地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法

摘要

本发明涉及一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，涉及地质学构造技术领域，用于解决现有技术中存在的走滑断裂水平滑移距的应用存在局限性的技术问题。本发明的方法是在建立走滑断裂分段与叠接隆起的的几何学模型和运动学模型基础上，建立起断层的水平滑移距离与叠接隆起段的隆起体积的之间的关系式，进而通过定量计算可获得走滑断裂的水平滑移距，因此在区块缺乏明显断错标志物和/或叠接段马石构造不清晰或难以厘定的情况下，其应用也不会受到制约，从而克服了传统方法在实际应用中的局限性，从而为走滑断裂的活动特征研究提供有力的数据支撑。

权利要求

1.一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据所述叠接隆起发育部位，建立叠接隆起段的几何学模型和运动学模型；

根据区块深度域的层位数据，获得所述叠接隆起段的隆起体积V；

根据所述几何学模型和运动学模型，获得断层的水平滑移距离D，所水平滑移距离D满足以下关系式：其中，H为叠接隆起段相关断裂的高度；

W2-W1为断裂分段间的间距。

2.根据权利要求1所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，采用三角剖分算法计算获得所述叠接隆起段的隆起体积V。

3.根据权利要求1或2所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，所述叠接隆起段位于行向与阶式相反的侧接转换区域中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，根据区块地震三维资料，获得走滑断裂的分段性及叠接隆起发育部位。

5.根据权利要求4所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，获得走滑断裂的分段性及叠接隆起发育部位包括以下步骤：根据区块地震三维资料，获得断裂主要活动层位相应的相干属性图和地震剖面；

根据所述相干属性图和地震剖面，精细解释断裂几何形态，并统计沿断裂垂向断距的变化；

根据沿断裂垂向断距的变化，确定走滑断裂的分段性以及叠接隆起发育部位。

6.根据权利要求5所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，根据所述地震剖面测量获得所述叠接隆起段相关断裂的高度H，根据所述相干属性图测量获得所述断裂分段间的间距W2-W1。

7.根据权利要求5所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，所述断裂几何形态包括斜列分段、分段间发育的叠接隆起段以及叠接拉分段。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，其特征在于，还包括将所述水平滑移距离D的最大值与统计学模型结果进行对比的步骤。

说明书

地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地质学构造技术领域，特别地涉及一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法。

背景技术

[0002] 克拉通内走滑断裂滑移距通常不超过数千米，因此又被称为中小尺度滑移距走滑断裂(Harding T P.Newport-Inglewood Trend，California--an example of wrenching style of deformation[J].AAPG Bulletin，1973，57(1)：97-116)。该类走滑断裂是广泛发育的局部构造，是具有复杂结构的三维地质体(Caine J S,Evans J P，Forster C B.Fault zone architecture and permeability structure[J].Geology，1996，24(11)：1025-1028)。因其滑移距较小，受地震资料分辨率的限制，对该类断裂的盆地地下案例的活动特征研究，尤其是水平滑移距的定量分析是主要技术难点之一。目前，已公开发表的关于地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法可总结为以下两种：

[0003] 第一种方法，即利用3D地震数据时深切片，用地质体或其边界被断错的距离约束走滑断裂水平滑移距(Benesh N P，Plesch A，Shaw J H.Geometry,kinematics，and displacement characteristics of tear-fault systems：An example from the deep-water Niger Delta[J].AAPG bulletin，2014，98(3)：465-482，Han X，Deng S，Tang L，et al.Geometry，kinematics and displacement characteristics of strike-slip faults in the northern slope of Tazhong uplift in Tarim Basin：A study based on 3D seismic data[J].Marine and Petroleum Geology，2017，88：410-427)。该方法是将研究区内被走滑断裂断错的古河道、火成岩体边界以及岩相边界做断错前、断错后的几何学恢复，分析相干切片等地球物理属性图，对走滑断裂滑移距进行测量。该方法是目前测量地下走滑断裂滑移距最常用的方法，其原理与露头寻找断错体贯穿点(piercing points)的方法相同，关键在于找到被走滑断裂断错的地质体。

[0004] 但是由于该方法需要在地震相干属性图中有明显的断错标志物，如果断错标志物不存在将会使其应用受到局限性。

[0005] 第二种方法，即对走滑断裂叠接挤压复式结构进行几何学恢复，分析走滑断裂滑移距(Waldron J W F，Barr S M，Park A F，et al.Late Paleozoic strike-slip faults in Maritime Canada and their role in the reconfiguration of the northern Appalachian orogen[J].Tectonics，2015，34(8)：1661-1684)。该方法主要针对平面内走滑断裂叠接挤压复式结构进行几何学恢复。几何学模型初态与末态的建立基于叠接复式结构变形前后面积守恒的原理，关键技术点在于厘定叠接挤压复式结构中的马石构造，确定其变形前后的分布宽度与高度，反推走滑断裂滑移距。

[0006] 但是由于第二中方法需要清晰解析走滑断裂叠接复式结构，因此如果叠接段马石构造不清晰或难以厘定等情况下将会使其应用受到局限。

发明内容

[0007] 本发明提供一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，用于解决现有技术中存在的走滑断裂水平滑移距的应用存在局限性的技术问题。

[0008] 本发明提供一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，包括以下步骤：

[0009] 根据所述叠接隆起发育部位，建立叠接隆起段的几何学模型和运动学模型；

[0010] 根据区块深度域的层位数据，获得所述叠接隆起段的隆起体积V；

[0011] 根据所述几何学模型和运动学模型，获得断层的水平滑移距离D，所水平滑移距离D满足以下关系式：

[0012]

[0013] 其中，H为叠接隆起段相关断裂的高度；

[0014] W2-W1为断裂分段间的间距。

[0015] 在一个实施方式中，采用三角剖分算法计算获得所述叠接隆起段的隆起体积V。

[0016] 在一个实施方式中，所述叠接隆起段位于行向与阶式相反的侧接转换区域中。

[0017] 在一个实施方式中，根据区块地震三维资料，获得走滑断裂的分段性及叠接隆起发育部位。

[0018] 在一个实施方式中，获得走滑断裂的分段性及叠接隆起发育部位包括以下步骤：

[0019] 根据区块地震三维资料，获得断裂主要活动层位相应的相干属性图和地震剖面；

[0020] 根据所述相干属性图和地震剖面，精细解释断裂几何形态，并统计沿断裂垂向断距的变化；

[0021] 根据沿断裂垂向断距的变化，确定走滑断裂的分段性以及叠接隆起发育部位。

[0022] 在一个实施方式中，根据所述地震剖面测量获得所述叠接隆起段相关断裂的高度H，根据所述相干属性图测量获得所述断裂分段间的间距W2-W1。

[0023] 在一个实施方式中，所述断裂几何形态包括斜列分段、分段间发育的叠接隆起段与叠接拉分段。

[0024] 在一个实施方式中，还包括将所述水平滑移距离D的最大值与统计学模型结果进行对比的步骤。

[0025] 与现有技术相比，本发明的优点在于：通过建立走滑断裂分段与叠接隆起的的几何学模型和运动学模型，建立起断层的水平滑移距离与叠接隆起段的隆起体积的之间的关系式，进而通过定量计算可获得走滑断裂的水平滑移距，因此在区块缺乏明显断错标志物和/或叠接段马石构造不清晰或难以厘定的情况下，其应用也不会受到制约，从而克服了传统方法在实际应用中的局限性，从而为走滑断裂的活动特征研究提供有力的数据支撑。

附图说明

[0026] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

[0027] 图1是本发明的实施例中地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法的流程图；

[0028] 图2是本发明的实施例中叠接隆起段的几何学模型图；

[0029] 图3-1是本发明的实施例中叠接隆起段的初始态运动学模型图；

[0030] 图3-2是本发明的实施例中叠接隆起段的末态运动学模型图；

[0031] 图4-1是本发明的实施例中顺北5断裂带的的垂向断距分布图；

[0032] 图4-2是本发明的实施例中顺北5断裂带的相干属性图(比例尺为2km)；

[0033] 图5-1是本发明的实施例中顺北5断裂带的相干属性图(比例尺为4km)；

[0034] 图5-2是图5-1中A处的放大图；

[0035] 图6是本发明的实施例中T74界面深度域层位图；

[0036] 图7是本发明的实施例中标号④段的网格化分析图；

[0037] 图8是本发明的实施例中标号④段的Delaunay三角化分析图；

[0038] 图9是本发明的实施例中顺北5断裂带的地震剖面图；

[0039] 图10是本发明的实施例中顺北5断裂带的水平滑移距计算值与断裂高度关系图；

[0040] 图11-1是本发明的实施例中顺北5断裂带的侧接转换区域图；

[0041] 图11-2是本发明的实施例中运动学模型和统计模型结果对比图。

具体实施方式

[0042] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0043] 如图1所示，本发明提供一种地下走滑断裂水平滑移距定量分析方法，该方法包括以下三个步骤：

[0044] 第一步，根据所述叠接隆起发育部位，建立叠接隆起段的几何学模型和运动学模型。

[0045] 具体来说，首先针对叠接隆起段建立2D几何学模型，如图2所示。其次，基于叠接隆起形成机理，即隆起由相邻断面两盘水平滑动、围岩运移堆积形成，建3D运动学模型，如图3-1和图3-2所示。

[0046] 第二步，根据区块深度域的层位数据，获得所述叠接隆起段的隆起体积V。

[0047] 第三步，根据所述几何学模型和运动学模型，获得断层的水平滑移距离D，水平滑移距离D满足以下关系式：

[0048]

[0049] 其中，H为叠接隆起段相关断裂的高度；

[0050] W2-W1为断裂分段间的间距。

[0051] 上述平滑移距离D的关系式，基于以下两个假设：一是在叠接隆起形成过程中，初始态和末态几何学模型块体的体积不变，即初始态体积V1等于末态体积V2；二是相邻断层的水平滑移距相等。即水平滑移距离D等于D1等于D2。

[0052] 如图3-1和图3-2所示，初始态即断裂滑动前块体，末态即断裂滑动后块体。且断裂滑动前块体和断裂滑动后块体的高度相同，均为叠接隆起段相关断裂的高度H。

[0053] 如图3-1所示，对于断裂滑动前块体而言，其长度为L，宽度为W1+W2。

[0054] 如图3-2所示，对于断裂滑动后块体而言，其包括三部分，分别是相邻的断层1和断层2以及断层1和断层2之间的叠接隆起段3。由于邻断层的水平滑移距相等，即断层1的水平滑移距D1等于断层2的水平滑移距D2，且均等于水平滑移距D。

[0055] 其中，断裂滑动前块体的体积V1满足下列关系式：

[0056] V1＝L·(W1+W2)·H；

[0057] 断裂滑动后块体的体积V2满足下列关系式：

[0058] V2＝2L·W1·H+(L-D)·(W2-W1)·H+V。

[0059] 其中，W1为断层1的宽度，W2为断层2的宽度，V为叠接隆起段3的体积。

[0060] 那么根据上述假设，断裂滑动前块体的体积V1与断裂滑动后块体的体积V2相等，即V1＝V2，则可获得上述水平滑移距离D与叠接隆起段的隆起体积V之间的关系式。

[0061] 本发明中，采用三角剖分算法计算获得隆起体积V。针对选定的叠接隆起段进行网格化分析与Delaunay三角化分析，运用三角剖分算法可计算获得隆起体积V，其中，Delaunay三角化分析的精确程度随网格致密程度的增大而增大。

[0062] 本发明的叠接隆起段位于行向与阶式相反的侧接转换区域中，即左行右阶或右行左阶分段之间。

[0063] 本发明中，通过区块地震三维资料，得走滑断裂的分段性及叠接隆起发育部位。并具体包括以下步骤：

[0064] 首先，根据区块地震三维资料，获得断裂主要活动层位相应的相干属性图和地震剖面；其中，地震剖面为时间剖面。

[0065] 其次，根据相干属性图和地震剖面，精细解释断裂几何学特征，并统计沿断裂垂向断距的变化。其中，断裂几何学特征包括斜列分段、分段间发育的叠接隆起段以及叠接拉分段。最后，根据沿断裂垂向断距的变化，确定走滑断裂的分段性以及叠接隆起发育部位。

[0066] 进一步地，在地震剖面中，通过测量可获得不同的剖面处，叠接隆起段相关断裂的高度H；在相干属性图，通过测量可获得断裂分段间的间距W2-W1。

[0067] 在获得了水平滑移距离D之后，通过将其最大值与统计学模型结果进行对比，以进一步说明结果的合理性。

[0068] 下面以塔里木盆地顺北地区顺8北三维覆盖区域内顺北5号断裂带为例，对本发明的方法进行详细的说明。

[0069] 第一步，基于三维地震剖面，判断断裂主要活动层位，即T74界面。

[0070] 第二步，提取T74界面的相干属性图和地震剖面，精细解释断裂几何形态，统计沿断裂垂向断距的变化，厘定断裂的分段性以及叠接隆起发育部位。

[0071] 如图4-1和图4-2所示，根据垂向活动的类型(隆起或下凹)、垂向活动幅度的大小以及断裂的几何性质，可将研究区内顺北5断裂带总体分为三种类型的分段变形，即走滑平移段、叠接拉分段、以及叠接隆起段。三种分段变形在横切断裂带的地震剖面上表现为隆起幅度不一的正花状和负花状构造。基于这三种分段变形，顺北5断裂带在三维区内可分为10段。其中，标号③、⑤、⑦、⑩段为走滑平移段，标号②、⑥段为叠接拉分段，标号①、④、⑧、⑨段为叠接隆起段。

[0072] 图4-1中，向上的箭头表示叠接隆起段，向下的箭头表示叠接拉分段，向右的箭头表示走滑平移段。

[0073] 其中，隆起幅度小于20ms的为走滑平移段、下凹幅度为20ms的为叠接拉分段，隆起幅度超过20ms的为叠接隆起段。

[0074] 由于标号④的隆起幅度最大，其最具典型性和代表性，因此以标号④为例进行说明。

[0075] 第三步，根据图5-1和5-2所示的顺北5号断裂带的叠接隆起段，建立叠接隆起段(即标号④段)的2D几何学模型和3D运动学模型。

[0076] 第四步，计算叠接隆起段的隆起体积V。

[0077] 提取T74界面深度域层位数据，如图6所示，针对标号④段进行网格化分析与Delaunay三角化分析，计算隆起体积，如图7和图8所示。计算后获得标号④段的隆起体积为9.1044×107立方米。

[0078] 第五步，计算水平滑移距D。

[0079] 首先，根据地震剖面测量叠接隆起段相关断裂的高度。如图9所示，可获得叠接隆起段相关断裂高度H1、H2、H3。

[0080] 其次，根据相干属性图，平面测量断裂分段间距。

[0081] 最后，根据水平滑移距D的表达式计算获得不同的隆起段相关断裂高度对应的水平滑移距D，将上述的断裂高度H1、H2、H3的分布值域进行等值分割处理，获得断裂高度与水平滑移距D之间的变化关系，如图10所示。水平滑移距在315-391米之间，均值为350米。

[0082] 第六步，通过确定研究区内断裂的侧接数量，使用前人提出的统计模型(De Joussineau,G.,&Aydin,A.(2007).The evolution of the damage zone with fault growth in sandstone and its multiscale characteristics.Journal of Geophysical Research:Solid Earth,112(B12))，该模型的表达式为：

[0083]

[0084] 根据图11-1，确定研究区内断裂的侧接数量。使用上述统计学模型进行对比，如图11-2所示，其中的矩形区域为包含不确定性的运动学模型结果分布，根据图11-2可知，运动学模型结果分布在基于统计模型推测的最大滑移距数值的0.5-0.8倍范围内。

[0085] 由于计算水平滑移距的关系式是基于叠接隆起段内岩石体积不可压缩的假设，但在实际中，需要考虑上覆地层的存在，也就是说，叠接隆起段内的岩石体积会有一定程度的压缩，所以现今体积会小于因为走滑活动实际造成的隆起体积。换言之，通过上述方法计算的数值会小于走滑断裂水平滑移距的真实数值，因此进一步说明了本发明的计算结果在断裂最大滑移距数值的0.5-0.8倍范围内的合理性。

[0086] 综上所述，本发明通过建立走滑断裂分段与叠接隆起段的几何学模型和运动学模型，从而获得了计算水平滑移距的关键参数，从而经过计算获得走滑断裂的水平滑移距离，消除了现有技术的局限性，解决了在缺乏明显断错标志物作参照的情况下定量分析克拉通内走滑断裂水平滑移距的技术问题。

[0087] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。