断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法与流程

1.本发明涉及断层地震识别的勘探开发领域，特别是涉及到一种断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法。


背景技术：

2.断层胶结带是一种特殊的地质体，它是由断层面附近的断面充填物组成的，结构比较复杂，在地表露头容易识别，但在地下很难进行识别。前人对其地质成因及形成机制进行过研究，对其地震响应特征的研究仍处于空白。由于断层胶结带的组成、厚度、速度等特性，对地震波具有低通效应，且对反射能量屏蔽、吸收衰减严重，导致发育胶结带的断层地震响应特征发生变化，使得发育胶结带的断层断面的精确描述识别成为亟需解决的问题，特别是东部油田普遍进入了开发后期。但是目前地震资料上由于断层胶结带形成的不同于常规断面的地震响应特征，给断面的准确识别带来了困难，给滚动开发及产能建设带来了难题。如果能准确识别发育胶结带断层断面的精确位置，有利于剩余油的发现及钻探靠近断层井位的部署实施，使得油田能够获得最大的剩余油开发效益。因此，做好断块油田发育胶结带的断层断面的准确识别描述对于提高断块油田采收率及产量，有着重要的作用。
3.在断层胶结带影响断层地震响应特征因素分析方面，目前还没有检索到相关文献资料和应用技术，因而无法为发育胶结带的断层的识别和解释提供有效的指导。
4.在申请号：cn201911019802.6的中国专利申请中，涉及到断裂破碎带胶结封闭性的一种评价方法。针对目前致密碳酸盐岩断裂破碎带胶结封闭缺少评价技术的缺陷，在判识受胶结作用控制的碳酸盐岩断裂破碎带的基础上，通过致密碳酸盐岩断裂破碎带的孔洞与裂缝的胶结率测量与统计，评价断裂破碎带的胶结程度；通过胶结率与距断层距离的回归曲线获得理想的回归方程，通过实际测点裂缝胶结率与回归方程计算对应位置的理想胶结率的差值代表断裂破碎带的相对封闭性指数；在此基础上，开展致密碳酸盐岩断裂破碎带的胶结封闭性评价。该发明只是对断裂破碎带的胶结封闭性进行了评价，并未涉及断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法。
5.在申请号：cn201611105453.6的中国专利申请中，涉及到一种基于断层断裂结构评价断层启闭性的方法，包括如下步骤：明确目标区域各种类断层的断裂结构特征；根据所述断裂结构特征获取不同断层结构部位的渗透率；利用所述断层结构不同部位的渗透率计算相应部位的启闭概率，然后利用所述相应部位的启闭概率计算对应层段断层的启闭概率，再通过不同层段断层的启闭概率评价所述目标区域的断层的启闭性。该发明仅是基于断层断裂结构来评价断层的启闭性，未研究不同影响因素下发育胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征，因而无法为发育胶结带的断层的识别和解释提供有效的指导。
6.在申请号：cn201911019106.5的中国专利申请中，涉及到种碳酸盐岩断裂破碎带结构分类评价的方法。根据多期构造成岩的碳酸盐岩断裂破碎带结构的差异，将碳酸盐岩断层核划分为颗粒支撑、基质支撑与胶结支撑等3种类型，并提出了定性判识的方法与定名方法；在碳酸盐岩破碎带划分内带与外带划分基础上，将碳酸盐岩破碎带进一步划分为碎
裂带、裂缝带与褶皱带等3种类型，并提出了破碎带分类的判识方法；在此基础上，提出断裂破碎带以断层核类型-破碎带内带类型+破碎带外带类型方式命名的方法。该发明仅是对碳酸盐岩断裂破碎带结构类型进行了重新命名，对其地震响应特征未开展研究，使得发育胶结带的断层断面的精确描述识别成为亟需解决的问题。
7.为此我们发明了一种新的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对目前油气勘探的研究空白区，提供一种断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，为发育胶结充填带的断层识别和解释提供可靠的依据及指导作用。
9.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，该断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法包括：步骤1，针对断层胶结带发育区的影响因素分别设计发育胶结带的断层地质模型；步骤2，进行地震正演模拟，研究不同影响因素下发育胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征；步骤3，开展发育胶结带断层地震响应特征的影响因素分析，建立断层胶结带影响断层地震响应特征变化的判识模型、胶结带发育区不同影响因素下断层地震响应特征变化的量板图。
10.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
11.在步骤1中，在分析断层胶结带发育区断层的地质特点及其地震响应特征的基础上，针对断层胶结带发育区的影响因素分别设计发育胶结带的断层地质模型。
12.在步骤1中，在进行断层胶结带影响断层地震响应特征变化的分析过程中，分别针对断层胶结带速度、断层胶结带宽度、断面倾角、地震子波主频、地层砂地比这些影响断层地震地震响应特征变化的因素，设计五类发育胶结带的断层地质模型。
13.在步骤1中，五类发育胶结带的断层地质模型中的断层胶结带的速度分别设计为4000m/s、4200m/s、4400m/s、4600m/s、4800m/s、5000m/s。
14.在步骤1中，五类发育胶结带的断层地质模型中的断层胶结带的宽度分别设计为0m、1m、3m、5m、10m、15m、20m；
15.在步骤1中，五类发育胶结带的断层地质模型中的断面倾角分别设计为80
°
、70
°
、60
°
、50
°
、40
°
、30
°
、20
°
；
16.在步骤1中，五类发育胶结带的断层地质模型中的地震子波主频分别设计为10hz、15hz、20hz、30hz、40hz、50hz、60hz；
17.在步骤1中，五类发育胶结带的断层地质模型中的地层砂地比分别设计为80％、60％、50％、15％。
18.在步骤2中，针对设计的发育胶结带断层地质模型，通过基于褶积模型的正演模拟方法，求取建立模型的反射系数序列及地震子波，得到给定地质模型的地震响应结果，分析断层地质模型的地震响应特征。
19.在步骤2中，褶积模型具体表示为：
[0020][0021]
式中，w(t)代表地震子波；r(t)代表反射系数函数；符号“*”表示褶积运算；t代表地震子波周期；其离散形式为：
[0022][0023]
式中，w(n)代表地震子波序列；r(n)代表反射系数序列；n代表序列长度；m代表序列点；根据公式(2-2)，通过求取建立模型的反射系数序列及地震子波，得到断层胶结带地质模型的合成地震记录。
[0024]
在步骤3中，开展断层胶结带影响断层地震响应特征变化的因素分析，建立断层胶结带影响断层地震响应特征因素判识模型，进行定量分析；归纳总结不同影响因素下断层地震响应特征的判识模板、胶结带发育区不同因素下断层地震响应特征的量板图。
[0025]
本发明中的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，明确发育胶结带的断层地震响应特征变化及规律，填补油气滚动勘探开发研究的空白区，可以推动复杂断块油藏解释技术的进步，提高复杂断块油藏滚动勘探开发效益。该方法在深入分析断层胶结带地质特点和地震响应特征的基础上，针对断层胶结带发育区的影响因素，分别设计发育胶结带的断层地质模型；通过地震正演模拟研究不同影响因素下发育胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征，明确胶结带发育区不同影响因素下断层地震响应特征的变化规律，指导发育胶结带的断层识别解释。
附图说明
[0026]
图1为本发明的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法的一具体实施例的流程图；
[0027]
图2为本发明的一具体实施例中发育胶结带的断层“地震空白反射”特征分析的示意图；
[0028]
图3为本发明的一具体实施例中不同胶结带速度的地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0029]
图4为本发明的一具体实施例中不同胶结带宽度的地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0030]
图5为本发明的一具体实施例中不同胶结带宽度的断层胶结带地震响应特征变化判识模版的示意图；
[0031]
图6为本发明的一具体实施例中不同断面倾角的断层胶结带地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0032]
图7为本发明的一具体实施例中不同断层形态(断面倾角)的断层胶结带地震响应特征变化判识模板的示意图；
[0033]
图8为本发明的一具体实施例中不同地震子波主频的地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0034]
图9为本发明的一具体实施例中不同地层砂地比的断层胶结带地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0035]
图10为本发明的一具体实施例中不同地层砂地比与地震子波主频的断层胶结带
地震响应特征变化判识模板的示意图；
[0036]
图11为本发明的一具体实施例中地层砂地比80％的不同地震子波主频的地质模型及其正演模拟剖面的示意图；
[0037]
图12为本发明的一具体实施例中断层胶结带发育区不同影响因素下断层地震响应特征变化的量板图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
[0039]
如图1所示，图1为本发明的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法的流程图。
[0040]
步骤1，在分析断层胶结带发育区断层地质特点和地震响应特征的基础上，针对断层胶结带发育区的影响因素分别设计发育胶结带的断层地质模型；在深入分析断层胶结带发育区的断层地质特点和地震响应特征的基础上，针对断层胶结带发育区的不同影响因素分别设计发育胶结带的断层地质模型；
[0041]
断层胶结带地质特点如下：(1)通过对钻遇断层胶结带的井，进行声波速度分析发现：断层胶结带表现为高速特征，其层速度一般在4000m/s-6000m/s，比上下盘正常地层层速度(3500m/s-4500m/s)高500m/s-1500m/s。(2)断层胶结带普遍较窄，结合取芯资料及测井曲线，断层胶结带宽度一般在30cm-10m不等，地震上识别难度较大。但由于断层胶结带表现为高速体，对地震波具有极强的屏蔽和吸收作用，从而使断层面以下界面反射能量大大削弱，造成断层面下出现空白区，实际地震剖面上表现为断层“地震空白反射带”，但不同因素环境下，存在“地震反射空白带”的断层也具有不同的形式，目前地震资料上主要有以下三种形式：
①
单轨空白地震响应特征；
②
双轨空白地震响应特征；
③
无断面波空白地震响应特征。
[0042]
因此，在断层胶结带发育区进行断层地震响应特征的影响因素分析过程中，分别针对断层胶结带速度、断层胶结带宽度、断面倾角、地震子波主频、地层砂地比等影响发育胶结带的断层地震响应特征的因素，设计了五类断层地质模型，具体如下：
[0043]
(1)断层胶结带的速度分别设计为4000m/s、4200m/s、4400m/s、4600m/s、4800m/s、5000m/s；
[0044]
(2)断层胶结带的宽度分别设计为0m、1m、3m、5m、10m、15m、20m；
[0045]
(3)断面倾角分别设计为80
°
、70
°
、60
°
、50
°
、40
°
、30
°
、20
°
；
[0046]
(4)地震子波主频分别设计为10hz、15hz、20hz、30hz、40hz、50hz、60hz；
[0047]
(5)地层砂地比分别设计为80％、60％、50％、15％；
[0048]
步骤2，进行地震正演模拟，研究不同影响因素下发育胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征。通过地震正演模拟，研究不同影响因素下发育胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征。
[0049]
地震正演模拟方法是一种能够有效帮助我们理解地震波在地下介质中的传播特点及验证解释结果正确与否的一种可靠研究方法。针对实际地下地质情况建立相应的地质模型，通过地震正演模拟方法对地质模型进行理论上的模拟，得到相应的地震响应特征信
息，进行分析，为断层胶结带的识别和解释提供依据。
[0050]
本方法根据实际情况选择了基于褶积模型的正演模拟方法，褶积模型具体表示为：
[0051][0052]
式中，w(t)代表地震子波；r(t)代表反射系数函数；符号“*”表示褶积运算；t代表地震子波周期。其离散形式为：
[0053][0054]
式中，w(n)代表地震子波序列；r(n)代表反射系数序列；n代表序列长度；m代表序列点。
[0055]
本方法的研究就是根据公式(2-2)，通过求取建立模型的反射系数序列及地震子波，得到断层胶结带地质模型的合成地震记录。
[0056]
步骤3，开展发育胶结带断层地震响应特征的影响因素分析，建立断层胶结带影响断层地震响应特征变化的判识模型、胶结带发育区不同影响因素下断层地震响应特征变化的量板图。
[0057]
本发明的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，通过对步骤1中设计的断层地质模型进行地震正演模拟，研究不同条件下断层胶结带对断层地震响应特征的影响，经归纳总结，分别得到了不同胶结带速度的断层地震响应特征变化判识模板，不同胶结带宽度的断层地震响应特征变化判识模板，不同断层形态(断面倾角)的断层地震响应特征变化判识模板，不同地震子波主频的断层地震响应特征变化判识模型，不同地层砂地比的断层地震响应特征变化判识模型，最终建立胶结带发育区不同因素下断层地震响应特征变化的量板图，从而形成了一套完整的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法，为发育胶结带断层断面的精确识别和解释提供了可靠的依据及指导作用。
[0058]
在一具体实施例中，本发明的断层胶结带影响断层地震响应特征变化的定量分析方法包括了以下步骤：
[0059]
在步骤1中，在分析断层胶结带发育区断层地质特点和地震响应特征的基础上，针对断层胶结带发育区的影响因素分别设计发育胶结带的断层地质模型；
[0060]
在断层胶结带发育区，由于断层胶结带表现为高速体，对地震波具有极强的屏蔽和吸收作用，从而使断层面以下界面反射能量大大削弱，断层面的屏蔽作用造成断层面下出现空白区。实际地震剖面表现为断层“地震空白反射带”，但存在“地震反射空白带”的断层特征也不同，主要具有三种形式(图2)：
①
单轨空白地震响应特征；
②
双轨空白地震响应特征；
③
无断面波空白地震响应特征。
[0061]
考虑到发育胶结带的断层地质模型的复杂性，需开展地震正演模拟及其地震响应特征分析。在进行断层胶结带发育区的影响因素分析过程中，设计了如下五类发育胶结带的断层地质模型，具体如下：
[0062]
(1)设计了具有相同厚度不同速度的断层胶结带的断层地质模型，断层胶结带厚度10m，断层胶结带速度分别为4000m/s、4200m/s、4400m/s、4600m/s、4800m/s、5000m/s；
[0063]
(2)设计了具有相同速度不同厚度的断层胶结带的断层地质模型，断层胶结带速度4200m/s，断层胶结带厚度分别为0m、1m、3m、5m、10m、15m、20m；
[0064]
(3)设计了具有相同速度相同厚度胶结带下的不同断层形态(断面倾角变化)的地质模型，断层胶结带速度4200m/s，厚度10m，断面倾角分别为80
°
、70
°
、60
°
、50
°
、40
°
、30
°
、20
°
；
[0065]
(4)设计了具有相同断层组合特征的断层地质模型，地震子波主频分别设计为10hz、15hz、20hz、30hz、40hz、50hz、60hz；
[0066]
(5)设计了具有相同断层特征不同砂地比的断层地质模型，砂地比分别设计为80％、60％、50％、15％。
[0067]
步骤2，对步骤1中设计的五类断层地质模型，进行地震正演模拟，研究不同因素下具有胶结带的断层在地震资料中的主要地震响应特征。
[0068]
步骤3，建立断层胶结带影响断层地震响应特征因素判识模型，进行定量分析。所述模型包括：不同胶结带速度的断层地震响应特征变化判识模板，不同胶结带宽度的断层地震响应特征变化判识模板，不同断层形态(断面倾角)的断层地震响应特征变化判识模板，不同地震子波主频变化造成断层地震响应特征变化判识模型，不同地层砂地比的断层地震响应特征变化判识模型。
[0069]
在应用本发明的一具体实施例中，针对上述五类断层地质模型进行具体分析：
[0070]
(1)断层胶结带速度的影响分析
[0071]
设计具有相同断层组合特征的地质模型，在保证其他因素不变的基础上，改变断层胶结带的速度从4000m/s—5000m/s，间隔200m/s，共建立了六种不同速度的断层地质模型(图3)。通过正演模拟研究不同胶结带速度对断层地震响应特征的影响。
[0072]
从图3可见，随着胶结带速度的增大，除了断面波振幅增大，变粗，断层“地震反射空白带”的宽度是基本不变的，经过统计分析，断面波的波峰到下盘的反射轴处的水平距离，距离都是3道，保持不变。
[0073]
(2)断层胶结带宽度的影响分析
[0074]
设计具有相同断层组合特征的地质模型，在保证其他因素不变的基础上，改变断层胶结带的宽度从0m—20m，分别设计为0m、1m、3m、5m、10m、15m、20m七种不同宽度断层胶结带充填的断层地质模型(图4)。通过正演模拟研究不同胶结带宽度对断层地震响应特征的影响。建立了不同胶结带宽度的断层胶结带地震响应特征变化的判识模版(图5)，得到如下认识和结论：胶结带宽度小于5m时，无断面波产生，仅存在较窄的空白带，这和实际地震剖面上存在的无断面波的空白地震响应特征是一致的(图2-c)。当断层胶结带宽度大于5m时，开始产生断面波，且随着胶结带宽度的增加，断层“地震反射空白带”随之增大。
[0075]
(3)断面倾角的影响分析
[0076]
设计具有不同断面倾角的地质模型，断层胶结带速度4200m/s，宽度10m，断面倾角分别设计为80
°
、70
°
、60
°
、50
°
、40
°
、30
°
、20
°
的断层地质模型(图6)。通过正演模拟研究断面倾角的影响，总结出不同断层形态(断面倾角)的断层胶结带地震响应特征变化的判识模板(图7)。从图7可见，随着断面倾角的增大，断层“地震反射空白带”的宽度逐渐减小。到70
°
时断层“地震反射空白带”消失，80
°
以上断面不成像。
[0077]
(4)地震子波主频的影响分析
[0078]
针对具有相同断层组合特征的断层地质模型，地震子波主频分别设计为10hz、15hz、20hz、30hz、40hz、50hz、60hz(图8)。通过正演模拟结果分析胶结带发育区地震子波主
频变化对断层地震响应特征变化的影响规律。
[0079]
从图8可见，随着频率的提高，断层“地震反射空白带”逐渐缩小，且频率大于30hz时，频率的变化对“地震反射空白带”的影响较小，而频率小于30hz时，“地震反射空白带”明显增大。
[0080]
(5)地层砂地比的影响分析
[0081]
设计具有相同断层特征不同地层砂地比的断层地质模型，地震主频30hz，地层砂地比分别设计为80％、60％、50％、15％(图9)。通过正演模拟结果研究胶结带发育区不同地层砂地比对断层地震响应特征变化的影响规律。总结出不同砂地比的断层胶结带地震响应特征变化的判识模板(图10)。地层砂地比较高时，断层处出现双轨现象，随着砂地比降低，双轨消失，但砂地比的变化并不影响断层“地震反射空白带”的宽度。同时地层砂地比较高时，也只有在低主频下，才出现双轨现象。如地层砂地比80％时，地震子波主频小于30hz，才出现了双轨现象(图11)。
[0082]
在一具体实施例中，通过以上分析，确定了胶结带发育区影响断层地震响应特征及反射空白带宽度的主要因素：
[0083]
(1)断层胶结带宽度
[0084]
①
当断层胶结带宽度小于5m，无断面波，断层“地震反射空白带”较窄；
[0085]
②
当断层胶结带宽度大于5m，有断面波，随着胶结带宽度的增加断层“地震反射空白带”增大。
[0086]
(2)断面倾角
[0087]
①
断面倾角小于70
°
，随着断面倾角的减小，断层“地震反射空白带”越来越宽；
[0088]
②
断面倾角大于70
°
，断层“地震反射空白带”消失；
[0089]
③
断面倾角大于80
°
，断面不成像。
[0090]
(3)地震资料主频
[0091]
①
主频大于30hz，频率的变化对断层“地震反射空白带”的影响较小；
[0092]
②
主频小于30hz，断层“地震反射空白带”明显增大。
[0093]
(4)地层砂地比
[0094]
①
地层砂地比的变化不影响断层“地震反射空白带”的宽度；
[0095]
②
地层砂地比大于80％，主频小于30hz，断层表现出“双轨地震空白带”特征。
[0096]
进一步建立了胶结带发育区不同影响因素下断层地震响应特征变化的量板图(图12)。发育胶结带的断层在不同因素影响下表现出不同形式的地震响应特征：
[0097]
①
单轨空白地震响应特征：胶结带宽度≥5m，断面倾角《70
°
，地层砂地比《80％；
[0098]
②
双轨空白地震响应特征：胶结带宽度≥5m，断面倾角《70
°
，地层砂地比≥80％，主频≤30hz；
[0099]
③
无断面波空白地震响应特征：胶结带宽度《5m，断面倾角《70
°
。
[0100]
④
无断面波无空白地震响应特征：胶结带宽度《5m，断面倾角≥70
°
。