不同边界条件断层端部应力集中效应及对裂缝发育的启示

与断层应力集中相关的裂缝发育区是致密油气和页岩油气聚集的有利区。以光弹性物理模拟和有限元数值模拟为技术手段，探讨断层端部应力场的平面展布规律，并结合弹性力学理论分析，解析断层端部应力场的分布机理。结果表明，挤压背景下断层端部的压应力集中区以断层端部圆弧最凸出端点为中心以双曲线形式向外呈“8”字形展开状延伸，其控制范围随边界应力强度增加而增大；在0°~90°范围内随断层走向与边界应力方位夹角增大呈整体增强的趋势，在75°时最大，断层形态及模拟时的建模方式对断层端部应力场有重要影响。断层端部的应力集中区是裂缝储层油气勘探开发的高潜力区。     

深部流体在富有机质烃源岩形成中的作用

长期以来,关于富有机质烃源岩形成的研究主要集中于盆地之内,盆地之外流体活动对富有机质烃源岩形成的影响关注较少。深部流体作为联系沉积盆地内、外的纽带,通过提高海洋初级生产力和形成有利的有机质保存环境2个方面作用为富有机质烃源岩的形成创造条件。生产力方面,深部流体携带了大量NO_3~-、PO_4~(3-)、NH_4~+等营养盐类,CH_4、CO_2、H_2、NH_3等热液气体和Fe、Mn、Zn、Co、Cu等微量金属元素以及来自地球内部的古细菌、嗜热细菌等微生物,它的注入促进了水体生物的繁盛和初级生产力的提高,为有机质的形成和富集创造了条件。保存环境方面,深部流体的喷发,向大气和海洋中输送了大量的CO_2,与水体中的Ca~(2+)、Mg~(2+)等离子结合,形成碳酸盐类,增加了水体的盐度,促进了水体的分层和海水循环的静止,为海洋环境中有机质的富集创造了有利的水体动力学条件和氧化还原状态。而岩浆热液活动向大气和海洋输送的大量H_2S、CO等还原性气体溶解于水中,同样可以促进水体还原环境的形成。因此,深部流体的喷发为富有机质烃源岩的形成提供了重要物质保障和有利的环境条件。     

埋藏过程中泥页岩非构造裂缝的形成演化模式

通过归纳总结前人研究成果,同时考虑到泥页岩普遍具有层理发育、非均质性、力学性质各向异性、欠压实作用和烃类生成等本身固有的特殊性质,划分了泥页岩非构造裂缝的主要类型,分析了泥页岩非构造裂缝分布的深度区间。依据覆压条件下的孔隙度、渗透率测试数据,获得了泥页岩裂缝覆压闭合的临界围压和对应的深度范围。综合分析认为：泥页岩非构造裂缝主要有干裂裂缝、水下收缩裂缝、成岩层理裂缝、超压裂缝（欠压实超压裂缝和生烃超压裂缝）和现代表生裂缝5种类型。泥页岩覆压渗透率测试数据揭示,当上覆岩层的垂直有效压力达到15 MPa时,常压泥页岩的天然缝裂缝（水平方向）将发生闭合。裂缝覆压闭合门限深度为870～1 138 m,平均为1 000 m。超压泥页岩底界深度与泥页岩裂缝（水平方向）覆压闭合深度一致,超压带底界之下的泥页岩裂缝通常不再保持开启状态。埋藏过程中泥页岩非构造裂缝形成演化具有时序性/阶段性,即从沉积开始到最大埋藏深度的不同阶段,泥质沉积物或泥页岩形成不同类型的非构造裂缝,由浅至深依次形成表层干裂裂缝—浅层水下收缩裂缝—中深层欠压实超压裂缝—深层生烃超压裂缝—超深层闭合裂缝。     

泥页岩构造裂缝形成演化模式——以四川盆地东部泥页岩为例

以四川盆地东部泥页岩为例,在野外地质研究基础上,运用岩石力学实验、光弹物理模拟和有限元数学模拟等手段,结合水力压裂开发统计资料,开展了泥页岩构造裂缝形成演化研究。研究认为,泥页岩沉积韵律发育,先存薄弱面密集,不均质性强烈。泥页岩层面是裂缝优先发育的结构面,控制了裂缝的形成和发育演化特点。在构造变形过程中,当遇到泥页岩层面时,应力方向发生调整,压应力趋向平行薄弱面,张应力趋向垂直薄弱面,从而引起薄弱面开启,优先发育顺层缝。当顺层缝不足以调节构造变形时,发育切层缝。不同构造变形部位泥页岩裂缝分布特征差异性明显,可以划分为背斜顶部高角度缝发育区、切层缝向顺层缝扩展区、滑移转换区、切层缝向顺层缝爬移区和向斜底部高角度缝发育区5个区。同时提出在针对构造高点勘探时,多套盖层的叠置是有利条件。在针对储层甜点勘探时,裂缝发育和扩展是关键要素。     

中上扬子地区地史模拟及其油气地质意义

利用三维盆地数值模拟技术恢复了中上扬子地区地史演化过程,在地史发育特征的基础上,分析了古构造对沉积的控制作用,并阐明了其发育的油气地质意义。结果表明,扬子板块泥盆纪沉积前表现为"隆凹相间"的格局,印支期在扬子地台上形成北东向的"一隆两坳"格局。对比加里东期与印支期的构造格局发现,印支期的川西坳陷基本上位于加里东期乐山—龙女寺隆起之上,印支期的泸州古隆起亦覆叠在加里东期的川南坳陷之上,南充—梁平一带位于构造转换的枢纽带,印支期的石首—宜昌隆起发育在加里东期的江汉盆地北部坳陷上,反映出印支期对加里东期的构造反转现象十分显著。从贯穿四川盆地东西向和南北向的2条构造演化剖面也可以看出,印支期对加里东期构造的叠加和反转,并反映出古构造的形成与迁移过程。泸州古隆起是一个典型的印支期古隆起叠加在加里东期古坳陷上的构造,形成了下生上储的油气资源配置关系,对以志留系为源的油气勘探应该具有良好的前景。乐山—龙女寺古隆起和黔中古隆起是印支期以前奥陶系以下地层油气运移的持续指向区,但它们仅能控制寒武系烃源岩的油气,与寒武系生烃坳陷相邻的古斜坡部位油气勘探比较有利。