盆地宏观运移条件分析方法
(一)盆地的水动力条件与演化
沉积盆地的地下水动力条件对油气二次运移不仅起着宏观控制作用,而且还对油气的聚集和成藏起着微观控制作用。水动力学环境受盆地演化过程中的构造活动、构造应力状态、温度和压力条件等多种因素的制约,在不同的演化阶段具有不同的区域水动力特征。Coustua等(1977)从水动力学角度出发,将盆地的演化分为压实流(compaction flow)、重力流(gravity flow)和滞流(no flow)3个发展阶段,分别对应于年轻(juvenile)、成熟(mature)和老年(senile)盆地(图1-11)。因每一个演化阶段具有不同的地下水流向,从而导致不同的油气运移方向和聚集。
在盆地的“年轻”阶段,地下水流主要表现为沉积层的主体仍处于压实和欠压实状态,压实排出的流体由盆地中心向四周呈“离心状”流动,地下水测势面在盆地中心和深部最高,向边缘和浅部逐渐降低,故形成由凹(洼)陷区指向其边缘的区域地下水动力场,正是这种“离心状”水流导致了油气在盆地中呈“环带状”分布(图2-1)。具有这种水动力场性质的盆地称为“压实流盆地”,我国东部有一些中、新生代断陷盆地即属于此类盆地,如济阳坳陷(东营凹陷)、东濮凹陷、松辽、四川盆地等,其中东营凹陷下第三系尤为典型(查明等,1996)。国外的南里海、墨西哥湾、尼日利亚、北海等盆地也属此类(杨绪充,1993)。在盆地的成熟阶段,大气淡水在重力作用下由盆地边缘的露头处渗入运载层,形成重力水流,并在盆地中心穿层排泄,区域地下水流向表现为“向心流”的特征,故称为“重力流盆地”。油气在“向心”水流的作用下由盆地边缘向中心部位运移和聚集(J.T6th,1980;1988),我国的渤海湾盆地古潜山、法国的巴黎盆地和中东的波斯湾盆地中的一些油气田都主要分布在盆地的边缘区,即区域泄水区。由于渗入的大气降水会破坏盆地幼年期形成的油气藏,故只有位于盆地中心部位的油气藏才能得以保存。第三个演化阶段是盆地的老年阶段,此时为静水条件,基本上无流体能量的交换,故称“滞流盆地”,含油气性差或不含油。实际上,除上述三种类型外,还有许多复合类型的盆地,如压实流—重力流复合盆地和重力流—滞流盆地,也即在盆地发展、演化过程中,水动力系统也随之发生转化,并导致油气运移方向、聚集部位的改变,从而使油气藏的分布复杂化。
图1-11 沉积盆地水动力演化阶段(据Coustau,1977)
1—粘土;2—砂岩;3—垂直孔隙压力剖面;4—压实水流;5—重力水流
(二)水动力学机制与油气运聚
沉积盆地水动力学主要分为两大类:压实驱动(compaction drive)和重力驱动(gravity drive),即顺层流动和穿层流动。压实驱动的水动力主要来自于盆地内沉积物的压实排水,而种种原因形成的超压则是地下水流动较为稳定的动力。从压实和压力发育历史分析,盆地内部快速的、厚的细粒沉积比盆地边缘较薄的粗粒沉积更易形成异常压力,故盆地内部过剩压力的幅度往往大于盆地边缘。因此,压实水流动的方向由盆地中心向边缘呈“离心流”形式流动。基于压实驱动的水动力模式主要有:①压实驱动(Jacquin和Poulet,1970,1973;L.C.Bonham,1980);②压实—热驱动(D.H.Welte和M.A.Yükler,1980,K.Magara,1978);③压实—重力驱动(Coustau等,1975,1977;Kartsev和Vagin,1964),这三种模式均可描述地下流体的顺层流动,也是目前描述运载层中油气二次运移和聚集的基本思路。
重力驱动下的穿层流动(cross-formational flow)(图1—12)的积极倡导者是J.T6th(1963,1978,1980,1983,1984,1986,1988,1990),他认为在成熟盆地内,地下水流构成了统一的水动力系统,且具有区域上的水力连续性。地形起伏引起的水头梯度(测势面起伏)变化是地下水流穿过地层流动的主要动力来源。在重力作用下,水流从盆地边缘(供水区)流向盆地中心(泄水区),或流向地势较低的盆地另一侧边缘(穿越流),因而水动力表现为明显的“向心流”。从供水区到泄水区,地下水的化学成分也发生系统变化,水矿化度也逐渐升高,油气有向泄水区集中分布的趋势。当在运移路径上有流速减慢、压力降低、流动方向明显变化或流体化学环境的改变等因素时,都可在合适的构造、岩性或断层圈闭中形成油气聚集。J.T6th(1980)强调,重力穿层流动模式用于油气的运移、聚集,正是卡尔采夫和瓦金(Kartsev和Vagin,1964)及Coustau等人(1970)模式中大陆演化阶段的定量化描述,因此能较好地解释许多盆地中的油气运移和聚集过程(J.Tóth,1988)。J.Tóth理论在说明烃由源岩层向储层的流动以及成熟、开放体系盆地中的油气聚集问题方面具有重要的指导作用,而对于“年轻”、有明显异常高压和运载层被厚层泥岩分隔的封闭体系盆地中油气运移和聚集问题仍难以解释(刘方槐,1991;杨绪充,1993),因此,目前J.T6th的重力穿层流动的观点以及在油气运聚中的作用仍未得到普遍接受。
图1-12 重力流作用下的油气运移聚集原理(据J.T6th,1980)
1—天然气聚集;2—石油聚集;3—处于运移状态下的烃;4—地下水流线;5—生油层和弱含水层;6—储集层、输导层和含水层
(三)流体势分析
40年代初,M.K.Hubbert(1940)就用流体势的概念、理论和方法对地下流体的运动状态进行了比较全面的描述,1953年又做了补充和完善。然而,这些概念并未很好地应用于石油勘探,直到80年代,E.C.Dahlberg(1982)关于流体势方法的专著《石油勘探中的水动力学》问世,这一理论才开始受到重视。特别是定量研究方法的发展,使得流体势用于油气运移、聚集的计算机模拟才成为可能(W.A.England,1987;R.W.Davis,1987;等等)。
流体势反映了水动力、浮力和毛细管力对地下流体运动状态的共同作用,故它在油气运移、聚集中的作用愈来愈受到重视,现已成为普遍接受的定量描述方法之一。然而,流体势场,尤其是古流体势场的分布和演化受区域构造背景、古水动力学条件和流体性质等多种因素所控制,具体到一个盆地,就是受坳(凹)陷区与隆起(凸起)区的相对位置及其古构造发育史控制。因此,研究油气运移和聚集过程,除了盆地古地形、古构造发展史研究外,还要结合计算机对压实史、生排烃史等建立地质概念模型,选择合适的各种参数进行古水动力学、流体势、运移速度、运移与聚集量等数值模拟(P.Ungerer,1990;1987;M.Person等,1993;J.D.Bredenhoeft,1988;K.Belitz和J.D.Bredenhoeft,1988,C.Braester等,1991;陈荷立等,1988;C.Jacquin和Poulet,1973;J.Burrus等,1991;R.W.Davis,1991;杨家琦,1989;查明,1995)。这方面的理论和方法将在第三章详细介绍。
上述观点均从宏观上对裂陷(裂谷)盆地中油气的运移方式作了高度归纳,具有重要的理论意义。东营凹陷不仅具有与上述裂陷盆地相同或相似的性质,而且有其典型的特色。
1.典型的大陆裂陷盆地
本区经历了在燕山运动中期形成雏形,晚侏罗世—早白垩世晚期拉张断陷、早第三纪断坳主要发育和晚第三纪坳陷、定型等主要演化阶段,凹陷的地质结构呈不对称的箕形,具多旋回沉积。下第三系以地温梯度高(40.5~57.3℃/km)、沉积速率高(平均0.1~0.3mm/a)、正断层继承性发育、周期性活动和构造样式丰富而复杂等为其典型特征,是一含油气丰富的中、新生代裂陷盆地。
2.良好的封闭环境
从第三章分析得知,本区沙河街组地层水矿化度在洼陷中心及附近高达140~200g/L;CaCl2水型沙三、沙四段平均占80%,在盆地边缘或大断层附近有少量NaHCO3和MgCl2型水;Na2SO4型水在整个凹陷内仅占1.5%以下,反映了以压实流为主导、封闭性良好的水文地质环境。在这种封闭环境下,不仅油气未遭重大破坏和逸失,而且盆地内的沉积、构造及油气形成和分布规律自成体系。
3.压实和欠压实作用显著
定性和定量研究均证实,本区不仅压实作用显著,而且欠压实引起的异常高压现象也普遍而有特色。第三章分析已表明各洼陷中心及其附近沙三、沙四段是异常高压的主要发育层段,压力系数1.3~1.8。超压也是地下水能量的重要来源之一。
4.典型的“离心”式流体场
从流体势和运移地球化学分析可知,本区沙三、沙四段具有明显的“离心”式压实水流,地下流体测势面在盆地中心和深部最高,向边缘和浅部逐渐降低,故形成由凹(洼)陷区指向其边缘的区域流体势场。
5.油气呈环状分布
从压实流盆地的沉降中心到边缘,地下水势(水头)梯度减小,其负梯度方向即为流体的区域性流向。在“离心流”水动力场作用下,油气向边缘地区运移,并于适当的圈闭中形成聚集,故在平面上呈典型的“环(带)状”分布(图2-1)。在封闭性较好、无明显重力水流作用的断陷盆地中,油气分布均有此规律性。
盆地宏观运移条件分析主要考虑宏观输导系统分析和优势运移方向预测两个部分。
(一)宏观输导系统分析
宏观输导系统是指富油气凹陷内对于形成地层岩性油气藏发育有利区带的输导系统,包括渗透性砂岩运移通道、断层运移通道、不整合面运移通道及其相互组合。
1.渗透性砂岩运移通道
(1)利用骨架砂体等厚图确定可能的运移通道:厚度是描述砂体展布的最重要的参数,砂体只有具备了一定的厚度和连续性,对油气的运移才具有意义。砂体是最基本的油气运移通道,但砂体在垂向上往往并不是从下到上均匀连续的整体,由于本身物性的差异和沉积环境的不同,往往和多个相对低孔渗带或其他岩性互层出现,形成多个砂层组。所以在研究宏观的砂体展布时,不可能按照某一小砂层为单位,通常都是以某一层段的砂层累计厚度为单位成图。
通常状况下,砂体厚度和油气输导能力是成正比的,也就是说,在其他石油地质条件相似的情况下,砂体越发育,对油气运移作贡献的几率就越大。所以,利用编制的骨架砂体等厚图,就可以对油气的宏观运移方向进行地质预测。主干厚砂体成为油气运移通道的可能性最大。当然,某些连续性好、物性优的薄层砂体也可能成为有效地油气运移通道,这要结合其他的地质条件进行具体分析。
(2)利用砂岩物性等厚图识别相对高孔渗带:孔渗性是砂体的基本物性,也是油气能够在砂体中运移和储集的前提条件。所以,砂岩物性等厚图主要就是指砂岩孔隙度等厚图和砂岩渗透率等厚图。
孔隙是流体在固体岩石中存在的空间,无论油气的运移还是聚集都是在孔隙中进行的。相对高的孔渗带不仅为油气提供了很好的活动空间,而且使油气运动的阻力相对减小,非常有利于油气在其中运移和聚集,所以说相对高孔渗带极有可能成为油气的运移通道。
(3)利用主干厚砂带和相对高孔渗带综合确定骨架砂体运移通道:主干厚砂带展现了骨架砂体的空间展布范围,相对高孔渗带反映了砂体内部的物性分布情况,两个层次的有机结合可以比较合理的对油气在砂体中的运移通道进行客观的预测,勾画出有利的骨干砂体运移通道。
巴音都兰凹陷南洼槽阿尔善组阿四段Ⅱ砂组厚度30~60m,巴Ⅱ构造的巴9井区,以及巴Ⅰ构造的巴10井区,砂层厚度较厚,分别大约位60m和40m,是巴Ⅱ构造的主力含油层段。Ⅱ砂组平面上近南北向延伸,横向延伸距离较远,分布面积较广,巴9井区的Ⅱ砂组和巴10井区的Ⅱ砂组相连接,可能是油气运移的主要通道(图7-8)。
巴音都兰凹陷阿尔善组阿四段储层物性平面变化较大,巴Ⅰ构造带高渗透带主要集中在巴10井区,巴Ⅱ构造带高渗透带主要集中在巴9井区,本别呈环带状向砂体外围降低。在西部渗洼部位基本非渗透层。如图7-8 所示,来自洼槽部位成熟烃源岩生成的油气,主要沿着高渗透带向构造带运移。因此,高孔渗带可能是重要的运移通道。
2.断层运移通道
从目前世界上很多含油气盆地的情况看,深部的油气往上运移与盆地中的深大断裂有密切关系,而同时又有一些断层形成圈闭。因此断层是作为通道还是作为遮挡形成圈闭要具体分析。一般来说,张性断层具有通道性,压性断层具有封闭性;断层倾角大有利于运移,倾角小则有利于封闭;断层剖面塑性岩石多封闭性好,脆性岩石多则通道性好。而且,还与断层的相对活动和静止有关,活动期多具通道性,静止期多具封闭性,甚至同一个断层在不同的部位或不同的时期,也可表现出不同的作用。所以要确定断层是起通道作用还是圈闭作用是很困难的。
图7-8 巴音都兰凹陷阿尔善组阿四段Ⅱ砂组砂层厚度等值线图
(1)单期活动断层的输导性:断层和砂体的输导性演化各有特点,但不同活动方式的断层和砂体组合在一起时其综合输导能力又表现出不同的演化模式。
在埋藏初期(图7-9阶段①),没有断层,砂体是主要的输导层。因为压实、胶结程度较弱,整个系统属于开放性的动力系统,处于静水压力环境,输导能力较强。在埋藏的过程中,地层压力也在不断增大,由于构造运动作用使断层开始产生。在断层产生初期(图7-9阶段②),断层两侧的砂体基本上仍处在连通状态,断层的侧向输导性和纵向输导性向者相反的方向演化。侧向输导性主要与砂体的物性和连通程度有关,持续降低;而纵向输导性主要与断层的活动程度有关,此时是增大的。在断层活动逐渐减弱至停止阶段(图7-9阶段③),断距增大,整个输导系统的输导能力都是减弱的。该断层停止活动以后,断层面逐渐闭合,在以后的漫长的地质历史中该断层面是不开启的,所以其作为断层面的输导性是不存在的(图7-9阶段④)。
(2)多期活动断层的输导性:多期活动的断层不仅其本身的输导能力随着演化过程的变化而变化,当把它和砂体及地层压力的演化过程耦合在一起时其输导性又表现出完全不同的演化模式(图7-10)。
活动断层是相似的。在埋藏初期(图7-10阶段①),没有断层,砂体是主要的输导层,输导能力较强;在断层产生初期(图7-10 阶段②),断层的侧向输导性持续降低,而纵向输导性此时是增大的;在断层活动逐渐减弱至停止阶段(图7-10阶段③),整个输导系统的输导能力都是减弱的。
断层停止活动以后,由于断层面上泥岩的涂抹和正应力的增加,使断层闭合(图7-10阶段④)。闭合后的断层,不仅不能成为油气运移的通道,而且成为油气运移的遮挡,使油气无论在纵向还是在侧向都不能通过断层面,油气运移只能靠浮力在砂体内进行,尽管此时可能已开始发育异常高压或砂体开始发育次生孔隙,但断层的输导能力是很低的。
图7-9 早期活动断层与砂体输导性演化剖面示意图
图7-10 幕式活动断层与砂体输导性演化剖面示意图
随着异常高流体压力的积累,或者由于外力(地震、构造运动等)作用诱发断层重新活动(图7-10阶段⑤),这时无论是动力还是输导系统都较适合油气的快速运移,输导能力很强,在输导能力曲线上产生一个较强的峰带。随着断层的再次幕式的封闭和活化以及砂体物性和地层压力的演化(图7-10 阶段⑥、⑦),地层综合输导能力强弱交替,在曲线上表现为多峰式的演化过程,从而造成油气运移的快慢交替,油气运移也呈幕式进行。
在该断层第一次停止活动之前,它与动力场的配置关系以及对油气运移产生作用的理论模式与早期断层活动产生的输导性模式存在显著的差别。
3.不整合面运移通道
盆地边缘主要发育地层及复合类圈闭,其相对远离生油中心,仅靠断层的纵向运移是不够的。向这类圈闭供油的主要通道应该是不整合面和沉积间断面,只有通过它们才能实现油气横向上的远距离搬运。由于不整合面是一个风化剥蚀面,长期的风化、淋滤作用,使得溶蚀孔隙十分发育。所以,不整合面不仅发育有储集条件较好的储层,同时,也是油气运移的重要通道。
二连盆地乌里亚斯太凹陷南洼槽在阿尔善—腾一段沉积期,形成了阿尔善组和腾一下段之间(T8)、腾一下和腾一上之间(T7)两个区域性的不整合(图7-11),同时还在局部发育一些小型不整合。由于乌里雅斯太凹陷南洼构造相对稳定,沟通油源与储层的断层不发育,虽然发育多期、多个砂体,但是单个砂体分布范围较小,侧向连通性较差,只有不整合面,各向连通性好,沟通断层与储层、储层与储层之间的联系,作为油气运移通道,使油气运移更加畅通,为油气运聚成藏创造了条件。
图7-11 乌里雅斯太凹陷不整合面示意图
(二)优势运移方向预测
流体动力是油气从烃源岩进入储层初次运移及随后发生的二次运移并最终能否聚集成藏的重要控制因素之一。烃源岩生成的油气总是沿着压力降低方向,向相对低势区进行运聚。因此,利用地震资料进行地层压力预测和古流体势恢复,可以研究盆地流体动力特征,并对优势运移方向进行预测。
1.精细地震地层压力预测
在精细地震地层压力预测研究中,主要采用改进的Pillippone方法,利用压力预测软件(AP&FP)对地层压力进行横向预测。
一般情况下,地震波的传播速度随地层埋深的增加而增加,传播单位距离所需时间逐渐减少,反之,如在正常压力层的下面存在高压层,地震波传播速度由原来增加趋势而转为减少,传播单位距离所需的时间增加。因此,在岩性纵向上大体均匀的情况下,可利用高压层的低速响应来进行地层压力预测。
采用改进的“Phillippone”公式(据刘震等,1993)计算地层压力。从原理上讲,它更符合实际情况。因为原菲利普恩公式要求地层压力与地层深度呈直线关系,实际上,地层压力与地层速度在浅层呈对数关系,到了较深部位,地层压力和层速度都会出现异常,更不会保持直线关系。因此,在中浅层,当异常压力幅度不太大时,可以认为地层压力与地层速度为对数关系。进一步推理可知,当不考虑上覆负荷时,地层压力应该是层速度在υma和υf两点之间进行对数内插。
由于以地震层速度为基础,利用改进的“Phillippone”公式所预测出的地层压力具有一定误差。因此,要利用测井层速度和实测压力数据来约束地震资料,以提高地层压力预测的精度。
图7-12为广利洼陷地层压力平面展布与油气运移方向综合图,从图中可以看出生油中心的油气沿着地层压力下降方向,由生油层向储集层内运移,油气在压力低值区的有利区带聚集成藏,形成了油气田。
图7-12 广利洼陷地层压力平面展布与油气运移方向综合图
(据邱郑译等,1989)
——
2.流体势场演化分析
油气在储层中与地层水共同组成流体系统,它们在地下的运动作为一个机械渗流过程,自发进行的方向总是从单位机械能较高的地方流向单位机械能较低的地方,最终进入它自身的势能相对较小而动能为零的平衡状态,此时即形成油气藏。可见地下油气的运移和聚集是由流体中的油势和气势所决定的,正是这种油气势差导致了油气在渗透性地层中的运移。所以,控制烃类运移和聚集的根本因素是地下流体动力学场的特征,即地下流体势场的分布特征。
在古流体势恢复过程中,最重要的是确定地层的古厚度、古埋深和古流体压力,在确定这些参数时,地层孔隙度演化是其中的关键因素。近年来,人们已经认识到深度和时间同时控制和影响孔隙度演化过程。但大多数人在实际研究工作中无一例外的用的是某一地区孔隙度—深度的经验公式,或按威利公式就可计算出有声波资料处的砂、泥岩孔隙度。然后根据现今实际地层压实情况,分正常压实段和欠压实段,利用数学方法,拟合出砂、泥岩孔隙度随深度变化的函数,这与沉积过程中孔隙度实际演化情况不甚符合,误差很大。实际资料显示,时间对孔隙度的影响很大,虽然时间到底是如何影响孔隙度演化的机理不甚清楚,但还是应该建立一种能揭示孔隙度实际演化情况的关系式。古流体势在冀中坳陷、济阳坳陷得到了良好的应用。
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准格尔旗15736427073: 盆地特点盆地类型的特点 - ?
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准格尔旗15736427073: 如何分析区域地理中的自然地理环境 - ?
蹉管速新: 要素:①位置(经纬度,方位).②地形,地貌.③气候,降水.④该区域特殊地理环境(如喀斯特,黄土高原等).基本就这些了.
准格尔旗15736427073: (22分)图1为某国等高线地形图,图2是图1中A、B两地的气候资料统计图,读图,回答下列问题. (1)说出图1 - ?
蹉管速新: (1)盆地(2分).位于板块消亡边界,由于板块挤压(碰撞)(2分),导致地形隆起形成高原(或高原山地)(2分).(2)相同点:夏季高温干旱,冬季温和多雨(2分).原因:夏季受副热带高压控制,盛行下沉气流,炎热干旱;冬季西风带南移,...
准格尔旗15736427073: 论述在一个沉积盆地中如何进行油气勘探工作. - ?
蹉管速新: 油气勘探过程可划分为若干个阶段,各阶段既有独立性,又有连续性,通常将油气田勘探阶段之间相互关系和工作的先后顺序称之为勘探程序.一个油气田从勘探直至开发,要遵循科学的勘探程序,采用综合勘探方法,查明地下基本地质情况,...
准格尔旗15736427073: 为什么盆地中多储天然气 - ?
蹉管速新: 现在开采的油气藏都是有自己生-储-盖组合的,你说的背斜是储集层,而盆地条件是生成油气的源泉,生成的油气通过一次运移由生成层运向储集层,盖层良好,该油气藏就保存下来了,盖层不好,天然气就跑了. 由于地球板块的作用,地表都是不平的.宏观上的盆地下都有背斜结构,因为一次运移距离不会太远. 顺便说一句,从陆相生油学说来讲,沙岩层是良好的储集层,真不知道哪些高山是以砂岩为主的啊??
准格尔旗15736427073: 高中地理大题怎么答,才容易满分 - ?
蹉管速新: 答题技巧 ☆如何描述地形特征:1.地形类型(平原、山地、丘陵、高原、盆地等)2.地势起伏状况3.(多种地形条件下)主要地形分布4.(剖面图中)重要地形剖面特征 ☆影响气温的因素:1.纬度(决定因素):影响太阳高度、昼长、太阳辐射...