一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法与流程

1.本发明涉及一种断层相关裂缝定量预测方法，尤其适用于油气地质与构造地质领域，使用一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法。


背景技术：

2.构造复杂地区，断层相关裂缝对油气富集及开发均具有重要影响。裂缝不仅可以作为油气重要储集空间，亦是油气运移的关键通道。裂缝对储集层中分散孤立的孔隙起连通作用，增加有效孔隙度，提升渗透性。裂缝的识别、准确描述及半定量-定量化研究是裂缝性油气藏有效开发的关键。裂缝研究可基于露头、岩心、测井以及地震等资料开展。裂缝形成与构造演化密不可分，随着构造形成与发展，会形成或派生不同类型裂缝。断层相关裂缝的发育分布与地应力场、构造活动期次及岩石性质等多因素有关，开展断层相关裂缝的分析与预测对构造复杂区油气勘探开发至关重要。
3.申请公布号为cn112731556a的发明专利提出一种裂缝发育区的预测方法及用于预测裂缝发育区的计算机存储介质，在岩心、地震资料分析基础上，进行裂缝半定量化预测；申请公布号为cn111239849a的发明专利提出一种基于应力释放的储层裂缝预测方法及预测系统，通过裂缝评价模块依次进行取心研究、测井解释、地质建模，实现全方位的裂缝发育情况分析；申请公布号为cn112394408a的发明专利提出了各向异性介质裂缝预测方法及装置，基于地震数据体解译分析，实现有效提高各向异性介质裂缝预测过程的处理效率、自动化程度及准确性。
4.然而，包括上述发明专利在内的裂缝预测专利或方法，多是基于几何学、运动学方法或者借助地震解译，没有体现构造形成发育的多期多阶段性，也未能揭示裂缝形成演化的力学本质。在构造复杂区，裂缝预测吻合度低。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种原理科学、预测结果吻合度高的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法，核心在于：考虑地层恢复的解压实效应，在三维重构关键期次裂缝形成演化的古构造格架与古地应力场基础上，建立古地应力场与裂缝参数之间的关系。
6.为实现上述目标，本发明的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法，针对油气地质、构造地质领域设定研究区，收集研究区地质基础数据及相关资料，利用相关资料构建研究区现今的三维地质模型；然后在该三维地质模型构建基础上，增加时间维度的概念引入并设定解压实系数，并考虑地层恢复变形过程中的解压实效应；通过推导现今三维地质模型中的断层活动及相关裂缝形成的信息，开展实验检测，结合研究区构造定量解析与演化史分析，获取不同关键期次古构造应力大小和方向信息；重构裂缝形成演化关键期次的古构造格架与古地应力场，构建出不同关键期次古地应力场与裂缝参数之间的关系，结合岩石破裂准则与能量守恒，定量预测断层相关裂缝。
7.具体步骤：
8.步骤一、收集研究区地质基础数据及相关资料，在此基础上，建立研究区现今的三维几何模型；
9.步骤二、采集研究区目标层岩石样本，然后利用真三轴力学试验检测目标层岩石样本，获取岩石样本的静态杨氏模量es和泊松比μs，利用测井资料，计算岩石动态杨氏模量ed和泊松比μd，在此基础上，建立岩石样本的静态杨氏模es与动态杨氏模量ed之间定量关系，岩石样本的泊松比μs与动态泊松比μd之间定量关系，通过插值方法构建研究区目标层三维静态岩石力学场，进而形成研究区现今三维地质模型；
10.其中，岩石动态杨氏模量ed计算公式为：
[0011][0012]
式中：ed为岩石动态杨氏模量，ρ为岩石密度，δts为横波时差，δt
p
为纵波时差，β为单位转换系数；
[0013]
岩石动态泊松比μd计算公式为：
[0014][0015]
式中：μd为岩石动态泊松比，δts为横波时差，δt
p
为纵波时差；
[0016]
步骤三、基于地质力学原理，遵循地质体在断层活动前后体积守恒原则，在研究区现今三维地质模型基础上，充分考虑现今三维地质模型恢复变形过程中地层解压实效应，设定地层在逐层剥除时的解压实系数γ，通过对现今三维地质模型内参数的改变和地层的逐层剥除，实现现今三维地质模型的地质恢复，重构裂缝形成演化关键期次的古构造格架模型；
[0017]
步骤四、分别针对古构造格架模型进行定年检测、声发射检测、粘滞剩磁检测，在检测结果基础上，结合研究区构造定量解析与演化史分析，确定研究区内断层活动及相关裂缝形成的关键期次，以及不同关键期次中研究区的古构造应力大小和方向信息；
[0018]
步骤五、利用步骤三和步骤四重构的不同关键期次的古构造格架模型及古构造应力大小和方向数据，分别构建研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型，用以量化表征研究区不同关键期次的古地应力场；
[0019]
步骤六、综合考虑岩石破裂准则和能量守恒，建立研究区不同关键期次古地应力场与裂缝参数之间关系式si＝g(p
1i
,p
2i
,
···
)，式中：g表示函数关系，i表示不同关键期次，si表示第i期古地应力场，p
1i
与p
2i
表示第i期裂缝不同的参数；
[0020]
其中，岩石破裂准则包括：
[0021]
剪裂缝的破裂准则
[0022]
张开缝的破裂准则to＝τ
m-σm–
c/2，
[0023]
闭合缝的破裂准则tc≈σ1，式中：s为岩石剪切破裂强度，τm为最大剪应力，值为(σ
1-σ3)/2，σm为正应力，值为(σ1 σ3)/2，σ1与σ3分别为最大主应力与最小主应力，为内摩擦角，to为岩石抗张强度，c为内聚力，tc表示岩石抗压强度；
[0024]
能量守恒体现在产生裂缝所需要的能量值(e2)与地质体损耗的能量值(e1)相等，
即e1＝e2。
[0025]
步骤七、从构建出的研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型中获取不同关键期次的古地应力场值，利用古地应力场与裂缝参数之间关系式将古地应力场值转换为裂缝参数值p
1i
,p
2i
,
···
，将裂缝参数p
1i
,p
2i
,
···
按照时间序列分别进行叠合，获得研究区裂缝定量预测模型f＝∑βi·
(p
1i
,p
2i
,
···
)，式中：f为裂缝预测结果，βi为权重系数，βi＝σ
1i
/∑σ
1i
，i表示不同的关键期次，σ
1i
表示第i期最大主应力，利用研究区裂缝定量预测模型，从而实现研究区裂缝的定量预测。
[0026]
进一步，步骤二种所述的岩石静态杨氏模量和泊松比均为多组三轴岩石力学实验结果的平均值；插值方法优选kriging法。
[0027]
进一步，步骤四中所述的定年检测可以是流体包裹体定年检测、k-ar定年检测、
40
ar-39
ar同位素定年检测、rb-sr定年检测、u-th定年检测中的任一种或多种。
[0028]
进一步，步骤六种所述的裂缝参数包括裂缝密度、裂缝走向和裂缝倾角。
[0029]
有益效果：本方法综合考虑地层恢复的解压实效应，设定地层在逐层剥除时的解压实系数γ，通过模型内参数的改变和地层的逐层剥除，实现现今三维地质模型的地质恢复，重构裂缝形成演化关键期次的古构造格架模型，在三维重构关键期次裂缝形成演化的古构造格架与古地应力场基础上，建立古地应力场与裂缝参数之间的关系，基于岩石破裂准则与能量守恒，实现断层相关裂缝的定量预测，其原理科学、吻合率高，预测结果可靠性好。
附图说明
[0030]
图1为本发明的基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法的技术流程图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明
[0032]
如图1所示，本发明的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法，针对油气地质、构造地质领域设定研究区，收集研究区地质基础数据及相关资料，利用相关资料构建研究区现今的三维地质模型；然后在该三维地质模型构建基础上，增加时间维度的概念引入并设定解压实系数，并考虑地层恢复变形过程中的解压实效应；通过推导现今三维地质模型中的断层活动及相关裂缝形成的信息，开展实验检测，结合研究区构造定量解析与演化史分析，获取不同关键期次古构造应力大小和方向信息；重构裂缝形成演化关键期次的古构造格架与古地应力场，构建出不同关键期次古地应力场与裂缝参数之间的关系，结合岩石破裂准则与能量守恒，定量预测断层相关裂缝。
[0033]
具体步骤：
[0034]
步骤一、收集研究区地质基础数据及相关资料，在此基础上，建立研究区现今的三维几何模型；
[0035]
步骤二、采集研究区目标层岩石样本，然后利用真三轴力学试验检测目标层岩石样本，获取岩石样本的静态杨氏模量es和泊松比μs，利用测井资料，计算岩石动态杨氏模量ed和泊松比μd，在此基础上，建立岩石样本的静态杨氏模es与动态杨氏模量ed之间定量关系，岩石样本的泊松比μs与动态泊松比μd之间定量关系，通过kriging插值方法构建研究区
目标层三维静态岩石力学场，进而形成研究区现今三维地质模型；
[0036]
其中，岩石动态杨氏模量ed计算公式为：
[0037][0038]
式中：ed为岩石动态杨氏模量，ρ为岩石密度，δts为横波时差，δt
p
为纵波时差，β为单位转换系数；
[0039]
岩石动态泊松比μd计算公式为：
[0040][0041]
式中：μd为岩石动态泊松比，δts为横波时差，δt
p
为纵波时差；
[0042]
步骤三、基于地质力学原理，遵循地质体在断层活动前后体积守恒原则，在研究区现今三维地质模型基础上，充分考虑现今三维地质模型恢复变形过程中地层解压实效应，设定地层在逐层剥除时的解压实系数γ，通过对现今三维地质模型内参数的改变和地层的逐层剥除，实现现今三维地质模型的地质恢复，重构裂缝形成演化关键期次的古构造格架模型；
[0043]
步骤四、分别针对古构造格架模型进行定年检测、声发射检测、粘滞剩磁检测，在检测结果基础上，结合研究区构造定量解析与演化史分析，确定研究区内断层活动及相关裂缝形成的关键期次，以及不同关键期次中研究区的古构造应力大小和方向信息；定年检测为流体包裹体定年测试检测、k-ar定年检测、
40
ar-39
ar同位素定年检测、rb-sr定年检测、u-th定年检测中的任一种或多种。
[0044]
步骤五、利用步骤三和步骤四重构的不同关键期次的古构造格架模型及古构造应力大小和方向数据，分别构建研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型，用以量化表征研究区不同关键期次的古地应力场；
[0045]
步骤六、综合考虑岩石破裂准则和能量守恒，建立研究区不同关键期次古地应力场与裂缝参数之间关系式si＝g(p
1i
,p
2i
,
···
)，式中：g表示函数关系，i表示不同关键期次，si表示第i期古地应力场，p
1i
与p
2i
表示第i期裂缝不同的参数；裂缝参数包括裂缝密度、裂缝走向和裂缝倾角；
[0046]
其中，岩石破裂准则包括：
[0047]
剪裂缝的破裂准则
[0048]
张开缝的破裂准则to＝τ
m-σm–
c/2，
[0049]
闭合缝的破裂准则tc≈σ1，式中：s为岩石剪切破裂强度，τm为最大剪应力，值为(σ
1-σ3)/2，σm为正应力，值为(σ1 σ3)/2，σ1与σ3分别为最大主应力与最小主应力，为内摩擦角，to为岩石抗张强度，c为内聚力，tc表示岩石抗压强度；
[0050]
能量守恒体现在产生裂缝所需要的能量值(e2)与地质体损耗的能量值(e1)相等，即e1＝e2。
[0051]
步骤七、从构建出的研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型中获取不同关键期次的古地应力场值，利用古地应力场与裂缝参数之间关系式将古地应力场值转换为裂缝参数值p
1i
,p
2i
,
···
，将裂缝参数p
1i
,p
2i
,
···
按照时间序列分别进行叠合，获
得研究区裂缝定量预测模型f＝∑βi·
(p
1i
,p
2i
,
···
)，式中：f为裂缝预测结果，βi为权重系数，βi＝σ
1i
/∑σ
1i
，i表示不同的关键期次，σ
1i
表示第i期最大主应力，利用研究区裂缝定量预测模型，从而实现研究区裂缝的定量预测。