基于激光雷达的褶皱裂缝力学系统及裂缝分布模型构建

论文摘要

油气产业的发展,特别是页岩气革命改变了世界能源的基本格局。与之对应,裂缝性油气藏的勘探开发对地质学的传统领域提出了新的课题,如:岩石变形中裂缝的发育序次以及控制裂缝发育的力学系统的演化进程,这是裂缝性油气藏勘探开发关注的焦点,也是构造地质学长期探索的难点问题。然而,由于探测手段的限制,传统的裂缝调查和研究无法清楚揭示岩石内部裂缝的分布与相互关系,对裂缝交切关系的提取也不充分。无法满足裂缝分布的定量描述及裂缝连通性评价这一裂缝性油气藏勘探开发领域中面临的新要求。结合新兴的激光雷达技术,快速获取区域中裂缝组构及发育密度,并直接应用于裂缝连通性和储层渗透率评价,是裂缝研究的重要发展趋势,但该方法的精度分析和定量评价尚未很好的建立。本研究针对此问题提出了基于定量裂缝组构的精度评价方法。采用裂缝极密平均中心、发散度和极密内极点数量三个参数定量评价激光雷达裂缝调查结果与野外裂缝调查结果的差异。进而分析不同的地质因素和裂缝特征,如层厚、岩性、露头风化程度、裂缝粗糙度、面积和形状等对于激光雷达裂缝调查精度的影响,并给出优化的激光雷达扫描工作流程和人工点云裂缝提取方法。伴随褶皱过程中多变的力学系统,裂缝的分期、配套和相关的动力学解释也是裂缝研究必须要回答的问题。本研究在分析川西前陆盆地褶皱相关裂缝的类型、交切关系、发育次序以及成因的基础上,构建了研究区褶皱裂缝演化模型。认为岩层在水平挤压阶段早期依次发育了早期平面共轭裂缝、横张裂缝和层间小规模逆冲断层;在水平挤压阶段晚期,岩层褶皱开始阶段,晚期的平面共轭裂缝开始出现,低倾角岩层受切向线应变作用控制发育了纵张裂缝;随后的褶皱变形阶段,弯流作用下的层间剪切作用导致了层间共轭的里德尔裂缝的发育。岩层在褶皱过程中产生的不同力学系统相互独立的控制裂缝发育,形成具有规律性交切关系的裂缝网络。同一力学系统形成的剪切裂缝,按照发育次序,早期剪切裂缝限制晚期剪切裂缝;不同力学系统间形成的剪切裂缝则以晚期裂缝切穿早期裂缝为主。张裂缝系统与剪裂缝系统以张裂缝追踪早期剪裂缝为特征的限制关系和张裂缝被后期剪裂缝切穿为主要特征。结合激光雷达和野外裂缝调查,以研究区褶皱裂缝演化为基础,构建露头尺度的裂缝分布模型,发现裂缝的数量和方向直接影响岩层渗透率大小和各向异性,而随着裂缝发散度和裂缝被限制百分比的增加,岩层渗透率先增加后降低,在裂缝发散度Fisher常数为70时或裂缝终止百分比为10%时达到最大。裂缝分布模型构建为定量化分析裂缝组构特征和交切关系提取误差对于岩层渗透率的影响提供了有力依据,为满足裂缝的连通性和定量评价这一裂缝性油气藏勘探的新要求提供了有力支撑。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 激光雷达裂缝调查

1.2.2 褶皱及相关裂缝的发育和演化

1.2.3 裂缝网络模型构建及渗透率评价

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 基于裂缝组构的激光雷达裂缝调查精度评价及影响因素分析

1.3.2 褶皱过程中不同力学系统裂缝发育类型及相互关系

1.3.3 离散裂缝网络模型构建

1.3.4 离散裂缝网络模型渗透率评价及影响因素分析

1.3.5 技术路线

2 裂缝野外调查及网络模型构建方法

2.1 区域地质背景

2.2 裂缝调查方法

2.2.1 传统野外裂缝调查

2.2.2 激光雷达裂缝调查

2.3 裂缝属性获取

2.3.1 裂缝密度

2.3.2 裂缝产状

2.3.3 裂缝发育类型及交切关系

2.3.4 裂缝面积及形状

2.3.5 裂缝张开度

2.4 离散裂缝网络模型构建及渗透率计算

2.4.1 模型构建

2.4.2 渗透率计算

3 组构的激光雷达裂缝调查精度评价及影响因素分析

3.1 裂缝组构误差来源

3.2 裂缝组构精度影响因素

3.2.1 层厚

3.2.2 岩性及风化程度

3.2.3 裂缝面积及粗糙度

3.2.4 裂缝面形状

3.2.5 裂缝面与测量剖面的夹角

3.3 裂缝提取数量纠正方案

3.4 优化的激光雷达野外裂缝调查工作方案

4 纵弯褶皱过程中不同力学系统裂缝发育及相互关系

4.1 水平挤压作用下的裂缝组及层间小规模断层

4.2 褶皱隆起初期侧向挤压、切向线应变作用及相关裂缝组

4.3 褶皱隆起时弯流机制中的层间剪裂缝

4.3.1 不同倾角地层的裂缝密度

4.3.2 不同倾角地层的裂缝极密组构

4.3.3 裂缝野外特征、交切及限制关系

4.3.4 发育次序及成因讨论

4.4 不同力学系统发育裂缝的交切关系

4.5 褶皱、裂缝及相关力学系统的发育演化

4.6 与层面近垂直的裂缝对于褶皱机制的指示

5 裂缝网络模型构建、渗透率评价及应用探讨

5.1 裂缝属性获取

5.1.1 裂缝密度

5.1.2 裂缝产状及发散度

5.1.3 裂缝发育类型及交切关系

5.1.4 裂缝剖面长度及面积

5.1.5 裂缝张开度

5.2 裂缝网络模型构建

5.3 离散裂缝网络模型渗透率评价

5.3.1 裂缝密度、组构对于渗透率的影响

5.3.2 裂缝发育类型及交切关系对于渗透率的影响

6 结论

参考文献

图索引

表索引

个人简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 任宇鹏

导师: 沈晓华,邹乐君

关键词: 构造裂缝,力学系统,分布模型,激光雷达测量,精度评价

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 浙江大学

分类号: P618.13

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000566

总页数: 113

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