川中大安寨段灰岩裂缝分形特征及孔隙结构模型

通过对川中大安寨段介壳灰岩中裂缝进行非常规自相似特征分析,探讨了裂缝及储层岩石孔隙结构的分形特征,认为岩石中的裂缝和孔隙都是复杂的分形体,运用实际资料证实了这种分形体的长程相关性,定量计算出分形维数,该维数可以作为定量评价单井裂缝发育程度的重要参数,以此为基础,提出了新的孔隙结构模型－阶梯状孔隙结构模型。     

羌塘盆地南坳陷布曲组白云岩储层孔喉结构及其分形特征研究

羌塘盆地中侏罗统布曲组白云岩为非均质性强的低孔、低渗储层,孔喉结构评价难度较大。选取南羌塘坳陷布曲组20件白云岩岩心样品,通过铸体薄片、扫描电镜观察,结合物性分析和常规压汞实验,研究其孔喉分布和分形特征,探索分形维数与白云岩储层物性参数、孔喉结构参数、孔隙成因之间的关系。结果表明：（1）研究区布曲组白云岩储集空间类型包括组构选择性孔隙、非组构选择性孔隙、裂缝3类,依据毛管压力曲线特征将其孔喉结构分为5种类型,其分形曲线具有明显的转折点,转折点为孔喉分布峰值,代表连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转变;（2）小尺度孔喉的层内非均质性较弱、层间非均质性强,大尺度孔喉的分形维数比小尺度孔喉小,但分布区间较宽,样品间差异明显,表明大尺度孔喉复杂多样,层间（整体）非均质性比小尺度强;（3）大尺度孔喉的分形维数与储层参数、孔喉结构参数相关性较好,可用于布曲组白云岩储层的孔喉结构定量表征,大尺度孔喉分形维数越小,储层物性越好,大尺度孔喉占比越多对储层整体渗透能力的贡献越大;（4）该套储层的储集空间与孔喉结构以沉积形成的碳酸盐沉积物孔隙为基础,白云石化作用和溶蚀作用共同控制了孔喉结构的差异性。     

分形理论在贝尔凹陷基岩潜山裂缝预测中的应用

断裂与裂缝多为统一的应力场下破裂程度和相对位移量不同的破裂构造,都具有自相似性,满足分形理论。应用分形几何理论研究了贝尔凹陷布达特群潜山顶面断裂发育的平面分形特征和布达特群取心井段上裂缝的分形特征,并建立了二者之间的定量关系。基于断裂的分形特征尝试性地去预测有利的裂缝发育带,以期为裂缝的预测提供新的途径。研究结果表明,断裂信息维越高,裂缝信息维也越高,裂缝越发育。裂缝信息维大于1.4的区域是布达特群裂缝发育的有利区。     

基于图像分析技术的页岩微观孔隙特征定性及定量表征

在有限的条件下,为了更经济有效地评价页岩微观孔隙特征,同时利用扫描电镜(SEM)、氩离子抛光场发射扫描电镜(FESEM)方法对四川盆地彭水地区龙马溪组页岩孔隙特征进行了定性观察,并借助专业的图像分析软件Iamge J2x提取页岩SEM和FESEM图像蕴含的孔隙定量信息,结合统计学方法分析页岩全孔径分布特征,计算页岩孔隙分形维数,探讨孔隙结构特征以及分析维数与有机碳含量、矿物成分、孔隙吸附能力等的相关性,研究发现:扫描电镜下,彭水地区龙马溪组页岩微米级孔隙发育,主要孔隙类型有粒间孔、黏土矿物层间孔、粒内孔以及微裂缝等;氩离子抛光场发射扫描电镜下,可见大量纳米级孔隙,主要发育有机质孔、无机矿物孔(黄铁矿晶间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、粒间孔等)和微裂缝,两者综合分析更有利于页岩孔隙定性表征;页岩孔隙全孔径分布特征呈4个主峰,主要分布区间为3~9 nm,10~40 nm,100~400 nm,1~4μm;页岩有机质孔隙形状系数分布区间为0.9~1,孔隙呈圆形、近圆形,无机矿物孔形状系数分布在0.5~0.7,多呈三角形、多边形、狭缝形等,孔隙形状较有机质孔复杂,主要受页岩孔隙成因不同所致;彭水地区龙马溪组页岩孔隙符合分形特征,有机质孔隙分形维数较无机矿物孔分形维数小,孔隙结构相对简单;分形维数与有机质含量、矿物成分、孔隙度及吸附气含量都有一定的相关性,随有机质含量的增加,孔隙分形维数增加,孔隙结构复杂化,随分形维数增加,页岩孔隙的最大吸附气含量也随之增加,孔隙吸附能力增强。     

塔里木盆地中部地区奥陶纪碳酸盐岩裂缝与断裂的分形特征

统计分析表明塔里木中部地区奥陶系碳酸盐岩岩心裂缝与断裂具有良好的分形特征.裂缝分维值的大小首先受裂缝密度的控制,其次受裂缝分布特征的影响.断裂的分维值受断裂的发育程度及其形态的影响.分维数是描述储层裂缝与断裂发育程度的一个有效的定量参数.     

基于高分辨率CT的孔隙型白云岩储层孔隙系统分形与多重分形研究

孔隙型白云岩储层由于孔隙类型的多样性、孔隙结构的复杂性和非均质性,需要运用新手段对其孔隙系统进行刻画和表征。综合利用高分辨率微纳米CT技术和分形与多重分形理论,通过不同孔隙类型、不同样品尺度的CT图像二维系列切片和三维数字岩心数据体研究,讨论了粒间孔、晶间孔、铸模孔等不同孔隙系统的分形与多重分形特征。结果表明,晶间孔、粒间孔、铸模孔和混合孔等孔隙在分形盒子维数上有明确的响应,二维系列切片盒子维数值的相对大小为:铸模孔粒间孔晶间孔混合孔。盒子维数与孔隙度、渗透率的数据对比表明,孔隙度可能也对盒子维数产生影响。通过对粒间孔和铸模孔样品孔隙系统在三维空间上的多重分形分析,揭示其孔隙结构标度-频率图是一条直线,为典型的幂律分布,即在不同尺度上具有标度不变性;在多重分形频谱图上是连续频谱分布,为明显的多重分形分布特征,反映了三维空间上孔隙分布的不均一性。     

鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶发育程度的分形特征

鄂尔多斯盆地奥陶系天然气勘探实践表明,古岩溶发育程度影响着储层优劣,然而对古岩溶发育程度的描述缺少定量化手段。本文利用分形理论对鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶的发育程度进行定量化研究,首先分析了古岩溶的分形特征,进而研究了分形维数的计算方法与实现流程,最后结合钻探资料利用分形维数对工区内古岩溶发育程度进行了定量化描述并分析了其与储层优劣的关系。结果表明,鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶的发育具有分形特征,分形维数反映了古岩溶在一定地质条件下的发育程度,工区内工业气流井的分形维数大于1.65。因此,将分形维数作为衡量古岩溶发育程度的定量指标,无疑会提高古岩溶储层评价的客观性、科学性。      

五大连池玄武岩三维孔隙组构的多重分形特征

通过CT扫描,获得了黑龙江省五大连池火山群中第4层玄武岩样本的1 423张高精度图像,利用数字图像分析方法识别出了玄武岩三维孔隙组构,基于二维切片序列重构了三维孔隙柱体,计算了孔隙的基本统计参数。结合分形与多重分形技术,利用多重分形分析矩方法对三维孔隙结构作了定量研究分析。分析可知,所取玄武岩样品几何结构复杂,非均质性强。多重分形维数谱函数f(α)呈连续分布,f(α)均为不对称的上凸曲线,表明岩石孔隙分布不均匀,具有明显的多重分形特征。三维孔隙结构的多重分形分析及三维重构技术可望进一步为岩心孔隙结构的定量化研究提供微观尺度上的证据。     

碳封存砂岩储层的孔隙迂曲度分形特征研究

目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度分形特征进行研究时,多依赖于孔隙率、平均孔隙半径、平均迂曲度等特征值计算分形维数,并不能很好的反映岩石孔隙排列分布及孔隙连接的非均质性。文章将砂岩孔隙结构概化为具有迂曲度的毛细管,首先通过核磁共振成像（MRI）技术获取岩石片层图像,以盒维数法获得孔径分布分形维数;随后以孔径分布分形维数为目标值,结合不同迂曲度下的毛细管数量与孔径的分形标量关系,迭代计算迂曲度分形维数。与传统的分形维数计算方法相比,该研究确定的迂曲度分形维数更能体现岩石内部不同孔隙排列方式引起的迂曲度差异。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

湘中锑矿带断裂体系分维及其对成矿流体运移和矿床定位的指示作用

根据分形理论计算了湘中各锑矿带断裂体系的计盒维数和信息维数。通过对各矿带断裂体系分维特征与锑矿分布之间关系的分析,发现断裂体系的分维高值区与锑矿分布密集区相对应,这不仅表明断裂是成矿流体运移的主要通道,同时也表明断裂体系分维特征是定量描述锑矿床定位及成矿流体运移,聚集条件的一个重要参数。     

湘中锑矿带断裂构造信息维特征及其意义

运用信息维的原理与方法对湘中锑矿带断裂构造体系的二维平面分布特征进行了研究。结果表明,信息维较之容量维更能反映断裂体系的结构特征,各矿带信息维值的差异定量地刻画了断裂的相对发育程度及分布特点。结合各矿带内锑矿床的分布特征,可发现信息维值的大小对成矿流体的运移和矿床定位有一定的指示作用,锑矿（点）产出较多、矿床储量较大的地区,其信息维值较大。     

节理岩体的分维特征及其工程地质意义

本文用分形理论,对节理网络分布和粗糙度曲线进行分形分析。结果表明,节理的空间分布和粗糙度曲线具自相似性;分维是一个表征岩体强度、岩体损伤程度、岩体质量及节理粗糙程度的几何参数,并可用于评价岩体稳定性、断裂体系活动性及划分风化卸荷带等。     

页岩气藏体积压裂有效改造体积计算方法

页岩气藏矿场压裂实践表明,储层有效改造体积（effective stimulated reservoir volume,简称ESRV）是影响页岩气藏体积压裂水平井生产效果的关键因素,ESRV的准确计算对页岩气藏压裂方案评价与体积压裂水平井产量预测具有重要作用.基于页岩储层改造体积（stimulated reservoir volume,简称SRV）多尺度介质气体运移机制,建立了SRV区域正交离散裂缝耦合双重介质基质团块来表征单元体渗流模型（representation elementary volume,简称REV）,并结合北美页岩储层实例研究了次生裂缝间距、宽度等缝网参数对页岩气藏气体运移规律的影响.在此基础上根据SRV区域次生裂缝分布特征,采用分形质量维数定量表征裂缝间距分布规律,结合页岩气藏次生裂缝间距对基质团块内流体动用程度的影响规律,得到了页岩气藏体积压裂ESRV计算方法.结果表明SRV区域次生裂缝间距对基质团块内吸附及自由气影响较大,次生裂缝间距小于0.20 m时可以实现SRV区域基质团块内流体向各方向裂缝的"最短距离"渗流.选取北美典型页岩储层生产井体积压裂数据进行ESRV计算,页岩气藏目标井ESRV占体积压裂SRV的37.78%.因此ESRV受改造区域次裂缝分布规律及SRV有效裂缝间距界限的影响,是储层固有性质及人工压裂因素综合作用的结果.      

大理岩冲击加载试验碎块的分形特征分析

应用分形几何的方法对冲击加载试验中大理岩破碎块度分布进行统计分析。结果表明,大理岩的冲击破碎块度分布具有分形特征,采用破碎分形维数对岩石破碎过程进行定量描述,可以合理地反映大理岩冲击破碎的程度;大理岩的平均破碎块度与冲击加载速率有着较强的相关性,随着加载速率的提高迅速减小;建立了能量吸收与破碎分维的关系,从能量吸收的角度可以较好地解释破碎分维的变化规律。破碎分维是评价岩石冲击破碎块度分布的理想指标,可较为全面地反映岩石冲击破碎的全过程。     

渤海湾盆地海域片麻岩潜山风化壳型储层特征及发育模式

渤海湾盆地海域太古代-古元古代片麻岩潜山分布面积巨大,已发现多个油气田,有重要勘探价值。本文综合应用岩心、铸体薄片、X衍射、扫描电镜、常规物性、锆石测年、矿物溶蚀模拟等实验手段及统计分析方法落实了渤海片麻岩风化壳型储层地质特征、成因机理及发育模式。研究表明,片麻岩中长英质矿物含量大于70%有利于形成潜山裂缝型优质储层;大气水风化淋滤作用对长石类矿物的溶蚀,形成大量次生孔隙和沿裂缝的溶蚀扩大孔隙,极大改善了片麻岩潜山的储层物性;构造作用产生的断裂和节理不仅可以直接提供储集空间,还可以作为渗流通道加大风化淋滤作用的影响深度和范围,促进深部岩石的溶蚀改造,加速风化过程。上述主控因素指导下建立自上往下发育粘土带、砂化带、砂化砾石带、裂缝带和基岩带的片麻岩风化壳型潜山储层发育模式。     

分形研究在唐山煤矿铁三、铁四区构造预测中的应用

矿井断裂构造的分维值可以定量描述断裂分布的复杂性，它是断层数量、规模、发育程度、组合方式的综合体现，分维值越高，则构造越复杂，对煤矿生产的影响越大。应用分形理论，对唐山煤矿的铁三、铁四采区进行了深入的研究，定量评价了研究区的构造复杂程度，并预测了研究区的断层数量。     

西秦岭夏河-合作地区断裂构造分形结构特征及成矿预测

西秦岭夏河-合作地区是中国重要的金矿及多金属矿床开发地带,区内断裂构造复杂,构造控矿作用显著。文章利用分形理论方法对夏河-合作地区不同方向断裂构造作定量分析,统计计算断裂构造容量维和信息维,结合矿床空间分布分形特征和矿床Fry分析,探讨研究区构造分形特征及断裂与矿床的空间展布关系。研究结果表明,研究区全部断裂容量维1.2374,北东向断裂容量维0.8229,北西向断裂容量维1.2296,近东西向断裂容量维1.0312,全部断裂容量和北西向断裂容量维处于断裂分形临界值（1.22~1.38）区域,显示研究区断裂构造连通性较好。研究区全部断裂信息维1.1118,北东向断裂信息维1.018,北西向断裂信息维1.2296,近东西向断裂信息维1.0217,北西向断裂信息维处于断裂分形临界值区域,反映北西向对矿床的控制最强。断裂构造分形维数可以表征矿床的沉积部位,以容量维、信息维等值线图以及Fry图划分出3个有利成矿区。     

分形统计模型的理论研究及其在地质学中的应用

本文提出了一般分形模型和一般分维数的概念,认为许多地质模型是一般分形模型的特例,指出幂函数分布和帕累托分布是分形统计模型的数学基础,论证了幂函数分布在高端截尾条件下具有尺度不变的分形性质,根据非线性回归模型参数估计的方法,提出了求分维数的新方法,该方法具有许多优点。通过在计算机上产生随机数对分形统计模型进行模拟研究,以及通过实例说明分形统计模型应用的方法及步骤,并解释了分维数的实际意义。