本發(fā)明涉及油氣田勘探開發(fā)、礦產(chǎn)評價(jià)預(yù)測領(lǐng)域，尤其是一種基于斷裂自相似理論的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

斷裂“自相似”現(xiàn)象是自然界的一種普遍現(xiàn)象，指事物的一部分與其整體的相似性，斷裂構(gòu)造也不例外。人們早已注意到斷裂構(gòu)造的相似性，即規(guī)模大小不同、性質(zhì)不盡相同而外形相似的物質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，在受到相同方向的作用力下所產(chǎn)生的構(gòu)造相似的現(xiàn)象(張文佑，1984)，并根據(jù)這一構(gòu)造相似原理，進(jìn)行了廣泛的模擬實(shí)驗(yàn)，建立了許多構(gòu)造模型(或型式)。然而在自然界中，一些不同規(guī)模(或不同等級)的相似構(gòu)造常構(gòu)成某種特殊的對應(yīng)關(guān)系。如在一些地區(qū)，常發(fā)育幾組不同等級的斷裂，它們將所在地區(qū)切割成規(guī)模大小不同而形態(tài)相似的地質(zhì)塊體，它們在一定方向構(gòu)造應(yīng)力場作用下，變形先受低級別斷裂控制，形成某種低級別斷裂組合。隨變形發(fā)展，變形逐步受到同方向高級別斷裂控制，形成同種高級別斷裂組合?；蚴悄骋患墑e斷裂組合的構(gòu)造成分，在演化過程中形成低序次(亦為低級別)的同種斷裂組合。這樣，低級別(或低序次)斷裂組合作為同種高級別(或高序次)斷裂組合的組成部分。

(1)自相似現(xiàn)象是自然界的一種很普遍的現(xiàn)象，如海岸線植物、動(dòng)物(斑馬)的斑紋等都可表現(xiàn)出自相似性。

(2)斷裂組合自相似性是斷裂構(gòu)造的基本屬性之一，在一定方向構(gòu)造應(yīng)力作用下，其變形受不同等級斷裂控制，并由低等級向高等級發(fā)展或派生出低序次斷裂，都可形成自相似斷裂組合。而自然界不同等級斷裂共存是一種普遍現(xiàn)象，構(gòu)造變形也必然有一個(gè)演化的過程，因此，自相似斷裂組合是一種普遍的現(xiàn)象，自相似性是斷裂構(gòu)造的基本屬性。

在低級序斷層預(yù)測中，低級序斷層的展布影響油氣開發(fā)、剩余油分布，是困擾油區(qū)進(jìn)一步開發(fā)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的地震解釋很難準(zhǔn)確識別該尺度的斷裂，由于低級序斷層的規(guī)模小，隱蔽性強(qiáng)，地震識別困難等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了低級序斷層解釋的精確性。目前主要應(yīng)用井間地震技術(shù)、精細(xì)相干分析技術(shù)及地震屬性技術(shù)等一些開發(fā)地震新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對低級序斷層的識別描述。在識別描述的基礎(chǔ)上，主要應(yīng)用構(gòu)造背景法、斷層組合分析法、構(gòu)造應(yīng)力場分析法、構(gòu)造物理模擬法及巖層曲率法等方法對低級序斷層的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)局部構(gòu)造的落實(shí)。本發(fā)明專利在地震解釋的基礎(chǔ)上，設(shè)定斷裂自相似性發(fā)育規(guī)律量化參數(shù)，并進(jìn)行斷裂自相似性參數(shù)檢驗(yàn)，結(jié)合油藏開發(fā)斷裂圖，以高級序斷層為約束，建立低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型，進(jìn)而提出低級序斷層二次解釋方案，最后通過應(yīng)力場模擬對解釋方案對比驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供了一種基于斷裂自相似理論的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測方法，它實(shí)現(xiàn)了油藏低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于斷裂自相似理論的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測方法，具體步驟如下：

第一步 通過三維地震精細(xì)解釋，獲取斷層平面展布圖、地震剖面圖

利用地震解釋相關(guān)軟件，通過精心地震解釋獲得工區(qū)的斷層平面展布圖，得到研究區(qū)的斷層平面展布、地震剖面圖。

第二步 設(shè)定斷裂自相似性發(fā)育規(guī)律量化參數(shù)

斷裂系統(tǒng)在幾何形態(tài)、構(gòu)造演化以及成因動(dòng)力上具有統(tǒng)計(jì)意義的自相似性；斷裂具有統(tǒng)計(jì)意義的自相似性，可以用斷裂信息維表示，容量維沒有反映研究對象的非均勻性，僅考慮不同邊長(ε)的柵格內(nèi)是否落入數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此引入信息維D的概念：

$D\left(F\right)=-\underset{\mathrm{\ϵ}\→0}{\lim }\frac{I\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{ln\left(\mathrm{\ϵ}\right)}---\left(1\right)$

公式(1)中，P_i是每個(gè)信息點(diǎn)落入第i個(gè)小柵格的概率；ε為柵格的邊長。

為了更為具體的表示斷裂的這種自相似性，定義了兩個(gè)參數(shù)：

信息維差△D：

△D＝D₂-D₁ (2)

相似性差△R²：

△R²＝R²₂-R²₁ (3)

公式(2)、公式(3)中，D₁、D₂分別低級序斷層增加前后，斷裂的信息維數(shù)值；R²₁、R²₂分別為低級序斷層增加前后，斷裂的相似度數(shù)值；即△D、△R²為增加某條小斷層后，某一單元內(nèi)，斷層的信息維、相似性變化之差。

第三步 斷裂自相似性參數(shù)檢驗(yàn)

以已經(jīng)落實(shí)的斷裂系統(tǒng)為例，共計(jì)n條斷裂，選取其中的m條低級序斷層做統(tǒng)計(jì)分析，其余n-m條為控制斷裂(高級序斷層)設(shè)計(jì)兩個(gè)方案：

方案A：在n-m條高級序斷層的控制下，逐條增加低級序斷層的條數(shù)，判斷△R²、△D的變化。

方案B：在n條作為整體，逐條刪增每條斷層，判斷每條斷層的△R²、△D的變化。

所述的方案A是指逐條增加低級序斷層的條數(shù)，判斷△R²、△D的變化；通過對m余條低級序斷層的信息維統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析，從統(tǒng)計(jì)意義分析低級序斷層是否有向信息維D更大、相似度R²更高的發(fā)展趨勢；所述的方案B以及逐條判別法是指在斷裂系統(tǒng)中，逐條增刪每條斷層，從統(tǒng)計(jì)意義判斷每條斷層刪減前后的△R²、△D是否增大；從方案A、方案B驗(yàn)證運(yùn)用斷裂自相似性預(yù)測低級序斷層的可行性。

第四步 獲取油藏開發(fā)斷裂圖

在地震解釋的基礎(chǔ)上，通過油藏的實(shí)際開發(fā)過程中油水的變化以及動(dòng)態(tài)資料分析，獲取油藏的斷裂圖。

第五步 建立低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型

在獲取油藏的斷裂展布圖的基礎(chǔ)上，建立低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型。

所述的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型是指建立以高級序斷層為骨架，利用確定的低級序斷層對模型補(bǔ)充、完善，建立斷裂自相似的構(gòu)造模型，以此預(yù)測其它不確定斷層的合理解釋方案。

第六步 模擬確定低級序斷層的二次解釋方案

采用逐條判別的方法，分析每條斷層刪除后的兩個(gè)參數(shù)——信息維差△D、相似性差△R²的變化；即增減某條小斷層后，某一單元內(nèi)，斷層的信息維、相似性變化之差。篩選其中斷裂信息維差△D、相似性差△R²減小的斷裂進(jìn)行修改、調(diào)試，使斷裂信息維差△D、相似性差△R²總體朝著增大的方向發(fā)展。

第七步 斷層調(diào)整后方案與應(yīng)力場模擬結(jié)果的對比驗(yàn)證

低級序斷層是局部構(gòu)造應(yīng)力場下的產(chǎn)物，局部構(gòu)造應(yīng)力場是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的背景上派生的，可以由一條或者幾條高級序斷層派生形成，也可以由巖層彎曲變形派生形成。低級序斷層的發(fā)育主要受控于古最小主應(yīng)力及剪應(yīng)力的分布。最小主應(yīng)力高值區(qū)低級序斷層優(yōu)勢發(fā)育；平面剪應(yīng)力控制了低級序斷層的平面展布；剖面剪應(yīng)力控制了低級序斷層的傾向：根據(jù)庫侖破裂準(zhǔn)則，兩組剪切破裂面具有共軛性，其鈍夾角平分線方向即為最小主應(yīng)力方向。在平面應(yīng)變橢圓中，兩組共軛剪切破裂線代表兩組斷層的走向線。受平面剪應(yīng)力分布的控制，兩組斷層的發(fā)育程度通常不同，在左旋平面剪應(yīng)力環(huán)境中具有左旋性質(zhì)的一組斷層發(fā)育程度高，在右旋平面剪應(yīng)力環(huán)境中具有右旋性質(zhì)的一組斷層發(fā)育程度高，因此可以根據(jù)剖面剪應(yīng)力的性質(zhì)來解釋斷層的傾向。

在確定斷層形成的古構(gòu)造應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，可以從地質(zhì)力學(xué)的角度分析低級序斷層的發(fā)育規(guī)律，并與斷裂自相似性確定的斷層解釋方案對比、驗(yàn)證。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明專利在地震解釋的基礎(chǔ)上，設(shè)定斷裂自相似性發(fā)育規(guī)律量化參數(shù)，并進(jìn)行斷裂自相似性參數(shù)檢驗(yàn)，結(jié)合油藏開發(fā)斷裂圖，以高級序斷層為約束，建立低級序斷層發(fā)育規(guī)律的預(yù)測模型，進(jìn)而提出低級序斷層二次解釋方案，最后通過應(yīng)力場模擬對解釋方案對比驗(yàn)證。本發(fā)明對于低級序斷層的分布規(guī)律預(yù)測、剩余油分布、二次開發(fā)方案調(diào)整等多個(gè)方面具有較高的實(shí)用價(jià)值，并且預(yù)測成本低廉、可操作性強(qiáng)，大量減少人力、財(cái)力的支出，對油田勘探開發(fā)的實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為一種基于斷裂自相似理論的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測方法的流程圖。

圖2為高郵凹陷構(gòu)造位置以及區(qū)劃圖。

圖3為馬35斷塊構(gòu)造位置圖。

圖4為高郵凹陷斷裂系統(tǒng)圖。

圖5為逐條增加低級序斷層的條數(shù)與D、R²關(guān)系。

圖6為逐條判別每條低級序斷層與R²關(guān)系。

圖7為逐條判別每條低級序斷層與D關(guān)系。

圖8為馬35斷塊油藏開發(fā)斷裂圖。

圖9為馬35斷塊低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測模型。

圖10為斷層①修改示意圖。

圖11為斷層①修改前后△D、△R²變化。

圖12為斷層②修改示意圖。

圖13為斷層②修改前后△D、△R²變化。

圖14為斷層③修改示意圖。

圖15為斷層③修改前后△D、△R²變化。

圖16為斷層④修改示意圖。

圖17為斷層④修改前后△D、△R²變化。

圖18基于應(yīng)力場數(shù)值模擬的馬35斷塊低級序斷層走向預(yù)測。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式：

研究區(qū)為韋莊馬家嘴地區(qū)漢留斷裂帶附近的馬35斷塊，構(gòu)造上位于高郵凹陷西南部，漢留斷層與真②斷層西緣，邵伯次凹西邊，大部分地區(qū)位于深凹帶內(nèi)。馬家嘴構(gòu)造位于漢留斷層的下降盤，區(qū)域上是地層整體向西北抬升的單斜構(gòu)造，南北分別受真②斷層和漢留斷層夾持。韋莊構(gòu)造位于漢留斷層上升盤，屬于高郵凹陷北斜坡的南緣，構(gòu)造活動(dòng)主要受漢留斷裂的影響。韋馬地區(qū)內(nèi)沉積巖系發(fā)育，生油環(huán)境好，油氣藏類型多，富集程度高，是勘探程度較高的含油氣區(qū)之一(圖2-圖3)。

第1步 利用地震解釋相關(guān)軟件，通過精心地震解釋獲得高郵凹陷的斷層平面展布圖(圖4)。

第2步 通過方案A、方案B驗(yàn)證了運(yùn)用斷裂自相似性預(yù)測低級序斷層的可行性，，其中落實(shí)金湖凹陷阜二段各類斷裂815條，以其中300條大斷裂為控制斷裂，515條為模擬的低級序斷裂，具體方案如下：

(1)方案A——逐條增加低級序斷層的條數(shù)，判斷△R²、△D的變化。

如圖5所示，515余條低級序斷層的信息維統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析，受高級序斷層影響和控制，從統(tǒng)計(jì)意義得出，低級序斷層有向信息維D更大、相似度R²更高的發(fā)展趨勢，基于此原理，可以嘗試分析低級序斷層平面、剖面組合規(guī)律的合理性。

(2)方案B——斷裂系統(tǒng)中，逐條增刪每條斷層，判斷每條斷層刪減前后的△R²、△D的變化。

由圖6得到，通過逐條判別，515條低級序斷層中，86.2％的斷層的△R²是增大的；僅有13.8％的斷層△R²是減小的。由圖7得到，通過逐條判別，515條低級序斷層中，92.2％的斷層的△D是增大的；7.8％的斷層△D是減小的。

由圖5-圖7可以得出在一個(gè)斷裂系統(tǒng)中，受高級序斷層影響，在不同的統(tǒng)計(jì)尺度上(r)，低級序斷層在統(tǒng)計(jì)意義上，總是朝相似程度更高方向發(fā)展(△R²、△D增大)，從而驗(yàn)證了運(yùn)用斷裂自相似性預(yù)測低級序斷層的可行性。

第3步 在地震解釋的基礎(chǔ)上，通過油藏的實(shí)際開發(fā)過程中油水的變化以及動(dòng)態(tài)資料分析，獲取馬35斷塊油藏的斷裂圖(圖8)。

第4步 在獲取油藏的斷裂展布圖的基礎(chǔ)上，建立以高級序斷層為骨架，結(jié)合確定的低級序斷層對模型補(bǔ)充、完善，建立馬35斷塊斷裂自相似的構(gòu)造模型(圖9)，以此預(yù)測其它不確定斷層的合理解釋方案。

第5步 采用逐條判別的方法，分析每條斷層刪除后的兩個(gè)參數(shù)——信息維差△D、相似性差△R²的變化；即增加某條小斷層后，某一單元內(nèi)，斷層的信息維、相似性變化之差。篩選其中斷裂信息維差△D、相似性差△R²減小的斷裂進(jìn)行修改、調(diào)試，使斷裂信息維差△D、相似性差△R²朝著增大的方向發(fā)展。

(1)斷層①修改

圖10、圖11表示斷裂修改前后，斷裂信息維差△D、相似性差△R²的前后變化，修改前后不同尺度的斷裂信息維差△D、相似性差△R²的總體朝著更大的方向發(fā)展。

(2)斷層②修改

圖12、圖13表示斷裂②修改前后，斷裂信息維差△D、相似性差△R²的前后變化，修改前后不同尺度的斷裂信息維差△D、相似性差△R²的總體朝著更大的方向發(fā)展。

(3)斷層③修改

圖14、圖15表示斷裂③修改前后，斷裂信息維差△D、相似性差△R²的前后變化，修改前后不同尺度的斷裂信息維差△D、相似性差△R²的總體朝著更大的方向發(fā)展。

(4)斷層④修改

圖16、圖17表示斷裂④修改前后，斷裂信息維差△D、相似性差△R²的前后變化，修改前后不同尺度的斷裂信息維差△D、相似性差△R²的總體朝著更大的方向發(fā)展。

第6步 如圖18所示，在確定斷層形成的古構(gòu)造應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，可以分析低級序斷層走向分布規(guī)律，對比圖18與圖16可知，基于斷裂自相似理論的低級序斷層發(fā)育規(guī)律預(yù)測結(jié)果與應(yīng)力場模擬預(yù)測裂縫的發(fā)育規(guī)律基本一致，從而驗(yàn)證了本方法的可靠性。

上面以舉例方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述具體實(shí)施例，凡基于本發(fā)明所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。