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《中国地质大学》 2008年
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川东北地区碳酸盐岩层系超压发育演化与成因机制

王存武  
【摘要】: 沉积盆地广泛发育超压,超压不仅会引发井喷事故,而且与油气成藏和分布密切相关。迄今为止,沉积盆地碎屑岩层系超压研究已做了大量工作;而碳酸盐岩层系超压研究尚未深入研究。碳酸盐岩由于早期成岩胶结作用强,不发育碎屑岩层系常见的欠压实引起的超压;但是,碳酸盐岩层系成岩后期的原油裂解成天然气效应、有机/无机水-岩相互作用对超压发育与演化具有重要影响。四川盆地东北部地区碳酸盐岩层系是我国天然气勘探的重点地区,该区现今超压分布十分复杂,超压发育演化机理及其成藏效应不清楚。本文围绕古油藏原油裂解成气作用、热化学硫酸盐还原作用(TSR)的增压效应的核心科学问题,通过地质观测、数值模拟和理论计算相互印证的研究思路,开展川东北地区二叠系~三叠系碳酸盐岩层系超压发育及其成因机制的研究,为揭示该区碳酸盐岩层系油气成藏机理提供一些理论依据。 论文以构造地质学、沉积学、成藏动力学等理论为指导,综合运用地质、地球物理、地球化学以及钻井等资料,以川东北地区碳酸盐岩层系基础石油地质背景为前提,开展了大量数值模拟计算,探讨了碳酸盐岩层系超压成因及影响地层压力的各个因素。取得的主要认识如下: 1)川东北地区含气构造的地层压力具有三个显著特点:①现今地层压力分布十分复杂,不同构造间地层压力不具有相关性,具有各自独立的压力系统;②海相碳酸盐岩层系(以飞仙关组为例)超压分布与储层岩性和储层类型密切相关,孔隙型或裂缝-孔隙型鲕滩储层基本不发育超压,而裂缝型或孔隙-裂缝型灰岩储层发育超压和强超压。③发育超压的裂缝型或孔隙-裂缝型储层现今天然气中均不含或微含硫化氢气体,而现今为常压的孔隙型或裂缝-孔隙型鲕滩储层均以高含硫化氢气体为特征。 2)运用流体包裹体热动力学模拟技术可以恢复碳酸盐岩储层古压力,这是目前古压力研究领域较为科学和准确的方法,本文运用激光扫描共聚焦显微镜结合PVTsim相态模拟软件共同模拟了川东北地区碳酸盐岩层系古流体成分和古压力。结果表明,普光构造和毛坝构造飞仙关组、长兴组碳酸盐岩储层在早燕山期均发育超压,至130Ma时地层压力开始下降,演化至今普光构造碳酸盐岩储层为常压,而毛坝构造毛坝1、2、3井区为超压,二者代表了两种不同的压力演化过程。 3)影响川东北地区碳酸盐岩层系地层压力演化的主要因素包括原油裂解成天然气、TSR反应、构造挤压和抬升剥蚀作用,前三种是形成该区古超压和现今超压的主要机制。 原油裂解成天然气可使地层压力明显增大,考虑川东北地区实际的地质条件进行的数值模拟计算结果表明,在地质条件下封闭体系中的原油裂解成天然气可产生强超压,压力系数可达2.56,而开放体系原油裂解成天然气产生的系统压力并不高,在系统体积增大20%的条件下,压力系数仅为1.36。川东北地区以普光气田为代表的鲕滩相孔隙型储层都经历了古油藏到气藏的转变过程,现今储层中残余大量沥青,研究认为普光和毛坝构造碳酸盐岩层系飞仙关组和长兴组晚印支-早燕山期超压的主要成因是原油裂解成气作用;热化学硫酸盐还原反应(TSR)会导致地层压力发生变化,数值模拟结果表明,凡是甲烷参与的TSR反应无论发生在开放体系还是封闭体系均会引起地层压力降低;乙烷参与的TSR反应在开放体系中可能会产生系统压力降低,而封闭体系中会使系统压力显著增高;丙烷和丁烷参与的TSR反应无论发生在开放体系还是封闭体系中,均会引起系统压力显著增大。而综合考虑TSR产物(H_2S和CO_2)与过渡金属发生反应的消耗、酸性气体对储层的溶蚀进行的数值计算表明,实际地质条件下的TSR能导致地层压力降低。构造抬升可使地层压力明显降低。抬升剥蚀引起的压力卸载可能会使鲕滩相孔隙型储层发生弹性反弹,而抬升后引起的地层温度降低可使储层流体收缩,产生大幅度的压力降低。 4)晚燕山期和喜山期强烈的构造挤压可能是导致川东北地区裂缝型碳酸盐岩储层超压的重要因素。不同岩石类型的应力应变性质不同,对应力的敏感程度亦有差异。裂缝性灰岩/白云岩属于塑性形变范畴,当有效应力增加时,裂缝首先被压缩闭合,完全闭合后孔隙才开始形变;而鲕粒白云岩则像砂岩一样,属于弹性形变,当有效应力增加时,孔隙首先被压缩,使孔隙空间减小,流体压力增加。同等应力条件下,裂缝型灰岩/白云岩储层会首先出现超压,并由于裂缝的自封闭性较强,超压不会轻易泄载。因此,川东北地区构造挤压作用可能是造成飞仙关组裂缝型灰岩/白云岩储层超压的主要因素之一。不同构造带储层的岩石类型的差异和岩石物理性质的差异以及地质历史时期的水-岩相互作用的不同可能导致了各构造带间地层压力演化不同,表现为现今压力系统特征的不同。 本论文主要创新点: (1)碳酸盐岩层系的超压研究尚属国际前沿课题,本文运用数值模拟、理论计算以及流体包裹体实验等多种技术,对川东北地区碳酸盐岩层系超压发育演化与成因机制进行研究,这一选题具有一定的学术前沿性; (2)原油裂解成天然气的增压效应、硫酸盐热化学还原反应(TSR)的压力响应以及多期构造活动引起的地层抬升、剥蚀和构造挤压,都是川东北地区碳酸盐岩层系超压发育与演化的重要因素,本文探讨了多因素叠加的总体地层压力演化过程,在理论上具有一定的探索性; (3)碳酸盐岩层系古地层压力的确定目前还十分困难,尤其是川东北地区经历了多期构造叠加改造、复杂烃类-流体-岩石相互作用和多种成岩作用共同改造,使盆地模拟技术和数学计算都不能成功获取古地层压力,针对这一问题,本文采用流体包裹体热动力学模拟技术,利用激光扫描共聚焦显微镜和PVTsim相态模拟软件共同获取捕获压力,在碳酸盐岩层系古压力研究方法上具有一定的创新性。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P618.13

【引证文献】
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【同被引文献】
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8 谢增业;李剑;吴世祥;杨威;张林;;川西北飞仙关组优质烃源岩的发现及意义[A];第十届全国有机地球化学学术会议论文摘要汇编[C];2005年
9 宋孚庆;王汇彤;任冬苓;魏彩云;;原油裂解定量研究方法[A];2005年全国有机质谱学术交流会论文集[C];2005年
10 潘立银;刘占国;李昌;寿建峰;张建勇;张杰;沈安江;周进高;郑兴平;;四川盆地东部下三叠统飞仙关组白云岩化作用及其与储集层发育的关系[A];白云岩成因及油气储集层研讨会论文集(续)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王孝祥;普光千亿立方米整装气田已具雏形[N];中国石化报;2004年
2 王孝祥 帅利成 张学斌;普光气田储量进一步扩大[N];中国石化报;2006年
3 张学斌;川东北普光气田再报捷[N];中国石化报;2006年
4 王孝祥 张汉荣 贺彦;勘探南方绘元坝地宫藏宝图[N];中国石化报;2011年
5 王孝祥 张学斌;川东北探区发现新的高产气层[N];中国石化报;2006年
6 张学斌;普光9井酸化日产气123万立方米[N];中国石化报;2007年
7 记者 张学斌;大湾102井喜获高产工业气流[N];中国石化报;2008年
8 于银花;元坝27井长兴组试气成功[N];中国石化报;2010年
9 王孝祥 张学斌;川东北天然气勘探取得新突破[N];中国石化报;2005年
10 胡南方;勘探南方泰来2井顺利开钻[N];中国石化报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王存武;川东北地区碳酸盐岩层系超压发育演化与成因机制[D];中国地质大学;2008年
2 王铜山;川东北飞仙关组鲕滩气藏天然气成因特征及其生成动力学研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2007年
3 胡安平;川东北飞仙关组高含硫化氢气藏有机岩石学与有机地球化学研究[D];浙江大学;2009年
4 储昭宏;川东北长兴组—飞仙关组碳酸盐岩储层研究[D];中国地质大学(北京);2006年
5 胡作维;川东北地区三叠系飞仙关组白云岩的形成机制研究[D];成都理工大学;2010年
6 郑天发;海相碳酸盐岩隐蔽油气藏勘探[D];成都理工大学;2006年
7 高梅生;川东北地区天然气资源特征与可持续发展研究[D];成都理工大学;2007年
8 姚建新;二叠—三叠纪牙形石生物相生物更替和相关界线研究[D];中国地质科学院;1990年
9 李吉君;天然气生成过程中氢同位素分馏动力学研究及应用[D];大庆石油学院;2008年
10 殷积峰;川东二叠系生物礁的地质特征与地震预测技术研究[D];中国地质大学(北京);2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄丹;四川盆地西部上二叠统长兴组—下三叠统飞仙关组层序地层学研究[D];长江大学;2012年
2 田蒙;川东涪陵地区长兴组地震储层预测研究[D];成都理工大学;2012年
3 董霞;开江—梁平台内海槽上二叠统长兴组层序—岩相古地理特征[D];成都理工大学;2010年
4 钟怡江;四川盆地东北部长兴组—飞仙关组沉积格局及层序充填结构研究[D];成都理工大学;2009年
5 蒋涛;川东北上二叠统、下三叠统储层地球化学特征[D];成都理工大学;2009年
6 李文茂;川东北元坝地区飞仙关组层序地层与储层特征研究[D];成都理工大学;2010年
7 颜磊;川北米仓山前缘二叠系—三叠系礁滩相储层特征及发育模式研究[D];成都理工大学;2009年
8 佟宏鹏;川东地区三叠系飞仙关组碳酸盐岩氧、碳同位素组成特征及成岩流体性质[D];成都理工大学;2010年
9 陈晓东;川东南北部飞仙关组地震相分析及储层预测研究[D];成都理工大学;2012年
10 乔占峰;川东北地区普光气田飞仙关组层序地层与储层精细研究[D];成都理工大学;2008年
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