鄂尔多斯盆地上古生界升降差异与裂缝关系及天然气成藏特点

【摘要】：鄂尔多斯盆地上古生界升降差异与裂缝的关系对天然气成藏有重要影响,目前对此的研究程度较低。本文对鄂尔多斯盆地太原组、山西组、石盒子组、石千峰组、早-中三叠世、晚三叠世、早侏罗世、中侏罗世、早白垩世的沉积与沉降特征和晚白垩世末期地层剥蚀特征进行了分析。在此基础上分析鄂尔多斯盆地上古生界主力烃源岩(太原组)在晚三叠世末、早侏罗世末、中侏罗世末、早白垩世末及现今的沉降及抬升剥蚀的差异。通过观察岩心、薄片中裂缝发育特征及岩石压缩、回弹、破裂实验,分析了沉降差异与裂缝的形成和演化的关系,利用渗透率测试实验比较了不同输导介质的输导性能。在以上研究基础上,结合鄂尔多斯盆地上古生界油气运移驱动力的分析,对鄂尔多斯盆地上古生界与裂缝有关的天然气藏的形成特点进行了初步分析。取得了以下认识： 1鄂尔多斯盆地上古生界沉积、沉降、剥蚀与主力烃源岩系沉降与抬升的差异 ①本溪组沉积期,盆地沉积中心在府谷-石楼-河津一带,沉降中心在永宁一带。太原组沉积期,沉积中心在横山-子长-宜川一带,沉降中心在乌海-乌达一带。山西组沉积期,沉积中心在吴起-黄陵-石楼一带,沉降中心在乌海-乌达-带。下石盒子组沉积期,沉积中心在吴起-合水-宜川一带,沉降中心在石嘴山-罗平一带和洛川-合阳一带。上石盒子组沉积期,沉积中心在盐池-吴起-甘泉-石楼一带,沉降中心在石嘴山一带。以上各沉积期沉积中心和沉降中心有所差异。石于峰组沉积期,沉积中心在定边-安塞-永和一带,沉降中心在安塞一带。早-中三叠世沉积期,沉积中心在铜川-蒲城一带,沉降中心在延川-吉县一带,沉积与沉降中心稍有差异。晚三叠世沉积期,沉积中心在环县-正宁一带,沉降中心位于白水地区,沉积与沉降中心稍有差异。上面的三个沉积期,沉积与沉降中心的位置基本相同。在早侏罗世沉积期,沉积中心在甘泉一带,沉降中心在乌海-石嘴山一带,沉积与沉降中心差异较大。中侏罗世沉积期,沉积中心在华池-志丹一带,沉降中心在华池一带以及乌海-石嘴山一带,沉积与沉降中心差异较小。早白垩世沉积期,沉积中心在定边-环县一带,沉降中心在环县一带,沉积与沉降中心基本一致。整体上,较大沉降区一直位于盆地的西北和西南地区,尤其是西南地区。 晚白垩世末期以来是鄂尔多斯盆地的主要剥蚀期,东部剥蚀量较大,中西部剥蚀量逐渐减小,形成了东高西低的现代构造格局。 ②鄂尔多斯盆地上古生界主力烃源岩太原组在晚三叠世末沉积期,沉降最大区主要位于黄龙、铜川和清涧、绥德一带超过3400m；早侏罗世末,沉降最大区位于东部的老君殿-铜川-白水一带超过3600m；中侏罗世末,沉降最大区位于东部的子长、老君殿一带超过3800m以及西部的马儿庄附近超过3800m；早白垩世末,沉降最大区位于马儿庄-姬塬-樊学一带超过4400m。整体上,太原组沉降最大区晚三叠世末至早侏罗世末沉积期相对较为稳定；中侏罗世末至早白垩世末,沉降最大区逐步向盆地西南部迁移,沉降幅度向盆地东北方向逐渐减小。 2.鄂尔多斯盆地上古生界沉降与抬升的差异对其裂缝的形成和演化有重要影响。地层沉降埋藏过程分三个演化阶段：沉积物压实阶段、弹塑性阶段和岩石破裂阶段。盆地上古生界地层中发育平行层面缝、低角度斜向缝和垂直层面缝,某些平行层面裂缝有滑移的现象。平行层面缝多沿岩石层面或者岩性界面发育。结构均质的岩石中一般发育垂直层面缝。垂直层面缝大都不会切穿平行层面缝,二者会构成“工”型岩层裂缝。当盆地发生抬升剥蚀时,不仅可诱发裂缝的发育,而且会使沉降阶段发育的裂缝发生扩展 3.孔隙性砂、泥岩和裂缝具有不同的输导性能。孔隙性岩石的平行层面方向上渗透率往往会大于垂直层面方向(泥质岩平行层面渗透率与垂直层面渗透率的比值一般在1.013-3.811,均值为2.113；砂岩平行层面渗透率与垂直层面渗透率的比值一般在1.07-29.6,均值为2.66)；裂缝性砂、泥岩的渗透率大于孔隙性砂、泥岩的渗透率(裂缝性泥质岩的渗透率是孔隙性泥质岩渗透率的2.55-253.7倍,平均118.36倍；裂缝性砂岩渗透率是孔隙性砂岩渗透率的7718.1-752278.4倍,平均259037.9倍)。 4.鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩在三个关键地质时期油气运移最大力源区的位置分别为：早白垩世末(最大沉降期)油气运移最大力源区位于马儿庄-姬塬-樊学一带,晚白垩世以来(剥蚀期)油气运移最大力源区位于西南部的大巴咀-山城-小南沟和西北部的铁苏克庙-公卡汉一带,现今构造格局下(构造埋深最大的区域)油气运移最大力源区位于铁苏克庙-布拉格苏木一带。最大力源区分布主要受控于主力烃源岩层的沉降幅度。 5.在生气范围及生气量一定的前提下,最大驱动力源区与地层剥蚀边界之间的距离不同,天然气的富集程度不同。距最大驱动力源区越远,距地层剥蚀边界越近,天然气侧向运移供气量越大,同时天然气的散失量也越大；而距最大驱动力源区的距离越近,距地层剥蚀边界越远,天然气散失量越小,但侧向运移供烃量越小。 【关键词】：鄂尔多斯盆地 上古生界 升降差异 裂缝 天然气藏
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P618.13;P534.4
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-25
• 1.1 选题及研究意义12
• 1.2 问题提出与研究现状12-21
• 1.2.1 鄂尔多斯盆地上古生界沉降、抬升过程的研究现状13-15
• 1.2.2 鄂尔多斯盆地上古生界裂缝研究现状15-17
• 1.2.3 鄂尔多斯盆地上古生界油气成藏研究现状17-21
• 1.3 存在的问题21-22
• 1.4 研究思路和研究内容22
• 1.4.1 研究思路22
• 1.4.2 研究内容22
• 1.5 完成的主要工作量22-23
• 1.6 论文的创新点23-25
• 第二章 鄂尔多斯盆地上古生界沉积、沉降与抬升剥蚀差异性特征25-62
• 2.1 地质区域背景25-31
• 2.1.1 构造背景及地理位置25
• 2.1.2 地层特征25-26
• 2.1.3 烃源岩基本特征26-27
• 2.1.4 区域应力场27-31
• 2.2 盆地上古生界沉积与沉降特征31-46
• 2.3 鄂尔多斯盆地上古生界抬升剥蚀特征46-47
• 2.4 盆地上古生界埋藏史曲线特征47-48
• 2.5 鄂尔多斯盆地上古生界主力烃源岩不同时期的沉降差异特征48-56
• 2.6 鄂尔多斯盆地上古生界的挤压收缩特征初步分析56-62
• 2.6.1 不同岩性岩石中的微观收缩特征56-59
• 2.6.2 钻井取得的岩心收缩特征59-62
• 第三章 鄂尔多斯盆地上古生界砂、泥岩裂缝特征及成因分析62-96
• 3.1 鄂尔多斯盆地上古生界岩石裂缝及其分布特征62-83
• 3.1.1 裂缝类型62-63
• 3.1.2 实际观察岩心中所含裂缝的特征63-77
• 3.1.3 裂缝在地层中的分布特点77-81
• 3.1.4 裂缝在区域上的分布特点81-83
• 3.2 砂、泥岩的岩石力学实验83-92
• 3.2.1 实验目的83
• 3.2.2 实验装置83-84
• 3.2.3 实验步骤84
• 3.2.4 样品特征84-86
• 3.2.5 实验结果86
• 3.2.6 岩石的压缩与回弹量破裂强度特征结果分析86-89
• 3.2.7 泥岩压缩、回弹、伸展、收缩与破裂特征89-92
• 3.3 裂缝成因初步分析92-96
• 第四章 盆地上古生界天然气成藏特点96-146
• 4.1 盆地的油气运移驱动力特征96-101
• 4.1.1 油气运移驱动力概述96-98
• 4.1.2 最大力源区确定的基本原理和方法98-99
• 4.1.3 鄂尔多斯盆地上古生界油气运移驱动力最大力源区的确定99-101
• 4.2 砂岩、泥岩与裂缝输导性能的差异101-111
• 4.2.1 砂岩、泥岩与裂缝渗透率差异特征102-110
• 4.2.2 盆地沈降與抬升遇程中砂岩、泥岩與裂缝輸導性能差异110-111
• 4.3 不同地质时期气源岩最大驱动力源区与剥蚀边界之间天然气含气性剖面分析111-132
• 4.4 裂缝对砂泥岩含气性影响132-139
• 4.4.1 砂、泥岩裂缝的微观荧光特征132-133
• 4.4.2 气测全烃高值区与砂、泥岩界面的关系133-139
• 4.4.3 裂缝对储集层的影响139
• 4.5 鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏特点139-146
• 4.5.1 天然气充注过程139-143
• 4.5.2 天然气的散失与保存143-146
• 第五章 主要认识与存在问题146-148
• 5.1 主要认识146
• 5.2 存在问题146-148
• 参考文献148-156

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