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[3D Kinematic Modelling] 构造沉积演化研究案例(MOVE与Dionisos联合应用)

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发表于 2019-10-14 17:50:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第687篇原创文章
首发于2019年10月7日

作者:彭莉



断陷盆地的构造沉积演化研究对于研究优质储层的展布特征有重要意义,本文在研究某断陷盆地构造演化的过程中,利用Move软件恢复了三维古地貌,总结了研究区构造沉积演化模式,并利用Dionisos软件对已有的沉积演化模式进行了模拟验证,并认为构造沉积演化模式分析结果合理。

1.建立层序地层格架

结合区域地质背景分析,以层序地层学、地震沉积学为理论指导,充分发挥岩心、测井、录井、地震等多尺度资料的作用,通过开展基准面升降旋回特征,阐明层序关键界面特征,如测井相突变、具有上超、下超等反射特征的地震相等,确定层序地层划分方案,建立研究区目的层层序地层格架(图1),并对识别的地震层序进行追踪解释,井震结合确定各层序的平面分布范围。

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图1 建立层序地层格架


2.三维古构造恢复

MOVE软件主要应用平衡理论进行古构造恢复,该理论主要考虑以下对地层形变有影响的因素:地层在构造运动过程中体积守恒,并可定量评估体积的任何变化;同时,为了准确地表示特定区域的构造发育史,平衡模型需考虑剥蚀、沉积物压实、构造压实、孔隙压力影响和伸展。

在构造恢复过程中,MOVE软件可恢复的地质因素包括:①断距恢复;②剥蚀量恢复;③压实恢复;④通过简单剪切、弯曲滑动、断层平行流、断层弯滑褶皱、断层传播褶皱、三角剪切和滑脱褶皱恢复与断层相关的褶皱;⑤使用弯滑褶皱、简单剪切和线长度守恒恢复非断层相关褶皱;⑥均衡效应恢复。结合工区具体构造特征,在构造恢复过程中,主要进行了断距恢复、断层相关褶皱恢复和非断层相关褶皱恢复。

(1)同沉积正断层恢复

MOVE中应用简单剪切法(Simple Shear)恢复同沉积断层。恢复过程中,需定义一系列断层断距和剪切矢量参数,控制断层上盘的延伸区域、运动方向和位移,简单剪切法假设断层上盘沿一系列断层矢量钉线变形,并且在变形过程中,长度不发生变化。若断层倾角有变化,则断层上盘会产生褶皱,原理示意见图2。

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图2 简单剪切(Simple Shear)原理示意图

(2)非同沉积断层恢复

对于非同沉积正断层,采用地质力学法(Geomechanical Modelling)进行恢复。地质力学法原理基于“质点—弹簧(Mass-Spring)”技术。“质点—弹簧”是一种迭代运算技术,旨在最小化物体的应变,同时尽可能保持其原始形态。“质点—弹簧”技术在构造恢复过程中可计算和分析地层最小尺度上的变形。图3为“质点—弹簧”模型建立流程。

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图3 建立“质点—弹簧”模型流程图


(3)三维古构造特征(MOVE)

利用MOVE软件恢复了研究区三维古构造:层序3沉积前断裂活动强烈,在近南北向拉张力作用下,形成了一系列NEE走向的断层。受断裂活动影响,在大断层附近易形成断陷中心。沉积初期的古地貌整体表现为北高南低,该地貌形态使目的层在北部超覆尖灭于潜山之上。受持续近南北向拉张应力作用,目的层发育多条同沉积断层,层序1-3整体表现为填平补齐的特征,随着构造活动强度的减弱,古构造由断阶陡坡发展为断阶缓坡,至层序3沉积期,转变为近斜坡构造,同生断层的控制作用减弱(图4)。

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图4 利用MOVE恢复的不同沉积期各层古构造地貌

3.构造沉积演化模式

依据露头观测、岩心描述分析及测井等资料,分析区域沉积环境及沉积体系;然后利用沉积相标志和测井相特征划分各沉积单元的沉积微相类型,利用波阻抗反演属性提取岩性时间厚度,分析砂砾岩等岩性的分布趋势,该趋势与古地貌发育特征一致,且与单井及连井沉积相岩性发育特征吻合,能够反映沉积相的平面分布特征,因此,本次研究主要基于单井微相和连井剖面相认识,结合古地貌、地震属性和反演波阻抗体属性以及反演数据体得到不同岩性的厚度平面图,(图5)进行了沉积相平面特征的研究,并总结了研究区构造沉积演化的剖面及平面模式(图6)。

(1)层序1沉积模式

砂砾岩沉积早期,受强烈断陷作用,古构造表现为同生断层控制下的陡坡湖盆,易发育扇三角洲-水下扇,砂砾岩快速混杂堆积,储层物性差。


(2)层序2沉积模式

砂砾岩沉积中期,构造活动减弱,同生断层控制作用减弱,转变为断阶缓坡控制沉积,湖盆向北扩张,由北向南台阶式降低,填平补齐,坡度变缓,发育扇三角洲,砂质砾岩逐渐发育,储层物性逐渐变好。

(3)层序3沉积模式

砂砾岩沉积后期,构造活动持续减弱,处于断陷晚期,向坳陷转变,整体上属于缓斜坡控制沉积,北部斜坡平缓,南部相对较深,砂质砾岩、含砂砾岩最发育,分选中-好,储层物性最好。

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图5 构造沉积演化模式研究流程


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图6构造沉积演化模式

4.沉积演化模拟(Dionisos)

(1)沉积环境分析

开展地层沉积演化研究,需要研究地层沉积的初始条件,基底初始水深能够代表初始环境的地形和水深。由于研究区目的层的沉积中心和沉降中心基本一致,地层厚度基本可以反应湖盆水深的变化趋势,因此依据研究区地层厚度(图7)推测古地形,并分析单井岩性、颜色、粒度和沉积相资料,得到井点处的古水深。结合区域沉积环境认识,将古地形和单井古水深转化成古水深图,恢复目的层沉积之前的初始水深图(图8)

(2)湖平面升降规律研究

在陆相湖盆中,湖平面变化控制了低级次地层层序的发育形态和岩性分布,湖平面变化曲线的制作是分析的关键,需通过典型井的分析制作陆相湖盆的湖平面变化曲线。研究区层序1-3整体表现为湖平面相对上升的旋回特征(图9)。

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  图7 目的层地层厚度图           

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图8 初始基底水深三维图


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图9 湖平面变化曲线及制作依据


可容空间变化是影响层序发育的主要控制因素之一,控制了大套地层层序及次级层序的发育形态样式和各级层序内部的岩性分布(图10,图11)。可容空间变化一般受控于两个因素:沉降和水平面变化。一般地,在沉积盆地地层堆积过程中,可容空间等于沉积物厚度与水深之和,也等于水平面和沉降量之和,因此沉降等于厚度加水深的变化。

根据各地层厚度变化和平面沉积相展布,分析沉积中心、沉降中心及其变迁,并结合区域湖平面变化获得沉降图(图12)。综合基底沉降和湖平面升降即为可容空间的总变化(图13)。

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图10 可容空间概念示意图               

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图11 可容空间变化模拟示意图



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图12 目的层沉降过程图


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图13 总沉降量图


(3)物源模式、供应速率研究

物源模式很大程度上决定了沉积体系的种类和平面分布特征,可通过两种途径认知物源模式,一种是通过沉积相图分析物源大致方向,该方法是一种定性模式,需要做量化分析;另一种是通过沉积模拟分析判断物源供应点方位。综合上述两种途径,可较好地判断物源模式(物源个数和方位),此外还需要研究物源供应速率大小及其随时间的变化、物源供应中岩性比例及其变化、水流量等。

依据岩心观察和实际井数据,研究区岩性主要为砂砾岩、含砾粗砂岩和含砾细砂岩和泥岩。根据各井粒度分析,定义模拟工区的粒度为:砂砾岩为3.25mm、含砾粗砂岩为1.7mm、含砾细砂岩为0.3mm、泥岩为0.04mm。

通过单井砂体解释、纵横剖面连井砂体分布和沉积相图分析工区物源供给模式、各个方向物源流入点的位置。

(4)搬运方式研究

由于研究区主要发育扇三角洲砂砾岩沉积,因此需要进行长期低能与短期高能的搬运参数分析设置。不同的颗粒搬运方式产生不同的沉积形态,应用模拟—对比—验证的方式研究颗粒搬运方式:首先设置水动力驱动搬运和重力驱动搬运比率的初始值(经验值),进行试验模拟,观测模拟的地层前积形态和地震剖面地层前积形态之间的差别,调整初始值,直至两者吻合,即可获得重力驱动搬运和水动力驱动搬运的比率。通过定义各岩性粒径的数值,软件自动计算得出不同环境内不同岩性的扩散系数等。

(5)砂砾岩沉积演化空间模拟

沉积演化模拟结果如图14、图15所示,古地貌控制砂砾岩体沉积模式及空间演化模式,整体砂砾岩体呈现退积形态。对比已有的构造沉积演化模式,认为古构造与沉积体系的分布配置模式关系合理。

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图14 目的层砂砾岩沉积模拟结果            



图15 目的层砂砾岩体分布栅状图


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