基于深度残差网络的走滑断层智能识别方法——以塔里木盆地富满油田为例

走滑断层精细识别是断控缝洞型碳酸盐岩油气藏勘探开发的关键环节之一,但走滑断层的水平位移在垂直断层走向的地震剖面上不易识别,为此,提出了一种基于深度残差网络的走滑断层智能识别方法。该方法的网络模型由特征提取子网络、结构提取子网络和去噪卷积子网络3个子网络构成。特征提取子网络提取地震与断层预测映射的残差特征,结构提取子网络提取边界结构的残差映射实现断层解释的目标,去噪卷积子网络去除网络累计生成的噪声。网络在预测时采用了多层输出融合技术和迁移学习的方式,能有效避免高频特征信息的丢失,增强对不同规模断层分类解释的鲁棒性和泛化力。通过对合成记录验证分析可知,该方法对低信噪比地震资料情况下的小断距、弱走滑断层的识别精度高,预测的损失率低,预测断层连续性好,断层边界清晰,且抗噪性较好。塔里木盆地富满地区果勒西区块实际地震资料的应用结果表明,该方法对线性走滑断层、压扭辫状走滑断层和拉张辫状走滑断层等不同性质的走滑断层均有较好的识别效果。

跨斜滑断层非埋设海底管道局部屈曲分析

利用有限元软件ABAQUS,建立跨斜滑断层非埋设海底管道数值分析模型,考虑管道材料非线性、几何大变形和管土非线性作用的影响,模拟跨斜滑断层海底管道在正常操作阶段的局部屈曲响应。针对管道壁厚、铺设残余张力、穿越断层角度等敏感性参数变化下海管局部屈曲失效、侧向位移和轴向拉伸应变等进行分析,为跨斜滑断层非埋设海底管道的前期设计、安全评价、维修保护等提供参考。

克拉通内盆地走滑断层地震判识的若干陷阱

克拉通盆地内走滑断层位移量小、变形微弱且构造复杂,深层地震低分辨率识别走滑断层困难且受诸多假象影响。通过剖析塔里木和四川盆地克拉通内走滑断层的典型地震现象,结合地质因素综合分析辨别走滑断层是否发育,总结了典型的地震假象并建立三大类陷阱模式,主要包括:①基底陡崖、阶梯状断裂与断垒结构可能误判为“花状构造”,基底盖层垂向发育的相似褶皱也可能成为走滑构造假象;②喷发岩、蒸发岩厚度、岩性的横向变化,可能造成地震层速度横向突变,导致下伏岩体在地震剖面上产生似走滑断层的高陡假象;③垂向规模发育的沟谷地形、岩溶地貌、岩相相变等地质现象可能出现似走滑断层的地震响应。为避免这些地震解释陷阱,在提高走滑断层地震分辨率的基础上,排除蒸发岩和火成岩的速度影响,剔除地形地貌与岩相变化的影响,并基于以地震平面属性为主的典型走滑构造识别,排除地震走滑断层的假象,建立合理的走滑断层地震地质解释模式。

穿越走滑断层隧道错动影响分区及隧道节段式衬砌抗错断性能控制

为了揭示中国西部地区穿越活动断裂公路隧道工程的变形及力学特性,通过数值模拟分析了断层左旋走滑运动对隧道结构产生的错动响应,建立隧道受断层错动影响分区,并提出隧道节段衬砌铰接设计这一抗错断措施。通过对比在影响区内设置不同长度节段衬砌时隧道结构的应力、位移响应规律,得出最优衬砌节段布置形式。研究结果表明:断层走滑错动2.5 m时,隧道结构受错影响范围为断层与活动盘交界面附近2.7 d(d为隧道跨径)内,定义1 d~2.7 d范围内为次要影响区,1 d范围内为主要影响区;通过对比分析发现3 m节段对衬砌结构水平位移和最大剪应力的控制效果最好,峰值最大降低率分别达到了3.38%和43.34%;隧道结构在断层交界面附近水平位移达到最大,随后向两侧较远位置变形不断减小至平稳;可见隧道结构沿纵向所受的最大剪应力值集中在错动影响区内,且在此范围内变化相较此范围外更加剧烈,错动影响区是抗断层错动设防重点关注对象。研究结果可为隧道抗错断设计提供参考。

跨走滑断层大跨度桁架悬索桥地震响应分析

跨越断层的长大跨度桥梁难免会受到断层错动作用,为探究跨走滑断层地震动参数对大跨度悬索桥地震响应的影响,以某主跨为538 m的钢桁架悬索桥为例,利用ABAQUS建立考虑桩-土相互作用(“m”法)的全桥有限元模型。通过叠加人工低频地震成分和实际高频地震成分,合成了跨走滑断层地震动,采用非一致激励位移时程法,重点分析永久位移、脉冲周期和跨断层角度对大跨度悬索桥的动力响应影响。结果表明:随着永久位移增大,桥塔动力响应呈不同幅度的增长,特别是横桥向位移、剪力,以及顺桥向弯矩增幅比较明显,分别增大97%、88%和95%,且剪力的增大加剧了桥塔发生剪切破坏的风险;随着脉冲周期减小,桥塔沿顺桥向和横桥向的动力响应增幅差距较大,当脉冲周期小于4 s时,桥塔横桥向位移、剪力,以及顺桥向弯矩相较于另一方向增幅更为明显,其增幅分别为492.5%、170%和189.2%;跨断层角度对桥塔的动力响应影响较大,且沿顺桥向和横桥向的响应变化趋势相反,跨断层角度为90°时,桥塔横桥向位移、剪力取得最大值,而弯矩取得最小值,且桥塔动力响应均在合理范围内,为最佳跨越角度。

走滑断层黏滑作用下隧道纵向及横断面分区破坏机理

黏滑作用下走滑断层将出现永久性的错动位移,当隧道与此类断层相交时将发生严重破坏,并且具有明显的分区特征。为了揭示隧道纵向和横断面的分区破坏机理,为穿越活动断裂带隧道抗震设计提供支撑,本文首先通过震害实例调研总结得到隧道的三种破坏模式,即环向裂缝、斜向裂缝和纵向裂缝。给出并讨论了断层类型、交角、错动量和隧道刚度等关键影响因素。结果表明:1)断层类型是影响隧道力学响应和安全性的最显著因素,而倾角影响很小;2)受左旋走滑断层黏滑作用的隧道沿纵向可分为弯曲-压缩-剪切(L-BCS)区和弯曲-压缩(L-BC)区,而受右旋走滑断层黏滑作用的隧道可分为弯曲-拉伸-剪切(L-BTS)区和弯曲-拉伸(L-BT)区;3)L-BCS区和L-BTS区的范围为1.4D~1.7D(D为隧道直径),而L-BC区和L-BT区范围随关键影响因素变化而变化;4)隧道横断面可分为偏心受压(C-EC)区和偏心受拉(C-ET)区,分别发生偏心受压破坏或偏心受拉破坏。C-EC区和C-ET区的范围约为距断层面5D;5)穿越左旋走滑断层隧道的C-EC区包括上盘左拱腰、下盘右拱腰、拱顶和仰拱,C-ET区包括下盘左拱腰和上盘右拱腰。穿越右旋走滑断层隧道的横断面分区分布与左旋对称。

基于快速边界元方法的倾滑断层近场效应和盆地聚焦效应耦合作用研究

基于快速边界元方法和三维运动学有限断层模型,对倾滑断层作用下复杂场地地震动进行求解。以三维近断层沉积盆地为例,采用频域内动力格林函数求解散射场的地震动,以频域内地震波的相位变化反映发震断层在时域内的动态破裂过程,突破了确定性震源难以模拟高频地震波散射的瓶颈,通过设计快速边界元方法频域-时域自适应逆变换程序得到时域内地震响应,在频域和时域内皆实现了基于确定性运动学有限震源模型的地震动快速边界元法模拟,量化分析了倾滑断层动态破裂下近场沉积盆地地震动的放大效应,揭示了地震的近断层效应与盆地效应的耦合机制。结果表明:近断层效应和盆地聚焦效应存在明显的耦合作用,显著影响了盆地区域地震动的空间分布,盆地中心点的地震动相较于断层附近输入地震动放大了3.97倍;永久位移随断层距离的增加而衰减;在沉积盆地区域内,地震动持时显著延长,软土沉积对外部输入的速度脉冲有放大作用,出现幅值较大的长周期速度大脉冲;沉积盆地会显著增大近断层强震集中性的分布范围。

辽中1号走滑断层内部结构识别及其控藏作用——以锦州A构造为例

锦州A构造的发现是辽东湾海域走滑断裂带内调节断层欠发育区的首个勘探突破,为弄清该构造成藏的主控因素,利用钻井、测井、地震等资料,对锦州A构造段辽中1号走滑断层及其内部结构开展研究,并明确其对油气成藏的控制作用。研究结果表明:地震振幅、纵波速度在走滑断层附近发生明显变化,这种变化的范围可以代表走滑断层内部结构发育的规模,从浅到深辽中1号走滑断层内部结构的发育规模变大。利用多井横向对比常规测井的密度、中子孔隙度和声波时差资料以及偶极声波远探测技术,可以识别走滑断层内部结构,随着距离走滑断层的接近,密度资料会出现先减小再增大的趋势,中子孔隙度和声波时差资料则会出现先增大再减小的趋势,代表从围岩到断层破碎带再到断层核的发育趋势。锦州A构造段辽中1号走滑断层发育由断层破碎带和断层核组成的二元结构,断层破碎带孔渗性好,是油气垂向运移的有利通道;断层核孔渗性差,有利于油气的侧向封堵。

跨走滑断层隧道失稳演化过程及稳定性分析

研究目的:为评判跨走滑断层隧道的稳定性,首先视跨断层隧道为一含剪切带的“围岩-断层-围岩”复合岩体系统,揭示其失稳演化机制;其次基于含断层带复合剪切梁理论,推导跨走滑断层隧道失稳临界损伤长度、临界损伤荷载和极限位移计算表达式;最后对影响隧道稳定性的主要参数进行敏感性分析。研究结论:(1)跨走滑断层隧道失稳演化过程主要经历3个典型阶段,即含剪切带的“围岩-断层-围岩”系统变形协调促使强度降低、断层剪切带两侧围岩受拉而呈现拉裂损伤区、“围岩-复合剪切带-围岩”系统达到新的平衡状态;(2)当断层宽度、动摩擦系数、峰值剪应力、剪切梁剪切模量越小,隧道埋深、剪切梁宽度、塑性软化剪切模量越大,跨走滑断层隧道稳定性越差;(3)跨走滑断层隧道稳定性影响因素的敏感性为:断层宽度t>剪切梁剪切模量G>隧道埋深H>滑动摩擦系数μf>断层塑性软化剪切模量Gfs>断层峰值剪应力τfc;(4)本研究结论可为跨走滑断层隧道设计提供一定的理论依据。

腐蚀管道在走滑断层作用下失效模式分析

以X70管道为研究对象,建立了管道在内腐蚀和走滑断层共同作用的理论模型,提出了通过腐蚀参数确定管道失效模式,并根据失效模式所对应相应临界断层位错公式,对管道进行评定的安全评定准则。通过数值模拟,定量化研究了腐蚀参数对失效模式的影响,得出:对于腐蚀深度h/t≤45%或腐蚀宽度w/πD≤20%的管道,应采用应变准则,其失效模式为局部屈曲失效;对于腐蚀深度h/t>45%且腐蚀宽度w/πD>20%的管道,应采用应力准则,其失效模式为爆破失效;在上述分析的基础上,拟合出不同失效模式下管道临界断层位错的求解公式。通过对腐蚀管道在走滑断层作用下失效模式的研究,为此类工况下管道安全评定提供了参考。

鄂尔多斯盆地西缘麻黄山西工区走滑断层构造特征与三维离散元数值模拟

麻黄山西工区位于鄂尔多斯盆地西缘冲断带的前端部位,以石炭—二叠系煤系滑脱层为界划分为上、下两套构造变形层,并受燕山期走滑断层作用表现出分段变形特征。深层原地构造系统沙窝子断层以北的正断层构成多米诺组合型式,而沙窝子与圈湾子断层之间的正断层组合成堑垒式。浅层逆冲推覆构造系统以NEE向芦沟子—新泉井断层为界,划分为变形特征差异明显的南、北两段,北段相对南段变形强烈。三维离散元数值模拟实验结果显示,麻黄山西工区上、下构造变形层内发育的走滑断层均为调节差异挤压作用形成的撕裂断层,断层走向与挤压应力方向基本一致。原地构造系统的先存正断层在走滑作用下产生牵引,邻近走滑断层的正断层走向发生明显偏转。逆冲推覆构造系统北段山前强烈冲断作用对盆内产生较为明显影响;而南段山前冲断作用并未对盆内产生明显影响,仅发育少量小规模逆断层。相较于二维模拟,三维模拟能够实现平面与剖面的综合分析,完整认识上、下构造变形层多条走滑断层的变形过程与形成机制,为麻黄山西工区的油气勘探提供基础地质理论指导。

四川盆地中部地区多期次走滑断层的形成及演化

基于三维地震资料与钻井岩心资料,采用地震-地质解析方法和断层充填碳酸盐胶结物U-Pb定年的年代学方法,综合分析四川盆地中部地区深层走滑断层的形成时期、演化及其成因机制。研究表明:走滑断层在晚震旦世形成雏形,并在早寒武世基本发展为右行张扭断裂系统,在二叠系沉积前叠加至少一期压扭构造变形,在晚二叠世反转为左行弱张扭断裂系统,仅极少数在印支期及以后选择性复活;走滑断层受南华纪裂陷正断层和北西向基底深大断层等先存构造影响,震旦纪末—早寒武世属于斜向板内变换断层,调节德阳—安岳槽盆北强南弱的不均匀伸展,与德阳—安岳槽盆演化具有时间与强度上的匹配性,后期在不同构造背景下发生多次反转及选择性活化。

走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。

动力学走滑断层地震动方向性效应谱元法模拟

采用动力学震源模型,运用谱元法模拟走滑断层单、双侧破裂模式的地面运动,分析模拟2种模式下地震动的方向性效应和脉冲效应,并对比分析2种模式下断层破裂速度、滑移量与滑移速率的异同。研究结果表明:单、双侧破裂模式下的FN分量PGV均表现出明显的方向性效应,而FP分量的PGV方向性效应不明显,且单侧破裂较双侧破裂的地震动方向性效应强;单侧破裂较双侧破裂更易产生脉冲效应,脉冲效应随断层距的增加而减小,表现为脉冲峰值V p与脉冲周期T p的减小;脉冲效应与方向性效应的出现使地震动的低频含量提高,且这种效应也将随断层距的增加而减小;单、双侧破裂模式断层的破裂速度与滑移量无明显差异,而最大滑移速率表现出方向性效应,且单侧破裂较双侧破裂明显。

四川页岩气WY区块走滑断层特征及其油气地质意义

走滑断层的活动可形成有利的油气储集空间,提供良好的运移通道并起到封盖作用,十分具有研究意义和价值。针对页岩气WY区块运用属性平面识别+剖面精细解释的方法,对区内走滑断层进行识别解释和分析评价,总结区内走滑断层特征,以及断层形成活动特点。WY区块主要发育三套走滑断层带,区内走滑断层特征明显,具有多期叠加继承性发育的活动特点。通过对区内走滑断层和页岩气井统计分析,探索走滑断层与页岩气井产量之间的关系,总结走滑断层在区内的油气地质意义。区内走滑断层的油气地质意义在于对页岩气储层的后期成藏保存具有一定控制作用,主要表现为对保存的破坏作用,可以对邻近断层的页岩气井产量造成降低影响,特别是在断层向上断穿二叠系盖层至以上地层的情况下,在井位部署过程中要注意规避这类断层。

地震剖面中走滑断层旋向判断模型——以塔东阿拉干北断层为例

地震剖面解释中尚无走滑断层旋向的直接判别标志,本文提出了一个在地震剖面解释中直接判断走滑断层旋向的模型。该模型假定断层作用前既存的某个地层厚度有变化,则垂直或斜交地层厚度变化方向的走滑断层必定在穿过断层的地震剖面中两盘地层厚度不等。确定了地层厚度变化方向,又测定了剖面中两盘地层厚度,则走滑断层的旋向就可以唯一地确定下来。穿过塔里木盆地东部阿拉干北右行走滑断层的地震剖面资料证实了这一模型的适用性。

塔里木克拉通内盆地走滑断层构造解析

针对塔里木盆地超深地震资料品质差、小位移走滑断层识别与解释难,结合地震剖面建模与地震平面属性识别,开展区域构造解释成图与构造解析。结果表明,塔里木克拉通内发育北东向与北西向走滑断层,并发育多种典型走滑构造,分布面积达5X105/,构成环满西大型统一走滑断层系统。环满西走滑断层系统具有分区、分级、分层、分类与分段的差异性,形成塔北、满西与塔中3个分区,4级规模断层;走滑断层主要以压扭为主分布在下古生界碳酸盐岩中,志留系一泥盆系、石炭一二叠系、中生界一古近系有张扭继承性活动;大型走滑断层沿走向具有分段性。综合分析,环满西走滑断层系统形成于中-晚加里东期,加里东末一早海西期、晚海西期和燕山一喜玛拉雅早期等有继承性活动;走滑断层演化具有继承性与改造性,连接生长是形成小位移、超长陆内走滑断层带的主要机制。本研究为复杂断裂构造研究提供了新思路。

塔里木盆地深层走滑断层分段特征及对油气富集的控制:以塔北地区哈拉哈塘油田奥陶系走滑断层为例

塔里木盆地奥陶系走滑断层是发育在克拉通内部稳定区的小滑移距走滑断层,对于深部储层形成与油气富集具有重要的控制作用。基于哈拉哈塘油田4 140km2三维地震资料,在高精度相干切片提取与地震精细解释基础上,对研究区奥陶系走滑断层进行了分段研究并讨论了分段性对于储层发育与油气富集的控制作用。结果表明:(1)哈拉哈塘油田奥陶系走滑断层整体格局为由北东、北西向断层组成的纯剪机制下形成的共轭走滑断层,单条走滑断层的构造特征符合Riedel剪切模型,主干断层周围主要发育R剪切分支断层。(2)根据走滑断层不同部位构造样式、应力状态的差异,建立了小滑移距走滑断层分段发育模式。走滑断层端部为应力发散区,多表现为马尾状构造,可分为伸展型和挤压型马尾状构造。走滑断层内部由线性段、斜列叠覆段、分支断层段、辫状构造段组合而成。线性段呈线性延伸,剖面上为孤立的高陡直立断层。斜列叠覆段分为拉张型叠覆段和挤压型叠覆段,其类型受控于次级断层旋向与阶步的关系。分支断层段多为斜交压扭样式,羽状断层发育较少。辫状构造段内部断垒与断堑交错发育,划分为张扭段、压扭段。(3)不同段具有不同的储层发育特征。马尾状构造段、斜列叠覆段、辫状构造段储层最为发育,分支断层段储层较为发育,线性段储层相对不发育。(4)综合储层发育位置、油源断裂与分支断层配置关系、局部构造高3方面因素,建立了6类与走滑断层相关的油气富集模式。R剪切分支断层与主干断层夹持部位、压扭段内部、马尾状分支断层高部位是北部潜山-顺层岩溶区最为发育的3种油藏富集模式;压扭段内部、张扭段是南部断控岩溶区油气更富集的部位。论文成果认识对于完善克拉通盆地稳定区小滑移距走滑断层分段发育规律具有重要的理论意义,对于受控于走滑断层的岩溶缝洞型油气藏的勘探开发具有一定的生产指导意义。

走滑断层作用对南堡凹陷油气成藏的控制

综合利用地震、重力、钻井等资料,对南堡凹陷柏各庄断裂和西南庄断裂进行重新认识,分析构造变形对南堡凹陷油气成藏的控制作用。柏各庄断裂和西南庄断裂在深部合并成一条基底断裂(柏各庄—西南庄断裂),具走滑断裂性质,该基底断裂在燕山期发生明显的左行走滑并持续到古近纪沙河街组沉积期,对沙河街组沉积有明显的控制作用。南堡凹陷古近纪成盆演化主要受柏各庄—西南庄基底断裂左行走滑活动控制,属于走滑-伸展凹陷。新近纪以来的断层走滑活动,形成了北东向和北西向两组共轭剪切走滑断层带,控制了二级构造带的展布。南堡凹陷油气大量成藏期与新近纪以来的断层活动期相吻合,利于油气运移及圈闭的形成,油气沿断裂带纵向多层系分布。

苏北盆地走滑断层特征与油气聚集关系

苏北盆地石港、汊涧、吴堡断层体系 ,平面上主干断层具有线性主位移带、马尾状撇裂和雁列入字型构造的组合特征 ;剖面上呈现锥形破裂、强制单斜层和破碎主位移带的构造特征 ;断旁岩石则可见到扭性、压性破裂面等地质现象。这些特征反映石港、汊涧、吴堡断层体系应属离散型右行走滑断层。经应力分析 ,苏北盆地受伸展作用和右行走滑双重营力的地质作用 ,而右行扭动是诱导形成走滑断层的主因 ,主要受郯庐断裂带活动的控制。正是这些断层体系所具有的离散型右行走滑特征控制了苏北盆地的油气圈闭形成、圈闭的平面分布、以及油气的运聚模式。