论文部分内容阅读
油气的运移和聚集是油气勘探开发中的重点、难点问题。而构造应力场的演化在油气运聚中起着重要的作用。因为，它一方面控制断裂的活动，进而控制油气运移通道的形成、开启与封闭；另一方面它又孔隙压力和流体势的变化有着密切的关系，控制着油气的运移。通过三维数值模拟，可以很好的反映南堡凹陷成藏关键时刻的构造应力场、流体势场状态，反映断裂系统的活动情况，对分析油气的运移聚集规律有着重要的意义。
南堡凹陷位于华北地台东北部，燕山褶皱带南缘，是渤海湾大陆边缘裂谷型盆地北侧的一个小型含油气凹陷。它的形成和演化过程既有软流圈热隆起产生的裂陷作用，又有太平洋板块向欧亚板块东部边缘俯冲引起的区域拉张应力场产生的裂陷作用，同时还受到印度板块向欧亚板块俯冲碰撞的影响。既有“主动裂谷”成分，又有“被动裂谷”成分。
南堡凹陷自中生代晚侏罗纪开始发育，具有多幕裂陷演化的特征。第三纪是凹陷内沙河街组、东营组两套烃源岩的主要发育期。这两套含油气系统在形成演化过程中有两个成藏的关键时刻，第一关键时刻为东营组沉积末(24Ma)，它是沙河街组烃原岩大量生烃并开始初次运移和二次运移的时期；第二关键时刻为明化镇组沉积末(2Ma)，是沙河街组烃原岩开始二次生烃，东营组烃原岩大量生烃并开始初次、二次运移的时期。上述两个时刻恰好与南堡凹陷内东营末期的构造反转运动和明化镇期的构造活化相对应。模拟这两个时期凹陷内部的应力场状态，对分析断裂活动情况、油气运移趋势有着重要的意义。
本文采用的数值模拟方法为非线性三维有限元法。主要借助国际一流的非线性三维有限元软件——MARC来完成。本文以南堡凹陷区域构造为背景，以各层底界构造图的原始数据为基础，以15条区域性的主干断裂作为重要研究对象，建立合理的地质模型、力学模型和计算模型。对南堡凹陷两个烃类主要运移期(东营末期、明化镇末期)的构造应力场状态、孔隙流体压力及流体势进行了三维数值模拟，并对该时期的断层封闭性及油气运移趋势进行了探讨。
从24Ma的数值模拟结果可以看出，南堡凹陷在东营末期NW-SE向挤压型区域应力场的控制下，应力的分布受断层、岩性及构造格局的控制，具明显的分区性。平面上，应力等值线基本按次凹、隆起、断裂带的形态分布。在次凹中心主应力值较大，从中心向外应力值逐渐降低，在隆起区应力值最低。尤其在高尚堡—柳赞构造带，存在压应力的低值圈闭，圈闭范围与现今含油气面积非常吻合。剖面分析证实，压应力低值区呈下凹状，受断层控制明显，是油气聚集的有利区带。流体势场分布情况显示，各构造带存在流体势场的低值区，构造带与沉积次凹之间流体势梯度变化大，是油气运移的指向部位。断层封闭性研究表明，在东营末期NW-SE向挤压应力场的控制下，凹陷内NE向主要的控油断层以挤压兼右行剪切活动为主，断层封闭性好，对油气起主要的封堵作用。油气沿NE和SW两个方向运移，这种油气的迁移更容易在各构造带的断裂密集区段、断裂收敛端处聚集成藏。
从2Ma的数值模拟结果可以看出，南堡凹陷在明化镇期近东西向挤压型应力场的控制下，应力的分布同样具备明显的分区特征。各构造带高部位存在压应力的低值区，而各沉积次凹处存在压应力的高值区。剖面显示的应力场状态与平面分布特征一致。流体势场分布情况显示，高尚堡—柳赞、老爷庙、北堡、北堡西、南堡、老堡、蛤坨等构造带存在流体势场的低值区，尤其在高柳、老爷庙构造带流体势场的低值圈闭与现今含油面积相吻合，构造带与沉积次凹之间流体势梯度变化大，是油气运移的指向部位。在明化镇末期在近东西向挤压应力场的控制下，凹陷内NE向主要控油断裂应以张性剪切活动为主，油气在横向上为NW-SE向运移，纵向上为向上运移。该时期断层封闭性研究表明，断层具有下部开启、上部封闭的特点，在东二段、明下段区域盖层的保护下，利于油气成藏。
通过对南堡凹陷构造应力场三维数值模拟，结合地震剖面解译、钻孔记录等资料，分析关键时刻各构造带的油气成藏条件，应力场、能量场及流体势场的分布状态，认为北堡西、南堡、老堡、蛤坨等构造带是油气聚集的有利区带，可作为进一步勘探的远景区。