即：某时期生长断层的古落差＝该时期下降盘厚度－该时期上升盘厚度。如图2所示，生长断层在时期1的古落差为：Q₁＝H₁－h₁；时期2的古落差为：Q₂＝H₂－h₂；时期3的古落差为：Q₃＝H₃－h₃。

依据公式(1)，将不同时期断层的落差转换为平面上活动断层的宽度。

F＝Q×ξ (1)

Q为断层某一时期的古落差，单位：m；F为平面上活动断层的宽度，代表断层的活动量大小，单位：m；ξ为Q转换为平面上活动断层的宽度的比例尺，无量纲，根据Q大小，范围设置在10^-4～10^-6，公式(1)中，所述的ξ使平面上活动断层间关系保持一致，即未相交的断层处理后仍然未相交。对于正断层，保持上升盘断层线不变，调整下降盘断层与上升盘断层之间的距离(F)；对于逆断层则保持下降盘断层线不变，调整上升盘断层与下降盘断之间的距离(F)，以保证预测的裂缝分布符合地质实际情况。

第三步 断层活动性信息维计算

将活动断层数据化后依次点充填，充填点依次标记为(a_i0、a_i1、a_i2...a_in-1、a_in)，其中，i表示第i条断层，n为该条断层的充填点数目。对于统计单元(边长r)，充填点的多少代表该单元的活动强度，计算得到的信息维D能够反映断层的活动强度；断层分维D是断层相似性的综合量化指标，其计算原理为：

公式(2)中，P_i是每个信息点落入第i个小栅格的概率，无量纲；ε为栅格的边长，单位：m。

I(r)＝-Dln(r)+C (3)

公式(3)中，r为分形统计单元边长，单位：m；D为断层信息维，无量纲；C为断层相似性拟合系数，无量纲。

断层插值充填后，在特定统计单元，统计落入其中的总点数T_sum，将统计单元划分为N(ε)个边长ε的栅格，计落入第i个栅格的点数为T_i，进而可以求取信息点落入不同栅格的概率，公式(2)中I(ε)可以表示为：

通过不断地变换栅格的边长ε，得到不同ε对应的变量I(ε)；对变量ln(ε)、I(ε)线性拟合后，可以得到断层活动性信息维以及对应的相关系数R²，通过编写程序，移动统计单元，可以计算得到不同统计单元内断层活动性信息维值D。

第四步 不同时期裂缝密度发育指数模型

利用计算得到统计单元内断层活动性信息维值D，计算裂缝不同时期的裂缝密度发育指数为：

ρ＝e^D (5)

公式(5)中，定义ρ为裂缝不同时期的密度发育指数，无量纲。

第五步 现今裂缝开启性评价模型

通过井点的资料统计，建立工区的现今水平主应力分布的数学模型或者通过有限元建立现今地应力场数值模拟模型，模拟得到现今地应力分布；裂缝开启性评价模型为：

公式(6)中，b为裂缝现今开启性评价指数，无量纲；σ′_n为有效正应力，单位：MPa，σ_nref代表使裂缝开度降低90％的有效正应力，单位：MPa。

第六步 不同期次裂缝现今发育指数

利用裂缝不同时期的密度发育指数ρ以及裂缝开启性评价指数b，建立不同期次裂缝现今发育指数G：

G＝ρ·b×100％ (7)

公式(7)中，G为不同期次裂缝现今发育指数，单位：％；b为裂缝现今开启性评价指数，无量纲；ρ为不同时期的密度发育指数，无量纲。

本发明的有益效果是：在地震解释的基础上，求取断层的古落差，建立不同时期的断层活动性平面模型，通过计算断层活动性信息维建立不同期次的裂缝密度发育模型；通过现今地应力分析建立裂缝开启性评价模型，进而预测不同期次的裂缝现今发育指数。本发明对于多期次裂缝预测、裂缝发育带优选、裂缝形成时间厘定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、财力的支出，预测结果对优选油气、矿产勘探重点区域，后期压裂增产措施实施等多个方面有一定的参考意义。

附图说明

图1为一种基于断层活动性的多期次裂缝定量预测方法的流程图。

图2为不同时期断层古落差求取示意图。

图3为铜城断裂带构造位置图。

图4为铜城断裂带测线341地震解释剖面。

图5为铜城断裂带联络测线301地震解释剖面。

图6为铜城断裂带三垛期断层活动性平面分布图。

图7为铜城断裂带不同时期的构造活动强度分布图。

图8为铜城断裂带不同时期的裂缝密度发育指数分布图。

图9为铜城断裂带现今裂缝发育指数分布图。

图6中，断层的宽度代表断层活动强弱。

图7、图8、图9中，A代表阜一期，B代表阜二期，C代表阜三期，D代表阜四期，E代表戴南期，F代表三垛期；图7、图8数值无量纲，图9单位为％。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

如图3所示金湖凹陷铜城断裂带为例，定量预测该地区多期次裂缝发育规律。

第1步利用地震解释相关软件，通过精心地震解释获得工区的断层平面展布图，得到铜城断裂带的断层平面展布、地震剖面图(如图4、图5所示)。

第2步 通过计算断层不同时期的古落差，利用公式(1)得到铜城断裂带不同时期断层活动性平面分布图，平面上活动断层的宽度，代表断层的活动量大小(图6、图7所示)。

第3步 将活动断层数据化后依次点充填，，通过编写程序，移动统计单元，可以计算得到统计单元内断层活动性信息维值D。

第4步 利用计算得到统计单元内断层活动性信息维值D，结合公式(5)计算裂缝不同时期的密度发育指数(图8所示)。

第5步 建立现今裂缝开启性评价模型，通过对研究区的压裂资料统计，分别计算水平最小、最大主应力，建立工区的现今水平主应力垂向分布的数学模型：

公式(8)中，σ_h为水平最大主应力，单位：MPa；σ_H为水平最小主应力，单位：MPa；h为裂缝的埋深，单位：m。

结合公式(6)、公式(8)计算裂缝在现今地应力场中的开启能力。

第6步利用裂缝不同时期的密度发育指数ρ以及裂缝开启性评价指数b，利用公式(7)计算不同期次裂缝现今发育指数G(图9所示)，进而实现不同期次的裂缝现今发育指数的预。

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。