南华北盆地海陆过渡相煤系页岩地质特征及可压性分析——以中牟区块太原组为例

为探究页岩可压裂性特征,以南华北盆地海陆过渡相煤系页岩为研究对象,利用钻井、测井、录井和实验测试数据开展太原组页岩储层地质特征和可压性综合研究。结果表明:(1)太原组页岩具有低孔、低渗、有机质丰度高、脆性好、杨氏模量高、泊松比中等、应力差异适中、天然裂缝较发育等特点,具备压裂形成复杂裂缝基础;(2)页岩、砂岩、灰岩的新脆性指数均不同程度降低,灰岩降幅最大,新方法可更合理地计算出页岩最真实的脆性特征;(3)Y2井太原组6号层下部到3号层上部(2862.32~2887.64m)页岩段可压性最好,CFI指数为45.26%~64.65%,平均56.44%,高于页岩可压性评价标准(>50%)。Y2井上述井段实施直井分段压裂改造,试气后获得3 614 m^(3)/d的稳定产气量,较邻井Y1井提高2倍,表明建立的可压性评价模型可有效指导压裂施工,具有较好的工程应用价值。

南华北盆地中牟地区太原组页岩气储层特征及甜点段优选

页岩气作为一种非常规油气资源,已成为中国天然气增储上产的重要接替对象。本文以南华北盆地中牟地区重点探井中牟2井为研究对象,分析了太原组储层地质特征,基于实验测试分析、显微薄片鉴定、测井解释评价以及沉积微相等研究手段,在泥页岩储层精细分析评价的基础上,将中牟地区石炭系太原组泥页岩划分为3大段、7小层。通过小层综合对比分析显示:太原组潮坪相页岩层段②~④小层具有高TOC含量(平均3.24%)、高脆性矿物含量(平均54.5%)、高孔隙度(平均1.8%)、高含气量(平均1.45 m^(3)/t)及高全烃显示(1.89%)的“五高”特征,据此将②~④小层优选为太原组页岩气储层甜点段,研究成果可为下一步中牟地区水平井部署及水平段穿行层位优选提供指导。

华北盆地强震的震源模型兼论强震和盆地的成因

华北盆地自第三纪以来产生不均匀沉降,形成众多凹陷和隆起.传统的热张裂模型或是拉一分模型均不适用于华北盆地.我们根据反射和折射地震探测以及地震体波层析成象的结果,说明震源区附近存在Moho界面断裂,而且有明显的迹象表明,上地幔高温物质(低速度)向地壳下部入侵.因此,作者提出华北盆地强震以及凹陷形成的新模型,即在水平板块构造应力场的背景中,上地幔热物质向地壳下部入侵,它所产生的扰动应力场不仅在横向是不均匀的,而且在垂向也是不均匀的.它能够在地壳上部产生足够大的伸张应力场,同时在地壳中部或下部产生水平切应力场.这个新模型也能解释华北盆地的地壳厚度没有减薄,而地面热流又较大的现象. 由于地壳中力学性质随深度而改变,所以强震可能是由中部地壳的塑性形变以及上部地壳的脆性断层所组成的,即所谓两层破裂的震源模型.

华北盆地滑脱构造的地震学证据

在华北盆地中西部的临城一巨鹿深地震反射剖面上，ＣＤＰ叠加剖面在双程走时２．５-４．５ｓ部分显示出一系列连续性好、能量强的低角度反射事件，在剖面上显示的延伸距离达４０ｋｍ．这些反射事件解释为滑脱断层，它自西向东倾角变缓，发育在深度为ｓｋｉｎ（剖面西端）至１０ｋｍ（东端）的结晶基岩中．在剖面的浅部显示出两个相似的单边断陷盆地，其主断裂以铲形归并到这一滑脱构造．上盘在伸展过程中向东滑移，拉张和重力滑动作用可能是形成这些断裂的主要原因．剖面东部的中下地壳内众多的反射事件具有叠层状的特征，并遭受强烈的变形，可能表示地幔物质上涌侵入至地壳内．岩浆侵入在地壳上部形成附加的伸展应力场，同时使下地壳增热，粘度下降，某些矿物发生脱水作用，脱出的水上移并储存于中地壳内．伸展应力场及热和水的作用促进滑脱构造的形成．邢台地震的震源深度分布表明，这一地区脆韧过渡带的深度为１０-２５ｋｍ，滑脱面为过渡带的上界面．

南华北盆地谭庄凹陷下白垩统成岩相分布及优质储层预测

利用普通薄片、铸体薄片、扫描电镜及物性等分析化验资料,对影响南华北盆地谭庄凹陷下白垩统储层物性的压实作用、胶结作用和溶蚀作用等成岩作用强度进行了定量计算,得出了不同井和不同层段的视压实率、视胶结率和视溶蚀孔隙度,厘定了成岩强度划分标准。将下白垩统储层划分为5种成岩相类型,其中Ⅰ和Ⅱ类成岩相为较好的储集相带,Ⅲ类为中等储集相带,Ⅳ和Ⅴ类为差的储集相带。通过成岩相分布预测,结合沉积体系及次生孔隙发育分布规律,认为谭庄凹陷南部扇三角洲的北部区域、北部三角洲的南部区域处于中等-较强压实强胶结中等溶蚀成岩相带,为各层段的有利储集相带。

华北盆地南部构造样式分析

通过对南华北盆地典型地质剖面和地震剖面的研究,对盆地的构造样式进行分析和归类,厘定出5种主要构造样式,即逆冲推覆、伸展、走滑、反转和重力滑脱。在此基础上,由点及面地深入研究了该地区盆地性质和区域构造背景。探讨了华北盆地南部构造样式与油气聚集的关系,勘探实践表明油气大多集中在伸展构造样式的圈闭中,同时也要加强逆冲推覆和反转构造样式的圈闭研究。

三维黏弹性数值模拟华北盆地地震空间分布与构造应力积累关系

华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地壳一定深度范围内呈现成层分布特征;主震一般在上地壳底部9～15km深度范围,余震多发生在大约深5～25km的上地壳与中地壳范围内,在中地壳下层与下地壳中仅有少量或者鲜见有余震发生.为研究解释华北盆地地震空间分布的以上特征,本文建立了华北盆地岩石圈三维黏弹性有限元模型.震源机制和GPS反映华北盆地处于NNE最大主压应力方向挤压,因此对模型边界施以恒定的位移速率边界条件;数值模拟华北岩石圈各层位在数百年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,分析了华北地震空间分布与构造应力积累速率的关系,探讨了地壳结构与地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响.计算结果表明,Moho面的隆起与地壳各层位岩石介质的黏滞系数是华北盆地地震孕育的重要因素.华北盆地在构造挤压的持续作用下,Moho面隆起处产生明显应力集中现象.该区域应力在长时期的积累过程中,在脆性的上地壳与中地壳上层,应力表现近于线性增长趋势,上地壳底部较其它深度有最大的应力增长率,其主震可以在应力积累至岩石破裂强度时发生;在脆、韧性转换的中地壳下层,应力增长速率次之,华北地震的大部分余震可能在该层位为主震所触发;而在柔性的下地壳应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,而鲜有地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象揭示了华北地壳的分层流变性质:脆性(上地壳)-较弱脆性(中地壳上层)-较弱韧性(中地壳下层)-较强韧性(下地壳)-韧性(岩石圈上地幔)的分层流变结构.

南华北盆地谭庄凹陷构造特征与下白垩统勘探前景

通过对南华北地区谭庄凹陷断裂特征和构造样式的深入研究,确认谭庄凹陷发育了叶鲁断裂、商水断裂等29条断裂。叶鲁断裂和商水断裂分别是谭庄凹陷南、北边界的主控断裂,控制着凹陷内下白垩统和新生界的沉积与保存。谭庄凹陷发育4套烃源岩层系,下白垩统、石炭-二叠系是凹陷内的主力烃源岩层系,古近系、中-下侏罗统为潜在烃源岩层系。

南华北盆地群地温场研究

本文根据在南华北地区收集到的13口井的系统测温资料，结合该地区已公开发表的地热资料，对南华北盆地群的地温梯度分布特征进行了研究；同时依据前人的热导率资料，对南华北盆地群的大地热流分布特征进行了研究．分析结果表明，南华北盆地群现今地温梯度变化范围一般为13．0～39．9℃／km之间，平均25．3℃／km．大地热流值在30～89．6mW／m^2之间，平均热流值为53．7mw／m^2．和中国东、西部盆地现今地温相比。整体表现为一温盆．总体而言，坳陷区热流及地温梯度较小，而隆起区相对较高，横向差异明显．地温场平面展布主体为NwNww向，与盆地构造格局一致．地温梯度与大地热流的分布受构造格局的控制，新生代构造--热事件决定了盆地群的现今地温场特征．

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示:无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下(无论是挤压还是引张力作用),应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下:华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.

南华北盆地中部凹陷结构分析及油气意义

结合区域地质与地球物理两方面的资料,运用盆地分析方法,研究表明南华北盆地中部凹陷自晚侏罗世以来,演化历经了走滑—拗陷—断陷—坳陷原型的序列叠加过程,与区域大地构造环境演变一致;并指出南华北盆地的演化主要受秦岭—大别造山带与郯庐断裂的双重控制。其自身结构特征及后期构造变化对油气成藏具有重要的勘探指导意义。

华北盆地南部二叠系烃源岩特征研究

华北南部地区二叠系主要有3套烃源岩:太原组、山西组和石盒子组煤系烃源岩.烃源岩在周口凹陷、太康隆起和豫西地区均有分布。各类烃源岩的展布总体呈现为东部最厚,西部次之。岩性主要为暗色泥岩、煤和碳质泥岩。最有利的烃源岩为二叠系的太原组和山西组。有机质丰度高、类型好。烃源岩类型以腐植型为特征,型干酪根为主,灰岩干酪根以2型为主。成熟度以成熟-过成熟为主。

华北盆地新生代裂陷机制与过程的数值模拟

采用McKenzie的纯剪切动力学模型对似环状的"大华北盆地"的形成机制与过程进行初步的数值模拟。模拟结果表明:(1)"大华北盆地"新生代以来经历了两次伸展减薄—热事件,而不是原来所认为的一次事件的两个阶段;(2)第二次伸展减薄—热事件(即新近纪—第四纪)的沉降幅度要小于第一次伸展减薄—热事件(即古近纪)的沉降幅度;(3)"大华北盆地"古近纪的第一次伸展减薄—热事件可能已经进入后裂谷相,并且是处于后裂谷相的初期;(4)现今盆地的演化可能处于第二次伸展减薄—热事件的同裂谷相的晚期。这一研究对认识华北地区新生代的盆地演化及动力学背景有重要的意义。

南华北盆地倪丘集凹陷油气显示特征及找油意义

南华北盆地倪丘集凹陷共施工了16口油气探井，有7口探井见油气显示，其中位于大王庄构造上的南12井试获工业油流，累计产油32．26m^3。对凹陷内油气显示进行统计和分析，得出如下规律：油显示主要集中在下第三系双浮组；储集岩类型主要为中砂岩和细砂岩；油和气显示的深度分别集中在10000～2000m和3000～4000m；原油具有典型的煤成油特征；遭受过生物降解和水洗作用等次生变化。研究结果还表明，该凹陷存在至少一次煤成油气的生成、运移和聚集过程，并初步指出了在该凹陷的找油方向，即除了寻找原生煤成油油藏外，还要注意寻找次生油藏；上白垩统残留地层是凹陷内古生界源岩产生的油气向新生界圈闭运移聚集的遮隔层，为成藏的不利因素。

华北盆地济源凹陷古地温梯度的研究——磷灰石裂变径迹的应用

济源凹陷是勘探的前沿地区,许多油气基础地质问题(如古地温)需要解决。由于它的中生代和第三纪具有不同性质的构造和沉积发育史,可能导致古地温和油气地质的差异性。作者通过对中生界和第三系岩心和岩屑样品的磷灰石裂变径迹测定和模拟等工作,认为济源凹陷中生代和第三纪的古地温梯度分别为2.9℃/100m和3.1℃/100m,阐明了该凹陷自中生代以来经历了两次热事件,且与该地区大地构造活动的性质变化一致,也说明磷灰石裂变径迹恢复古地温是可信的。

裂缝性岩石裂缝扩展的光弹构造物理模拟——以南华北盆地户部寨沙河阶组为例

以南华北盆地户部寨第三系沙河阶组粉砂岩低渗透储层为例,总结了其中发育的5种类型构造裂缝组合,即:①南北向雁形张节理组成的共轭剪节理带;②东西向雁形张节理组成的共轭剪节理带;③缠结状多组剪切构造裂缝;④组合状交切的多组剪切构造裂缝及张裂缝;⑤散状无序排列的构造裂缝。在此基础上,建立光弹性试验构造物理模型,沿现应力场96°方向,均匀地对该模型逐步增加外载力。结果表明,沿各组合裂缝尖端分别形成对称于裂缝走向、且主轴垂直于裂缝的Ⅰ型等色线条纹;对称于裂缝走向、且主轴平行于裂缝走向的Ⅱ型条纹和斜交于裂缝走向的复合型(Ⅲ型)条纹。第①类组合裂缝尖端以Ⅰ型等色线条纹的拉张应力和张剪应力为主;第②类组合裂缝尖端以复合型(Ⅲ型)等色线条纹的挤压应力为主;第③、④和⑤类组合裂缝尖端的应力分布较为复杂。当模型外载荷接近1000kg时,裂缝尖端起裂,并开始发育显微裂缝,而当外载荷达1100-1200 kg时,沿裂缝尖端部位形成宏观裂缝,并开始扩展。5种类型的裂缝组合扩展发育程度由强至弱依次为:①,③,⑤,②,④。其中第①类共轭裂缝组合起裂最早,扩展最快,裂缝间的连通趋势最好,说明规则分布的构造裂缝组合,在垂直于外施加载衙时更易达到连通的目的。

南华北盆地群岩石圈热-流变结构

结合南华北盆地群现代地温场资料和深部地震测深资料及岩石热物性参数，对南华北盆地群的热结构进行了研究。结果表明，南华北盆地群平均热流值为53．7mW／m^2，地幔热流为30～34mW／m^2，莫霍面温度为500～550％，热岩石圈厚度为110～130km。在此基础上，进行了岩石圈流变模拟，探讨了研究区的岩石圈流变特征及其地球动力学意义。南华北盆地群岩石圈强度为（7．6～23．3）×10^12N／m，具有显著的“三明治”结构。上地壳表现为脆性变形，中、下地壳为韧性的流动变形。这一分层变形机制决定了南华北盆地群的成盆演化动力学过程。

南华北盆地谭庄凹陷巴1井下白垩统原油成因及地质意义

通过对南华北盆地谭庄凹陷巴1井下白垩统原油的物理和地球化学特征分析,证实该原油属下白垩统的自生自储,由早期遭受降解的低熟油和晚期生成的高熟油混合而成。早期原油的改造主要与晚白垩世的隆升剥蚀和古近纪拉张断层的切割改造有关,晚期大量高成熟油的充注应与古近纪晚期以来下白垩统再次埋藏发生的二次生烃作用和构筑的良好保存条件有关,反映谭庄凹陷下白垩统不仅具有良好的生油潜能,而且具有晚期成藏的有利条件,是南华北地区较现实的勘探层系。

南华北盆地亳州—阜阳地区页岩气钻井技术

为寻求南华北盆地安徽北部地区油气资源勘查的突破,在亳州、阜阳一带部署了多口勘探井。针对皖亳参1井中古生界地层可钻性差、取心易堵及取心难度大等难点,采用配置双扶正器取心筒、调节岩心爪间隙、优选PDC钻头以及优化取心参数等方法,高效完成230 m破碎层取心,收获率达96.89%;针对皖太参1井二开长裸眼井段发生失返性漏失、卡钻等井下复杂,采用多种堵漏配方堵漏,以及复合震击-卡点爆炸-套铣等一系列工序成功解卡。通过多口井的技术实践,形成了一套适宜于亳州—阜阳地区页岩气调查井的高效取心技术和复杂处理方法,为下一步该地区同类井钻井施工提供借鉴。

华北盆地地下热水的水动力条件及水化学响应

华北盆地地下热水的水文地球化学分带对水文地质动力分带有着积极的响应特征和很好的指示作用,自周边山区至华北盆地内部,自浅部向深部,地下热水的水质逐渐变差,18 O漂移程度越来越大,2 H过量参数d值越来越小,指示循环交替条件逐步变差。地下热水高矿化度带的分布特征说明西部、北部的太行山、燕山为华北盆地地下热水的主要补给区,鲁西南山区的补给比例相对较小。水化学的分布特征说明,在盆地平面和垂向上,存在砂岩类地下热水的向心流(渗入成因水)与离心流(沉积成因水)的水动力平衡带,反映了向心流与离心流是此消彼长的动态平衡关系。