[發(fā)明專利]沖斷帶構(gòu)造物理模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710602401.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107462938A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董大偉;趙利;劉建;譚愛(ài)蘭;胡秋媛;高亮;孔雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院
• 主分類號(hào): G01V99/00
• 分類號(hào): G01V99/00
• 代理公司: 東營(yíng)雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司37107
• 代理人: 羅文遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種油氣田地質(zhì)勘探模擬技術(shù)，特別涉及一種沖斷帶構(gòu)造物理模擬方法。

背景技術(shù)

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)可以直觀、有效地再現(xiàn)沖斷帶變形過(guò)程，進(jìn)而反饋地球物理資料的解釋，降低油氣勘探的風(fēng)險(xiǎn)。

沖斷帶是指造山帶與盆地之間的過(guò)渡地帶，由造山帶向盆地方向大規(guī)模逆沖推覆所形成的沖斷系統(tǒng)。自98年發(fā)現(xiàn)克拉2氣田、青西油田等大型油氣田以來(lái)，沖斷帶成為油氣勘探的四大領(lǐng)域之一，并相繼在庫(kù)車、塔西南、準(zhǔn)西、吐哈北緣、柴西、四川盆地周緣等山前沖斷帶取得重要進(jìn)展，預(yù)測(cè)石油資源量78.68億噸，天然氣33.4萬(wàn)億方，表明其勘探潛力巨大。龍門(mén)山?jīng)_斷帶目前在鴨深1井、羊深1井、彭州1井等相繼發(fā)現(xiàn)千億級(jí)天然氣藏，并計(jì)劃鉆探雙天1井、白鹿1井等，是中國(guó)石化中長(zhǎng)期油氣增儲(chǔ)的重要接替領(lǐng)域。但是，沖斷帶受多期造山運(yùn)動(dòng)改造，構(gòu)造變形十分復(fù)雜；同時(shí)，地震資料品質(zhì)差，構(gòu)造解釋和地質(zhì)模型具有多解性，導(dǎo)致勘探風(fēng)險(xiǎn)增加。解決上述生產(chǎn)問(wèn)題的關(guān)鍵是地質(zhì)建模，且構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證地質(zhì)模型和自然界構(gòu)造變形的一種重要手段。然而，學(xué)者對(duì)現(xiàn)有的地質(zhì)模型中古陸塊邊界位置、高角度逆沖斷層成因、斷層從前陸到腹陸漸變規(guī)律的機(jī)制等問(wèn)題爭(zhēng)議頗多，進(jìn)而建立了多種地質(zhì)模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)龍門(mén)山、大巴山、西昆侖山、南天山等地區(qū)的沖斷帶開(kāi)展了物理模擬，涉及的控制因素包括滑脫帶深度、產(chǎn)狀、數(shù)目，先存構(gòu)造影響，擠壓速率大小，同沉積及其速率等。國(guó)外學(xué)者針對(duì)不同地區(qū)開(kāi)展的單因素控制實(shí)驗(yàn)包括滑脫層性質(zhì)、距離俯沖和碰撞帶的距離，俯沖碰撞方式，地表侵蝕作用，深部侵入作用，流體壓力等。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)技術(shù)方面除了DV攝影及高清攝像以外，較現(xiàn)今的手段包括粒子成像測(cè)速（PIV）、激光掃描、CT掃描等。實(shí)驗(yàn)材料方面，實(shí)驗(yàn)通常采用干燥松散的純石英砂來(lái)模擬上地殼脆性地層，用透明的聚合硅樹(shù)脂或微小的石英珠來(lái)模擬具牛頓流體特征的滑脫層。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)方面，動(dòng)力學(xué)模型有三種：俯沖模型、壓縮模型、碰撞模型。俯沖模型通過(guò)底部傳力裝置帶動(dòng)整個(gè)模型變形，壓縮模型通過(guò)擠壓一端使模型向前依次變形，碰撞模型通過(guò)推動(dòng)兩個(gè)未接觸的砂體碰撞實(shí)現(xiàn)變形。前者適用于A型俯沖的陸緣變形，后兩者適用于B型俯沖的陸內(nèi)變形，且三者皆未設(shè)計(jì)橫向流變差異，不適用于中國(guó)前陸盆地沖斷帶的動(dòng)力系背景。

高角度逆沖斷層成因方面，沖斷帶內(nèi)逆斷層傾角分布呈雙峰式—低值峰為30±5°，高值峰為50±5°。然而，后者無(wú)法使用摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則解釋，如龍門(mén)山?jīng)_斷帶發(fā)育的龍日壩斷裂、岷江斷裂、映秀-北川斷裂和灌縣-江油斷裂等。部分學(xué)者認(rèn)為，高角度逆斷層是正斷層反轉(zhuǎn)而成，其變形過(guò)程遵循“不協(xié)調(diào)準(zhǔn)則”；亦有學(xué)者認(rèn)為，該類斷層形成于韌性剪切過(guò)程中的塑性壓扁，其變形過(guò)程遵循“多孔壓實(shí)準(zhǔn)則”。之后，學(xué)者指出這兩種觀點(diǎn)的不足，并提出該類斷層是韌性剪切產(chǎn)生的，初始破裂時(shí)角度即為55°，變形遵循最大有效力矩準(zhǔn)則。但是，該成因機(jī)制仍無(wú)法解釋兩個(gè)現(xiàn)象：（1）過(guò)渡帶內(nèi)斷層傾角從造山帶向前陸方向逐漸變小；（2）沖斷帶內(nèi)仍存在大量?jī)A角大于或小于初始破裂角度的逆斷層；而且，該理論仍未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

根據(jù)前人研究造山帶與巖石圈在橫向、縱向上的流變特征，陸內(nèi)沖斷解耦變形應(yīng)在橫向上設(shè)計(jì)兩種砂體，縱向上設(shè)計(jì)滑脫層；高角度逆沖斷層經(jīng)歷脆性、韌-脆性、韌性三個(gè)變形階段，“最大有效力矩準(zhǔn)則”可能是“多孔壓實(shí)準(zhǔn)則”的極限狀態(tài)，即實(shí)驗(yàn)中第二階段砂體變形遵循“多孔壓實(shí)準(zhǔn)則”，而第三階段砂體變形遵循“最大有效力矩準(zhǔn)則”。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種沖斷帶構(gòu)造物理模擬方法，該模型設(shè)計(jì)了具有橫向流變差異兩個(gè)塊體，能夠處理沖斷帶邊界變形問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)造山帶對(duì)盆地的俯沖及其折返，體現(xiàn)了不同性質(zhì)古板塊拼接后的陸內(nèi)沖斷，符合沖斷帶獨(dú)特的再生前陸的演化及大地構(gòu)造背景；在研究手段方面，在獲取剖面二維后，提出以延時(shí)攝影方法處理模型圖片，以快速恢復(fù)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，呈現(xiàn)肉眼無(wú)法察覺(jué)的變形過(guò)程，有效追蹤每個(gè)構(gòu)造現(xiàn)象的演變。

本發(fā)明提到的一種沖斷帶構(gòu)造物理模擬方法，包括以下步驟：

（1）首先，變形分析：

立足陸內(nèi)變形的構(gòu)造背景，利用數(shù)據(jù)、寬頻地震、巖石圈流變特征資料分析沖斷帶深部變形特征，建立變形場(chǎng)及分段變形的地質(zhì)模型；

（2）然后，實(shí)驗(yàn)建模：

動(dòng)力學(xué)模型：預(yù)置砂體一與砂體二形成70°角接觸，分別模擬造山帶和盆地，以及斜向壓扭過(guò)程；砂體二內(nèi)部設(shè)置硅膠層，以模擬塑性層對(duì)構(gòu)造變形的影響；作用力方式采用單側(cè)擠壓模式，即可實(shí)現(xiàn)砂體一對(duì)砂體二的俯沖；