构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切，为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法，此次研 究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验，并引入粒子图像测速（PIV，Particle Image Velocimetry） 技术对实验 过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构，实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV 技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据，计算出各阶段的增量应变，实现从初始状态到褶皱形成之后 整个变形过程的有限应变分析，探讨构造裂缝成因机制和分布规律，进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期，应变分布 范围很广，有限应变较弱（约4%~8 %），在挤压方向上的线应变表现为弱压应变，在垂向上的线应变表现为弱张应变，这 种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果，也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断 层即将发育之时至发育之后，应变局限在断层发育的剪切带及附近区域，有限应变表现为较强（达20%） 的剪切应变和剪 切张应变，是断层面附近简单剪切变形作用的结果，也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。
The development of structural fractures and finite strain state are closely related in the oil and gas reservoir. In order to explore a new method of finite strain analysis and structural fracture prediction, this study designed and performed a set of sandbox experiments. The particle image velocimetry (PIV) technique was applied to quantitatively analyze the experimental process. The experimental model was a unilateral indentation model with a viscous layer in the vertical direction, and the results represent a