莺歌海盆地流体垂向输导体系特征及其对天然气成藏的控制作用

【摘要】：垂向输导体系主控下的热流体活动是莺歌海盆地重要的地质特征之一,在地震剖面和岩石薄片中留下了一系列宏观和微观地质现象。前人对莺歌海盆地流体垂向输导体系的研究主要集中在底辟构造上,包括底辟构造的结构、性质、油气地球化学特征及成藏年代学等。但莺歌海盆地流体垂向输导体系不仅包括底辟构造中的模糊带和伴生断裂,同样包括广泛发育的气烟囱构造。前人从宏观地质角度对底辟系统的分类不能满足现今油气勘探的需要,且垂向输导体系空间差异性及其对油气聚集效率的影响仍然缺乏研究,流体垂向运移规模缺乏定量参考。 本次研究首先以盆地中央坳陷带流体垂向输导体系的组成要素和空间分布样式入手,通过地震剖面综合解释、三维地震属性提取、岩石薄片分析等手段,详细解剖盆地内流体垂输导体系的类型、空间分布规律、不同输导体系的内在联系及流体聚集效率。并以超压计算为切入,从4个方面进行研究,首先通过钻井压力结构分析,从点上刻画盆地现今流体压力场结构,其次通过地震速度谱反演从剖面与平面上刻画现今流体压力场特征,再次通过流体压力数值模拟恢复垂向输导体系改造前盆地超压箱结构,最后通过前后流体压力场结构变化对比分析垂向输导体系对现今压力场的控制方式,即通过点→线→面→体→时的方式刻画压力场结构演化对垂向输导体系发育的响应。最后通过解剖不同区带天然气藏的压力结构与输导体系特征,分析有利的天然气有利聚集带分布规律,进而为为莺歌海盆地天然气勘探提供理论参考。主要研究认识如下： (1)垂向输导体系构成要素及类型 按照输导要素形成的不同机理,盆地中央坳陷带发育底辟伴生断裂和水力破裂两类垂向输导要素。底辟伴生断裂包括三种类型,分别是张扭断裂、压扭断裂和塌陷断裂；水力破裂从微观到宏观产出形式不同：在岩石薄片和钻井岩芯上为细长的微裂缝；在地震剖面上群簇产出,垂向延伸500-1000m,形成气烟囱；当大量气烟囱在空间交织成网,在地震剖面上形成模糊带。根据输导要素空间组合方式差异,形成了三大类6小类垂向输导体系。Ⅰ-埋藏型,包括Ⅰ-Ⅰ型-深埋藏型、Ⅰ-Ⅱ型-中-深埋藏型和Ⅰ-Ⅲ型-浅埋藏型；三种类型输导体系模糊带顶面埋藏深度依次变浅,上部为气烟囱和底辟伴生断裂,中-深埋藏型输导要素垂向分异最明显。II型-刺穿型,包括II-I型-压扭刺穿型和II-II型-水力破裂刺穿型,两个输导体系模糊带顶面均接近海底,前者地层形变明显,后者地层变形较弱。ⅡI型-塌陷型,由模糊带和塌陷断裂组成。 (2)垂向输导体系区域分布特征及控制因素 垂向输导体系在中央拗陷分布具有分带性：东方区主要是中-深埋藏型；昌南区主要是早期塌陷型和晚期浅埋藏型形成的复合体；乐东区主要是浅埋藏型,深埋藏型和穿刺型。垂向输导体系分带性主要受控于三种地质因素。一是盆地内巨厚的细粒沉积形成的强超压环境,这是垂向输导体系集中在中央凹陷带发育的内在原因。二是区域应力场变革导致盆地南北拉张强度和拉张方向的差异,造成东方区为弱拉张或挤压环境；吕南区早期为强拉张环境,晚期为弱拉张环境；乐东区晚期为强拉张环境。三是区域性差异沉降,盆地T30以上地层南部厚度差异悬殊,使得乐东区主要发育穿刺型输导体系。其中后两个因素是导致垂向输导体系区域差异分化的外在原因。 (3)垂向输导体系流体聚集能力及空间演化 垂向输导体系从深埋藏型→中-深埋藏型→浅埋藏型→刺穿型→塌陷型,周围揭穿地层中气体聚集规模先增大后减小,其中中-深埋藏型输导体系气体聚集规模最大；输导体系能量同样是先增大后减小,其中刺穿型输导体系现今能量最强。现今不同类型输导体系具有内在联系性,处于输导体系的不同演化阶段：深埋藏型输导体系代表了初始阶段,之后输导体系分两种情况进入成熟阶段,一种是在水平引力和内部能量共同作用下依次形成深埋藏型→中-深埋藏型→浅埋藏型→压扭刺穿型输导体系,一种是仅在内部能量的作用下形成水力破裂刺穿型输导体系；垂向输导体系最终都可能走向消亡,形成塌陷型输导体系。莺歌海盆地垂向输导体系至今仍处于不断演化之中。 (4)今流体压力结构与垂向输导体系分布关系 钻井压力统计结果显示,垂向输导体系发育的中央坳陷带东方区和乐东区相同深度压力明显高于北部临高区和东部岭头区,地温梯度同样高于盆地其它地区：东方区和乐东区钻井压力均为阶梯式结构,其中东方区超压顶面埋藏较深(约2250m),乐东区超压顶面埋藏较浅(约1900m),但东方区超压顶面附近压力梯度大于乐东区。东方区3D工区今超压预测结果显示,超压顶面埋深在垂向输导体系顶部呈环状抬升,并向周围缓慢降低；2D工区今超压预测结果显示强超压发育区和垂向输导体系集中发育区有很好的对应关系。中央坳陷带不同区域今压力结构存在差异性,这种差异性和不同类型垂向输导体系能量具有相关性,刺穿型输导体系普遍发育的乐东区超压规模和强度均高于东方区。 (5)传导超压对现今流体压力场的贡献 古流体压力模拟和今流体压力预测结果对比发现,自源超压面在东方区埋深大约4000m,在乐东区埋深大约3700m,自源超压顶面和传导超压顶面均在拗陷中央LD811构造附近最浅,向盆地边缘逐渐降低。垂向输导体系发育导致自源超压面在东方区抬升1900m,现今2580m-3088m深度范围内黄流组储集层中的92%-94%超压来自传导型超压;在乐东区抬升了2185m,现今2185m-2450m深度范围内86%-90%超压来自传导型超压。垂向输导体系控制了盆地中深层储集层内压力结构和流体充注方式,并导致储集层砂岩中的地层压力大于相邻的泥岩。 (6)自源-传导超压带特征 垂向输导体系的后期改造导致中央凹陷内自源超压顶面有不同程度的抬升,在原始自源超压面和现今传导超压面之间形成一个泄压带,带内为超压环境,可称之为自源-传导超压带,带内流体以运移垂向为主。自源-传导超压带在盆地中央垂向厚度大,向边缘减薄,不同区域存在差异。东方区、乐东区和昌南区的对比结果显示,自源-传导超压带结构与自源超压大小和垂向输导体系类型相关：东方区自源超压相对最小,垂向输导体系能量弱,上部盖层保存完整,因此自源-传导超压带埋深大,垂向延伸距离短,压力过渡快；乐东区自源超压大小中等,但由于晚期T30界面以上的快速沉积和大量发育的水力破裂型输导体系,导致自源-传导超压带垂向延伸最大,顶面埋深最浅；昌南区自源超压最强,但由于晚期拉张应力形成塌陷型输导体系导致能量释放,自源-传导超压带顶面埋深介于前两个区域中间。 (7)两个有利天然区聚集带 盆地东方区带存在两个有利天然气聚集带。一是箱顶传导常压带,主要位于传导超压面以上,形成的油气藏深度通常小于2000m,为常压环境；带内油气藏的勾源通道是底辟伴生断裂、气烟囱和模糊带；中-深埋藏型输导体系顶部最有利于在箱顶传导常压带内形成油气藏,其次是浅埋藏型输导体系。其二是箱内自源-传导超压聚集带,位于传导超压面以下,埋藏深度大约2000-4000m范围内,为超压环境；带内优质天然气藏的勾源通道以气烟囱为主,天然气垂向运移并聚集,侧向运移不明显；深埋藏型和中-深埋藏型输导体系最有利于在箱内自源-传导超压聚集带形成油气藏。其中箱内自源-传导超压聚集带油气藏受水力破裂输导控制,具有距离烃源灶近且流体输导高效的优势,是盆地内最有勘探潜力的油气聚集带 (8)乐东区中-深层天然气藏勘探潜力 乐东区中-深层具有良好的天然气勘探潜力,主要原因包括：首先乐东区具有和乐东区相似的压力场结构,且已经在箱顶传导常压带内取得了天然勘探突破；其次乐东区浅埋藏型和水力破裂穿刺型之间发育深埋藏型输导体系,深埋藏型输导体系气烟囱顶部通常是气体聚集最佳区域之一；最后深层的热流体溶蚀作用可对储集层物性起到良好的改造作用。 【关键词】：垂向输导 底辟 水力破裂 油气成藏
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 作者简介6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-17
• 第一章 前言17-25
• §1.1 选题的来源、目的和意义17
• §1.2 国内外研究进展17-22
• 1.2.1 底辟构造17-18
• 1.2.2 水力破裂18-20
• 1.2.3 古今压力场研究方法20-21
• 1.2.4 垂向输导体系在油气成藏研究中存在的问题21-22
• §1.3 主要研究内容和技术路线22-25
• 1.3.1 研究内容22
• 1.3.2 技术路线22-23
• 1.3.3 主要工作量23-24
• 1.3.4 主要创新点24-25
• 第二章 区域地质概况25-31
• §2.1 区域地理位置及油气勘探现状25-26
• §2.2 盆地构造单元划分及构造演化特征26-28
• §2.3 地层发育及沉积充填28-31
• 第三章 垂向输导体系构成要素和空间分布31-50
• §3.1 垂向输导体系要素32-39
• 3.1.1 底辟伴生断裂32-36
• 3.1.2 水力破裂36-39
• §3.2 垂向输导要素的组合类型39-44
• 3.2.1 埋藏型输导体系39-42
• 3.2.2 穿刺型输导体系42-43
• 3.2.3 塌陷型输导体系43-44
• §3.3 垂向输导体系空间分布与发育过程44-50
• 3.3.1 垂向输导体系空间分布44-45
• 3.3.2 垂向输导体系气体聚集效率45-46
• 3.3.3 垂向输导体系控制因素与差异演化46-50
• 第四章 垂向输导体系的流体压力结构50-76
• §4.1 今超压系统分布预测51-61
• 4.1.1 钻井压力结构分析51-55
• 4.1.2 今流体压力预测模型建立与结果检验55-57
• 4.1.3 今超压结构特征57-61
• §4.2 古超压系统演化61-69
• 4.2.1 地质模型和参数选择61-66
• 4.2.2 模拟结果与检验66-67
• 4.2.3 古流体压力系统演化特征67-69
• §4.3 传导超压的大小分布69-76
• 4.3.1 传导超压钻井计算结果69-71
• 4.3.2 传导超压剖面结构特征71-72
• 4.3.3 传导超压平面分布特征72-74
• 4.3.4 自源-传导超压带特征74-76
• 第五章 垂向输导体系与天然气藏耦合关系76-87
• §5.1 东方区天然气藏特征解剖76-80
• 5.1.1 天然气藏空间分布和压力场环境76-77
• 5.1.2 流体垂向输导主控的油气成藏77-78
• 5.1.3 流体垂向输导与储层改造78-80
• §5.2 天然气藏分布与垂向输导体系关系80-83
• 5.2.1 失利钻井分析81-82
• 5.2.2 优质天然气分布位置82-83
• §5.3 两个有利天然气聚集带83-87
• 5.3.1 箱顶传导常压聚集带84
• 5.3.2 箱内自源-传导超压聚集带84-85
• 5.3.3 乐东区中-深层天然气藏勘探潜力85-87
• 第六章 主要认识和结论87-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-99

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