地质力学理论对中国深层油气勘查的作用

地质力学是我国著名地质科学家李四光创立的一门以系统论为基础,以构造体系为核心内容、跨学科的系统构造地质学理论。七十多年来,在区域地质、地震地质、地热勘查、第四纪地质、地壳稳定性评价等方面得到广泛的应用发展;在固体矿产、油气资源战略选区预测,指导部署勘探方面硕果累累。文章回顾了中国油气勘探历程,总结了地质力学理论在中国常规油气勘查思路和方法的成功经验,在松辽、塔里木及江汉等多个重要含油气盆地的发现中,地质力学理论起到了实用效果,并认为地质力学理论将一如既往,在我国深层油气勘查中继续发挥引领作用。

云南省下寒武统筇竹寺组页岩气地质成藏条件探讨

为系统评价云南省下寒武统筇竹寺组页岩气地质成藏条件,详细踏勘了18条地质剖面,测定了110个页岩样品的有机碳含量及镜质组反射率,利用X射线衍射技术测定了22个页岩样品的矿物成分,利用压汞、氮气吸附技术分析了9个页岩样品的孔渗特征,利用扫描电镜分析了页岩的孔隙类型。结果表明:筇竹寺组地表出露点位于滇东北、滇东及滇西北,西部和南部地区由于构造作用埋深大;筇竹寺组沉积期为大面积的陆表海环境,广泛发育的陆棚环境利于有机质富集,富有机质页岩具有"四高一厚一富"的特征,优质页岩厚度大(普遍大于30m),有机质丰度高(TOC平均大于2%),有机质类型主要为Ⅰ、Ⅱ1型,有机质热演化程度高,脆性矿物含量高(平均含量大于70%),孔隙发育,连通性好,最大吸附气量平均为3.755cm^3/g。与四川盆地及北美页岩相比,云南省筇竹寺组具有良好的页岩气成藏条件,可将筇竹寺组作为页岩气勘探目的层。

柴达木盆地德令哈坳陷石炭系页岩气系统评价

石炭系是柴达木盆地油气勘探的新层系，油气勘探程度低，但发育厚度大的高有机质丰度泥页岩，具有很好的页岩气资源潜力。通过对德令哈坳陷石炭系露头剖面进行实测和钻井岩心分析，明确石炭系泥页岩空间展布特征。测定样品有机地球化学参数、孔渗特征，并且进行等温吸附和渗流实验，分析其储集特征。结合德参1井盆地模拟分析，研究石炭系页岩气成藏事件，划分德令哈坳陷石炭系页岩气系统。研究表明：石炭系泥页岩广泛发育，埋深较大但未发生变质；泥页岩有机质丰度较高，有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型，处于成熟一高成熟演化阶段；上石炭统泥页岩发育优于下石炭统；泥页岩表现为低孔低渗特征，孔隙度在1．89％～5．48％，渗透率为（O．115--2．7）×10-7μm2；上覆地层发育厚层泥页岩可以提供良好的盖层条件；古近纪末现今为页岩气系统形成的关键时期；上石炭统克鲁克组钻遏天然气显示，证实了德令哈坳陷石炭系页岩气系统的存在。在泥页岩厚度、埋深、TOC含量、成熟度等条件综合评价基础上，将德令哈坳陷划分为德令哈页岩气系统与埃北页岩气系统。

页岩宏观破裂模式与微观破裂机理

通过对页岩组构特征、力学特征、裂纹和断口微观形貌特征的研究,揭示了页岩宏观破裂的微观机制、控制因素及其破裂模式。研究表明,页岩的宏观破裂受到组构特征、取心方向、围压等多种因素的影响,由页岩内部发育的孔隙和微裂隙扩展、合并、贯通而形成。宏观破裂模式包括剪切型破裂、拉张型破裂和滑移型破裂,微观上,微裂隙破裂主要包括剪切滑移型(Ⅱ型)、拉张型(Ⅰ型)两种类型。本质上,页岩的剪切破裂和滑移破裂都是由于微裂隙的剪切滑移破裂引起的,只因受页岩结构的影响表现出不同的破裂模式;拉张型破裂是由于微裂隙的张性扩展引起的。另外,宏观破裂过程中,微裂隙的剪切和拉张两种破裂共存,但对宏观破裂贡献大小不同。最后建立了页岩的破裂模式,即剪切型破裂、拉张型破裂和滑移型破裂,并从微观上解释了宏观破裂的微观机理。

浙东南晚中生代花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学及其地质意义

浙东南地区(江绍断裂带东南)是位于华南东北部濒太平洋的沿海地区,是理解古太平洋板块俯冲作用的重要地区。本次研究选取岩坦、梁弄、新铺3个典型的岩体进行岩相学、锆石年代学和地球化学研究,并结合前人对该地区花岗岩体的研究结果,探讨古太平洋板块俯冲与岩浆活动之间的关系。LAICP-MS锆石U-Pb定年结果显示:新铺花岗岩的年龄为(145.8±1.4)Ma,表明浙东南地区晚侏罗世仍存在岩浆活动的记录;梁弄花岗岩和岩坦花岗岩的形成时代分别为(106.2±1.4)和(94.7±1.4)Ma,代表早白垩世晚期典型的岩浆活动。地球化学特征上,3个岩体均富SiO2、Al2O3,具有高的A/CNK,属高钾钙碱性花岗岩;稀土元素球粒陨石标准化分布型式图中具显著的负Eu异常,稀土元素总量偏低;微量元素原始地幔标准化分布型式图中富集Rb、Cs、U、Th、Pb,亏损Ba、Sr、Nb、Ti,为典型的壳源型花岗岩。结合已有的资料,本次研究表明,新铺花岗岩形成在由侏罗纪挤压向白垩纪伸展转变的构造背景下,梁弄花岗岩和岩坦花岗岩形成在岩石圈减薄的伸展构造背景下,它们形成均受到了古太平洋板块俯冲作用的影响。

柴达木盆地东部石炭系海陆过渡相煤系页岩气地球化学特征及成因

为了弄清柴达木盆地东部石炭系海陆过渡相页岩气特征和成因,选取柴页2井石炭系克鲁克组泥页岩和页岩气样品展开地球化学研究。通过对泥页岩样品热解和镜检实验,页岩气现场解析、室内气体组分测试和碳同位素分析,取得以下认识:柴达木盆地上石炭统海陆过渡相煤系地层发育暗色泥页岩、碳质泥页岩、煤和泥灰岩4类富有机质沉积,TOC含量平均值分别为3.46%、12.34%、77.62%和1.89%,以Ⅲ型和Ⅱ2型干酪根为主,处于高成熟演化阶段,具备生成大量页岩气的物质基础。柴页2井现场解析气中氮气含量较高,含极少量Ar和He,烃类气体以甲烷为主,总体为干气;甲烷稳定碳同位素组成主要分布在-48.6‰^-39.8‰,介于海相和陆相页岩气之间,随深度增大,呈现碳同位素偏重的现象;页岩气以热成因气为主,其次是生物成因气。

羌塘盆地半岛湖—东湖地区主力烃源岩及油气资源潜力

羌塘盆地中部新发现很多液态油苗,生物标志化合物指示这些液态油苗和BAPS古油藏的原油来自早侏罗世Toarcian油页岩。下侏罗统海相油页岩TOC含量高、生烃潜量大、有机质成熟度适中,是羌塘盆地侏罗系优质烃源岩和主力生油层。地震反射剖面结合钻探标定揭示,下侏罗统Toarcian油页岩稳定分布于北羌塘凹陷,厚度110~150m,大部分地区埋深4500~3000m,半岛湖背斜两翼埋深3000~1000m。由于逆冲推覆及构造改造,下侏罗统Toarcian富碳页岩在半岛湖背斜核部埋深变浅为522~675m,在比洛错、胜利河、长蛇山、托纳木藏布等地表形成油页岩露头。应用氯仿沥青法和成烃率法,采用不同地点Toarcian油页岩及生烃参数,估算面积2万km^2半岛湖-东湖地区初次生烃形成原油资源量为50~100亿吨,新生代二次生烃形成原油资源量为24.4亿吨。北羌塘凹陷Toarcian海相油页岩经过初次生烃和二次生烃形成了巨量油气资源,具有巨大的油气勘探前景。

浙中地区晚侏罗世花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

在华南大陆东北缘浙中地区后山店及曹娥地区零星分布有小规模的花岗斑岩体,其LA-MC-ICP-MS技术测得的锆石U-Pb年龄分别为(149.1±1.1)Ma和(150.3±1.6)Ma,表明其均为中生代晚侏罗世岩浆活动的产物,属于燕山早期晚阶段形成。两个岩体均为高钾钙碱性系列,A/CNK值介于0.96~1.28,多小于1.1,属准铝质-弱过铝质花岗岩类;稀土含量中等,具明显的轻重稀土分馏,中等至强的Eu亏损(0.10~0.40),总体表现出略呈右倾的"海鸥型"稀土配分曲线,富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILE)和Nd、Hf、Y等高场强元素(HFSE),而明显亏损Ba、Sr、P、Ti等元素。后山店岩体为高分异的S型花岗岩,曹娥岩体为A型花岗岩。锆石Hf同位素的εHf(t)值变化范围主要集中于-9.5^-2.9之间,均为负值,二阶段模式年龄tDMC变化范围主要集中于1364~1783 Ma,反映其物质来源可能为中元古代上地壳基底物质。结合前人成果,本文认为浙中晚侏罗世花岗斑岩形成于后碰撞环境下的后造山板内拉张阶段,其形成年龄可能代表了古特提斯构造域向古太平洋构造域转换的晚阶段。

地质剖面测制新方法的尝试——点坐标法

在区域地质调查中,地质剖面测制是一项必要的工作,而传统的导线法限制因素较多,质量和效率有待提高。在导线法的基础上,基于野外实践经验,提出了一种地质剖面测制新方法,即点坐标法。该方法的要点有:利用GPS获得地形控制点,以及分层、采样、产状、照相等位置的三维点坐标;构建一套函数公式,根据各点的三维空间坐标值,可计算获得点间平距、高差、方位角、坡度角等参数,从而投影绘制地质剖面图。该方法的主要优点有:不再需要测绳,可从人工测量记录转变为自动测量记录,实现了测量数据的数字化;避免了导线终点与实际终点不重合的情况;每一个分层点都有GPS坐标,便于野外复查。结合点坐标法测制地质剖面的实例证明,点坐标法较之导线法有多快好省的优点,值得在实际应用中广泛使用。

佳木斯—伊通断裂韧性剪切变形时代及其地质意义

作为郯庐断裂北段主干断裂的佳木斯—伊通断裂(简称佳—伊断裂),其最早开始活动的时代一直以来都存在争议。为了更好确定其活动时代,对佳—伊断裂昌图段南城水库附近的韧性剪切带展开了详细研究。野外构造解析和显微构造特征显示,剪切带糜棱面理走向北北东—南南西,其上发育北东方向的缓倾拉伸线理,指示该剪切带为逆冲—走滑韧性剪切特征。锆石U-Pb年龄测试结果表明,剪切带中糜棱花岗岩形成在174～173 Ma,该糜棱岩带被后期未变形辉绿岩脉侵入,辉绿岩脉的锆石U-Pb年龄为164 Ma,从而限定该期次韧性变形发生在174～164 Ma之间的中侏罗晚期。取自剪切带糜棱花岗岩内的变形黑云母^(40)Ar/^(39)Ar测试结果表明,糜棱花岗岩在187～166 Ma左右受到了显著的热事件的扰动。这些证据证明,佳—伊断裂在中侏罗晚期发生过显著的左行走滑韧性剪切,结合对东北地区火成岩研究成果的分析,佳—伊断裂中侏罗晚期的韧性变形可能与古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲有关,该时期侵位的岩浆活动开始显著受到俯冲引发的挤压应力作用的影响。

柴东石炭系页岩微观孔隙结构与页岩气等温吸附研究

基于柴达木盆地东部石炭系泥页岩的孔隙结构分析,结合甲烷和二氧化碳在泥页岩中的高压等温吸附实验,对超临界条件下页岩气等温吸附特征进行研究,探讨页岩气的吸附机制。结果表明:柴达木盆地东部石炭系泥页岩具有多尺度孔隙结构,微孔比较发育,微孔比表面积对BET比表面积有较大的贡献;甲烷Langmuir吸附量随微孔比表面积或微孔体积的增加而增加,两者呈正相关性,同时受到微孔大小分布的影响;在超临界条件下,简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附的实验数据,而修改的微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R+K)超临界吸附模型对甲烷和二氧化碳吸附数据的拟合效果最好;吸附气可能主要以微孔充填的方式存在,而微孔为吸附气的主要储集空间。

页岩中气体的超临界等温吸附研究

页岩气等温吸附实验多为临界温度以上的吸附实验,其得到的吸附量为过剩吸附量。为了研究页岩气超临界等温吸附机理,运用重力法,在临界温度以上,分别进行了甲烷和二氧化碳在页岩中的高压等温吸附实验。在分析经典型吸附和超临界吸附区别的基础上,通过修改的超临界等温吸附模型(Langmuir方程和微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R))对实验数据进行了拟合。结果表明:简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附实验数据,但精度不高,且无法拟合二氧化碳的吸附数据;将吸附相密度作为可优化参数,修改的微孔充填模型和Langmuir模型能很好地拟合甲烷和二氧化碳的吸附数据,其中修改的微孔充填模型拟合效果最好,且回归得到的超临界甲烷吸附相密度同文献报道的一致,表明吸附气可能以微孔充填的形式存在。

川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质富集模式

有机质富集、保存对页岩气资源评价、勘探选区和开发具有重大的指导意义。以川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,利用岩石地球化学、油气地球化学和沉积岩石学方法和技术对牛蹄塘组有机质丰度、有机质来源及古环境演化进行了分析,对川东—武陵山地区页岩有机质富集和保存条件进行了评价。结果表明:牛蹄塘组页岩有机质主要来自于蓝藻、红藻、褐藻等自生海洋藻类;相比于牛蹄塘组高位体系域,在牛蹄塘组海侵体系域页岩沉积期,温暖湿润的古气候和大规模海侵使得海平面快速上升,海侵导致深水陆棚、斜坡甚至部浅水陆棚处于贫氧—缺氧环境,该深水贫氧—缺氧还原环境(部分硫化还原环境)有利于有机质保存,在川东—武陵山地区上形成大面积富有机质页岩。

羌塘盆地逆冲推覆构造特征及油气资源效应

羌塘盆地南羌塘坳陷地表古油藏作为了解盆地石油地质条件的良好窗口,经过多年来对古油藏详细解剖,通过详细的地表构造填图、二维地震和地质浅钻综合揭示了盆地存在大量的逆冲推覆构造。古油藏为盆地自北向南逆冲推覆至地表的大型构造岩席,主要表现为中生代海相地层推覆至晚白垩—中新世湖湘红层之上,古油藏含油层位是中侏罗布曲组砂糖状含油白云岩。针对古油藏石油地质条件解剖表明逆冲推覆构造虽然破坏了上坪油气藏,但是该构造活动不但能够使地层增厚利于有效烃源岩二次生烃,并对下坪地层有效遮挡封盖,同时构造活动有利于优质白云岩储集层和构造圈闭的形成,为二次成藏创造了良好的生储盖时空匹配关系,有利于逆冲推覆型油气藏的形成。

流体注入法定量表征页岩孔隙结构测试方法研究进展

页岩致密且结构复杂,对其孔隙结构进行定量表征一直是页岩储层研究的重点和难点,因其能够为页岩油气储层评价和甜点确定提供重要信息。通过系统梳理已有研究成果,介绍了以压汞法和气体吸附法为代表的流体注入法,简述了能够影响测试结果的因素,指出了目前页岩全孔径孔隙结构表征的问题及发展方向。分析表明,颗粒样气体吸附法和块(柱)压汞法表征结果的数据匹配性差,整合难度大;同时由上述两种方法联合所获得的表征结果也无法被其他独立测试所验证。进一步指出采用颗粒样代替传统块(柱)样进行页岩压汞测试可以提高数据质量,也是未来方法联用的发展方向,其中样品颗粒堆积孔进汞量校正、颗粒样粒径选择、多方法数据匹配是实现页岩全孔径孔隙结构定量表征的关键。

页岩微观结构灰度图像的标准化方法

采用灰度图像分析方法获取页岩孔隙结构参数是目前页岩微观结构表征的一种重要手段。在扫描成像过程中,往往需要根据样品自身特点调节亮度、对比度等参数以达到较好的成像效果,这会导致不同视域、不同样品的图像灰度分布特征发生变化,从而导致识别孔隙的灰度阈值产生差异。为了实现统一标准识别页岩孔隙,研究以SEM图像为例,由图像灰度分布影响因素分析入手,在提取一系列标志参考物灰度的基础上,通过合成灰度累计概率分布建立了待校正图像的代表性灰度分布,在此基础上确定了待标准图像与标准图像合成灰度累计概率分布之间的映射关系,采用图像灰度直方图匹配算法实现了图像标准化。研究结果表明,页岩中的孔隙、有机质、自生石英、黄铁矿等4种组分组合后可覆盖整个图像灰度分布,是有效的标志参考物组合。利用该标志物组合所合成灰度累计概率分布作为不同图像间的对比参数进行标准化,可以消除组分含量差异对灰度分布的影响,达到校正对比度和亮度等扫描参数设置差异对图像灰度的影响。经验证,该方法对采用不同拍摄参数的图像均具有较好的应用效果,经过标准化处理后的图像能够实现同一灰度阈值自动识别页岩孔隙和有机质等地质元素,提高了图像提取孔隙结构参数的可对比性,为页岩微观图像孔隙结构定量分析提供了可靠基础。

柴达木盆地石炭系生烃证据

柴达木盆地石炭系是否具有生烃潜力一直存在争议,本文在大量野外地质调查与实验室样品分析的基础上,找到了石炭系生烃的相关证据。首次在盆地周边露头区多处石炭系中发现油砂出露,油砂主要分布在石炭系怀头他拉组灰岩中,沿厚层生物灰岩层间和裂缝发育,在生物礁和化石带中尤为突出。通过烃源岩和油砂反映成烃母质来源、沉积环境及成熟度3个方面的生物标志化合物参数对比研究,表明油砂与中生界-新生界烃源岩没有亲缘关系,而与石炭系烃源岩具有良好的可对比性,确定石炭系中的油砂来源于石炭系烃源岩。这证实柴达木盆地石炭系烃源岩有过生烃过程,并可能形成石炭系油气藏,从而揭示了柴达木盆地石炭系具有广阔的生烃前景。

浙东南印支期花岗岩的锆石U-Pb年代学、地球化学及构造意义

中国东南部印支期花岗岩对亚洲大陆东部的演化具有重要的构造指示意义。在浙江东阳大爽以及松阳县东部靖剧地区发现两个印支期花岗岩体，大爽岩体和靖剧岩体。岩性为斑状石英正长花岗岩，二者都侵入到元古代基底中。大爽石英正长岩的LA-ICP—MS锆石U—Pb年龄为241±2．1～229．6±2．5Ma，靖剧岩体斑状石英正长岩的LA—ICP—MS锆石U—Pb年龄分别为245．7±1．8Ma和241．2±2．7Ma，表明这两个岩体均为早印支期岩浆活动的产物。地球化学特征显示，两个花岗岩体富钾、高铝，富集轻稀土LREE及Rb、Th、U、K，亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti，接近A型花岗岩的配分模式，属于铝质A型花岗岩。中国东南部一系列A型花岗岩或碱性正长岩的发现，表明东南沿海在印支期已处于伸展构造环境下，这种伸展可能是华南板块与东南亚板块碰撞之后的转换伸展，使得区域上断裂重新活化，岩浆沿断裂侵入形成的。

浙东早白垩世岩浆混合作用:新昌小将岩体U-Pb年代学及地球化学证据

在中国东南沿海地区广泛发育的中生代中酸性岩浆岩中多处发现了暗色包体，被认为是大规模壳幔相互作用和岩浆混合作用的产物。本文获得了浙东新昌地区小将岩体的花岗岩及暗色闪长质包体的锆石U-Pb年代学和和地球化学新结果。锆石U-Pb定年表明寄主花岗岩（121．1±0．9Ma）与暗色闪长质包体（117．6±1．0Ma）近于同期形成于早白垩纪。寄主花岗岩为高硅、富碱、富钾、准铝质或弱过铝质的钙碱性花岗岩，具有较强的铕负异常（8Eu=0．23～0．30）和Sr、Ba、P和Ti等元素的亏损，属于高分异的I型花岗岩；暗色闪长质包体具有重稀土亏损的特征，与寄主花岗岩在主量和微量元素上呈现混合作用趋势。小将岩体的上述特征与浙东晚中生代和福建沿海同期的岩浆岩特征一致，它们可能都是在早白垩纪伸展构造背景下，起源于俯冲交代的岩石圈地幔部分熔融产生的基性岩浆或者演化为闪长质成分，并与壳源花岗质岩浆发生混合作用的结果。本文研究为浙东及浙闽沿海地区晚中生代壳-幔作用和岩浆混合作用提供了新的证据。

柴达木盆地欧龙布鲁克地区构造演化研究

柴北缘东段古生界构造变形特征、构造演化过程研究较为薄弱,尤其是古构造应力场性质及其转变机制尚不明确。文中对欧龙布鲁克地区野外剖面及应力感构造要素(褶皱、节理、擦痕)进行了系统观测和分析,结果表明:加里东晚期应力场为NE向;晚海西—印支期早期为SN向,晚期NW向两期挤压应力场;燕山早期近EW向拉张,燕山晚期及喜山晚期处于NE向挤压应力场。根据欧南凹陷平衡剖面反演结果,对比不同时代地层收缩速率可知,柴北缘东段寒武纪—新近纪构造演化可以分为4个阶段:(1)加里东早期(-C—O1)弧后伸展、晚期(O2—S)弧后挤压,导致柴北缘东段初步形成NW向的背斜凸起;(2)晚海西—印支期(P—T)隆升阶段,欧龙布鲁克地区整体处于水体之上,并没有造成盆内二叠系—三叠系的沉积;(3)燕山早期(J1—J2)陆内伸展断陷、晚期(J3—K)挤压反转,欧龙布鲁克地区为继承性隆起,未完全接受沉积;(4)喜山晚期(N—Q)强烈挤压构造变形,逆断层强烈活动使山体快速隆升,基底卷入型构造样式广泛分布。