古地貌动态模拟研究进展综述

作为连接深时地球内外系统的关键界面,重建的古地貌为跨圈层耦合、多学科交叉研究提供了重要途径。地球系统理论的进步以及计算机模拟技术的发展,使得深时古地貌动态重建成为可能。近年来,Badlands(Basin and Landscape Dynamics)区域古地貌模拟软件和goSPL(Global Scalable Paleo Landscape Evolution)全球古地貌模拟软件的开发,将地球深部构造过程、降水、海平面变化等若干地球系统因素联系起来,为理解地表系统演化及其与地球固体圈层相互耦合提供了新的技术基础。基于这些新兴模拟技术,聚焦东亚地形倒转和水系重组、显生宙古地貌演变与海洋物种多样性关系等问题,国内外学者分别已开展了相关模拟工作并取得了很好的研究成果。但鉴于高程代用指标本身的不确定性,不同古地貌重建模型之间存在差异;此外,这些古地貌重建模型很难做到与高精度的地质观测记录完全吻合,迫切需要开展超高(时间和空间)分辨率的海陆古地貌重建。

四川盆地五百梯地区长兴组古地貌恢复及地震预测

四川盆地五百梯地区长兴组地层分布范围广、勘探潜力大,但存在礁滩储层厚度薄、礁滩体刻画难、演化规律不明显、非均质性强等问题,增加了储层预测的多解性。对此,从生物礁岩石学特征及储层特征研究出发,提出了生物礁储层的纵向发育规律和部位,并利用生物礁储层的地震异常特征,刻画礁滩体优质储层横向展布特征,并重点分析了古地貌对礁滩储层发育特征的关键性控制作用,最后结合古地貌恢复及储层反演等方法,对礁滩储层进行综合评价,并总结形成了长兴组礁滩体储层地震识别模式,降低了礁滩储层预测的多解性。研究发现,长兴组沉积前已形成了海槽雏形,长兴组早中期形成了台缘及台内二排礁区域高地貌基本格局,到长兴组沉积末期海槽特征明显,古地貌高部位是储层发育的最有利区域,优势储层主要集中在台缘外带及台内二排礁局部区域,该认识为四川盆地长兴组台内礁勘探提供了重要的依据及借鉴意义。

鄂尔多斯盆地胡尖山地区前侏罗纪古地貌特征与油气成藏模式

鄂尔多斯盆地侏罗系延安组油藏分布在不同程度上受到古地貌的控制。胡尖山地区地处甘陕、蒙陕2条古河交汇之处,古地貌刻画精度不足,严重制约了油气勘探开发的进程。综合完钻井、测井资料,分别采用印模法、残余厚度法并综合2种方法,在胡尖山地区划分出古河谷、河间丘、阶地、斜坡、坡嘴、低残丘6种古地貌单元,并进一步结合试油试采及生产动态资料,总结出坡嘴成藏和河间丘成藏2种成藏模式,研究结果为下一步勘探开发部署提供地质依据。

鄂尔多斯盆地中部古地貌油藏类型及勘探前景

鄂尔多斯盆地中部侏罗系油藏得到重大突破,在区域地质背景研究基础上,通过分析研究区的油气藏特征来确定其油藏成藏模式,并建立有利区预测筛选原则,进行有利区评价与预测。研究结果表明:基于研究区不同层位、不同井区油气藏特征的分析,发现该区侏罗系油藏的主导要素为构造要素;研究区主要发育斜坡、河间丘、古河和高地4种古地貌单元;根据“斜坡带的构造高点、古河的构造高点、古高地中的有利聚集单元”这一筛选原则建立有利区分类标准,分别进行了研究区富县组、延10及延9有利区预测。

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组一段沉积期古地貌特征及有利储层分布

依据岩心、测井及地震等资料,对吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组一段沉积期古地貌进行了恢复,并预测了其有利储层分布。研究结果表明:①吉木萨尔凹陷芦草沟组一段发育丰富的粒序层理、块状层理、爬升沙纹层理及植物碎片,频繁出现的对偶粒序及内部侵蚀面沉积构造为湖泊异重流成因,进一步识别出水道、水下天然堤、朵叶体及侧缘4种微相类型,其中水道和朵叶体为有利储集微相。②芦草沟组一段沉积期,吉木萨尔凹陷古地貌整体呈“南低北高、中部低东西高”的沉积格局,低部位发育古沟槽、古低凸起及古低洼3类微古地貌单元。古沟槽内水道储层为加积叠置、厚层状充填,古低洼区内朵叶体为进积—侧积叠置、薄层席状披覆,古低凸起分割异重流沉积;古斜坡区异重流欠发育。③吉木萨尔凹陷南部发育3个异重流供给水道区。异重流水道向北进积,主水流线分散成多支,在水道末端形成多个连片叠置的朵叶体。

四川盆地蓬莱气区震旦系灯影组二段岩溶古地貌与控储模式

基于钻井岩心描述、薄片鉴定、测井资料以及三维地震资料,对四川盆地蓬莱气区震旦系灯影组二段(灯二段)表生岩溶古地貌与储层发育规律进行系统研究。结果表明:(1)蓬莱气区灯二段垂向上可划分为地表岩溶带、垂直渗流带、叠合带、水平潜流带和深部缓流带,其中水平潜流带发育储层厚度最大。(2)采用双界面法恢复了蓬莱气区灯二段岩溶古地貌,划分为4个一级古地貌单元:岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地和岩溶盆地,整体表现为“一高、一斜、两洼”的古地貌特征。(3)东部高石梯—磨溪地区为岩溶高地,中部发育岩溶斜坡,西北侧及西南侧为岩溶洼地。岩溶高地主要发育垂直渗流带,岩溶斜坡主要发育水平潜流带。蓬莱气区灯二段储层的发育由岩溶古地貌与沉积相联合控制。(4)表生岩溶储层是四川盆地蓬莱气区灯二段的主要储层类型,岩溶斜坡叠合丘滩体微相形成了优质储层。

长江三峡贯通过程的动态古地貌重建

长江是亚洲第一大河,其形成和演化是新生代以来中国东西部构造—气候—地貌综合演变的结果。长江三峡的贯通是现代长江形成的标志性事件,但受限于传统沉积学、地球化学等单一方法的制约,对“长江三峡何时贯通”这一关键科学问题一直存在争议。综合考虑了构造运动、古气候及海平面变化等影响河流发展的关键因素,并将这些因素输入Badlands古地貌模拟软件,动态重建了长江“第一弯”以东地区晚白垩世(80 Ma)以来的长江流域地貌及水系演化过程;并利用四川盆地和江汉盆地的地震剖面资料验证了模拟结果的可靠性。模拟结果表明,青藏东部及上扬子西南缘晚始新世—渐新世的阶段性隆升迫使四川盆地原有南流水系下切受阻,沉积物在盆内堆积形成冲积河道并促使四川盆地地貌由“东北高西南低”反转为“西南高东北低”;新生代早期,江汉盆地长期受控于中国东部的裂陷环境,持续处于较低基准面。四川盆地的水系反转和江汉盆地的持续低基准面,最终导致位于二者之间的长江三峡在晚渐新世发生贯通。由此,本研究提出一种上扬子地区水系反转并被下游捕获的三峡贯通机制。

华北早白垩世古地貌动态演变及热河生物群东迁

早白垩世期间,华北地区东北部分布着极其重要的生物群——热河生物群,其繁盛期对应着华北克拉通破坏峰值时期(125 Ma)。华北克拉通破坏导致的古地貌和古气候等环境变化,可能是引起热河生物群分布时空发生变迁的重要外部驱动因素之一。然而,目前缺少对华北地区早白垩世古地貌动态演变过程的定量描述。因此,本研究主要通过构建古土壤风化指标(PWI、CFX_(Na))、碳酸盐同位素等数据库,重建了华北地区晚侏罗世—早白垩世之交(145 Ma)的古地形;并结合磷灰石/锆石裂变径迹、剥蚀厚度恢复、海平面变化等数据,利用Badlands软件定量化动态模拟了华北地区早白垩世古地貌演变过程。模拟结果表明,早白垩世期间,受控于古太平洋板块俯冲后撤的影响,华北克拉通经历了由“东高西低”变为“西高东低”的地形翘变和破坏过程,并伴随着自西向东的断陷盆地的迁移;大规模火山喷发与断陷盆地的出现共同控制了热河生物群的向东迁移,热河生物群在燕山地区的山间盆地兴起。

新近纪以来华北东部古地貌演化数值模拟及陆架海沉降控制

中生代以来,华北地区经历了华北古高原垮塌形成渤海湾盆地的地貌巨变过程。针对中生代的华北古高原和古近纪期间的渤海湾盆地裂陷过程已有大量研究,但新近纪以来,由于受太行山隆起、黄河沉积物输运、黄河贯通及海侵等地质事件影响,现今华北东部沿海地区及海域的地貌演化过程及地貌格局的定型时间还存在争议。使用Badlands数值模拟软件,定量化分析了地幔对流、构造事件、古气候、侵蚀和沉积等地球深浅部多种因素对于地形地貌的贡献,动态重建了华北东部晚新生代(25 Ma)以来的地貌演化过程;并通过与区域构造格架和沉积相展布的对比,检验了模拟结果的合理性。结果表明,华北东部的地貌格局在中新世期间已定型并趋于稳定演化;陆架海沉降是该时期华北东部地貌演化的一级控制因素。此外,该时期华北东部可能存在一条环山东半岛的古河流——华东河,这条古河流的形成时间不晚于中新世,可能在全新世期间消亡。本研究的古地貌模拟结果也有助于系统理解华北洋陆过渡带的多圈层相互作用。

四川盆地南部中二叠统茅口组岩溶古地貌恢复及特征

岩溶古地貌是含油气盆地沉积微相类型、分布范围及储层发育的主控因素,恢复岩溶古地貌对指导油气勘探至关重要。基于钻井、测井及地震等资料,采用沉积速率法和地层厚度对比法对四川盆地南部地区中二叠统茅口组顶部不整合界面的剥蚀厚度进行了精确计算,并根据剥蚀厚度的地区差异及古地貌指示,对岩溶古地貌单元进行了进一步划分。研究结果表明:①四川盆地南部中二叠统茅口组顶部主要发育平行不整合,仅在局部地区形成角度不整合。早中二叠世,上扬子地台内部沉积稳定,构造运动较弱,沉积速率法与地层厚度对比法相对更适用于研究区的岩溶古地貌恢复。②研究区中二叠统茅口组顶部剥蚀厚度为0~120m,其中北部剥蚀最强烈,如LG1井区、W4井区代表了岩溶古地貌地势的最高位置,向东南方向剥蚀强度逐渐减弱,地势逐渐降低;剥蚀最薄弱地区位于LS1井东北部,代表了岩溶古地貌地势的最低位置,整体呈现北部高,南部低,东北部最低的地貌格局。③研究区茅口组古地貌特征控制了岩溶作用的发育强度,可划分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地等3个二级岩溶古地貌单元以及溶峰盆地、溶丘洼地、丘丛谷地、丘丛洼地、丘丛沟谷、峰林平原、残丘平原等7个三级古地貌单元,其中岩溶斜坡易形成良好的储集空间,为油气圈闭的形成奠定了良好的基础,是下一步有利勘探方向。

鄂尔多斯盆地怀远运动期岩溶古地貌恢复及油气地质意义

怀远运动不整合面附近是鄂尔多斯盆地寒武系的勘探新方向。在地层的暴露剥蚀和大气淡水的淋滤溶蚀作用下,寒武系顶部发育了风化壳岩溶储层,但岩溶古地貌尚未得到恢复,难以满足勘探的要求。本文基于录井、测井、岩心及野外剖面等资料,通过地层划分、对比和等时地层格架的建立,在寒武系上覆地层中优选马三段顶面作为岩溶古地貌恢复的基准面。根据寒武系顶部与马三段顶面之间的印模厚度,绘制地层等值线图,并恢复岩溶古地貌。基于此,可以划分出岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地共3个古地貌单元,在岩溶斜坡中可划分出次一级地貌单元——残丘。研究区在怀远运动期为西高东低的地貌格局,西部庆阳、同心、鄂尔多斯一带为岩溶高地,中部条带状岩溶斜坡区发育乌审旗、大荔等残丘地貌,东部吕梁一带为岩溶盆地。根据古地貌单元与储层发育的关系,岩溶高地和岩溶斜坡内的残丘有利于储层的形成,是天然气勘探的有利方向。

长宁地区龙马溪组页岩沉积古地貌与页岩气差异富集的耦合机制

长宁地区下志留统龙马溪组页岩的发育过程存在空间非均质性,导致了高产能区域仅局限于个别构造单元区。通过长宁气田(地区)新获取的钻井等资料,结合龙马溪组沉积古地貌,探究不同地貌单元下的古生产力、氧化-还原环境,阐明地貌单元与页岩气富集的联系机制。结果表明:(1)长宁地区龙马溪组沉积古地貌呈现出多级隆洼相间格局,西南与东北部形成两大低幅隆起区,矿物组分空间变化所指示的物源方向与古地貌高度吻合。(2)相较于古沟谷区,古隆起区拥有更丰富的陆源营养物质供给和更高的古海洋生产力,有利于有机质优势富集,且古隆起区近物源的特性使其成为相对高石英含量的脆性区。但随着海平面降低,古隆起区的氧化作用相较于古沟谷区更强,并不利于有机质保存。(3)长宁地区龙马溪组孔隙度、TOC和含气量三者关系紧密,表明有机孔隙是优质页岩孔隙的重要组成。(4)与古沟谷区相比,古隆起区更有利于优质页岩中有机质的生烃和储存,同时也更便于后期的生产压裂。

渤海湾盆地辽中凹陷北部东营组沉积体系发育演化与构造古地貌的控制作用

根据地震和钻、测井资料,识别渤海湾盆地东北部辽中凹陷北部东营组中下段地震相和岩相组合类型,揭示沉积体系的发育演化规律;拉平古水平面,恢复东营组沉积时期构造古地貌,探讨构造古地貌对沉积体系发育演化的控制作用。结果表明:辽中凹陷北部东营组中下段可识别6种地震相与9种岩相组合类型,发育辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖底扇以及碎屑湖泊等沉积,北部由辫状河三角洲演变为双向供源的曲流河三角洲-湖底扇,中南部早期发育小型辫状河三角洲并逐渐消亡,南部小型辫状河三角洲逐渐向北推进;东营组中下段沉积期研究区整体南高北低,可划分辽东凸起和辽中凹陷2个隆坳单元,进一步识别断裂陡坡带、缓坡断阶带、缓坡带、古沟谷等构造古地貌单元;研究区发育的沉积体系类型及规模与古坡折坡度、凹陷沉降中心位置、古沟谷规模密切相关,沉积体系的分布演化是盆地隆坳格局、坡折地貌形态、古沟谷发育位置与物源供给方向共同作用的结果。该结果对研究区油气勘探有利砂体预测具有指导意义。

川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌识别及储集意义

综合利用钻井、测井、岩心及地震资料,通过建立地震正演模型模拟、RGB分频融合技术及波形分类分析等手段,对川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌进行了识别与刻画。研究结果表明:(1)川东五百梯地区石炭系遭受的岩溶作用强度自西向东逐渐变小,东南部石炭系原始沉积厚度更大,但残余厚度分布不均匀,主要为10~30 m;西北部地层厚度较小,为0~15 m。(2)研究区石炭系自西向东可识别出岩溶高地和岩溶斜坡2个二级地貌单元,岩溶斜坡可划分为残丘和浅洼2个三级地貌单元,再依据其差异溶蚀特征,可进一步划分为陡斜坡浅洼和缓斜坡浅洼,浅洼内发育残丘、暗河及落水洞。反射同相轴的上提和下拉特征、岩溶角砾岩的发育、地震层拉平剖面、RGB分频融合及波形变化特征等均可识别出岩溶古地貌的发育。(3)研究区石炭系各地貌单元的分布受构造控制,浅洼和残丘多以椭圆状或不规则长条状呈北西—南东向展布,暗河的展布与浅洼长轴方向一致;岩溶古地貌控制着地层厚度以及溶蚀孔洞的发育,残丘残余厚度较大,岩溶作用强,充填作用较弱,溶蚀孔洞较发育,储层平均孔隙度为4.34%;缓斜坡浅洼残余厚度较小,充填作用较强,溶蚀孔洞不发育,储层平均孔隙度为2.68%,而陡斜坡浅洼虽然残余厚度小,但因潜水位低、泄水能力强,溶蚀作用强而充填作用弱,储集空间发育,储层平均孔隙度为5.05%;缓斜坡和陡斜坡储层平均孔隙度分别为3.67%和3.31%,岩溶高地孔隙度最小,平均为2.51%。

淮南舜耕山奥陶系古岩溶发育特征及古地貌恢复

研究古岩溶发育特征及古地貌恢复对于华北煤田岩溶水害防治具有重要指导意义。以华北板块南缘淮南舜耕山奥陶系古岩溶为对象,采用野外地质踏勘、分段剖面测量以及残余厚度法等工作方法,揭露了古岩溶发育特征和恢复基岩面剖面起伏形态,并结合现代岩溶理论,从形成条件的角度剖析不同岩溶带的空间变化规律。本文认为马家沟组主要发育大型岩溶缝洞,内部充填物少,而萧县组沿层面发育层间岩溶,充填岩溶角砾,且内部充填方解石由东向西逐渐增多。舜耕山奥陶系古岩溶发育程度自东向西、自上至下逐步减弱。该地区奥陶系古地貌呈东高西低,可划分为残丘、缓坡、陡坡和洼地等4个三级岩溶地貌单元。通过对古岩溶地质条件、古水流径流方式以及古岩溶发育特征等因素的考察与分析,古岩溶地貌从上至下可分为表层岩溶带、垂向渗流带、水平潜流带和深部缓流带。其中,残丘和缓坡的表层岩溶带和垂向渗流带岩溶最为发育,在沉积层面间常发育成大型岩溶缝洞,且在地下水流发生改变时,易形成岩溶塌陷。

基于沉积学原理的被动陆缘陆坡古地貌恢复方法

深入了解被动陆缘陆坡古地貌如何控制深水重力流储层的形成与分布对深水油气勘探意义重大。在少井探区,基于三维地震的地层厚度印模法在古地貌研究中应用广泛,但是,陆坡区容易因沉积物供给不足而处于“半饥饿欠补偿”状态和陆坡地形坡度的存在会影响该方法的适用性和准确性,对沉积体系和油气储层的分布特征分析产生不利影响。为此,根据沉积型陆坡的特点,对地层厚度印模法进行了两方面的补充与改进:其一,通过三维地震资料的分析明确目的层陆坡补偿状态,讨论了地层厚度印模法的适用性;其二,根据研究区陆坡演化过程,以沉积物体积等分方式求取目的层段各层序对应的潜在坡度趋势,基于此实现古陆坡地形坡度校正。利用改进后的方法对非洲西部尼日尔三角洲盆地下陆坡古地貌进行恢复的结果与研究区现有构造演化认识高度一致,符合“构造活动主导地貌特征”这一普遍认识。另外,地震属性刻画出的深水沉积体系分布特征与古地貌恢复结果间存在良好的耦合关系。应用实例证明了改进方法的科学性和研究区古地貌恢复结果的客观性。

马岭地区前侏罗纪古地貌精细刻画及其控藏作用研究

为明确鄂尔多斯盆地马岭地区侏罗系古地貌油藏成藏规律,根据岩心、测井、地震等地质资料,以印模法为基本原则、以井震结合补充验证、以三维建模为表现形式,精确刻画了马岭地区前侏罗纪古地貌形态,明确了古地貌具有“两古河夹持一高地、多支沟支坡”的整体特征。对古地貌控藏作用进行了综合研究,认为古地貌形态控制了富县组、延安组延10段沉积微相发育,从而影响了有利储层的展布。马岭地区侏罗系为近源油藏,充足的油气自底部延长组长7段烃源岩沿裂缝、古河谷和不整合面构成的三重油气运移通道向上运移,延安组延10段顶部至延8段的广覆式分流间湾泥岩和煤层作为巨厚盖层为侏罗系圈闭提供了封隔条件。古地貌斜坡区和河间丘为油藏聚集的最有利部位,其次是靠近斜坡区的古河和支沟支河发育的高地。建立了侏罗系古地貌油藏纵向多层系复合成藏模式,该研究为马岭地区下步侏罗系油藏滚动开发指明了方向。

前侏罗系古地貌特征及其对油藏富集的影响:以鄂尔多斯盆地QY地区延安组为例

为明确古地貌对鄂尔多斯盆地侏罗系下部油藏分布的控制作用,并厘定不同古地貌单元与油气成藏之间的具体关系,以鄂尔多斯盆地西南部QY地区侏罗系延安组为例,在地层、构造及沉积相研究基础上,采用印模法对研究区侏罗系古地貌进行恢复,刻画区内古地貌单元展布特征。最后,通过分析研究区延安组油藏平面分布特征与古地貌单元之间的关系,厘定前侏罗纪古地貌对油藏富集的控制作用。结果表明,研究区发育高地、斜坡、河谷、支河谷以及河间丘5种古地貌单元,其中西南部多发育高地,东北部主要发育河谷,而中部以斜坡和支河谷为主,并残留部分被肢解的高地。古地貌对油藏富集的影响不仅表现在对沉积相的控制,而且对于油藏圈闭类型及运移通道也具有控制作用,成藏模式主要包括河谷侧翼成藏和古高地成藏两种成藏模式。研究结果可为研究区延安组石油分布规律预测提供理论依据。

印模法古地貌恢复在岩溶丘滩相有利区评价中的应用:以川中古隆起北斜坡灯影组二段为例

四川盆地寒武系-震旦系裂陷槽东侧川中古隆起北斜坡灯影组二段岩溶丘滩相储层非均质性强,主控因素复杂,成为制约北斜坡地区下一步天然气勘探目标优选的关键因素。利用三维连片地震数据,基于最新探井钻井、测井等资料,创新思路,提出用灯影组沉积后期的岩溶地貌来刻画滩相储层有利区,把上覆地层沧浪铺底作为基准层,采用印模法进行微幅古地貌分析,刻画了灯二岩溶期地貌特征。在此基础上,精细研究了储层的地震响应特征,建立了地震相分类模式,利用波形分类方法进行岩溶丘滩相储层发育有利区预测。成果揭示灯二段岩溶丘滩相储层发育规律呈与侵蚀槽展布方向相同的北西-南东向展布,与实际钻井和地质认识一致。相较之常规用的残厚法,该方法更加考虑了沉积特征和地质规律,减少了地震预测的多解性,且可达到半定量预测效果,为古隆起北斜坡单斜构造背景下研究岩溶滩相储层有利区提供了有利指导。

鄂尔多斯盆地南部下古生界岩溶古地貌及储层研究

鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组主要以海相碳酸盐岩沉积为主。马家沟组上段地层受到风化剥蚀的影响,古沟槽发育,形成“台中有沟,沟前有河”的古风化壳分布格局。延长探区马家沟组出露的地层主要有马六和马五1,马六地层局部存在,受剥蚀影响,地层厚度变化较大;马五上段的地层发育受古沟槽发育的影响,使得在沟槽中,大多缺失马五1段地层。探区内以古岩溶台地、古岩溶斜坡和古岩溶盆地为主,局部存在岩溶残丘,发育两条近东西向的主要古沟槽和一条南西–北东向的次要古沟槽,探区东部主要发育岩溶盆地,古岩溶斜坡以北西–南东向展布。尽管受目前勘探范围所限,但周边古岩溶盆地内微隆起部位储层的发现,预示着本区岩溶盆地内部的微地貌特征也是今后一个值得关注的对象。