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盆地模拟-新

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盆地 模拟
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盆地模拟  BASIN MODELING,(4)埋藏史及成熟度演化,该井的门限深度为1961m;该井的核桃园组烃源岩现今的演化程度均较低,处于低成熟至中等成熟阶段的初期。其中东9井核三段的镜质体反射率为0.62~0.93%,地温为105~139℃,核二段的镜质体反射率为0.47~0.62%,地温为81~105℃。,D9井成熟度演化,该井的门限深度为1948m;该井的核桃园组烃源岩现今的演化程度均较低,处于低成熟至中等成熟阶段的初期,其中核三段的镜质体反射率为0.71~0.73%(至完井深度处),核二段的镜质体反射率为0.47~0.71%。,N65井成熟度演化,该井的门限深度为1787m;该井的核桃园组烃源岩现今的演化程度均较低,处于低成熟至中等成熟阶段的初期,其中张15井核三段的镜质体反射率为0.73~0.76%(至完井深度处),核二段的镜质体反射率为0.39~0.73%。,张15井成熟度演化,(二)油气生成与运移,1、核三段的原油成熟度都只是中等成熟度,生烃时间较晚 2、烃源岩层内出现油气的初次渗流,而部分原油生成后沿边界断裂出现大量的运移,但并未运移至上部储层聚集。,H21,H22,H23,Tg-T51,H31,北马庄地区L780剖面的油气运移聚集模拟,,,油层,1、该剖面上烃源岩成熟度较低,没有出现的大规模油气运移,只是在边界的扇三角洲储层聚集了少量的油层。 2、油气运移目前以就近运移为主,而连通砂体主要是横向远距离的良好通道。,H21,H22,H23,Tg-T51,H31,1、边界断裂附近的油气沿断层纵向运移至高渗透储层(同时是输导层)后在横向运移。 2、该剖面中间部分的油气运移主要以横向运移的,而边界断裂边缘则是以纵向运移为主。,黑龙庙地区L1080剖面的油气运移聚集模拟,储层聚集的主要为油,含少量的气,,H21,H22,H23,Tg-T51,H31,,油层,,核三1段烃源岩顶面在核二1段末期成熟度分布图(30Ma),核三1段烃源岩顶面在廖庄组末期成熟度分布图(22.5Ma),核三1段烃源岩顶面在现今成熟度分布图(0Ma),核三1段烃源岩顶面成熟度不同时期演化图,,,核二3段烃源岩顶面在廖庄组末期成熟度分布图(22.5Ma),核二3段烃源岩顶面在现今成熟度分布图(0Ma),核二3段烃源岩顶面成熟度不同时期演化图,盆地模拟,一、盆地模拟概述二、盆地模拟理论与方法三、典型实例分析,,一、盆地模拟概述,,地质模型,数学模型,成果解释,盆地模拟内容,5“史”模拟 地史模型 热史模型 生烃史模型 排烃史模型 运移聚集史模型,,盆地模拟发展简史,,,1978年原西德尤利希核能研究有限公司石油与有机地球化学研究所建立了一维盆地模拟系统,主要是通过对欠压实地带古地温史和埋藏史的计算,在此基础上求有机质成熟度,进而对生烃量和排烃量计算。,盆地模拟发展简史,,,1984年法国石油研究院建立了一个较完整的二维盆地模拟系统,利用回剥法求埋藏史,利用地球动力学法求古地温史,进而求烃类成熟史,通过两相运移法求流体压力史和油聚集史。——TEMISPACK,盆地模拟发展简史,,,1984年南卡罗拉那大学地质科学系提出了用镜质体反射率确定古热流方法;1988年又提出了用其它几种地化资料确定古热流的方法;90年代初,又提出盆地流体四维监控模拟系统。——GEOPETⅡ,盆地模拟发展简史,,,1987年英国不列颠石油公司(BP石油公司)提出了一个关于油气二次运移聚集的二维模型,即在地下流体运移相态中考虑到油相和气相。该模型成为目前公开发表的论述油气二次运移与圈闭问题的较好模型。,盆地模拟发展简史,,,1981年日本石油勘探有限公司勘探部建立了一个简化的二维盆地模拟系统。1988年又与南卡大学合作完成较为完善的二维盆地模拟系统,该系统考虑流体运动、传热(传导和热对流)、烃类生成和运移。,盆地模拟发展简史,,,1986年美国伊利诺斯大学地质系利用有限差分法推出了二维盆地流体模拟软件(BASIN2)。随后又与水岩相互作用模拟结合起来,推出了“GWB”(Geochemist’s Workbench)模拟软件。——BASIN2,盆地模拟发展简史,,,我国盆地模拟研究起步较晚,在80年代末开始在国外盆地模拟软件的基础上进行修改完善。主要有中石油勘探规划研究院石广仁等、中海油研究中心与加州大学伯克利分校地质地球物理系合作完成的盆地模拟软件。——BAS2(石广仁等)——PRO-BAS,二、盆地模拟基本原理,(一)、地史模拟(二)、热史模拟(三)、生烃史模拟(四)、排烃史模拟(五)、运移聚集史模拟,,(一)、地史模拟,地史模拟的功能是重建沉积盆地的沉积埋藏史和构造沉降史。沉积埋藏史是指盆地中的某一沉积单元或一系列单元自沉积开始至今或某一地质时期的厚度和埋藏深度的变化历史,通常由沉积埋藏史曲线表示。构造沉降史是指盆地基底的某一单元或一系列单元在盆地发育时期上下运动的历史,通常由沉降史曲线表示。,,沉积埋藏史模拟,沉积埋藏史通常是由以深度为纵坐标、时间为横坐标所表示的某一沉积单元的埋深—时间曲线(即沉积埋藏史曲线)给出。沉积埋藏史的分析方法主要是地层孔隙度—厚度恢复法,即回剥法。,沉积埋藏史模拟,沉积埋藏史模拟,1.压实校正的基本原理压实校正最常用的方法是回剥法。回剥法所使用的关键参数是孔隙度—深度曲线,其基本原理就是沉积压实原理,即:沉积物在压实过程中岩石骨架体积保持不变,只是因岩石孔隙度的变小而导致岩石体积的变小。回剥法的具体做法就是从已知的单井分层参数出发,按地质年代逐层剥去,其间考虑了沉积压实、超压、剥蚀以及沉积间断等地质事件,直至全部地层剥完为止,最终得到的结果是该井各地层的埋深—地质年代关系历史。,沉积埋藏史模拟,设hs为沉积物的骨架厚度,h为沉积物厚度,则: hs=h(1-φ)在一般情况下,同一沉积盆地中岩性相同的沉积物,其孔隙度φ与深度Z有如下函数关 系: φi=φio×exp(ai·Z)其中φio为i种岩性沉积物的原始孔隙度, ai为i种岩性的压缩系数。 各种岩性的φ—Z关系式通常可由孔隙度测井、地震层速度或实验室分析得到。,去压实校正,沉积埋藏史模拟,2、剥蚀厚度的恢复剥蚀厚度的恢复方法很多,概括起来主要有以下三种:即地质学方法、地球物理方法和成熟度法。1)区域地层对比法通过与邻区沉积层序完整的地层进行对比来确定剥蚀时间和剥蚀厚度,沉积埋藏史模拟,2)剥蚀系数法 RE = 2h1/(h1-h1’+h2-h2’) HE = (h1-h’)RE其中RE代表剥蚀系数 h1代表研究区最大沉积厚度 h2代表研究区最小沉积厚度 h1’代表研究区最小残余厚度 h2’ 代表研究区最大残余厚度 HE代表剥蚀厚度 h’代表研究目的层的残余厚度。,沉积埋藏史模拟,3) 地球物理学方法主要是应用声波测井资料,根据在正常压实条件下,泥岩孔隙度或声波时差与深度呈指数关系的数学模型来外推剥蚀厚度。该方法最早是由Magara(1978)提出的。其前提条件是 (1)剥蚀后新沉积的地层厚度的必须小于剥蚀厚度,否则原泥岩孔隙度(或声波时差)将被改造而失去作用; (2)必须知道未压实前泥岩沉积物的原始孔隙度Φ0或原始地表声波时差(△t0); (3)必须能够比较系统地获得纯泥岩的孔隙度或声波时差值。,沉积埋藏史模拟,4)成熟度剖面法该方法是由华莱士(W.G.Dow,1977)提出来的。在正常地质背景下,镜质体主要受最大温度和有效加热时间的影响,镜煤反射率Ro的对数值与埋深之间呈良好的线性关系。利用这一关系即可恢复地层剥蚀厚度和计算平均古地温梯度。据Dow的研究表明,地表附近Ro的最低值约为0.18~0.2%,因此只要把剥蚀面以下的深度和Ro对数值的回归直线向上延伸至Ro=0.2%处,就可求出地层的剥蚀厚度。,沉积埋藏史模拟,沉积埋藏史模拟,3、异常超压影响,异常压力型剖面(利101井),构造沉降史模拟,引起沉积盆地沉降的原因有两个,一个是盆地基底下部活跃的地球动力作用,另一个是盆地内沉积物和水的载荷。通常认为这两种过程是一种互相独立的事件,所以盆地基底总的沉降就等于由地球动力作用和沉积载荷这两者引起的下沉总和。麦肯齐在他所提出的拉张型盆地模型中预测了盆地的构造沉降,他将构造沉降分成两部分。,构造沉降史模拟,引起沉积盆地沉降的原因有两个,一个是盆地基底下部活跃的地球动力作用,另一个是盆地内沉积物和水的载荷。通常认为这两种过程是一种互相独立的事件,所以盆地基底总的沉降就等于由地球动力作用和沉积载荷这两者引起的下沉总和。麦肯齐在他所提出的拉张型盆地模型中预测了盆地的构造沉降,他将构造沉降分成两部分。,构造沉降史模拟,均衡原理L*ρw + C* ρc + M* ρm = H* ρs + C* ρc + (M-Dl)* ρmDl = H* (ρs – ρw)/(ρm - ρw),构造沉降史模拟,1、初始沉降Si:它是由于岩石圈在拉张前后的均衡补偿作用造成的最早沉降量,相当于盆地初期大断层的初始垂直断距。其数学表达式为: Si = { hl[(ρo-ρc)(hc/hl)(1-αTlhc/hl)-hlTlρo/2](1-1/β)}/ [ρo(1-αTl)-ρw] hl为岩石圈厚度,125km; ρo为地幔密度,3.33g/cm3; ρw为海水密度,1.00g/cm3; ρc为陆壳密度,2.8g/cm3; hc为原始陆壳厚度; Tl为软流圈顶界温度,1333℃; α为岩石圈热膨胀系 数,3.28×10-5℃-1; β为地壳的始拉伸量(拉伸量参数);,正演模拟——Mckenzic模型,构造沉降史模拟,2、热沉降St:它是由于岩石圈冷却收缩引起的缓慢下沉的沉降量。当β≤4时,其数学表达式为: St = 4hlρoαTl/[π2(ρo-ρw)]·(β/π)·sin(π/β)· [1-exp(-t/τ)] 其中,hl为岩石圈厚度,125km;ρo为地幔密度,3.33g/cm3;ρw为海水密度,1.00g/cm3;ρc为陆壳密度,2.8g/cm3;hc为原始陆壳厚度;Tl为软流圈顶界温度,1333℃;α为岩石圈热膨胀系 数,3.28×10-5℃-1;k为岩石圈的热扩散率,8.04×10-7m2·S-1;τ是一个常数,τ=hl2/π2k ,它的意义为瞬时热流影响地温的最大限度时间,在麦肯齐模型中定为62.8Ma;t为盆地沉降时 间,Ma;β为地壳的始拉伸量(拉伸量参数);π为圆周率。,构造沉降史模拟,初始沉降Si和热沉降St都是与重力均衡补偿及热膨胀有关的方程,它们的表达式中都有拉伸 量参数β。该参数是一个不易确定但又十分重要的参数,一般可通过实测的现今基底热流值与模拟的热流现今值拟合的方法,利用计算机自动调整β值并且进行反复迭代而求取,但也可用沉积剖面计算构造热沉降的方法求得,其公式为: St=Hs(ρo-ρs)/(ρo-ρw)+Dw其中St为热沉降量, Hs为沉积物厚度, ρs为沉积物平均密度, ρo是地幔密度, ρw是水密度, Dw是水深。求出St后代入(1-4)式即可求出β值。,构造沉降史模拟,回剥法目前已经成为盆地分析中的一种常规技术。它需要去压实、古水深和海平面变化三种校正,从而给出总沉降曲线和沉降速率。,反演模拟——回剥模型,去压实校正,骨架砂体积不变原理,古水深校正的依据:1、底栖微体化石2、沉积相3、明显的地化标志,古水深校正,,实例,古水深和海平面变化校正,在以反演方法为主的盆地数值模拟系统中,构造沉降史模型通常采用一些简化了经典数学模型,并且认为总沉降TS是古水深Wd与经压实校正后沉积单元厚度H0之和,即: Ts = Wd+H0 由于沉积负荷产生的沉降U为: U = H0(ρ’s-ρw)/(ρm-ρw)构造沉降TTs等于总沉降与沉积负荷产生的沉降之差。即: TTS = TS-U即: TTS = H0(ρm-ρ’s)/(ρm-ρw)+ Wd如果考虑海平面升降变化对沉降的影响,则TTS为: TTS = H0(ρm-ρ’s)/(ρm-ρw) + Wd±△Slρm/(ρm-ρw),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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