沉积盆地地层古压力定量重建方法与研究实例

沉积盆地地层古压力重建是油气成藏研究的重要内容之一.针对目前各种古压力研究方法的优缺点,文章提出了地层古压力研究的新思路,即在超压主控因素定量分析的基础上,明确不同地质历史时期各种主控因素对超压的定量贡献,将流体包裹体、差异应力方法等获得的某一特定时间的古压力和流体-压实耦合模型获得的压力演化相结合,共同约束地层的压力演化史并最终获得地层的压力演化过程.明确地层演化过程中的超压主控因素是古压力恢复的基础和前提,文章分别给出了欠压实、天然气充注、原油裂解、温度降低和构造抬升/沉降等引起盆地地层超压因素的定量研究方法,并利用新的研究思路重建了四川盆地川中古隆起震旦系的常压、塔里木盆地塔北隆起奥陶系的弱超压和鄂尔多斯盆地苏里格气田二叠系的负压三个典型地区地层压力的演化过程.本文建立的地层古压力研究方法为重建海相盆地深层和古老层系的地层古压力演化过程提供了重要的研究方法和思路.     

莺歌海盆地流体压力自振荡与天然气幕式成藏的耦合特征

莺歌海盆地受多幕沉降和多期热事件的背景控制 ,其地层流体压力演化也具有振荡性演化特征 .古流体压力模拟和各种“热”指标、流体包裹体和甲烷碳同位素组成综合分析表明 ,在中央流体底辟带因异常超压封存箱破裂 ,不仅在中浅层形成了大规模的油气聚集 ,而且因古压力的自波振荡 ,在中深层也可能发育早期天然气成藏空间     

川中古隆起超压分布与形成的地温场因素

温度和压力是沉积盆地两个重要的物理场,温度影响着超压的形成和分布.本文根据钻孔实测温度和压力数据分析了川中古隆起现今压力与温度的关系;在实验室对封闭流体进行了多组温-压关系实验;利用等效镜质体反射率和包裹体测温数据恢复了川中古隆起不同井区在白垩纪抬升之前的最大古地温,并在此基础上分析了温度降低对研究区超压的影响;最后探讨了生烃增压和欠压实超压形成过程中温度的作用.研究结果表明,川中古隆起现今超压层的压力系数与温度呈正相关关系;在绝对密封的条件下,当压力大于15 MPa时,温度每变化1℃,压力变化1.076 MPa.川中地区不同井区自晚白垩世以来的差异性降温是现今同一超压层系超压强度不同的主要因素,此外超压层还应发生了流体的横向压力传递和泄漏.下古生界原油裂解形成超压的时间是180~110 Ma;气态烃伴生的盐水包裹体均一温度暗示了在90 Ma超压发生调整.盆地模拟结果显示温度对上三叠统须家河组的欠压实增压影响微弱.     

鄂尔多斯盆地构造热演化史及其成藏成矿意义

地层测温、热导率、生热率测试资料研究表明鄂尔多斯盆地现今平均地温梯度为2.93℃/100m,平均大地热流值为61.78mW/m2,属于中温型盆地.现今地温梯度、大地热流值具有东高西低的分布特征.在伊盟隆起东胜铀矿区直罗组砂岩生热率明显变高,高于泥岩的生热率,反映存在金属铀异常.在对盆地现今地温场研究的基础上,应用多种古地温研究手段恢复了盆地中生代晚期的古地温及古地温梯度,根据中生代晚期古地温梯度异常及火成岩活动年龄测试结果确定了中生代晚期早白垩世存在一次构造热事件.以建立的热史模型为约束条件,应用盆地模拟软件进行了热史模拟,重新恢复了鄂尔多斯盆地不同构造单元的构造热演化史.鄂尔多斯盆地构造热演化史对油气、煤、金属铀矿的形成、演化、成藏(矿)有重要的控制作用,特别是中生代构造热事件.无论是下古生界气源岩还是上古生界气源岩,天然气大规模生成期均在中生代晚期的早白垩世.三叠系延长统主要生油期也是在早白垩世.对于石炭—二叠系、三叠系及侏罗系的煤化过程而言,煤的最高热演化程度也是在早白垩世达到的.早白垩世也是金属铀矿重要的成矿期.     

鄂尔多斯盆地上古生界煤的生烃动力学研究

通过有压力的生烃动力学模拟实验, 获得了鄂尔多斯盆地上古生界太原组和山西组煤成C₁-C₅烃类组分的生成动力学参数. 结合鄂尔多斯盆地上古生界的古地温演化特征, 对鄂尔多斯盆地东部和中部地区的上古生界太原组和山西组煤成气的生成演化历史进行了恢复, 认为在早白垩世末盆地抬升降温过程中不存在大规模的二次生烃. 对影响煤成气行为的一些因素进行了讨论, 强调烃源岩母质的性质是决定其生烃行为的最本质原因.     

基于沉积压实模型的压力演化特征数值模拟——以1148井为例

压力是天然气水合物资源量评价的重要参数.常规基于速度分析的压力预测方法过多依赖于经验公式,精度较低、地质意义不明确,难以满足资源量评价的需求.为了获取更可靠的含水合物沉积层压力分布及演化特征信息,本研究采用基于地质模型的流体压力模拟方法对区域压力场进行研究.基于沉积压实模型的流体压力模拟方法由于将地质信息与地震数据有机结合起来,因而不但能够获取现今压力场的状态,而且能够对压力场的演化特征进行分析.通过结合南海1148站位资料,模拟得到了研究区浅层的孔隙度、超压及流体压力数据,通过与实际数据对比,进行误差分析,获取的模拟数据与实际数据误差较小,验证了该方法的准确性和有效性.模拟结果表明,沉积速率和渗透系数对模拟结果影响较大,沉积速率增加,孔隙度增加,超压增加,有效应力减小,渗透系数增加,孔隙度降低,超压降低,有效应力增加,计算误差很可能是二者共同引起的.该方法可以为现有的水合物资源评价技术体系提供有力支撑.     

利用储层流体包裹体的PVT特征模拟计算天然气藏形成古压力——以鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏为例

利用PVTsim软件, 通过对鄂尔多斯盆地上古生界山西组砂岩储层中的次生液态烃包裹体和同期含气态烃包裹体的研究, 建立起利用它们的二元一次等容线方程二者联立求得该期包裹体的捕获温度和压力的方法. 研究结果表明, 鄂尔多斯盆地上古生界石炭-二叠系储层砂岩次生包裹体的捕获压力为21~32 MPa, 均一温度在100~110℃范围的含气态烃包裹体, 其最小捕获压力比真正捕获压力低6~7 MPa, 其均一温度比捕获温度低2~3℃; 包裹体的捕获温度和压力从南向北有逐渐减小的趋势; 包裹体的捕获压力远小于当时的静水压力. 这些特征与该深盆气藏形成的地质地球化学条件相一致.     

构造应力超压机制的定量分析

构造应力一直被认为是超压形成的重要机制,但对其研究还处于定性的分析阶段．本文利用以有限元方法为基础的盆地数值模型,在一维的剖面上考虑构造应力强度、构造作用时间及方式、地层的物理成岩特征及其岩石渗透率等因素的变化,对构造应力在地层压力演化中的作用进行了模拟分析．获得了一些构造应力作为超压形成机制的新认识：（1）构造应力在水平方向上增加了地层的压实作用;（2）在极端条件下,构造应力所引起的超压增量可达构造应力的一半;（3）上覆地层因构造应力的作用而发生的更为强烈的压实结果对其下伏地层内压力的演化也很重要,其增加的超压增量可达构造应力的15%～20％．     

(U-Th)/He年龄约束下的塔里木盆地早古生代构造-热演化

塔里木盆地早古生代碳酸盐岩沉积时期的热历史由于缺乏有效的古温标进行热史恢复,一直是困扰该区下古生界烃源岩演化研究的难题.磷灰石和锆石的(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,可以用来揭示地层的构造抬升和热历史.本文利用塔里木盆地典型井中古生界层系的古温标来恢复古生代的热史.这些井在海西期长期隆升、遭受强烈的剥蚀、后期埋藏深度较小,因而古生界层系中的古温标可以保留原始热信息,从而反映古生代的温度状况.本文通过对这些钻井样品进行磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄测试,并结合磷灰石裂变径迹和等效镜质体反射率等古温标,综合模拟计算了塔里木盆地不同构造单元的KQ1和T1井早古生代的构造-热演化历史.模拟结果表明,塔里木盆地塔东北和巴楚隆起区古生代热演化存在差异.巴楚隆起区T1井在寒武纪末期的古地温梯度仅为28～30℃/km,奥陶纪的地温梯度增高至30～33℃/km之间,志留-泥盆纪地温梯度为31～34℃/km;塔东北的KQ1井区奥陶纪的地温梯度可达35℃/km,志留-泥盆纪地温梯度为32～35℃/km.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史,特别是该方法为塔里木盆地早古生代的热史恢复提供了新的途径.     

莺歌海-琼东南盆地的有机成熟作用及油气生成模式

通过对莺歌海-琼东南盆地地质、地球化学的综合分析结合盆地动态模拟技术,系统论证了高地温梯度、强超压环境活动热流体的运移和聚集对有机质热演化和油气生成的强化作用,发现并论证了异常孔隙流体压力对有机质热演化和油气生成的抑制作用及其表现形式、动力学机制,并进行了化学动力学模拟。在此基础上,总结出高地温梯度、异常压力环境有机质的热演化和油气生成模式。     

鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏储层包裹体中气体成分及同位素研究

包裹体中气体成分与碳同位素是天然气成藏研究中最可靠的地球化学参数之一.鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏储层包裹体中的气体成分和碳同位素分析结果表明:气藏砂岩储层中的绝大多数包裹体是原生包裹体;次生包裹体中的有机气体成分及碳同位素与储层中气体成分及碳同位素差别不大,表明气藏形成后次生变化很小.包裹体中与气层中气体碳同位素存在微小差异的原因有两点:一是由于井中的气体是由某一深度段内多个互不连同砂体中的气体混合而成,而包裹体中的气体为某一个深度点的气体;另一个主要原因是包裹体捕获的是源岩相对早期生成的气体,而气藏中的气体为源岩各阶段生成气体的混合;指出利用储层中二氧化碳包裹体来恢复成藏古温度和古压力是不可靠的.     

非常规储层异常压力测井预测方法及应用

超压在含油气盆地中普遍存在,异常压力的预测是油气探勘开发中的重要研究内容.本文基于测井预测异常压力的方法,对准噶尔盆地致密油、松辽盆地致密气、川南五峰—龙马溪组页岩气的超压特征进行了研究,探讨了该方法在非常规油气勘探中的运用.研究表明,莫索湾地区三工河组致密储层平均压力为47.52 MPa,压力系数平均为1.3,八道湾组平均压力为62.5 MPa,压力系数平均为1.4.德惠断陷从营城组顶部,地层表现出超压的特征,压力系数从1.32～1.7,具有明显的高压-超高压特征,且随着深度的增加,地层压力与静水压力的差值越大.川南五峰—龙马溪组页岩压力系数1.22～1.61,平均值为1.44,具有超压的特征.超压为致密储层保留了大量原生孔隙,压力系数可以作为非常规油气有利区预测、储层评价的标准.     

南海琼东南高压盆地压力结构与油气成藏关系

南海琼东南盆地为典型的高温超压盆地,在中深层高温超压地层中发育多个大型勘探目标,是中国南海勘探主战场.琼东南盆地存在多种超压成因,使得不同构造位置的压力结构不同,不同的压力结构其压力成因存在差异,并且压力结构与油气的成藏也具有非常密切的关系,而且地层压力结构与钻井安全息息相关.为了提高压力预测精度和钻井安全,研究琼东南高压盆地压力结构与油气成藏关系是十分有意义的.快速沉积的欠压实泥岩排水不畅是超压的主要成因,同时还存在断裂系统泄压、大型沉积体疏导泄压和侧向砂体传递增压等多种成因.本文首先总结不同位置的压力结构,其次分析不同压力结构的成因,最后在超压与油气聚集分析的基础上,总结超压与油气聚集成藏的关系,分析认为崖城凸起砂体泄压型低压带和大崖城区异常高压带是琼东南盆地最有利的勘探区带.     

叠合盆地构造热演化模拟方法研究——以江汉盆地为例

基于地球动力学的构造-热演化方法是沉积盆地热史研究的重要方法之一.本文以江汉盆地宜随大剖面为例,采用平衡剖面方法对叠合盆地复杂、漫长的演化历史进行构造恢复,采用多期有限拉张-挤压应变速率法进行古热流反演,最后得到盆地的古地温场.由此,建立了构造恢复—盆地基底热流反演—岩石圈尺度温度结构—沉积盆地尺度温度结构的多期伸展、挤压模型的热模拟方法流程,实现了岩石圈尺度的热模拟与盆地尺度的热模拟相结合.     

盆地超压地层识别方法--以四川盆地通南巴构造带为例

在四川盆地通南巴构造带,首先以井芯、录井资料和钻井泥浆比重资料为约束条件,利用泥岩段声波测井资料建立区域“正常压实趋势线”;然后用精细速度处理获得的地震层速度剖面减去区域“正常压实趋势线”建立速度差值剖面,速度差值剖面上的异常低速带定性指示了地层超压范围;再采用速度一压力变换技术,建立压力系数剖面,定量分析地层超压,地层压力计算结果与实际钻井采用的泥浆比重较好吻合,说明利用地球物理资料、钻井资料及地质资料不但可以定性识别超压地层,而且可以定量预测地层压力;对不同压力封存箱的认识有助于分析地层含油气性延展方向,指导下一步勘探部署。     

鄂尔多斯盆地下古生界油气地质动力学研究

以鄂尔多斯盆地奥陶系烃源岩为主要研究对象 ,采用盆地动态数值模拟和成藏动力学的方法研究其地史、热史、生烃史及排烃史等油气地质动力学特征 .结果表明 :奥陶系总体上经历了原始沉积、抬升剥蚀、快速沉降、升沉交替和差异抬升剥蚀阶段 ;盆地大地热流值总体较低 ,奥陶系的古热流演化可划分为白垩纪前的较高热流和白垩纪后的较低热流两大阶段 .奥陶系烃源岩有机质热演化整体都已进入高成熟 过成熟阶段 ,生气强度大于生油强度 ,烃类相态以天然气为主 ;单位时间的排油、排气曲线为“多峰型” ,累计排气强度大于累计排油强度 ,具良好的天然气勘探远景 .     

(U-Th)/He年龄在沉积盆地构造—热演化研究中的应用——以塔里木盆地KQ1井为例

(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,目前主要是利用磷灰石和锆石的He年龄来揭示地层的构造抬升和热历史.本文依据塔里木盆地钻井样品的实测磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄数据,初步得出了该地区磷灰石(U-Th)/He年龄的封闭温度为85℃,并建立了深度/温度－年龄演化模式;锆石则未达到其较高的封闭温度.综合利用本次实测的He年龄数据结合磷灰石裂变径迹和等效镜质组反射率等古温标,模拟计算了塔里木盆地孔雀1井（KQ1）自奥陶纪末期以来的热历史.模拟结果表明,孔雀1井区奥陶纪末期的地温梯度可达35.5℃/km,志留纪—泥盆纪时期的地温梯度为33.3～34.5℃/km,白垩纪末期地温梯度27.6℃/km左右.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史.特别是该技术为缺乏常规古温标的塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层系所经受热史的恢复提供了新的方法.     

南黄海北部盆地中、新生代构造热演化史模拟研究

盆地深部地球动力学过程控制和影响着浅部的构造热演化过程,针对南黄海北部中、新生界断陷盆地,将地球动力学模拟技术与传统古温标法相结合,对研究区中、新生代伸展断陷期演化以来的构造热演化史进行了研究.对基于改进McKenzie模型的数值模拟的原理、方法和过程进行了探讨,包括理论与计算构造沉降趋势拟合、伸展系数计算与误差校正、模拟参数定义及一维模拟结果的三维初步应用等方面.研究表明,南黄海北部盆地中生代以来伴随裂陷拉张过程其古热流整体呈现升高趋势,至晚白垩世末到古新世期间最高可达80 mW·m~(-2),古地温梯度最高可达49℃/km,部分单井构造沉降史模拟结果显示多期拉张特征,裂后期热流持续降低,至渐新世末到中新世热流约为65 mW·m~(-2),与现今热流值相当.利用一维数值模拟获取的相应参数及热史恢复结果,对盆地的古地温场进行了三维模拟恢复,取得了较好的应用效果,研究方法和成果对于盆地构造演化、油气资源评价及成藏模拟等均有重要意义.     

前梨园地区深层致密气超压特征及成藏效应

以致密气藏为代表的非常规油气藏勘探在国内逐渐得到重视.前梨园洼陷是东濮凹陷最大的生油气洼陷,展示了极好的深层超压天然气勘探前景.在实测压力基础上,结合声波时差及地震速度计算,利用东濮凹陷丰富的测井、测试和地质资料综合分析超压分布和成因.结果表明:前梨园地区地层压力在纵向上具有典型双层结构,其中沙三中下亚段超压普遍发育.泥岩层的压力分布与砂岩储层的压力分布特征具有一定差异,泥岩欠压实所产生的增压并不显著,生烃作用尤其是大量生气为区域超压形成的主要机制.超压的存在对天然气运聚成藏产生重要的影响.超压通过对成岩作用的影响,改善了深部砂岩储层物性从而提高储集性能.相同深度和储集条件下,油气层压力越高,相应含油气饱和度增高.加强超压相关研究对于本区深层致密砂岩气藏勘探意义重大.     

南黄海盆地基底及海相中、古生界地层分布特征

南黄海盆地是大型海相中、古生界和陆相中、新生界两期叠合型盆地,本文根据最新地震资料结合钻井资料及与海陆地质资料的对比研究对盆地内地震层序进行了划分,得到了陆相中、新生界盆地基底即中、古生界海相盆地的顶界埋深、三叠系和上二叠统的残留厚度,推断了陆相层基底地层分布,并根据磁力异常资料推测了海相中、古生界盆地结晶基底埋深,推断了海相中、古生界整体残留情况.下三叠统青龙组和上二叠大隆及龙潭组在南黄海盆地南部坳陷及勿南沙隆起广泛存在,而在北部坳陷的分布则狭窄,中部隆起则由于隆起和剥蚀作用导致这两套地层几乎没有残余.对中-古生界海相盆地和中-新生界陆相盆地的基底特征进行了比较,认为海相中、古生界在南黄海地区区域性存在,海相层厚度分布特征受基底起伏控制,同时受到印支板块运动的影响,中部隆起区是海相中、古生界比较稳定的地区.下古生界可能在南黄海盆地广泛分布,但受资料限制,还难以获知其残余地层的特征.