中国含油气盆地深层勘探的主要进展与科学问题

中国沉积盆地深层的油气勘探实践不断取得进步,提出了与之密切相关的油气地质基础科学问题,凝练与分析这些问题将为深化我国沉积盆地深层地质研究与油气勘探提供引领。近年来,我国在深层海相碳酸盐岩、砂砾岩、火山岩、变质岩与页岩气等勘探领域中发现了一系列大型油气田,油气勘探发现深度推进到7 000～8 500m,勘探前景良好。但由于沉积盆地深层经历了长期构造演化,温、压场与应力场变化大,地质结构多变,油气成藏过程复杂,深层油气勘探面临着一系列关键地质问题,主要包括:中国大陆的形成演化及其构造-古地理,中国小克拉通地块之上海相盆地的原型及演化,中国沉积盆地的多期改造过程与叠加地质结构,沉积盆地的成因机制与动力学演化,深层烃源岩发育、成烃机制及其演化,深层储集体的形成机制与分布,深层油气成藏机制,多期叠加、改造背景下油气聚集与分布规律,深层页岩气赋存机制与分布规律,过程导向的沉积盆地4D动态模拟。我国沉积盆地深层的油气地质基础研究与实际应用需求相比有较大差距,需要立足于中国大陆实际,在盆地的形成演化过程与油气成藏动力学等方面进行深入探索,期望在活动论构造-古地理、三维构造复原、流体-岩石相互作用与四维动态模拟方面取得实质性进展。     

沉积数值模拟研究现状及实例

沉积数值模拟是开展沉积学定量研究的重要手段,在油气地质学、水利工程等领域中发挥着重要作用。本文基于大量国内外文献调研,结合实际研究工作,系统概述了沉积数值模拟的发展历程及模型分类,归纳了几何规则、水动力方程、扩散方程、元胞自动机和模糊逻辑等5种模拟方法,对比各种方法的基本原理、优缺点以及与其相对应的代表性模拟软件的特点;总结了沉积数值模拟在层序地层学,沉积过程及沉积机理,“源-汇”系统和油气地质学等4个研究领域中的应用现状及独特优势;并结合东营凹陷北部陡坡带断层控制背景下两种湖相重力流沉积数值模拟研究实例,进一步说明了沉积数值模拟在沉积学研究中的有效性与重要性;最后展望了探索不同沉积机制数值模拟新方法,多地质过程耦合数值模拟与地质几何建模一体化,基于人工智能驱动的沉积过程反演数值模拟以及在非常规油气资源勘探开发中深入应用是该领域未来的发展方向。     

扇形沉积体生长过程的动力学机制及分形模拟

扇形沉积体是我国内陆及近海中、新生代含油气盆地的重要油气聚集体, 如何定量地表征沉积体的分布状况及内部结构参数的空间变化规律, 对指导油气勘探具有重要意义.扇形沉积体的生长过程是一个复杂的非线性动力学过程, 通过对其生长的沉积动力学、混沌动力学和分形动力学机制的分析, 认识到扇形沉积体的生长具有分形特征, 决口过程是造成其外部形态复杂多变的重要原因; 分形几何学理论在沉积体定量建模和模拟方面具有较好的应用前景.采用分形-地质统计学相结合的方法, 对扇形沉积体的外部形态和内部结构特征实施了计算机模拟, 并对模拟结果进行了讨论.      

沉积盆地动力学进展及在油气勘探中的应用

沉积盆地在演化过程中,其沉积充填记录了海陆变迁,构造格局演变及与周围环境的相互作用的具体历史。人类所需绝大部分油气资源也都蕴藏于沉积盆地中。讨论总结前人有关研究成果,综述我国盆地动力学主要研究进展。结合若干实例概述沉积盆地动力学在油气勘探中的应用。二十世纪九十年代,对于沉积盆地的研究上升到了沉积盆地动力学的高度,且与油气勘探的关系越来越密切,已成为油气勘探中不可缺少的分析方法,沉积盆地动力学对油气生成、运移和聚集成藏有着重要的影响。     

特约主编致读者

在油气勘探进入岩性隐蔽油气藏的今天,沉积学正发挥越来越重要的作用。当前,全球的油气勘探都面临开源的困难,针对现今油气勘探需要,在层序地层学及油气沉积地质方面亟需新的理论和方法支撑。近年来,有关层序地层学理论、研究方法及油气沉积地质方面的研究取得了较多进展。“层序地层学及油气沉积地质”专辑旨在介绍国内外研究现状和方法及国内目前开展的工作,以引起同行关注和兴趣,促进层序地层学及油气沉积地质的发展。     

沉积学发展及油气勘探领域热点问题概述

沉积学发展经历了萌芽与初步形成、沉积岩石学到沉积学、沉积学全面发展3个阶段.研究范畴从微观到宏观,从沉积岩的岩类学特征深入至成因探讨,从岩石观察到对沉积相的解释.层序地层学、地震沉积学是沉积学定性到定量化研究的开端,地球化学、数值模拟和实验技术是实现定量化的有效途径.总结了当前油气勘探领域中沉积学的热点问题,如地震沉积学的理论研究和实际应用,深水沉积的识别,白云岩的成因,浅水三角洲在油气勘探开发中的发展前景,旋回地层学及全球变化沉积学的发展与挑战等,为新的理论方法和技术手段的进一步完善提供基础信息.     

扇形沉积体生长的分形几何特征分析

扇形沉积体是我国内陆及沿海地区中、新生代含油气盆地中的重要油气勘探目标,对其平面分布形态和内部结构参数特征的定量表征是油气勘探部门极为关注的问题。随着分形几何理论在沉积学领域应用的日趋广泛,使人们可从新的角度来考虑这一问题的解决方法。扇形沉积体的生长是一个复杂的非线性动力学过程,且具有分形特征。分维数的大小反映了沉积体外部形态和内部结构的复杂程度,分维数的变化幅度预示着构造和沉积背景的某些信息。将分形和混沌理论相结合,也许是实施扇形沉积体非线性动力学建模和模拟的重要途经之一。     

中国湖相沉积物重力流研究的过去、现在与未来

深水重力流沉积领域是当前全球油气勘探与研究的热点,陆相盆地深水重力流沉积研究在我国已有50年历程,大致可以分为3个阶段,即浊流理论探索与发展阶段（1970—1980年）、浊流理论工业化应用阶段（1990—2000年）和砂质碎屑流研究阶段（2010年以后）。近10年来,随着国际深水沉积理论的发展与我国油气勘探技术的进步,湖盆深水沉积研究工作进展迅速,涌现出了大量的新成果、新认识,主要包括以下4个方面: 1）湖盆中央深水区至少存在浊流、异重流、砂质碎屑流及底流4种类型的重力流与牵引流沉积;2）湖盆中不同类型的流体在搬运与沉积过程中存在互相转化,形成混合事件层（Hybrid Event Bed）;3）建立了湖相砂质碎屑流搬运—沉积过程的鉴别标志—— “泥包砾”结构（Mud-coated intraclasts）;4）地震沉积学理论与技术方法在湖相重力流内部沉积单元解剖、湖盆深水沉积模式建立等方面取得巨大成功。展望未来,为适应油气工业勘探开发需求,湖盆深水沉积研究发展趋势主要有5个方面: 1）深水砂体成因类型划分、搬运—沉积过程及沉积模式的建立与完善;2）深水泥页岩（细粒沉积）成因机理、类型划分及其油气意义研究;3）深水沉积“源—汇”系统与地震响应及评价预测研究;4）深水沉积搬运—沉积过程实验模拟研究;5）新的深水沉积理论体系建立及其在油气勘探开发中的应用。     

南黄海北部盆地东北凹陷烃源岩的早期预测

烃源岩评价是沉积盆地油气地质研究的重要组成部分,尤其对油气勘探初期的战略选区与决策至关重要.南黄海北部盆地东北凹陷的油气勘探程度极低,至今尚无探井揭示烃源岩的发育特征,因此制约了凹陷的油气勘探进程.基于地质类比原理,采用与其相邻类似凹陷--北部凹陷综合对比的方法,应用层序地层、沉积相、地震相分析及含油气盆地动态数值模拟等技术,分析了东北凹陷主要烃源岩层的空间展布和生烃演化特征,并初步形成了一套适用于勘探程度低的地区烃源岩早期预测的方法技术流程.研究表明,南黄海北部盆地东北凹陷发育上白垩统泰州组主力烃源岩系,具有广阔的油气勘探前景.     

含油气系统概念的内涵

含油气系统的概念自1972年首先由 Dow 在丹佛召开的 AAPG 年会上提出后,历经诸多学者的补充、修改而完善。现在我们可将其内涵归纳为以下几个方面。(1)沉积盆地、含油气系统、成藏组合及勘探目标等层次构成一个油气勘探序列。含油气系统是一个油气勘探层次,介于沉积盆地与成藏组合之间。含油气系统是一个油气成因单元,它占据一定的沉积空间,一般仅为构成含油气盆地     

湖相深水细粒物质的混合沉积作用探讨*

沉积物的混合是自然界的普遍现象,湖盆中广泛发育的深水细粒沉积岩本身就是一类混积岩。以东营凹陷古近系沙河街组三段下亚段—沙河街组四段上亚段细粒沉积岩为研究对象,通过厘米级岩心观察描述、小型沉积构造解剖、岩石薄片观察、X射线衍射全岩矿物分析及微量元素测试等方法,研究细粒物质的产出状态和混合方式;分析湖盆流体、气候及水体性质对细粒物质迁移、混合、沉积的控制作用,尝试探讨细粒物质的混合沉积机制。结果表明,湖相深水细粒沉积岩既有物质成分上的混合,也有结构的混合,且在宏观与微观的不同尺度均存在混合;混合沉积作用有均匀混合、纹层叠置混合、不均匀团块状混合等类型。纹层叠置混合沉积是最主要的混合沉积方式,依据纹层接触关系、所占比例及矿物产出状态可分为泥砂—灰纹层叠置混合型、泥—灰纹层叠置混合型、泥砂粒序—灰纹层叠置混合型、灰—泥—云纹层叠置混合型等。湖相深水细粒物质的混合沉积作用类型多且往往受多个因素同时控制,气候及水动力条件是控制细粒混合沉积岩发育的最主要因素,不同流体(浊流和底流)作用下的细粒沉积物混合作用存在差异。气候引起湖水性质变化及水体分层,从而控制不同类型细粒物质的絮凝沉降及化学沉积。不同构造部位、不同水体深度的混合作用不同;相同构造部位在垂向上也存在混合沉积方式的差异。     

陆棚海泥岩的岩相特征及沉积过程

传统的沉积模式认为大部分细粒沉积岩（泥岩或页岩）的沉积发生在相对深水、低能的环境中。作为地表上分布最为广泛的沉积岩类型,泥页岩包含了对重构地质历史时期古地理、古气候的重要信息。泥页岩除了可以作为有效的烃源岩,勘探开发技术的进展更发掘出泥岩作为非常规油气储层的巨大潜力。近十年来,国内外对细粒沉积物的水槽实验、泥岩沉积微相的精细分析、以及泥岩岩相组成特征的研究取得了长足的进展。这些研究对泥岩的沉积过程和沉积模式在不同角度上提供了新的认知。大部分泥岩（甚至包括众多有机质含量高的泥岩）都可能沉积在相对浅水以及水动力条件相对较高的环境中。不同的沉积过程（底部水流）形成不同的泥岩沉积微相,并对有机质在泥岩中的埋藏富集具有重要的控制作用。以晚白垩纪北美西部内陆海道为例,总结在陆棚浅海环境中（最大水深< 200 m）,位于从近岸到远岸（> 500 km）不同沉积环境（包括前三角洲/下邻滨、内陆棚、中陆棚、和外陆棚环境）中的泥岩的主要沉积过程、沉积微相特征、以及富集有机质的潜力。由于沉积过程和沉积环境是决定泥岩成分、沉积相、和岩石物理特征非均质性的首要因素,不同浅海环境中的泥岩相特征和沉积模式可有助于利用泥岩地层进行古地理、古气候的重构,并能够对预测不同陆棚浅海环境中沉积的泥岩作为有效烃源岩或有效储层的潜力提供指导。     

泥页岩沉积物理模拟研究进展与发展趋势

泥页岩约占沉积岩三分之二,不仅记录着丰富的地质信息,同时也是化石燃料、金属与非金属等矿产的重要物质来源,但目前它们的沉积过程与形成机理研究仍处于探索阶段。沉积物理模拟实验是模拟沉积物沉积过程、揭示其形成机理的有效手段之一。冲积扇、三角洲、重力流等粗粒沉积物一直是沉积物理模拟的重要研究对象,但随着非常规油气大规模勘探开发,泥页岩等细粒沉积逐渐成为研究热点,相关沉积物理模拟也取得了一些重要进展,主要包括泥页岩沉积机理、砂质纹层沉积机理、透镜状纹层沉积机理和细粒碳酸盐岩沉积机理等四个方面,这些新进展正在改变着传统认识。在此基础上,展望了泥页岩沉积物理模拟发展趋势,未来将大力推动非常规油气沉积学创新发展,并对全球气候变化、岩相古地理、地质资源开发、水利工程建设、生态环境保护和自然灾害防治等领域产生重要影响。     

长试管静置沉降实验结果对湖盆细粒沉积纹层成因的启示*

沉积结构与沉积构造的研究是目前细粒沉积学中的重要内容。同时,富有机质泥/页岩的纹层成因也一直是困扰人们的难题。影响湖盆细粒沉积物纹层形成的因素很多,其中盐度、有机质含量是非常重要的因素,尤其是油页岩在淡水与咸水环境均可发育,其纹层的形成与水体盐度有何关系需要深入探讨。通过长试管静置实验,模拟并观察在静水条件下,黏土矿物、富有机质泥质沉积物在淡水、微咸水及咸水3种湖盆水体环境中的沉降过程与沉降速率,通过实验观察绘制沉降过程曲线并计算沉降速率。研究表明: 在淡水中富有机质泥的沉降速率明显高于黏土矿物的沉降速率;而在微咸水与咸水中,黏土矿物的沉降速率明显比富有机质泥要高;同时,2种类型的细粒沉积物在3类水体环境中各自的沉降速率也存在不同的规律。通过分析实验结果,指出在不同水介质条件下,絮凝作用类型的差异与浮力作用的影响是造成细粒沉积速率差异的主要原因。而有机质、黏土矿物及水体盐度共同控制细粒沉积物的沉降速率,一旦这些条件发生变化,那么就容易形成类似或不同的纹层,尤其是有机质丰度与盐度变化时,更容易形成不同成分的纹层。因此,油页岩的形成除需要相对安静水体环境外,还与有机质丰度、黏土矿物含量、絮凝过程及水体盐度变化的综合响应有关,而并非单独与水体盐度相关。另外,受沉积作用影响,湖盆不同区域的细粒沉积构造类型有差异。     

长试管静置沉降实验结果对湖盆细粒沉积纹层成因的启示*

沉积结构与沉积构造的研究是目前细粒沉积学中的重要内容。同时,富有机质泥/页岩的纹层成因也一直是困扰人们的难题。影响湖盆细粒沉积物纹层形成的因素很多,其中盐度、有机质含量是非常重要的因素,尤其是油页岩在淡水与咸水环境均可发育,其纹层的形成与水体盐度有何关系需要深入探讨。通过长试管静置实验,模拟并观察在静水条件下,黏土矿物、富有机质泥质沉积物在淡水、微咸水及咸水3种湖盆水体环境中的沉降过程与沉降速率,通过实验观察绘制沉降过程曲线并计算沉降速率。研究表明: 在淡水中富有机质泥的沉降速率明显高于黏土矿物的沉降速率;而在微咸水与咸水中,黏土矿物的沉降速率明显比富有机质泥要高;同时,2种类型的细粒沉积物在3类水体环境中各自的沉降速率也存在不同的规律。通过分析实验结果,指出在不同水介质条件下,絮凝作用类型的差异与浮力作用的影响是造成细粒沉积速率差异的主要原因。而有机质、黏土矿物及水体盐度共同控制细粒沉积物的沉降速率,一旦这些条件发生变化,那么就容易形成类似或不同的纹层,尤其是有机质丰度与盐度变化时,更容易形成不同成分的纹层。因此,油页岩的形成除需要相对安静水体环境外,还与有机质丰度、黏土矿物含量、絮凝过程及水体盐度变化的综合响应有关,而并非单独与水体盐度相关。另外,受沉积作用影响,湖盆不同区域的细粒沉积构造类型有差异。     

Depositional processes on an ancient and modern muddy shelf, northern California

The modern Eel River shelf and analogous Pleistocene Rio Dell Formation in northern California provide an ideal opportunity to combine the advantages of studying a modern environment with those of studying an ancient sequence, and thereby enables further understanding of muddy-shelf processes. The modern shelf is the site of accumulation of a thick deposit of Holocene mud. Both large-scale sediment distribution patterns and small-scale stratigraphy on the shelf indicate that river floods play an important role in sediment accumulation, even on a high-energy, ‘storm-dominated’ coast. The major factors in preservation of this flood ‘signature’ are the cohesive behaviour of fine-grained sediments and episodically rapid rates of sediment input. The Rio Dell Formation includes approximately 400 m of mostly fine-grained shelf deposits that accumulated offshore from a palaeo-Eel River mouth. The shelf sediments comprise four depositional sequences. Sequence 1 records progradation from outer to inner shelf depths. Facies trends closely resemble across-shelf trends on the modern shelf, suggesting that processes were similar. Detailed examination of these deposits provides insight into the nature and role of various processes on both the ancient and modern shelf. Muddy facies of the Rio Dell sequence are characterized by bioturbated, clayey silts, interbedded with event layers of several types. Clay-rich silt layers are interpreted as flood deposits and physically stratified, coarse-silt layers are interpreted to record transport and deposition of coarse silt on the midshelf during storms. Sediment-transport calculations and consideration of grain-size distributions of bioturbated sediments, which form the bulk of the Rio Dell sequence, suggest that these sediments are the result of biological homogenization of the fine-grained flood deposits and of the coarser-grained storm deposits. The results of this study in general indicate that fine-grained shelf deposits do preserve a distinguishable, if subtle, record of depositional processes.     

海相泥页岩沉积过程研究进展

随着全球页岩油气勘探开发的不断深入,海相泥页岩作为非常规油气沉积学的重要研究对象之一,其沉积特征及沉积过程日益引起学者们的关注,并在岩相分类、沉积过程解释及层序地层划分方面取得了显著进展.海相泥页岩的岩相划分已达到厘米—毫米尺度,其命名原则主要考虑结构(粒度)、层理及矿物成分等特征,结构方面着重参考砂级、粗泥级和细泥级...