复杂构造区全层系地质力学建模及其地质与工程应用

受区域挤压、岩性和构造形态等多种因素的综合影响,复杂构造区具有地应力非均质性和各向异性强、现今地应力场在空间变化大的特征,严重制约了该类地区油气勘探开发进展。为解决复杂构造区地质力学建模难度大、精度低,且现有三维地应力建模方法在复杂构造连片建模中的不准确问题,以库车坳陷博孜大北地区为例,提出了复杂构造区地质体全层系逆向有限元地质力学建模方法,通过对部分起伏较大、跨度大的长条连体背斜迭代扫描,准确建立断层与岩体复杂交切关系,实现了复杂构造区地应力网格建模和误差追溯。明确了博孜大北地区现今地应力分布特征,揭示了博孜大北地区深层储层地应力强非均质性和强各向异性的主控因素,进而通过逆向有限元建模方法明确了钻井过程中产生应力扰动范围。研究结果表明:(1)逆向有限元地质力学建模法是复杂构造区全层系地质力学建模的有效方法,建模结果与实际的勘探开发生产需要吻合度高;(2)明确了盐上岩石力学层结构和浅部高陡地层产状是影响博孜大北地区储层地应力强非均质性和各向异性的关键;(3)逆向有限元地质力学建模法是明确钻井过程中应力扰动范围的有效方法,是保障油气高效勘探开发的重要手段。

塔里木盆地塔中隆起中北部地区断裂构造特征及演化

为系统揭示塔里木盆地塔中隆起中北部地区断裂构造特征及其成因演化,通过对该区大连片三维地震工区精细构造解析和相干体等分析,并结合区域动力背景,系统论述了该区的断裂构造类型、几何学特征、差异活动机制及其构造演化过程。研究结果表明,塔中隆起中北部发育了4类7期断裂构造,其中逆冲断裂和走滑断裂尤其发育。平面上北西向弧形逆冲断裂与北东向、北西向及南北向走滑断裂相互交切与耦合;垂向上断裂分层差异活动特征明显,下奥陶统及其以下地层,断裂发育数量多且以线形为主,中奥陶统-中下泥盆统多呈雁列式,上泥盆统-二叠系仅在塔中Ⅱ号断裂带、顺北5号断裂带西南端等地区发育少量断裂。研究区断裂活动受多期、多方向不同性质应力场所控制,经历了极其复杂的演化历史:加里东早期以塔中Ⅱ号断裂带等少量北倾正断层活动为主;加里东中期Ⅰ幕断裂活动强烈,表现为逆冲断裂与走滑断裂协同演化和相互耦合特征,走滑断裂对逆冲断裂的切割或限制作用明显;加里东中期Ⅲ幕断裂活动基本继承了加里东中期Ⅰ幕的构造格局,但在工区北部的顺北4号、5号等断裂带张扭性断裂活动特征显著;加里东晚期-海西早期,部分断裂发生继承性活动且张扭断裂发育范围进一步向南扩大;印支-燕山期,仅有少数断裂发生继承性活动;喜山期该区构造比较稳定,早期形成的复杂断裂构造进入深埋阶段。

页岩油微运移识别、评价及其石油地质意义

以准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组页岩为例,综合岩心观察、测试分析、地质剖析和数值模拟等方法,识别页岩层系石油微运移现象,采用自主研发的排烃潜力法定量评价页岩油微运移烃量并进行了可靠性验证,指出页岩油微运移评价的石油地质意义。研究表明:页岩层系富有机质纹层和贫有机质纹层之间存在明显的页岩油微运移,富有机质纹层生烃能力强,生成烃类的重质组分优先与干酪根溶胀或吸附滞留,轻组分以游离态运移到与其互层的长英质或碳酸盐贫有机质纹层富集;玛页1井风城组69%的页岩存在外来运移烃的充注,31%的页岩发生了排烃作用。综合基于地质色层效应的族组分、二维核磁共振以及无机锰元素在烃类运移过程中的地球化学行为等分析,验证了微运移评价结果的可靠性;微运移是连接页岩层系各个油气聚集要素的桥梁,贯穿页岩油从生成、排出到富集的全过程,影响页岩油的含量和组分。页岩油微运移识别与评价结果,将为揭示页岩油动态差异富集机制、建立页岩“多级生油高峰”模式提供新视角。

准噶尔盆地东部吉木萨尔-吉南凹陷构造演化及原型盆地恢复

自2020年开始,随着准噶尔盆地吉木萨尔凹陷双吉构造带的研究深入、萨探1井在二叠系井井子沟组试油获得高产油流,表明了吉木萨尔凹陷、吉南凹陷具有良好的常规油气勘探潜力。为深入研究吉木萨尔凹陷和吉南凹陷的地质特征及勘探潜力,综合岩心、录井、测井和地震等资料,通过识别区域不整合面,划分出不同构造阶段,得到构造与地层演化的关系。在此基础上恢复各地层发育过程,建立构造与研究区内隆凹演化的耦合关系,对原型盆地进行恢复。研究表明,吉木萨尔及吉南凹陷发育5个区域大型不整合面,经历了4幕构造活动。研究区地层演化特征从“北高南低”(早二叠世)发展为“南高北低”(古近纪、新近纪)。原型盆地也由早二叠世的“多凸多凹”格局,在古近纪、新近纪时期转变为“少凸大凹”的构造格局。构造与隆凹演化耦合关系的确立及各时期原型盆地的恢复为厘清吉木萨尔凹陷、吉南凹陷不同时期的盆地特征奠定了重要基础,有助于深化吉木萨尔凹陷、吉南凹陷的油气勘探工作。

鄂尔多斯盆地南缘泾河油田长7段烃源岩生、排烃期与油气成藏期对比

泾河油田位于鄂尔多斯盆地西南部,目前已发现的油气主要位于研究区东北部,前人研究表明原油主要来自延长组长7段油页岩,然而原油到底来自研究区还是其东北部盆地中心的烃源岩还未有定论,从而制约了泾河油田的下一步勘探。利用盆地模拟方法,模拟了研究区和盆地中心长7段烃源岩生、排烃史,确定了泾河油田不同构造部位长7段烃源岩的生、排烃时间,并结合流体包裹体技术厘定了延长组储层原油成藏期次。烃源岩生、排烃时间和储层原油成藏时间以及生、排烃量的计算结果显示,泾河油田长7段烃源岩对本区油气成藏贡献有限,而盆地中心烃源岩生、排烃时间与研究区油气成藏时间具有很好的对应关系,并且本区油气明显具有由东北部向西南部运移的特点。因此与普遍认为的延长组储层以近源短距离垂向运移为主的成藏特征不同,本区已发现油藏可能主要来源于其东北部盆地中心优势生、排烃区,沿走滑断裂带经历了一定距离的侧向运移后聚集成藏。研究结果可为下一步研究区有利运聚方向及成藏区带预测提供重要参考。

塔里木盆地库车坳陷博孜区块超深层致密砂岩储层裂缝特征及其对油气产能的影响

天然裂缝是深层致密砂岩储层重要的油气运移通道和储集空间,对库车坳陷博孜区块油气产能具有重要意义。利用岩心、薄片、成像测井以及实际生产资料,在明确塔里木盆地库车坳陷博孜区块超深层致密砂岩储层天然裂缝发育特征的基础上,厘定了天然裂缝对油气产能的影响。研究结果表明:库车坳陷博孜区块超深层储层构造裂缝发育,其中主要发育未充填-半充填的高角度剪切缝,局部发育半充填-全充填张性缝,受多期构造运动影响,区内主要发育N-S向和NW-SE向天然裂缝,部分呈近EW向;裂缝是研究区重要的储集空间和渗流通道,通过成像测井资料和试油资料构建了裂缝发育系数和裂缝有效系数用以定量表征裂缝对油气产能的影响,并建立了这两项表征参数和油气产能的定量评价图版,通过验证说明裂缝发育系数和裂缝有效系数可以较好地评价研究区裂缝的有效性,实现了通过裂缝参数对裂缝性储层品质的分类预测。研究成果不仅为研究区油气高效勘探开发提供了地质依据,同时提供了一个致密砂岩储层裂缝对油气产能影响的实例。

南海陆缘伸展破裂过程中的构造迁移和盆地演化

为了阐明南海由陆向洋的过渡带内构造活动的时间空间迁移过程,本文以两条跨南海东部共轭被动陆缘和南海西南部共轭陆缘的两条长剖面为基础,进行精细的构造解释和分析,在南海洋陆转换带内确定了出Tb、SD、PD和Bi四个一级层序界面,并以这4个一层序界面为界,将南海陆缘划分为:早期断陷盆地(Tb—SD)、晚期拆离盆地(SD—PD)和断坳转换盆地(PD—Bi)。通过对同一剖面不同构造单元带内同构造地层的分析,发现构造活动时代由陆向洋逐渐变年轻;通过对比不同剖面同一构造单元带内的同构造地层发现,构造活动时代沿着海底扩张迁移的方向逐渐变年轻。因此,在南海扩张期间,岩石圈的伸展变形不仅表现为向洋方向的迁移,同时表现为向海底扩张方向的迁移。

适用于多旋回叠合盆地的油气成藏年代学研究进展

我国多旋回叠合盆地在多期构造运动的背景下具备多期生烃、多期充注、多期成藏和改造的特征,厘定不同期次油气的成藏时间一直是多旋回叠合盆地油气成藏研究亟待解决的难题。综述国内外油气成藏年代学的研究现状和发展趋势,剖析了不同油气成藏年代学方法的主要特点和局限性,认为油气成藏年代学研究经历了从早期传统的油气成藏年代学方法到现今油气成藏同位素测年法的发展,实现了定性或半定量向定量研究的重要转变,其中方解石激光原位U-Pb同位素定年法可以精确厘定多旋回叠合盆地中不同期次油气的成藏时间,将油气成藏年代学研究推向了新的里程碑。据此提出综合运用多种油气成藏年代学方法相互补充、印证,进而得到全面的油气成藏年代信息,将成为现代油气成藏年代学在多旋回叠合盆地应用发展的重要趋势。

方解石脉体形成时间与流体来源及其地质意义:以苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩储层为例

裂缝方解石脉是构造成岩作用的产物,记录了裂缝开启和流体活动的信息。基于岩石薄片观察、阴极发光和U-Pb同位素定年在厘清苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩中方解石脉发育期次和形成时间,通过稀土元素特征,C、O、Sr同位素特征综合分析了方解石脉体成脉流体来源。结果表明:黄桥地区青龙组发育4期方解石脉体,4期方解石脉体形成时间分别为(115.30±0.42),(97.03±0.43),(85.29±0.25),(45.5±19.0)Ma。第1和第2期方解石成脉流体分别来源于深部热液流体和大气淡水以及海水的混合流体。第3期方解石成脉流体来源于同层地层水和深部壳源热液流体的混合流体。第4期成脉流体来源于同层地层水和深部幔源热液流体的混合流体。苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩储层中4期脉体的形成时间与不同期次构造活动具有对应关系,表明构造活动对流体活动的控制作用。储层中3期深部热液流体的注入是因为构造活动导致深大断裂沟通深部流体而注入到储层中的结果,多期的深部热液流体活动可能指示了黄桥地区三叠系青龙组储层具有多期油气成藏的特征。

深层煤岩微构造对现今地应力的控制机理

深部煤层气的勘探开发不能简单套用浅部煤层气的勘探开发理论,原因之一在于深煤层地应力制约了煤层气的吸附/解析、渗流等过程,决定了煤层裂隙的有效性,并影响着水平井轨迹设计。因此,开展深部地应力变化规律研究对煤层气的勘探开发具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地大吉区块为例,利用阵列声波测井、微地震监测数据和岩心测试等资料,综合考虑深层煤岩微构造类型与产状、边界应力条件和顶底板岩石力学性质组合等因素,利用ANSYS有限元软件,建立微构造三维地质力学模型,全面分析了微构造的类型、产状和对煤层应力的控制机理。研究结果表明:煤层微构造越平缓,应力分布越均匀,反之应力越容易集中;煤层微构造产状对煤层应力的影响主要为:随着煤层微构造曲率的增大,挠曲处水平应力差会随之增大,且挠曲处周缘水平最小主应力也会越集中。由微构造类型与煤层力学性质、顶底板岩性、边界应力条件等因素交叉模拟得到,正向微构造下的煤层应力与泊松比呈正相关,与杨氏模量呈负相关,而负向微构造则相反。当顶板为灰岩时,煤层应力大小受微构造类型变化影响比顶板为砂岩时更显著。区域应力大小对深部煤层应力的影响相对较小。论文研究成果可为深部煤层地应力成因机制分析、煤层气高效开发和地质工程一体化实践提供有益的参考。

库车坳陷应力状态转换特征及其地质与力学响应

结合最新的钻井、测井和地震资料,采用数值模拟手段,明确了塔里木盆地库车坳陷喜马拉雅晚期古应力状态转换特征。通过有限元数值模拟方法揭示了库车坳陷克拉苏构造带巴什基奇克组喜马拉雅晚期应力场三维分布并准确地厘定了古应力状态。通过分析古应力状态与宏观构造样式、裂缝产状及储层物性的关系,系统揭示了古应力状态转换的地质与力学响应,最后利用离散元数值模拟,揭示了古应力状态转换对储层物性的影响机制。综合分析认为:研究区在喜马拉雅晚期6500~7500 m的深度区间逐渐由逆冲型应力场转换为走滑型应力场;6500 m之上为逆冲型应力场,压实减孔量随埋深增大而增大,应力状态与岩石强度均不利于裂缝发育;7500 m之下为走滑型应力场,有利于储层孔隙保存和岩石破裂成缝。研究结果深化了对库车坳陷构造、储层和岩石力学性质的认识,并认为古应力状态转换是克拉苏构造带超深部储层具备形成大中型油气田的力学基础,其发现对克拉苏构造带下一步的油气勘探、开发具有指导意义。

基底变质岩深部潜山储层构造裂缝发育特征及主控因素——以渤海湾盆地渤中B区块为例

构造裂缝是改善基底变质岩潜山储层物性、提高油气产能的关键因素,但对于基底变质岩潜山储层构造裂缝的发育特征及主控因素的多尺度综合研究较少。以渤海湾盆地渤中B区块为例,综合利用薄片、岩心和成像测井资料,系统总结了基底变质岩潜山储层构造裂缝的特征,明确了主控因素,揭示了构造裂缝有效性影响因素和发育模式。研究区构造裂缝主要发育剪性裂缝,张性缝次之,斜交缝和直立缝较发育;裂缝整体充填程度高,主要充填物为泥质,其次为碳酸盐类;识别出近EW向、NE—SW向、NW—SE向和NNW—SSE向四组构造裂缝,其中近EW向裂缝较为发育,说明印支早期的强挤压作用环境是裂缝大规模发育的关键时期。研究区构造裂缝主要受岩石力学性质、构造作用、风化作用、储层物性和岩性控制。构造裂缝有效性主要受控于最大水平主应力方向与构造裂缝走向的夹角、构造运动、裂缝充填以及溶蚀作用等因素。纵向上基底变质岩深部潜山的构造裂缝随着深度增加所受风化作用减弱,在内幕带中沿断层局部发育溶蚀孔隙;不同岩石力学性质的岩石发育裂缝程度不同,脆性指数较大的岩石裂缝发育程度较高。横向上背斜核部的构造裂缝线密度大于翼部,当储层孔隙度和渗透率处于合适范围时有利于构造裂缝发育。

早石炭世断陷盆地构造特征及演化规律与页岩气保存关系:以桂中坳陷融水地区为例

广西页岩气勘探已在雪峰山隆起南缘桂中坳陷中北部的下石炭统鹿寨组取得多处页岩气重要发现,商业试采取得出气点火成功,但该地区坳陷内结构及演化特征尚未明确,制约了对富有机质泥页岩形成条件与有利沉积相带展布特征、页岩气富集规律的准确认识。以融水地区为例,通过地质调查分析、二维-三维地震剖面构造解译及演化平衡剖面等技术,对主要构造及结构特征、构造演化规律及其与页岩气保存关系进行研究,认为研究区现存3条主干断裂、NE-NNE向4个主要向斜构造,先存的NNE向三江-融安断裂是伸展断陷、挤压-走滑改造作用的主控因素。研究区在寒武系褶皱基底上,伸展断陷发展于晚泥盆世、强盛于早石炭世早期、停止于早石炭世晚期,坳陷改造期的挤压-走滑作用发育于印支期、燕山期,喜山期局部张性作用。现今的褶皱体系主体形成于印支期,受自西向东三江融安断裂的逆冲作用逐渐增强的影响,呈现宽缓向斜-复式向斜-断展褶皱的构造样式展布规律。沙坪复式向斜是页岩气保存的有利构造单元,页岩气保存有利的构造样式为断向斜、断背斜。该认识明确了该地区下一步页岩气勘探部署的方向,为桂中坳陷中北部的环江浅凹等结构和演化认识提供有利思路。

中国北方古亚洲构造域中沉积型铀矿形成发育的沉积-构造背景综合分析

近20年的勘查实践表明,横贯中国北方的古亚洲洋造山带及其两侧的中—新生代陆相沉积盆地,是我国最重要的沉积型铀矿床形成发育的铀成矿构造域。研究认为,古亚洲洋造山带是重要的富铀地质体,盆-山耦合机制制约下的地表水系搬运沉积作用是形成铀源供给系统的必要前提,泥岩型铀矿表现为单一铀源供给系统,而砂岩型铀矿则表现为双重铀源供给系统并且铀储层砂体本身的"再生铀源"不容忽视。在逆冲-造山间歇期或裂后热沉降时期,相对松弛和稳定的大地构造背景有利于沉积-成矿环境的形成,泥岩型铀矿需要同沉积期的稳定构造背景,而砂岩型铀矿不仅需要同沉积期的稳定构造背景,也需要成矿期具有适当掀斜作用的构造背景,有些矿床对成矿期后的构造环境还非常敏感。调查发现,当成矿期的含矿流场与沉积期的古水流体系基本一致时,铀储层砂体中层间氧化效率最高而且铀搬运通量最大,更加有利于成就大型和超大型矿床。在区域古构造等因素的协同影响下,同沉积期的古气候背景是制约铀储层砂体和成矿期层间氧化带发育方向和规模的极为重要的地质因素。同沉积期古气候不仅制约了铀储层砂体发育的结构和规模,同时更重要地制约了铀储层内部和外部还原介质的类型及其空间分布规律。铀储层砂体的形态和结构制约了层间氧化带发育的方向和轨迹,而铀储层内部和外部的还原介质则控制着古层间氧化带推进的里程及前锋线位置,铀矿化作用则与氧化还原地球化学障有关。基于此,毗邻古亚洲洋造山带的中—新生代沉积盆地都是沉积型铀矿勘查的主要远景区,而针对目标沉积盆地,则需要在深入剖析盆地构造格架以及区域含矿流场补-径-排关系基础上,再依据含铀岩系自身的特征(古气候背景、还原介质类型与分布空间)圈定和评价找矿靶区。

琼东南盆地深水区结构构造特征与油气勘探潜力

在对新采集和处理的高精度地震资料进行详细的构造-地层解释的基础上,将琼东南盆地划分为北部隆起区、中央坳陷区和南部隆起区3个一级构造单元,并识别了重要的北西向"堑垒"构造带,表明盆地整体呈现"南北分带,东西分块"的基本构造格架特征。对北部隆起区和中央坳陷区重要分界地质标志——2号断裂系统开展了详细的地质构造解释和断裂活动性定量分析,证实2号断层具有区段式活动特征。研究了各构造单元凹陷的结构特征,识别出半地堑、地堑和复式地堑3种基本类型和与之对应的10种次级类型。以盆地构造单元划分为基础,结合已有地质资料和勘探成果,综合分析认为盆地各区带具有良好的油气勘探潜力。

北部湾盆地福山凹陷构造转换带及其油气富集规律

基于典型三维地震解释结果,结合东西部构造差异特征,在福山凹陷中部识别出一个构造转换带,该构造转换带主要发育于古近纪流沙港组沉积时期,位于东西部接壤部位花场低凸起之上,转换带两侧分属为2个伸展构造体系,断层的走向和构造样式具有较大的差异性。花状构造的发育表明存在区域走滑作用,与转换带的成因密切相关。构造转换带为物源入口,控制着砂体和沉积体系的运移方向和展布范围;深层反向断裂有利于油气的疏导和封存;复杂的断裂体系有利于断鼻和断块圈闭形成,同时有利于改善储层物性。构造转换带具有双向油源条件,发育独特的油气成藏模式和多种油气藏类型,由此可见该转换带对油气成藏具有良好的控制作用,具有良好的油气勘探前景。

伊通盆地新近纪差异构造反转与油气成藏

结合最新的地震、钻井等资料，系统研究伊通盆地新近纪反转构造的差异改造特征、成因演化、变形规律及动力学背景，分析差异构造反转与油气成藏的关系。伊通盆地西北缘反转构造以右旋走滑冲断为主，可划分为高隆翻转冲断型、中隆斜列冲断型和低隆破裂冲断型，形成沿盆地西北缘平行展布的宽约2～4km的断褶带，油气成藏条件良好；而在盆地东南缘，反转构造则以相对较弱的右旋压扭和隆升掀斜为主，且在尖山、万昌、搜登等构造带顶部还发育了拱张性断裂，对早期油气藏起破坏作用。反转构造成因主要为太平洋板块向西俯冲产生弧后扩张而使中国东北大陆遭受挤压隆升，同时还受印度板块与欧亚板块碰撞所产生的远程挤压效应影响，此外还与盆缘隆起的发育位置和隆升强度密切相关。

巴楚断隆西段古董山构造带断层封堵性与油气成藏的关系

对塔里木盆地巴楚隆起西段古董山断裂带断裂封堵性以及断裂封堵、开启与油气成藏关系进行分析,参考领区色力布亚断裂南段亚松迪油气藏,最终确定该断裂上、下盘油气成藏可能性。研究结果表明:穹塔克—古董山断层上盘断背斜下奥陶统碳酸盐储层(T81～T74),侧向封堵条件差,油气成藏的可能性不大;而断层下盘中下奥陶统储层(T81～T74)在该断层活动期间,纵向不封闭,构成油气运移通道,断层停止活动后,由于其正压力大而使它很快紧闭,加之逆掩推覆,寒武系膏盐岩直接披盖其上,断层封堵性较好,有利于油气藏的保存。

伊通地堑西北缘走滑—冲断复合构造特征与油气勘探方向

伊通地堑西北缘地表及地下地质条件极其复杂,地震勘探程度低,资料品质差,严重制约了对该地区构造特征的认识和油气勘探工作。本文运用构造解析方法,通过对最新的野外露头、钻井、地震等资料的综合研究,发现伊通地堑西北缘新近纪以来总体呈逆冲为主、右行走滑为辅的走滑—冲断复合构造特征,形成宽2～4km的断褶带,其演化受控于新近纪以来该地区断裂的反转构造活动。该断褶带具备良好油气成藏条件,可能是伊通地堑新的找油气领域,油气勘探应该以寻找走滑—冲断作用形成的雁列式背斜带、雁列断块和逆冲断层下盘为主。

歧口凹陷复式含油气系统及构造控藏模式

构造层序和沉降史分析表明,歧口凹陷在新生代具有显著的幕式构造-沉积演化特征,经历了古近纪裂陷期和新近纪裂后期二个构造活动期、古近纪的裂陷Ⅰ幕和Ⅱ幕、新近纪的稳定热沉降幕和加速沉降幕四幕构造运动。结合凹陷内部重要的构造转换界面、结构和构造演化特点,以及各阶段构造样式和油气成藏聚集规律,将歧口凹陷划分为四大含油气系统:孔店断陷-潜山型含油气系统(Ek)、歧口陡坡断阶型含油气系统(Es)、歧口缓坡断阶型含油气系统(Es1+Ed)、歧口坳陷型含油气系统(N)。通过构造组合样式和油气聚集关系研究,建立了凹陷内部掀斜断块-地垒潜山和凹陷边缘断阶-古隆起披覆潜山构造控藏模式。