分形几何方法在复杂裂缝系统描述中的应用

探讨了利用分形几何方法来定量描述复杂非系统裂缝的分布.以高精度岩心扫描图像为基础,首先计算了岩心复杂裂缝的分数维D值,然后进一步分析了这些复杂裂缝的分数维与裂缝的面密度、孔隙度、渗透率之间的关系,发现复杂裂缝系统的面密度、孔隙度、渗透率随裂缝分数维D值呈指数函数增大的规律.裂缝的分数维D值不仅可以表征复杂裂缝系统的发育程度,而且还能够表征复杂裂缝系统对致密低渗透储集层的储集性能和渗流能力的贡献.     

Sinjar隆起西翼储层裂缝发育特征及形成机制

 裂缝发育程度是影响裂缝性油气藏产能的决定因素。为了更好地揭示裂缝性油藏的发育特征,根据三维地震资料解释成果结合FMI 成像测井资料,利用构造要素相关性分析及构造解析方法,探讨了Sinjar 隆起西部倾末端裂缝发育特征及形成机制。研究结果表明：Sinjar 隆起西部裂缝发育特征在纵向上存在分层性,从深层向浅层裂缝走向呈现逆时针旋转的特征,认为裂缝的发育和早期张性大断裂在后期的走滑再活动有关。走滑断裂从深层到浅层逐渐偏离原断层走向,剪破裂方向从深层向浅层逐渐分叉,越往上破裂方向越远离主断层,同样影响了裂缝的走向。由于深层大断裂和浅层裂缝发育存在一定相关性,受深层断裂的影响,裂缝发育强度由Jaddala 组向Chilou 组逐渐变弱,而裂缝又是碳酸盐岩储集层的关键元素,因此深层走滑断裂带发育的区域是寻找优质储层的有力目标。     

层厚与岩性控制裂缝发育的力学机理研究——以鄂尔多斯盆地延长组为例

以鄂尔多斯盆地南部的延长组长6~7 段为例, 重点研究层厚和岩性控制构造裂缝发育的规律, 并对其裂缝面密度进行定量化研究。结果表明, 层厚影响构造裂缝发育, 薄层比厚层更易发育构造裂缝, 这与不同层厚中裂缝尖端应力集中情况不同有关。在一定厚度范围内, 裂缝面密度与层厚之间有幂指数关系; 当厚度超过临界值(约250 cm)时, 裂缝面密度基本上不变。在相同层厚和不同岩性条件下, 裂缝面密度由小到大依次为中砂岩、细砂岩、粉砂岩和页岩, 即在相同构造环境和等厚地层情况下, 碎屑岩粒级越小, 面密度越大, 构造裂缝面密度与岩石粒径之间呈负幂指数关系, 这与不同粒级的颗粒间应力不同有关。通过多元分析和力学机理探讨, 认为本区控制裂缝发育的两个因素中, 层厚是主控因素。     

塔中地区新近纪构造作用下寒武系应力场模拟与裂缝预测

根据塔中地区地震资料解释的断裂体系、上下寒武统顶底界面构造图和6 口钻井裂缝特征等资料, 在对塔中地区寒武系岩石力学进行测试的基础上, 考虑断裂对裂缝形成的影响, 采用三维有限元法对新近纪构造作用下塔中地区寒武系的构造应力场进行模拟, 并将模拟结果与塔中地区钻井统计的构造裂缝面密度进行匹配, 得到塔里木盆地寒武系的构造裂缝发育分布情况。结果显示: 断裂对裂缝的影响明显, 靠近断层或位于断层交汇处的构造裂缝发育, 裂缝在断层的一盘发育, 在另一盘则相对不发育; 膏岩层对构造应力的传播有一定程度的阻碍作用, 盐上的寒武系上统较盐下的寒武系下统构造裂缝发育, 盐间的中寒武统构造裂缝则相对不发育。     

墨西哥湾盆地陆棚区油气田数量与储量规模的分形分析

在对墨西哥湾盆地陆棚区已探明油气田储量规模划分的基础上, 应用分形理论对油气田数量与储量规模之间的分形关系进行了研究, 讨论了油气田储量规模分布的分数维值D的含义。油气田储量规模分布的分数维值D反映了油气田的勘探开发程度, 勘探开发程度越高, 分数维值D越大; 勘探开发程度越低, 分数维值D越小。利用分形方法可以较好地分析油气田储量规模与数量之间的关系, 评判油气田勘探开发的程度, 预测未来发现油气田的数量及其储量规模。     

镇泾地区延长组多期次裂缝发育特征及分布

根据野外、非定向岩心、成像测井、裂缝充填物的稳定同位素测定、岩心的声发射实验等资料对鄂尔多斯盆地镇泾地区延长组天然裂缝特征、形成期次及成因类型进行分析,结果表明该区裂缝以垂直和高角度裂缝为主,主要组系为南北向、北东向,发育张破裂和剪破裂2种裂缝类型;延长组裂缝有3个破裂期,主要破裂期为燕山期第Ⅱ幕,对应埋深约为1 190m;研究区存在多期的区域性裂缝及断裂共(派)生裂缝。运用断层共生裂缝参数评价软件和FLAC3D岩石破裂数值模拟软件,预测和评价断层共(派)生裂缝和多期次区域构造裂缝的平面分布。结果表明,南部的区域构造裂缝比北部发育,砂体越多的地方裂缝发育程度也越高,断裂带范围内裂缝发育程度普遍高于非断裂带范围。     

鲁西地区太古界裂缝类型与发育规律

依据露头观测和成像测井数据,揭示鲁西地区太古界裂缝系统的成因及类型,将裂缝产状数据与区域构造背景结合分析,同时依据典型断裂-裂缝剖面的观测统计,对太古界构造裂缝的形成时期及发育规律进行剖析。结果表明:鲁西地区太古界裂缝系统主要由区域构造裂缝和局部构造裂缝组成;区域构造裂缝形成时期主要为中—新生代,其中低角度裂缝形成于印支期,高角度裂缝形成于燕山—喜山期;局部构造裂缝的发育虽不具有普遍性,但对局部地区太古界储集性能的改善意义重大;规模相近但力学性质不同的断裂对储层的改造程度和影响范围存在差异;压性断裂最好,压扭性断裂次之,张扭性断裂最差;断裂影响范围内裂缝面密度的显著增大主要表现为区域构造裂缝的加密或派生新的构造裂缝,新生裂缝通常与断裂平行或小角度斜交。     

基于古应力场模拟的多期区域构造裂缝分布预测评价技术—以中国泌阳凹陷安棚油田为例*

天然裂缝是地层中常见的地质构造现象,系统研究目标区储集层裂缝的分布及发育规律,这对于提高井区产能和调整开发方案具有重要的理论和实际意义。以安棚油田深层系为例,介绍基于古应力场模拟的多期次区域构造裂缝分布预测技术。根据各类岩心资料对裂缝的组系特征、力学性质进行解释和评价,结合研究区构造演化特征,进行岩石破裂力学机理分析,明确了研究区裂缝成因类型主要为区域构造裂缝,为本次裂缝的分布预测技术奠定了基础。结合野外岩心裂缝特征、裂缝充填物次生方解石稳定同位素测定及储层岩石声发射实验结果,确定储层岩石的破裂期次。参考研究区的地质、构造、沉积相展布资料,以岩石力学和构造力学理论为基础,对研究区建立地质模型、力学模型,并分期次进行古应力场模拟研究。结合摩尔-库伦岩石强度理论,通过裂缝发育指数和岩石受力破裂程度多元拟合对研究区裂缝进行预测及评价。     

元坝中部断褶带须家河组裂缝分形特征

针对四川盆地元坝中部断褶带须家河组岩体在构造应力场作用下的破裂具有良好的自相似性和分形特征,开展了须家河组断裂发育的分形特征和取芯段裂缝的分形特征研究,研究中采用箱形覆盖法来求取断裂和裂缝分维值,利用数学公式将各子区域的断裂容量维与岩芯裂缝容量维通过岩芯裂缝密度进行拟合,建立二者的定量关系,获得了四川盆地元坝中部断褶带须家河组有利的裂缝发育带。结果表明,须家河组裂缝分维值大于1.45的区域为裂缝发育区,油气富集程度高;裂缝分维值大于0.95且小于1.45的区域为裂缝较发育区;裂缝分维值小于0.95的区域为裂缝欠发育区。     

黄龙场构造长兴组裂缝预测

四川盆地黄龙场构造长兴组主要为生物礁储层,裂缝是影响单井产量的主要因素通过分析研究区构造成因及动力来源,总结了研究区构造形成模式.结合石油地质学、构造地质学、岩石力学和各种生产资料,利用古构造应力场二维数值模拟,对研究区岩体的破裂程度进行预测,然后计算出研究区岩体的破裂接近程度,确定岩体破裂程度与裂缝发育的关系,确定裂...     

岩体裂隙网络的分形特征

运用分形几何的方法研究了一个露天矿边坡上裂隙的以育情况,发现不同结构类型的岩体中裂隙分布均具有统计意义上的分形特征,分形研究采用了３个参数：裂隙网络分维Ｄｎ裂隙密度分维Ｄｆ和块体密度分维Ｄｂ,分别表征岩体中裂隙网络和复杂程度、裂隙发育的密集程度及裂隙之间的连通程度。３个参数的大小变化反映了岩体中裂隙发育的实际情况,可以作为岩体结构类型划分和工程岩体质量价的定量依据,裂隙网络分维Ｄｎ越大,裂隙密度分     

桂东南地区断裂构造分形特征与金银成矿关系研究

采用分形理论的盒维数方法，以研究区1：20万区域地质图和1：5万区域矿产图作为研究对象，并到野外进行实地调研作为补充，对桂东南地区北东向和北西向进行分形统计，并用计算机Surfer7．0软件对分维值进行趋势分析。结果是：桂东南地区断裂分维值为1．61，鸡笼顶、望天洞等矿区分维值为1．62—1．82，属于断裂结构较复杂、构造活动性偏强地区，且北东向断裂分维值高于北西向断裂。金银矿化均落入分维高值区。矿带受北东向断裂分维梯度带控制，与陆川—岑溪断裂位置相一致，矿化密集区则集中于北西向断裂分维趋势的3个高值区，与北西向断裂叠加有关。桂东南地区断裂带中，南部比东北部对成矿更为有利。     

铀尾矿粒度分形分布对氡析出影响的初步研究

铀尾矿中氡的析出是备受重视的典型环境问题.本文实验研究了尾矿粒度分形分布对氡析出率的影响.结果表明,尾矿中氡的析出率呈现振荡性变化;在尾矿粒度分布分维值为2.3-2.8内,氡析出率随分维值的增大显著减小,至分维值为2.6时达到极小值,然后随分维值的增大略有增高.反冲作用与He-Rn团簇的形成和尾矿的非均匀性导致了氡析出的振荡变化.分维值增大,小颗粒尾矿含量增高,孔隙度减小,导致了氡析出率随分维值增大而减小.但是,随着分维值的增大,小颗粒增多,由反冲作用引起的氡释放进入孔隙的几率增大,又导致氡析出率随分维值增大而轻微增高.     

济阳坳陷桩西古潜山储层裂缝的分形特征

依据分形理论,以岩心裂缝密度和裂缝容量维关系研究为桥梁,利用断裂的分形特征,对济阳坳陷桩西古潜山碳酸盐储层裂缝进行定量分析,并结合研究区钻井的油气显示情况,确定桩西潜山的裂缝分维值门槛,据此对桩西古潜山储层的裂缝有利区域和含油气范围进行预测。结果表明:桩西潜山Tg1地震反射层断裂构造分维值为1.3174,相关系数R2超过0.99,下古生界16块岩心上裂缝的容量维线性回归相关系数大于0.97,可用分数维D值来比较与评价桩西古潜山裂缝性储层中裂缝的发育程度和裂缝系统的复杂程度,定量计算该区下古生界裂缝性储层中裂缝的密度;裂缝分维值大于1.4的区域为桩西潜山裂缝发育有利区,具有较好的储层物性,是油气聚集有利区,裂缝分维值大于0.8且小于1.4的区域为裂缝发育较有利区,裂缝分维值小于0.8的区域为裂缝发育不利区。     

分形与材料断裂

文章介绍了分形和分维的基本理论,并且利用分形理论对675钢断裂面的分维进行了分析,在此基础上探讨了分维对塑性金属材料断裂的影响。     

球墨铸铁断口纵剖面线的分形与维谱研究

应用Ｓ６００数字图像处理系统提取球墨铸铁断口纵剖面线，根据经典的Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形模型和Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ修正分形模型对其分形特性进行了研究；为了揭示更丰富的断口特征信息，提出了纵剖面线分维谱模型及有关特征参数，在全尺度范围内研究了三种球墨铸铁断口纵剖面线分形分布的统计规律。     

裂缝的分形分析方法

从裂缝的分形分布出发,对裂缝的分布、裂缝的有效截面积、裂缝的强度、裂面的粗糙度和裂缝的各向异性度,提出了分形分析方法。根据裂缝分形分布特点,提出了基本裂缝分布模型,对这些模型做相应的分形对比,来阐明裂缝的分形和特征。裂缝的分形分析方法改变了以往单一的裂缝性质分析方法,而从裂缝的分形分布结构上全面地进行定量分析,不仅反映裂缝的平均效果,而且反映了裂缝分布的非均匀性及其发育程度的差异。     

混凝土单轴受压的损伤表征

混凝土受力破坏机理一直是土木工程领域研究的重点问题,针对混凝土单轴压缩状态下的损伤演变特征,分别选取不同强度下的混凝土试块进行压缩破坏试验,从中获取加压过程中不同荷载作用下试块表面的图像。应用分形理论,根据图像分析计算各个试块在不同状态下损伤的分形维数,并研究了试块初始损伤与其破坏速率之间的关联性,由此分析混凝土内部结构组成特征,揭示其破坏的放大效应过程。结果表明,随着荷载的增加,混凝土损伤的分形维数呈增大趋势,初始损伤越大,其破坏速率越快。C20混凝土由初始损伤分形维数最大的1.4177增加到后期的1.6314,平均增长率为0.0236,C50混凝土由初始损伤分形维数最大的1.3240增加到后期的1.5827,平均增长率为0.0349,强度较低的混凝土表现出较为明显的塑性破坏特征,混凝土内部结构的损伤通过分形路径进行加剧,表现出放大效应的过程,并最终演变为宏观裂纹的产生。该研究可为混凝土的结构演变与破坏机理的关联研究提供新的思路。     

使用分形维数对超高强度钢断裂韧性的研究

作者应用分形理论研究了超高强度钢D6AC断口的分形维数DH与断裂韧性的关系,并按测定DH的数字图像法原理,试验得出试样的断裂韧性与分形维数DH成正相关,从物理角度解释了断口分形维数与材料性能之间的关系。可为分形理论拓宽其应用提供基本依据。     

晶须增韧陶瓷断口的分形维数与断裂韧性

研究ＪＸ－１型晶须增韧陶瓷断口的分形特征，测量材料断口表面的分形维数，建立分形维数与断裂韧性间的关系。根据晶须增韧陶瓷的主要增韧机制一裂纹偏转，建立了相应的分形模型，利用该模型分析分形维数与断裂韧性之间的一致性，为解释裂纹偏向的增韧效应提供一种新方法。