(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111513975.0 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学科研院 (72)发明人 鞠玮　郭伟　乔伟　胡阳　赵岳　 黄沛铭　钟宇　王千　梁艳　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 代理人 李悦声 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06T 17/05(2011.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G01V 11/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定 量预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于四维地质力学的断 层相关裂缝定量预测方法， 适用于油气地质与构 造地质领域。 收集研究区地质基础数据及相关资 料， 利用相关资料构建研究区现今的三维地质模 型； 然后在该三维地质模型增加时间维度的概念 引入解压实系数用以考虑地层恢复变形过程中 的解压实效应； 通过推导现今三维地质模型中的 断层活动及相关裂缝形成的信息， 结合研究区构 造定量解析与演化史分析， 获取不同关键期次古 构造应力大小和方向信息； 重构裂缝形成演化关 键期次的古构造格架与古地应力场， 构建出不同 关键期次古地应力场与裂缝参数之间的关系， 结 合岩石破裂准则与能量守恒， 定量预测断层相关 裂缝。 该方法步骤简单， 预测效果 好。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114218787 A 2022.03.22 CN 114218787 A 1.一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法， 其特征在于： 针对油气地质、 构造地质领域设定研究区， 收集研究区地质基础数据及相关资料， 利用相关资料构建研究 区现今的三维地质模型； 然后在该三维地质模型构建基础上， 增加时间维度的概念引入并 设定解压实系 数， 并考虑地层恢复变形过程中的解压实效应； 通过推导现今三维地质模型 中的断层活动及相关裂缝形成的信息， 开展实验检测， 结合研究区构造定量解析与演化史 分析， 获取不同关键期次古构造应力大小和方向信息； 重构裂缝形成演化关键期次的古构 造格架与古地应力场， 构建出不同关键期次古地应力场与裂缝参数之间的关系， 结合岩石 破裂准则与能量守恒， 定量预测断层相关裂缝。 2.根据权利要求1所述的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法， 其特 征在于包括如下 具体步骤： 步骤一、 收集研究区地质基础数据及相关资料， 在此基础上， 建立研究区现今的三维几 何模型； 步骤二、 采集研究区目标层岩石样本， 然后利用真三轴力学试验检测目标层岩石样本， 获取岩石样 本的静态杨氏模量Es和泊松比μs， 利用测井 资料， 计算岩石动态杨氏模量Ed和泊 松比μd， 在此基础上， 建立岩石样本的静态杨氏模Es与动态杨氏模量Ed之间定量关系， 岩石 样本的泊松比μs与动态泊松比μd之间定量关系， 通过插值方法构建研究区目标层三维静态 岩石力学场， 进 而形成研究区现今三维地质模型； 其中， 岩石动态 杨氏模量Ed计算公式为： 式中： Ed为岩石动态杨氏模量， ρ 为岩石密度， Δts为横波时差， Δtp为纵波时差， β 为单 位转换系数； 岩石动态泊松比μd计算公式为： 式中： μd为岩石动态泊松比， Δts为横波时差， Δtp为纵波时差； 步骤三、 基于地质力学原 理， 遵循地质体在断层活动前后 体积守恒原则， 在研究区现今 三维地质模型基础上， 充分考虑现今三维地质模型恢复变形过程中地层解压实效应， 设定 地层在逐层剥除时的解压实系数γ， 通过对现今三维地质模型内参数的改变和地层的逐层 剥除， 实现 现今三维地质模型的地质恢复， 重构裂缝 形成演化关键期次的古构造格架模型； 步骤四、 分别针对古构造格架模型进行定年检测、 声发射检测、 粘滞剩磁检测， 在检测 结果基础上， 结合研究区构造定量解析与演化史分析， 确定研究区内断层活动及相关裂缝 形成的关键期次， 以及不同关键期次中研究区的古构造应力大小和方向信息； 步骤五、 利用步骤三和步骤四重构的不同关键期次的古构造格架模型及古构造应力大 小和方向数据， 分别构建研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型， 用以量化 表征研究区不同关键期次的古地应力场； 步骤六、 综合考虑岩石破裂准则和能量守恒， 建立研究区不同关键期次古地应力场与 裂缝参数之间关系式Si＝g(p1i,p2i,…)， 式中： g表 示函数关系， i表 示不同关键期次， Si表示权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218787 A 2第i期古地应力场， p1i与p2i表示第i期裂缝不同的参数； 其中， 岩石破裂准则包括： 剪裂缝的破裂准则 张开缝的破裂准则To＝ τm‑σm–C/2， 闭合缝的破裂准则Tc≈σ1， 式中： S为岩石剪切破裂强度， τm为最大剪应力， 值为(σ1‑σ3)/2， σm为正应力， 值为(σ1+ σ3)/2， σ1与σ3分别为最大主应力与最小主应力， 为内摩擦角， To为岩石抗张强度， C为内聚 力， Tc表示岩石抗压强度； 能量守恒体现在产生裂缝 所需要的能量 值E2与地质体损耗的能量 值E1相等， 即E1＝E2。 步骤七、 从构建出的研究区目的层不同关键期次对应的三维地质力学模型中获取不同 关键期次的古地应力场值， 利用古地应力场与裂缝参数之 间关系式将古地应力场值转换为 裂缝参数值p1i,p2i,…， 将裂缝参 数p1i,p2i,…按照时间序列分别进行叠 合， 获得研究区裂缝 定量预测模型F＝∑βi·(p1i,p2i,…)， 式中： F为裂缝预测结果， βi为权重系数， βi＝σ1i/∑ σ1i， i表示不同的关键期次， σ1i表示第i期最大主应力， 利用研究区裂缝定量预测模型， 从而 实现研究区裂缝的定量预测。 3.按照权利要求2所述的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法， 其特 征在于： 步骤二种所述的岩石静态杨氏模量和泊松比均为多组三轴岩石力学实验结果的平 均值； 插值方法优选Krigi ng法。 4.按照权利要求2所述的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法， 其特 征在于： 步骤四中所述的定年检测可以是流体包裹体定年检测、 K ‑Ar定年检测、40Ar‑39Ar同 位素定年检测、 Rb ‑Sr定年检测、 U ‑Th定年检测中的任一种或多种。 5.按照权利要求2所述的一种基于四维地质力学的断层相关裂缝定量预测方法， 其特 征在于步骤六种所述的裂缝参数包括裂缝密度、 裂缝 走向和裂缝倾角。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218787 A 3