本發(fā)明涉及斷層油氣藏地質(zhì)勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于分形理論和三維地質(zhì)力學(xué)模擬的亞地震斷層定量預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

斷裂作用是控制沉積盆地形成、油氣運(yùn)移與聚集以及改善儲(chǔ)層質(zhì)量的重要因素。通過(guò)二維或三維地震數(shù)據(jù)解釋，可以清楚地識(shí)別出地下大尺度斷裂作用，利用一維鉆井資料也可以有效識(shí)別小尺度斷裂作用，但是對(duì)于中尺度的斷裂作用（斷距大約在幾分米到20米之間，常稱為亞地震斷層，包括孤立的小斷層以及大斷層的端部，它們通常既不能從地震數(shù)據(jù)上識(shí)別，也不能從井資料上識(shí)別。然而，這種亞地震斷層是控制有效儲(chǔ)層形成、油氣成藏、注水開(kāi)發(fā)效果和剩余油分布的關(guān)鍵因素。亞地震斷層的存在可以大大提高致密儲(chǔ)層的滲透率，改善儲(chǔ)層滲透性能，甚至可以為儲(chǔ)層提供有效的儲(chǔ)集空間，成為裂縫性儲(chǔ)集層，例如英國(guó)布里斯托爾地區(qū)的泥巖儲(chǔ)層、加拿大帕克蘭油田泥盆系的角巖儲(chǔ)層以及我國(guó)渤海灣盆地東濮凹陷北部的三疊系純裂縫型致密砂巖油氣藏。另外，由于受斷裂形成過(guò)程巖石碎裂作用、泥巖涂抹作用、砂泥巖對(duì)接變化以及后期膠結(jié)作用的影響，亞地震斷層滲透率急劇下降，對(duì)高孔隙性儲(chǔ)層流體流動(dòng)起到屏障的作用，從而分割儲(chǔ)層，破壞儲(chǔ)層的橫向連續(xù)性和連通性，阻礙大規(guī)模儲(chǔ)層的形成，并影響注水開(kāi)發(fā)效果。例如，在渤中地區(qū)某油田注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，距離注水井較遠(yuǎn)的開(kāi)發(fā)井注水受效，而距離注水井較近的開(kāi)發(fā)井注水不受效，但根據(jù)三維地震資料解釋，各井之間砂體連片且均無(wú)地震斷層存在，證實(shí)為亞地震斷層起到了阻水作用。這些低于地震分辨率的亞地震斷裂作用可以強(qiáng)烈的控制地下流體流動(dòng)，因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)亞地震斷層的幾何形態(tài)、發(fā)育強(qiáng)度和分布位置可以為油氣田開(kāi)發(fā)數(shù)值模擬提供更為可靠的地質(zhì)模型，從而指導(dǎo)油氣田的勘探開(kāi)發(fā)和井網(wǎng)部署。但是，這些亞地震斷層通常既不能從地震數(shù)據(jù)上識(shí)別，也不能從井資料上識(shí)別，因此，要想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地下亞地震斷層的分布是十分困難的，尤其是對(duì)于亞地震斷層發(fā)育位置的確定。

目前，針對(duì)亞地震斷層的定量預(yù)測(cè)研究，還未提出準(zhǔn)確確定亞地震斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度、最大斷距、方位和發(fā)育位置的有效方法，還主要是從斷層的自相似性去半定量的進(jìn)行預(yù)測(cè)，而對(duì)于地震斷層的端部，則采用位移梯度法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

斷層自相似性法預(yù)測(cè)亞地震斷層的主要步驟包括：斷層幾何學(xué)分析、斷層系統(tǒng)劃分、建立斷層自相似性模型、確定亞地震斷層數(shù)量、亞地震斷層分布規(guī)律預(yù)測(cè)等步驟。但是該方法至少存在以下問(wèn)題：1）在進(jìn)行斷層系統(tǒng)劃分時(shí)，僅考慮了斷層的方位，而沒(méi)有考慮斷層的產(chǎn)狀、組合模式以及演化規(guī)律等特征；2）僅對(duì)亞地震斷層的數(shù)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，沒(méi)有確定每一條斷層的延伸長(zhǎng)度和最大斷距；3）對(duì)于亞地震斷層方位的預(yù)測(cè)，僅僅認(rèn)為是與地震斷層相一致，沒(méi)有考慮地震斷層和巖石非均質(zhì)性造成的應(yīng)力擾動(dòng)作用的影響；4）對(duì)于亞地震斷層發(fā)育位置的確定，只是根據(jù)地震斷層的分布密度去進(jìn)行推測(cè)，不能進(jìn)行準(zhǔn)確定位，因此，這種方法僅是一種近似的、不準(zhǔn)確的方法。

利用位移梯度法進(jìn)行地震斷層端部亞地震斷層預(yù)測(cè)的主要步驟包括：繪制位移-距離曲線、擬合斷層位移梯度、預(yù)測(cè)亞地震斷層長(zhǎng)度。該方法雖然能夠?qū)鄬佣瞬康膩喌卣饠鄬舆M(jìn)行較好的模擬，但是對(duì)于孤立的小斷層，該方法是無(wú)法預(yù)測(cè)的，而這些孤立小斷層又是大量存在的。

綜合來(lái)看，對(duì)于亞地震斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度、最大斷距、方位和發(fā)育位置的定量預(yù)測(cè)，還沒(méi)有有效的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種亞地震斷層定量預(yù)測(cè)方法，這種亞地震斷層定量預(yù)測(cè)方法用于解決現(xiàn)有的對(duì)于亞地震斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度、最大斷距、方位和發(fā)育位置的定量預(yù)測(cè)，不夠有效的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：這種亞地震斷層定量預(yù)測(cè)方法包括如下步驟：

a. 利用三維地震資料，對(duì)地震上可以識(shí)別的地震斷層進(jìn)行幾何學(xué)特征精細(xì)解釋，參數(shù)包括斷層傾角、走向、延伸長(zhǎng)度、最大斷距、組合模式；

b. 利用步驟a中獲得的各項(xiàng)斷層幾何學(xué)特征參數(shù)，通過(guò)構(gòu)造平衡剖面的繪制、斷層變形時(shí)期分析、斷層變形機(jī)制分析，確定斷層演化規(guī)律，并進(jìn)行斷層系統(tǒng)的劃分；

c. 在步驟b斷層系統(tǒng)劃分的基礎(chǔ)上，按斷層系統(tǒng)分組進(jìn)行斷層自相似性分析，并建立斷層分形生長(zhǎng)模型；

d. 根據(jù)步驟c確定的斷層分形生長(zhǎng)模型，利用最小二乘法，建立斷層長(zhǎng)度-累積頻數(shù)的冪律關(guān)系以及斷層長(zhǎng)度和最大斷距之間的關(guān)系，進(jìn)行亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量的預(yù)測(cè)；

e. 利用三維地震資料，對(duì)斷層和地層進(jìn)行精細(xì)解釋，并計(jì)算每一條斷層面上斷層位移的確定，利用解釋的斷層和地層數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型；

f.在研究區(qū)內(nèi)鉆井巖心上鉆取高溫高壓巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的直徑為25mm、長(zhǎng)度為50mm的圓柱狀樣品，利用這些樣品進(jìn)行三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲取巖石的彈性模量、泊松比、抗張強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力等力學(xué)參數(shù)，建立三維力學(xué)模型；

g. 利用traptester軟件，對(duì)斷層活動(dòng)期斷層附近的應(yīng)力擾動(dòng)作用進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)合庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則，建立破裂方位和破裂密度的網(wǎng)格；

h. 步驟c中確定的亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量和步驟f三維地質(zhì)力學(xué)模擬確定的破裂方位和密度網(wǎng)格為約束條件，利用隨機(jī)模擬的技術(shù)來(lái)確定亞地震斷層的發(fā)育位置和方位。

上述方案步驟c中斷層自相似性分析的方法：對(duì)比不同級(jí)次斷層密度圖，如將地震上識(shí)別出的斷層按尺度分為兩類(lèi)，大尺度斷層和小尺度斷層，分別繪制其斷層密度圖，并將它們與巖心和成像測(cè)井解釋的裂縫密度圖進(jìn)行對(duì)比，如果三者具有相類(lèi)似的等值線圖形，則說(shuō)明斷裂和裂縫是分形的。

上述方案中步驟c中斷層自相似性分析的方法：利用盒計(jì)數(shù)算法，利用正方形網(wǎng)格覆蓋斷層分布圖，不斷改變正方形網(wǎng)格的尺寸，統(tǒng)計(jì)不同尺寸下含斷層的網(wǎng)格數(shù)量，并繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，其中網(wǎng)格尺寸為橫坐標(biāo)，含斷層的網(wǎng)格數(shù)量為縱坐標(biāo)，如果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)為一條直線，則說(shuō)明斷裂系統(tǒng)是分形的。

上述方案中步驟c中斷層自相似性分析的方法：在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，繪制斷層長(zhǎng)度-累積斷層數(shù)量關(guān)系圖或其它斷層參數(shù)-累積斷層數(shù)量關(guān)系圖，如果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)為一條直線，則說(shuō)明斷裂和裂縫是分形的。

上述方案步驟d中進(jìn)行亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量的預(yù)測(cè)通過(guò)建立斷層自相似性模型進(jìn)行：

1）繪制斷層延伸長(zhǎng)度與最大斷距關(guān)系圖，采用最小二乘法對(duì)公式2進(jìn)行擬合，求出b₁、c₁的值，建立斷層長(zhǎng)度和最大斷距的關(guān)系；

2）繪制斷層延伸長(zhǎng)度-累積頻數(shù)關(guān)系圖，在該圖中的最大和最小尺度處，往往會(huì)出現(xiàn)一些偏離直線的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這是由于地震資料分辨率限制或截?cái)嘈?yīng)引起的，去掉這些點(diǎn)，利用中間直線部分的數(shù)據(jù)點(diǎn)，采用最小二乘法對(duì)公式2進(jìn)行擬合，求出b₂、c₂的值，通過(guò)外推就可以獲得任意尺度下斷層的數(shù)量，利用公式2的反函數(shù)可以求取每一條斷層的延伸長(zhǎng)度，利用公式1可以求取每一條斷層的最大斷距；

D=b₁×L^C1 （1）

式中，D是最大位移，L是斷層長(zhǎng)度，b₁是常數(shù)，C₁是冪指數(shù)，表征雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中長(zhǎng)度和位移線性關(guān)系的斜率；

N_L=b₂×S^-C2 （2）

式中：N_L為大于S的斷層數(shù)量，b₂為常數(shù)，S為長(zhǎng)度或最大斷距，C2為冪指數(shù)，表征雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中頻率和尺寸之間線性關(guān)系的斜率。

上述方案步驟g的具體方法為：

斷裂期應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬，根據(jù)每條斷層的長(zhǎng)度和斷距，運(yùn)用邊界元數(shù)值模擬技術(shù)，利用Traptest斷層分析軟件模擬斷裂過(guò)程中斷層附近的應(yīng)力擾動(dòng)作用，獲得任意網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向；基于巖石力學(xué)參數(shù)和邊界條件，計(jì)算任意部位巖體周?chē)臄_動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)，然后與破裂準(zhǔn)則相結(jié)合，得到預(yù)測(cè)的破裂走向和密度的網(wǎng)格，其中，破裂的走向可以通過(guò)庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則得到：

（3）

式中θ是破裂面相對(duì)最大主壓應(yīng)力σ₁的夾角，μ是內(nèi)摩擦系數(shù)；兩個(gè)共軛破裂面沿著σ₂相交，并且斷層的方位僅僅受μ值和主應(yīng)力的方位影響；由于在三維地質(zhì)力學(xué)模擬過(guò)程中，假設(shè)地層是均質(zhì)彈性體，整個(gè)地層具有相同的巖石力學(xué)參數(shù)，根據(jù)庫(kù)倫剪切破裂準(zhǔn)則，某一網(wǎng)格點(diǎn)發(fā)生剪切破裂的概率就只與上述預(yù)測(cè)的兩個(gè)潛在破裂面上的剪應(yīng)力大小有關(guān)，該面上的剪應(yīng)力稱為最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力（Maximum Coulomb Shear Stress, MCSS），它是發(fā)生共軛剪切破裂最佳方位處的最大剪切應(yīng)力，因此，用MCSS值來(lái)代表該網(wǎng)格點(diǎn)發(fā)生破裂的相對(duì)概率，MCSS值越大，發(fā)生破裂的概率就越大，MCSS的值通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

（4）

式中，σ₁和σ₃分別是最大和最小主應(yīng)力，μ是內(nèi)摩擦系數(shù)。

上述方案步驟h的具體方法為：

步驟c中確定的亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量和步驟f三維地質(zhì)力學(xué)模擬確定的破裂方位和密度網(wǎng)格為約束條件，利用隨機(jī)模擬的技術(shù)來(lái)確定亞地震斷層的發(fā)育位置和方位；隨機(jī)模擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：假設(shè)模擬的亞地震斷層為橢圓形；亞地震斷層走向由斷層中點(diǎn)處應(yīng)力網(wǎng)格確定；亞地震斷層發(fā)育位置根據(jù)最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力密度分布函數(shù)確定；亞地震斷層長(zhǎng)度和數(shù)量根據(jù)公式2斷層分形生長(zhǎng)模型確定；亞地震斷層斷距根據(jù)斷層長(zhǎng)度和斷距關(guān)系式（公式1）確定。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明主要通過(guò)斷層系統(tǒng)劃分、斷層分形生長(zhǎng)模型的建立以及三維地質(zhì)力學(xué)模擬，預(yù)測(cè)亞地震斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度、最大斷距、方位和發(fā)育位置的定量預(yù)測(cè)。具體方法是：基于所述的步驟a和步驟b綜合三維地震資料精細(xì)解釋斷層幾何學(xué)特征、構(gòu)造演化史分析、變形時(shí)期分析、變形機(jī)制分析，從幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三方面相互印證，以準(zhǔn)確劃分?jǐn)鄬酉到y(tǒng)；基于所述的步驟c和步驟d綜合多種驗(yàn)證斷層自相似性的方法，確保建立斷層自相似性模型的準(zhǔn)確性，從而保證準(zhǔn)確預(yù)測(cè)亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量的預(yù)測(cè)方法；基于步驟d和步驟g確定的限制條件，利用隨機(jī)模擬技術(shù)來(lái)對(duì)亞地震斷層進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確性高，有效性好。

2、本發(fā)明對(duì)于指導(dǎo)油田綜合調(diào)整實(shí)施具有重要意義，還可為油藏?cái)?shù)值模擬研究提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，更好的指導(dǎo)井位優(yōu)化、調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明案例中不同斷裂系統(tǒng)走向玫瑰花圖；

圖2為本發(fā)明案例中斷層分形生長(zhǎng)模型圖；

圖3為本發(fā)明案例中亞地震斷層數(shù)量預(yù)測(cè)圖；

圖4為本發(fā)明案例中巖石三軸壓縮試驗(yàn)成果圖；

圖5為本發(fā)明案例中MCSS分布圖；

圖6為本發(fā)明案例中亞地震斷層分布圖；

圖7為本發(fā)明案例中平面水淹情況預(yù)測(cè)圖；

圖8為本發(fā)明中利用標(biāo)值點(diǎn)法，對(duì)小尺度斷層分布進(jìn)行定量預(yù)測(cè)圖；

圖9為本發(fā)明中小尺度斷層和注采受效時(shí)間的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：

這種亞地震斷層定量預(yù)測(cè)方法步驟如下：

a. 利用三維地震資料，對(duì)地震上可以識(shí)別的斷層（地震斷層）進(jìn)行幾何學(xué)特征精細(xì)解釋，主要參數(shù)包括斷層傾角、走向、密度、延伸長(zhǎng)度、最大斷距以及組合模式等，對(duì)斷層級(jí)次進(jìn)行厘定，繪制斷層平面分布圖；

b. 利用步驟a中獲得的各項(xiàng)斷層幾何學(xué)特征參數(shù)，通過(guò)構(gòu)造平衡剖面的繪制、斷層變形時(shí)期分析、斷層變形機(jī)制分析，確定斷層演化規(guī)律，并進(jìn)行斷層系統(tǒng)的劃分；

c. 斷層自相似性分析需按斷層系統(tǒng)分組進(jìn)行，可通過(guò)以下三種方法實(shí)現(xiàn)：一是對(duì)比不同級(jí)次斷層密度圖，如將地震上識(shí)別出的斷層按尺度分為兩類(lèi)，大尺度斷層和小尺度斷層，分別繪制其斷層密度圖，并將它們與巖心和成像測(cè)井解釋的裂縫密度圖進(jìn)行對(duì)比，如果三者具有相類(lèi)似的等值線圖形，則說(shuō)明斷裂和裂縫是分形的；二是利用盒計(jì)數(shù)算法，利用正方形網(wǎng)格覆蓋斷層分布圖，不斷改變正方形網(wǎng)格的尺寸，統(tǒng)計(jì)不同尺寸下含斷層的網(wǎng)格數(shù)量，并繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中（網(wǎng)格尺寸為橫坐標(biāo)，含斷層的網(wǎng)格數(shù)量為縱坐標(biāo)），如果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)為一條直線，則說(shuō)明斷裂系統(tǒng)是分形的；三是在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，繪制斷層長(zhǎng)度（或其它斷層參數(shù)）-累積斷層數(shù)量關(guān)系圖，如果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)為一條直線，則說(shuō)明斷裂和裂縫是分形的。

d. 斷層自相似性模型的建立。證實(shí)了斷層的自相似性之后，就可以確定斷層的自相似模型：1）繪制斷層延伸長(zhǎng)度與最大斷距關(guān)系圖，采用最小二乘法對(duì)公式2進(jìn)行擬合，求出b₁、c₁的值，建立斷層長(zhǎng)度和最大斷距的關(guān)系；2）繪制斷層延伸長(zhǎng)度-累積頻數(shù)關(guān)系圖，在該圖中的最大和最小尺度處，往往會(huì)出現(xiàn)一些偏離直線的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這是由于地震資料分辨率限制或截?cái)嘈?yīng)引起的，去掉這些點(diǎn)，利用中間直線部分的數(shù)據(jù)點(diǎn)，采用最小二乘法對(duì)公式2進(jìn)行擬合，求出b₂、c₂的值，通過(guò)外推就可以獲得任意尺度下斷層的數(shù)量，利用公式2的反函數(shù)可以求取每一條斷層的延伸長(zhǎng)度，利用公式1可以求取每一條斷層的最大斷距。

D=b₁×L^C1 （1）

式中，D是最大位移，L是斷層長(zhǎng)度，b₁是常數(shù)，C₁是冪指數(shù)，表征雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中長(zhǎng)度和位移線性關(guān)系的斜率。

N_L=b₂×S^-C2 （2）

式中：N_L為大于S的斷層數(shù)量，b₂為常數(shù)，S為長(zhǎng)度或最大斷距，C₂為冪指數(shù)，表征雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中頻率和尺寸之間線性關(guān)系的斜率。

e. 利用三維地震資料，對(duì)斷層和地層進(jìn)行精細(xì)解釋，并計(jì)算每一條斷層面上斷層位移的確定，利用解釋的斷層和地層數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型，利用地震資料通過(guò)常規(guī)方法就可以得到；

f.在研究區(qū)內(nèi)鉆井巖心上鉆取高溫高壓巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的直徑為25mm、長(zhǎng)度為50mm的圓柱狀樣品，利用這些樣品進(jìn)行三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲取巖石的彈性模量、泊松比、抗張強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力等力學(xué)參數(shù)，通過(guò)常規(guī)方法建立三維力學(xué)模型；

g. 斷裂期應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬，根據(jù)每條斷層的長(zhǎng)度和斷距，運(yùn)用邊界元數(shù)值模擬技術(shù)，利用Traptest斷層分析軟件模擬斷裂過(guò)程中斷層附近的應(yīng)力擾動(dòng)作用，獲得任意網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向。基于巖石力學(xué)參數(shù)和邊界條件，就可以計(jì)算任意部位巖體周?chē)臄_動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)。然后與破裂準(zhǔn)則相結(jié)合，就可以得到預(yù)測(cè)的破裂走向和密度的網(wǎng)格。其中，破裂的走向可以通過(guò)庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則得到：

（3）

其中θ是破裂面相對(duì)最大主壓應(yīng)力（σ₁)的夾角，μ是內(nèi)摩擦系數(shù)。兩個(gè)共軛破裂面沿著σ₂相交，并且斷層的方位僅僅受μ值和主應(yīng)力的方位影響。由于在三維地質(zhì)力學(xué)模擬過(guò)程中，假設(shè)地層是均質(zhì)彈性體，整個(gè)地層具有相同的巖石力學(xué)參數(shù)，根據(jù)庫(kù)倫剪切破裂準(zhǔn)則，某一網(wǎng)格點(diǎn)發(fā)生剪切破裂的概率就只與上述預(yù)測(cè)的兩個(gè)潛在破裂面上的剪應(yīng)力大小有關(guān)，該面上的剪應(yīng)力稱為最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力（Maximum Coulomb Shear Stress, MCSS），它是會(huì)發(fā)生共軛剪切破裂最佳方位處的最大剪切應(yīng)力，因此，可以用MCSS值來(lái)代表該網(wǎng)格點(diǎn)發(fā)生破裂的相對(duì)概率，MCSS值越大，發(fā)生破裂的概率就越大，MCSS的值可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

（4）

式中，σ₁和σ₃分別是最大和最小主應(yīng)力，μ是內(nèi)摩擦系數(shù)。

h. 步驟c中確定的亞地震斷層延伸長(zhǎng)度、最大斷距及數(shù)量和步驟f三維地質(zhì)力學(xué)模擬確定的破裂方位和密度網(wǎng)格為約束條件，利用隨機(jī)模擬的技術(shù)來(lái)確定亞地震斷層的發(fā)育位置和方位。隨機(jī)模擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：假設(shè)模擬的亞地震斷層為橢圓形；亞地震斷層走向由斷層中點(diǎn)處應(yīng)力網(wǎng)格確定；亞地震斷層發(fā)育位置根據(jù)最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力密度分布函數(shù)確定；亞地震斷層長(zhǎng)度和數(shù)量根據(jù)公式2斷層分形生長(zhǎng)模型確定；亞地震斷層斷距根據(jù)斷層長(zhǎng)度和斷距關(guān)系式（公式1）確定。

采用本發(fā)明對(duì)渤中34-2油田亞地震斷層定量預(yù)測(cè)研究的保密性實(shí)驗(yàn)如下：

案例為“渤中34-2油田亞地震斷層定量預(yù)測(cè)研究”。案例涉及的油田位于渤海南部海域的黃河口凹陷的中央隆起帶，油田總體構(gòu)造面貌是一個(gè)北東向展布斷裂背斜，在構(gòu)造主體范圍內(nèi)發(fā)育北東向和近東西向兩組斷裂。目前研究區(qū)共有生產(chǎn)井21口，注水井5口。自1990年6月投產(chǎn)以來(lái)，面臨井況復(fù)雜、油井利用率低、部分主力區(qū)塊井網(wǎng)不完善等突出問(wèn)題，主要表現(xiàn)在目的層埋藏深，地震資料分辨率低，對(duì)中-深層斷層識(shí)別缺乏有效的技術(shù)手段，特別是缺少對(duì)于小尺度斷層的分布與剩余油富集聯(lián)系的相關(guān)研究。因此，對(duì)渤中34-2油田開(kāi)展亞地震斷層定量預(yù)測(cè)及剩余油富集規(guī)律研究，對(duì)解決生產(chǎn)中存在的矛盾，指導(dǎo)油田綜合調(diào)整實(shí)施具有重要意義，還可為油藏?cái)?shù)值模擬研究提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，更好的指導(dǎo)井位優(yōu)化、調(diào)整。

實(shí)施的基本條件：

（1）研究區(qū)具有較好的三維地震資料、巖心資料以及注水開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)資料，為本方法研究提供了全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）東北石油大學(xué)“斷裂控藏”實(shí)驗(yàn)室具有三軸壓縮機(jī)、Landmark軟件、Traptester軟件，為本方法提供了各種實(shí)驗(yàn)和軟件支持。

實(shí)施過(guò)程：

（1）斷層系統(tǒng)劃分

首先利用研究區(qū)三維地震資料，對(duì)斷層長(zhǎng)度、最大斷距、產(chǎn)狀以及斷面位移分布等參數(shù)進(jìn)行精細(xì)解釋。根據(jù)斷層幾何學(xué)特征、斷層斷穿層位、最大斷距與斷層長(zhǎng)度關(guān)系以及研究區(qū)構(gòu)造演化特征，研究區(qū)主要發(fā)育北東向斷層系統(tǒng)（圖1）和近東西向斷層系統(tǒng)（圖2），其中近東西向斷層系統(tǒng)發(fā)育時(shí)間較晚，切割北東向斷層；北東向斷層一般斷至沙河街組或東營(yíng)組，而東西向斷層多斷至地表。

（2）斷層自相似性分析及自相似性模型的建立

根據(jù)三維地震資料解釋，對(duì)每條斷層的斷層長(zhǎng)度和最大斷距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以式1和式2為模型分別建立了兩組斷裂系統(tǒng)斷層長(zhǎng)度和最大斷距關(guān)系模型和斷層長(zhǎng)度分形生長(zhǎng)模型（圖3-圖6），研究區(qū)實(shí)際模型如下：

北東向斷層系統(tǒng)最大斷距與斷層長(zhǎng)度關(guān)系模型：

D=0.0056×L^1.2241，R²=0.9121 （5）

北東向斷層系統(tǒng)斷層長(zhǎng)度-累積頻率分布模型：

N_L=15865×L^-0.982，R²=0.9926 （6）

東西向斷層系統(tǒng)最大斷距與斷層長(zhǎng)度關(guān)系模型：

D=0.0025×L^1.3714，R²=0.9251 （7）

東西向斷層系統(tǒng)斷層長(zhǎng)度-累積頻率分布模型：

N_L=722037×L^-1.547，R²=0.9952 （8）

式中，D是斷層最大斷距，L是斷層長(zhǎng)度，N_L為斷層長(zhǎng)度大于L的斷層數(shù)量。

（3）亞地震斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度、最大斷距預(yù)測(cè)

從圖3和圖4中可以看出，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，斷層長(zhǎng)度和最大斷距呈較好的冪律分布，而在圖5和圖6中，斷層長(zhǎng)度-累積頻率分布呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，但在其中部具有很好的線性關(guān)系（冪律分布），這是由于分辨率限制和研究區(qū)統(tǒng)計(jì)范圍的有限性造成的。因此，需要定義兩個(gè)截?cái)鄟?lái)擬合最佳冪律分布，較小的截?cái)鄳?yīng)該與地震的最小分辨率相匹配，較大的截?cái)喔y去確定，因?yàn)樗c累計(jì)圖和延伸至目標(biāo)區(qū)以外的斷層的大小等綜合影響有關(guān)，在這里就簡(jiǎn)單的設(shè)置到曲線偏離直線段的點(diǎn)（圖5和圖6）。根據(jù)建立的斷層長(zhǎng)度-累積頻率分布模型和斷層長(zhǎng)度與最大斷距的關(guān)系，可以對(duì)小尺度斷層數(shù)量、延伸長(zhǎng)度和斷距進(jìn)行預(yù)測(cè)（表1）。

表1：

（4）三維地質(zhì)模型與力學(xué)模型的建立

巖石力學(xué)參數(shù)利用從B1井獲得的6塊巖心樣品，在東北石油大學(xué)斷裂控藏實(shí)驗(yàn)室三軸壓縮機(jī)獲得（表2）。將解釋的斷層和地層數(shù)據(jù)導(dǎo)入Traptester軟件，進(jìn)行三維地質(zhì)力學(xué)模擬。針對(duì)研究區(qū)主要發(fā)育有兩組斷裂系統(tǒng)，分別對(duì)兩組斷裂系統(tǒng)形成時(shí)期的應(yīng)力擾動(dòng)作用進(jìn)行模擬。鑒于研究區(qū)斷層均為正斷層，因此根據(jù)安德森模式，模擬過(guò)程中最小主應(yīng)力方向選取與斷層走向垂直的方位（分別為145.5°和182.2°），應(yīng)變大小通過(guò)對(duì)比大量的模擬結(jié)果，選取模擬結(jié)果與實(shí)際斷層面斷距分布最相匹配的結(jié)果作為模型的最終邊界條件，最終選擇的兩期應(yīng)變分別為0.021和0.014。然后利用公式3和公式4，計(jì)算破裂優(yōu)勢(shì)方位和最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力分布（圖7）。

表2：

（5）亞地震斷層方位和發(fā)育位置預(yù)測(cè)

最后，利用標(biāo)值點(diǎn)法，對(duì)小尺度斷層分布進(jìn)行定量預(yù)測(cè)（圖8）。假設(shè)預(yù)測(cè)的小尺度斷層為橢圓形，斷距在中心處最大，向四周逐漸減小，小尺度斷層的發(fā)育位置根據(jù)最大庫(kù)倫剪切應(yīng)力（MCSS）分布（圖7）確定，即網(wǎng)格點(diǎn)的MCSS值越大，則該處發(fā)育小尺度斷層的概率越大；小尺度斷層的走向由斷層中點(diǎn)處網(wǎng)格，根據(jù)式3計(jì)算的優(yōu)勢(shì)破裂方位確定；預(yù)測(cè)的每一條小尺度斷層的長(zhǎng)度可以根據(jù)斷層長(zhǎng)度-累積頻率分布模型（公式6和公式8）的反函數(shù)計(jì)算獲得；小尺度斷層的斷距是根據(jù)最大斷距和斷層長(zhǎng)度關(guān)系模型（公式5和公式7）獲得。

（6）對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)

小尺度斷層的存在明顯增強(qiáng)了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)注采井臨近的可能影響注采關(guān)系的22條小尺度斷層和注采受效時(shí)間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)（圖9），小尺度斷層規(guī)模越大，注采井間受效時(shí)間或受效時(shí)間與斷距的比值均越大，尤其是當(dāng)小尺度斷層斷距大于6.5m時(shí)，注采受效時(shí)間明顯變長(zhǎng)。這是由于小尺度斷層斷距越大，同層單砂體被錯(cuò)斷開(kāi)可能性就越大，小尺度斷層側(cè)向封閉，從而使注水井和開(kāi)發(fā)井間儲(chǔ)層橫向連通性變差，說(shuō)明預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。