多边断层研究现状

多边断层在世界50多个沉积盆地中均有发现,它是指平面上走向多方位且相互交叉组合成多边形形态、具有层控特征的伸展断裂系统,主要发育在被动大陆边缘盆地和内克拉通盆地内的细粒沉积物中。这类断层为非构造成因断层,目前占主流地位的成因机制有密度反转、脱水收缩和重力载荷机制;与构造正断层相比,多边断层明显具有层控性、多边性和体积应变等方性等特点。共同的几何学特征有:延伸长度短,多为平直或铲式断层,倾角变化范围为30°～70°(平均为45°),走向随机,断层平面交叉组合呈多边形形态。多边断层对储层砂体形态以及流体、天然气水合物的运移和聚集具有重要的意义。文中综合了自多边断层提出以来的国内外研究资料,概括了多边断层发育的几何学特征和成因机制以及多边断层对流体运移的影响,希望能对中国以后的多边断层研究提供参考。     

神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件分析

以天然气水合物成藏系统理论为指导,对神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件进行了系统研究。研究结果表明：神狐钻探区具有优越的烃类生成体系和流体运移体系。天然气水合物气源以生物气-热成因气混合气为主,气源岩生烃潜力大;断层、气烟囱以及断层滑脱面可以为含烃流体在纵向和横向上的运移提供优势运移通道。地温特征和成藏就位体系-沉积物岩性及其岩性组合特征是控制该区水合物层在空间尺度上分布不均匀的主要原因,地温和地温梯度越低,沉积物粒度越粗,且具备“上细下粗”的沉积物岩性组合更有利于水合物的形成。     

含气流体运移与天然气水合物成藏

含气流体运移是影响天然气水合物成藏的重要因素,包括流体运移方式、运移通道类型、运移效能等。基于全球典型海域天然气水合物勘探研究结果,围绕含气流体运移这一重要因素,系统回顾和总结了底辟构造、断层及裂隙和渗透层对天然气水合物形成与分布的影响。研究结果表明,以对流形式的运移是流体有效的运移方式,有利于烃类气体聚集及水合物成藏。已知水合物富集区内含气流体运移通道都不以单一形式存在,而是多种运移通道共同作用,呈复合型运移通道形式。在通道类型上,底辟构造、断层及裂隙、渗透层等都属于聚集型高通量流体运移通道类型,但这种通道类型与高饱和度、富集型天然气水合物藏并不存在一一对应的关系,其还与运移效能密切相关。因此有必要开展重点区域的流体运移的分析,揭示流体运移通道的展布以及运移规模,以达到更为准确预测和描述水合物藏的目的,并为水合物钻探站位部署提供有力依据。     

西沙海域南部多边形断层的发现及其分布特征与控制因素

根据新采集的三维地震资料,在西沙海域南部发现了多边形断层,其发育分布具有层控特征明显、在富泥地层中发育、多方位走向、纵向断距小、平面延伸长度小且形态为不规则多边形等特征。由于研究区东西两侧应力条件的差异,导致多边形断层发育特征的差异明显。通过对多边形断层发育控制因素的分析,认为地层岩性(特别是西沙海域上构造层的远源细粒沉积物)是其发育的主控因素之一,同时水道砂岩、成岩作用及构造作用等也是影响其发育分布的因素。多边形断层可以作为流体运移的通道,它与下部构造断层连接可将深部烃源岩中的油气运移到上部储层中聚集,或继续向上运移到浅部地层中形成天然气水合物。     

多边形断层系及其研究现状

多边形断层为一类非构造断层,主要分布于深水环境下的细粒沉积物中。它的形成与沉积物的早期压实作用和流体排出作用有关。多边形断层系的识别主要通过时间切片分析和地震剖面解释等手段进行。研究表明,多边形断层系发育一般要经历3个阶段,即超压封存箱的形成、密度反转和多期水力压裂作用。对多边形断层系的研究有助于泥岩压实、油气运移、泥岩中流体活动状态以及对深水砂体分布和几何形态特征的分析等。由于我国还未发现有多边形断层系的存在,希望本文的介绍能为我国开展此类断层研究时有所帮助。     

深水盆地中多边形断层的几何特征与形成机制探讨

多边形断层是指一种在平面上呈多边形具有微小断距的张性断层系。自1994年被提出以来, 已有十余年的研究历史, 并在世界50多个被动大陆边缘盆地中被识别出来。研究多边形断层需要高精度的3D地震资料。我们根据琼东南盆地3D地震资料并利用相干切片技术, 首次在琼东南盆地南部发现了多边形断层, 并对其进行了初步研究。多边形断层的成因机制是前期多边形断层研究的重点, 许多学者认为深水沉积物早期压实脱水体积收缩形成的; 也有学者认为重力扩展控制断裂的发育。岩石物性、成岩作用及构造应力是影响多边形断层发育的重要因素。多边形断层对深水盆地的油气储集体的性质和分布; 以及油气、天然气水合物的运移和聚集有着重要的意义。      

马尼拉海沟俯冲带增生楔中天然气水合物的流体运移通道

南海东北部海域水深、沉积厚度大、沉积速率高和有机质含量丰富,为马尼拉增生楔中天然气水合物成藏提供了必要的气源,且相应适宜的温压条件以及构造背景也有利于天然气水合物的形成与赋存,其中马尼拉俯冲带俯冲前缘以及增生楔中的断裂系统成为天然气水合物成藏的非常重要的运移通道。通过对地震剖面中断裂系统和三维地貌图的精细解释,分析了马尼拉海沟俯冲带存在的海沟前缘正断层、海沟轴部的盲断层以及增生楔中的盲冲断层或逆冲断层,直到最后发育成隔断叠瓦状岩片的逆冲断层组,这些断裂系统反映出增生楔上天然气水合物的含气流体的形成、运移及聚集过程,成为天然气水合物成藏的运移通道。     

南海东北部陆坡水合物钻探区BSR推导流体运移速率研究

2013年广州海洋地质调查局在我国南海东北部陆坡海域实施天然气水合物钻探,获取了多种类型的高纯度水合物实物样品,进一步表明了南海存在丰富的天然气水合物资源前景。在此钻探之前,通过多年的地球物理、地球化学以及地质综合调查工作,积累了大量与天然气水合物赋存相关的各种地质数据。本文利用1D流体运移模型,结合热流站位的温压场数据以及多道地震数据所反映的BSR信息,计算了各个有效热流站位的流体运移速率,并结合钻探区的地质构造背景和钻探井位天然气水合物层位的分布情况,分析了流体运移速率分布特征,初步阐释了流体运移速率、构造背景以及与天然气水合物形成的相互关系。计算结果表明,钻探区流体运移速率数据分布区间为-25~+38cm/a,反映了钻探区构造背景相对复杂。流体运移速率分布具有规律性,主要受到断层和气烟囱的类别控制,可分为两大类。第一类为位于钻探区北部高地的继承性断层,断面直立陡倾并部分切穿海底,伴有大型气烟囱顶部或数量众多的侧翼小型活动正断层,为深部大规模流体运移提供了充足通道。受此类地质条件控制的流体运移速率表现为幅值波动较大,天然气水合物多发育在海底浅层,且呈现多层分布。第二类为位于钻探区西南部以及东部较大水深的滑动断层以及小型气烟囱,断层主体表现断层面清晰,断面较缓,刺穿尺度较短,气烟囱发育也比较晚,一定程度上限制了来自深部流体运移的规模。受此类地质条件控制的流体运移速率表现较为缓和,流体运移速率波动范围小,天然气水合物多发育在海底深层。     

台西南盆地含天然气水合物沉积层测井响应规律特征及其地质意义

文章分析了台西南盆地渗漏型和扩散型天然气水合物沉积层的测井曲线特征,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,结合研究区的区域地质条件、水合物饱和度、钻井岩心资料以及地震反射剖面特征,总结出台西南盆地天然气水合物沉积层的测井响应规律及其地质意义,结果表明:研究区含水合物沉积层的测井曲线有高电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低补偿密度和低自然伽马的"三高两低"的异常特征,渗漏型水合物层测井曲线"三高两低"特征较扩散型明显,渗漏型水合物沉积层内水合物碳氢气体浓度高,在断层通道内高度聚集形成块状水合物,水合物的饱和度最高达到100%,水合物分解后形成碳酸盐层,部分碳氢气体沿裂隙向上运移后再次形成的水合物层,扩散型水合物主要分布在水合物稳定带的底部,水合物呈分散状存在于沉积物中,水合物分布范围较大,气体容积扩散,碳氢气体浓度下降,水合物的最高饱和度为31%,水合物气源主要为微生物成因气,裂解气可能以生物降解气的形式与微生物气为水合物的形成共同提供气源。研究区断层、断裂和气烟囱等构造发育,地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、振幅空白带、BSR与地层斜交、穹状反射(速度振幅异常而形成的眼球状结构)等水合物响应特征。     

富生烃凹陷背景下热成因气对水合物成藏的贡献探讨

近年来海域水合物的实际钻探结果显示,当富生烃凹陷具有适宜的水深、温度、压力等地质条件时,浅部沉积物往往是水合物的潜在富集区域。尽管富生烃凹陷具有优异的生排烃潜力,热成因气较为充足,为水合物的形成提供充足的气体来源,但实际调查表明浅部地层中水合物的气体组分和碳同位素更多地表现为微生物成因气或混合成因气的特征,并没有深部热成因气形成的天然气水合物广泛发育的特征。2007年和2015年在我国南海北部陆坡神狐海域白云凹陷进行了两次水合物钻探,与2007年获取的具有微生物成因特征或热成因气贡献非常小的混合成因水合物相比,在2015年钻探中,有钻孔站位的烃类组分测定揭示了较高含量的乙烷和丙烷,从而直接证实了该站位的水合物气源主要是热成因气。白云凹陷内油气钻井地球化学测试分析显示,虽然深部烃类气体受东沙运动的影响存在大规模的逃逸和散失,但部分热成因气仍然可以通过断层、底辟和气烟囱等垂向通道运移至浅部地层之中形成天然气水合物。通过两个钻探区"深部烃源层系—中部运移通道—浅部水合物矿体"三者的垂向耦合对水合物成藏的控制研究,指出通道类型和运移效能的差异可能是导致同一富生烃凹陷背景下的两个水合物矿藏存在差异的主要原因。对于2007年钻探区而言,在深部热成因气沿着效能较低的通道发生自下而上的长距离运移过程中,可能会发生气体组分分异和碳同位素分馏等作用,导致气体的地球化学更多地表现为"微生物成因气"的特征。而在2015年钻探区,由于断裂、底辟构造发育,深部热成因气可以被更有效地输送至水合物成藏沉积地层中,气体组分和同位素没有发生显著的变化。     

多边断层研究综述

多边断层(polygonal fault)是指主要发育干海相细粒沉积物中、具层控特征、平面上走向多方位且常相互交叉成多边形的小型伸展正断层,又称层内变形断层,一般认为属非构造成因.与构造正断层相比,多边断层明显具有层控性、多边性和放射等方性等特点.对多边断层几何形态特别是成因机制的深入研究对进一步认识泥岩压实、泥岩中流体活动和油气运移等都具有重要的指导作用.在调研大量国内外文献基础上,系统阐述了多边断层的几何特征和成因机制,并在此基础上尝试提出了一种新的综合机制--超压泥岩层幕式脱水收缩作用作为多边断层的成因.     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征及主控因素新认识

南海北部陆坡神狐海域烃源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可为水合物成藏提供充足的气源和通畅的疏导通道,而且神狐海域海底沉积层的温度、压力条件满足水合物形成的要求,具备了水合物聚集成藏的地质条件,成为我国水合物勘探开发的重点靶区。为了明确神狐地区水合物的成藏特征和主控因素,首次将随钻成像测井引入对水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究中,从而为今后水合物的开采和钻井方案的设计提供强有力的理论依据。通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度分析发现神狐海域共发育厚层状、分散状、斑块状、断层附近和薄层状5种赋存状态的水合物,其中厚层状和分散状水合物相对饱和度高且厚度大,开采价值较大,是研究区的主力水合物层,厚层状水合物常分布于水合物层顶部而分散状水合物常分布于水合物层底部;斑块状、断层附近和薄层状水合物相对饱和度较低且分布不规律,开采价值较小。厚层状、分散状、斑块状和断层附近水合物主要为深部热解气通过断层运移至水合物稳定区聚集成藏,为构造渗漏型水合物;薄层状水合物主要为浅部生物气横向运移聚集至水合物稳定域,为地层扩散型水合物。神狐海域发育开启型、填充型和界面型3种类型的断层,断层作为气体和流体的运移通道,沟通了气源和水合物稳定带,控制了水合物在纵向上和横向上的展布范围,为神狐地区水合物的主控因素。     

大庆长垣南部白垩纪断裂活动及对浅层气藏的控制

大庆长垣南部包括葡北、敖包塔和葡两3个局部构造.黑帝庙油层的形成与3种不同演化历史断层有关：反转期断裂（Ⅲ犁）、断陷期形成坳陷期和反转期均活动的断裂（Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型）和坳陷期形成反转期活动的断裂（Ⅱ-Ⅲ型）;其中连通气源岩且活动期与大量生排气期相匹配的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型和Ⅱ-Ⅲ型断裂是生物气垂向运移的主要通道,Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂是深部CO₂向上运移的主要通道.这些断层均是“似花状”断层组合的边界断层,对倾边界断层控制背斜和鼻状构造形成.数值模拟表明：对倾的气源断层与地层产状的配置关系共同控制天然气运移方向和聚集的部位,由于葡萄花和敖包塔构造西缓东陡,因此天然气主要富集在背斜东翼和背斜之间的断块上.     

南海北部陆坡区神狐海域构造特征及对水合物的控制

通过对南海北部陆坡区神狐海域高精度2D和3D地震资料的精细解释,在研究区共识别出4种构造类型,分别为气烟囱(流体底辟)、区域大尺度断层、深水扇中的正断层和滑移体中的滑脱断层。气烟囱具有直立的通道形态,其内部结构可划分为杂乱反射带、模糊反射带和顶部强振幅区域。大尺度断层位于水合物钻探区的西北部和东北部,断层规模大,对深部地层表现出明显的控制作用。深水扇中的正断层广泛发育于上新世的深水扇中,特别是在水合物钻探区西部进积特征明显的深水扇中,正断层的数量更多。滑移体中的滑脱断层在神狐海域的第四纪地层中非常常见,在剖面上呈雁列式分布。研究结果表明,大尺度断层由于和水合物钻探区的距离较远,对于水合物的成藏可能不起控制作用。气烟囱和规模小数量多的断裂体系为含气流体的运移提供了垂向和侧向的输送通道,构成了水合物的流体运移体系。当富含甲烷气体的流体通过这些垂向-侧向的运移通道时,在合适的温压条件下,被适于水合物聚集的沉积体所捕获,就有可能形成水合物。水合物钻探区内东西部构造特征的差异,使得研究区内形成了不同的流体运移体系,这可能是控制钻探区水合物不均匀性分布的一个关键因素。     

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论——含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带3个基本要素以及气体生成-运移过程和天然气水合物形成过程2个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了9种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。     

南祁连盆地木里冻土区第四纪沉积物中可溶有机质的来源及其与天然气水合物的关系

在南祁连盆地木里坳陷钻遇中国陆域第一例天然气水合物实物样品。通过对木里冻土区钻遇水合物区域(DK井区)第四纪沉积物及邻区湖相沉积物中可溶有机质开展有机地球化学分析,发现DK井区浅地表沉积物中明显存在热解成因的可溶有机质,而邻区老人湖湖相沉积物中可溶有机质以高等植物输入为主。与区内烃源岩对比,热解成因的可溶有机质主要来源于中侏罗世烃源岩,晚三叠世尕勒得寺组烃源岩也有一定的贡献。结合该区水合物气源研究成果,DK井区沉积物中可溶有机质与形成水合物的烃类气体可能属于同源,侏罗纪、三叠纪烃源岩热演化生成的烃类能够沿断裂、砂岩裂隙等通道向上运移或渗漏至浅地表,其中甲烷、重烃气等轻质组分能够在稳定带内与地层水结合形成天然气水合物。木里地区第四纪沉积物中可溶有机质的来源解析能够为天然气水合物的勘探提供新的视角。     

南海北部深水盆地油气渗漏系统及天然气水合物成藏机制研究

深水盆地往往为天然气水合物和深水油气的共存区域。天然气水合物既是一种重要的油气资源,又是深水油气开发中引起地质灾害的重要因素。如果能实现深水油气和天然气水合物联合开发,将具有重要的经济价值;然而,目前尚不知两者的共存规律。根据南海北部白云凹陷高分辨率地震资料的综合解释成果,识别出大量的深部油气渗漏现象,包括有利于流体运移的气烟囱构造、深水水道砂体、海底滑坡、多边形断层等渗漏构造,提出了该区天然气水合物可能的成藏模式,指出了天然气水合物富集模式及其与游离气和深水油气渗漏的共存规律。     

琼东南盆地天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征

继我国在神狐海域两次天然气水合物试采成功之后,近几年来在琼东南盆地的勘探证实了天然气水合物的存在,而且钻探表明其与浅层气具有复杂的共生关系.为揭示琼东南盆地深水区天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征,结合岩心、测井及三维地震数据,阐明了天然气水合物与浅层气的空间分布特征,研究结果表明,天然气水合物主要赋存在海底以下200 m范围内的沙质沉积物中,且其形成过程与浅层气的垂向运移有关.对天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征的深入分析表明,深部热成因气和浅部生物成因气是其重要的气体来源,第四系未固结沙层是良好的储层,且天然气水合物和浅层气共生体系的分布主要受深部气烟囱和断层的控制.浅层气藏为天然气水合物提供稳定的气源条件;第四系块体流沉积与含天然气水合物地层能有效地封堵浅层气的纵向运移,进一步促进浅层气的成藏.因此,天然气水合物的形成与浅层气的发育具有正反馈的相互作用关系,有利于形成更大规模的天然气水合物矿体和浅层气藏,具有良好的商业开发潜力.      

泥底辟输导流体机制及其与天然气水合物成藏的关系

摘要：详细阐述不同成因的泥底辟流体输导模式,探讨了泥底辟输导体系的演化与天然气水合物成藏之间的关系,并分析神狐海域泥底辟输导体系对天然气水合物成藏的影响。底辟核外部伴生断裂、底辟核内部流体压裂裂缝和边缘裂缝带均可作为输导流体的通道。根据运移通道和动力等差异性,提出泥底辟输导流体的2种端元模式：超压-流体压裂输导型和边缘构造裂缝输导型。在此基础上,讨论了泥底辟(泥火山)的不同演化阶段对水合物的形成、富集和分解的影响。早期阶段,泥底辟形成的运移通道可能未延伸到水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物生成;晚期阶段,泥火山喷发引起水合物稳定带的热异常,可能导致水合物分解,直至泥火山活动平静期,水合物再次成藏。神狐海域内泥底辟分为花冠状和穹顶状两类,花冠状泥底辟以超压-流体压裂输导型为主;穹顶状泥底辟以底辟边缘裂缝输导型为主。泥底辟输导体系的差异性可能是神狐海域天然气水合物非均质分布的影响因素之一。 关键词：泥底辟;输导体系;天然气水合物;成藏机制;神狐海域     

松辽盆地三肇凹陷青一段多边形断层的发育及其油气地质意义

松辽盆地青一段发育大量密集分布的小型张性断层系,其成因一直以来颇受争议。本文选取松辽盆地三肇凹陷为研究区,通过新连片三维地震剖面精细解释及沿层相干切片分析等手段,详细描述了三肇凹陷青一段密集张性断裂系统的剖面和平面特征,提出:1青一段张性断裂系主体为非构造成因的多边形断层,其成因可能是由青山口组青一段泥岩超压幕式排烃破裂所导致,同时盆地构造反转活动对断层发育特征具有重要影响;2凹陷内多边形断层主要发育于嫩江组沉积末期,明水组沉积末期盆地强烈构造反转致使早期形成的多边形断层再活动,且对部分多边形断层的发育进行改造;3多边形断层起到沟通青一段烃源岩和分别位于其上部与下部的葡萄花、扶杨2个油气储层的作用,是凹陷内油气成藏的重要运移通道;4嫩江组沉积末期,超压使油气通过多边形断层从青一段短距离向下部扶杨储层"倒灌"运聚成藏;明水组沉积末期,超压导致油气沿重新开启的多边形断层向上部葡萄花储层或向下部扶杨储层运移聚集形成油气藏,同时垂向延伸较长的多边形断层对下部扶杨油藏可能具有一定的破坏作用。