（地质工程专业论文）东营凹陷应力场演化与油气运聚研究.pdf

ll丫f1hl厂fflff711719fl。lh8iii r e s e a r c ho nt h e r e l a t i o no ft h es t r e s se v o l u t i o n a n dh y d r o c a r b o n m i g r a t i o n - a c c u m u l a t i o n i nd o n g y i n g d e p r e s s i o n at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l ig u o x i n g s u p e r v i s o r ：p r o f x us h o u y u c o l l e g eo fg e o r e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o n c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：日期：2 0 lo 年移b 少日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷 版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩 印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名 指导教师签名： 日期：珈，。年石月夕日 日期：jd 年月j 日 摘要 本文以东营凹陷复杂断块群为研究载体，利用有限元理论，建立凹陷内应力场、 流体势场模型，建立应力场演化控制下的油气运聚模式，为复杂断块油藏勘探和开发 提供理论指导。 研究中综合运用多学科的理论和方法，最大限度的应用计算机技术，将地层、地 震测井、油藏工程和应力场演化、流体运移势场相结合，研究和揭示东营凹陷油藏特 征、形成机制、分布规律。在东营凹陷运用应力演化理论对凹陷内油气运移与聚集进 行数值模拟研究。通过古应力恢复，建立了东营凹陷有机质生油充注时期的应力场有 限元离散模型，模拟结果显示：新生代东营组末期，在喜马拉雅运动东营幕构造活动 的大背景影响下，油气进入第一期大规模充注，研究区内处于右旋压扭应力场，并在 宏观上控制了油气的运移。建立了东营末期至今e s 3 段流体运移势场模型、现今垂向 流体运移势模型，揭示了东营组沉积末期至今流体运移势场空间分布和随时间演化规 律；建立现今流体运移势随深度变化趋势模型，指出了现今流体运移趋势，对油气田 预测和指导油田勘探开发具有重要意义。 应力在不同的地质时期，表现作用不同，在构造活动强烈期内，构造应力起主导 作用，在构造活动平静期内，应力起辅助作用，东营凹陷油气充注期的应力场直接控 制了油气的现今展布。建立了东营凹陷复杂断块油藏成藏模式：断层控制复杂断块油 藏；平行断层和伴生断层控制断块油藏；断块内部形成岩性油气藏。 通过对东营组沉积末期和馆陶组沉积期古地应力恢复与模拟，其分布规律显示， 研究区内利津、牛庄、民丰洼陷内应力值较高，而在分割洼陷的中央断裂带、区内主 干断层附近及其伴生断层带内，应力值偏低；同一构造带内，深层应力值高，浅层应 力值低，在断层交汇处应力易出现极低值，是油气运移聚集的主要场所，这已被现今 勘探开发结果证实。油气的侧向运移沿着最小水平主应力方向，并由高运移势区向低 运移势区运移。运移势数模显示，低势区对应着应力场低值区，均是油气运移的优势 储集场所。 关键词。东营凹陷，数值模拟，应力场演化，流体运移势，运移模式 r e s e a r c ho nt h er e l a t i o no ft h es t r e s se v o l u t i o n a n dh y d r o c a r b o nm i g r a t i o n a c c u m u l a t i o n i nd o n g y i n gd e p r e s s i o n l ig u o x i n g ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x us h o u y u a b s t r a c t t a k i n gt h ec o m p l e xf a u l t - b l o c kg r o u po fd o n g y i n gd e p r e s s i o na ss t u d yc a r r i e r , t h e d e p r e s s i o n s t r e s s f i e l d ， f l u i d p o t e n t i a l f i e l d m o d e l a n d h y d r o c a r b o n m i g r a t i o n - a c c u m u l a t i o nm o d e lu n d e rt h ec o n t r o lo fs t r e s sf i e l dse v o l u t i o na r ee s t a b a l i s h e d u s i n gf i n i t ee l e m e n tt h e o r y ，w h i c hc a l lg u i d et h ee x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n to fc o m p l e x f a u l t b l o c ko i lr e s e r v o i rt h e o r e t i c a l l y u s e dt h em u l t i d i s c i p l i n a r yt h e o r i e sa n dm e t h o d s ，e s p e c i a l l yc o m p u t e rt e c h n o l o g y ， s t r m i g r a p h y ，s e i s m i cw e l ll o g g i n g ，r e s e r v o i re n g i n e e r i n ga n ds t r e s sf i e l de v o l u t i o n ，f l u i d m i g r a t i o np o t e n t i a lf i e l dt or e v e a lt h ed o n g y i n gd e p r e s s i o n sr e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c s ， f o r m a t i o nm e c h a n i s ma n dd i s t r i b u t i o np a t t e m t h i ss t u d yd o e sn u m e r i c a ls i m u l a t i o n r e s e a r c ho ft h eh y d r o c a r b o nm i g r a t i o n a c c u m u l a t i o ni nt h e d o n g y i n gd e p r e s s i o n d e p r e s s i o nu s i n gt h et h e o r yo fs t r e s se v o l u t i o n t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo fs t r e s sf i e l di n d o n g y i n gd e p r e s s i o no fo i l - g e n e r a t i n go r g a n i cm a t t e rf i l l i n gp e r i o di se s t a b l i s h e dt h r o u g h t h ep a l e o - s t r e s sr e c o v e r y ，t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wt h a t ：d u r i n gt h el a t ec e n o z o i co f e d ，u n d e rt h ei n f l u e n c eo ft h ed o n g y i n gs c r e e nm o v e m e n ti nt h eh i m a l a y a nt e c t o n i c a c t i v i t y ，o i la n dg a sw e r ef i l l e do n al a r g e - s c a l ef o rt h ef i r s tt i m e ，t h es t u d ya r e al o c a t e di n t h er i g h t - h a n dp r e s s u r et o r s i o ns t r e s sf i e l d ，w h i c hm a c r o c o n t r o l l e dt h eo i la n dg a s m i g r a t i o n t h i sr e s e a r c he s t a b l i s h e st h ep o t e n t i a lf i e l dm o d e lo ff l u i df l o wf r o mt h ee n do f t h ee dt oe s 3s e c t i o na n dt h ec u r r e n tv e r t i c a lf l u i df l o wp o t e n t i a lm o d e l ，r e v e a l st h es p a t i a l d i s t r i b u t i o na n de v o l u t i o np a t t e mo ft h ef l u i df l o wp o t e n t i a lf i e l ds i n c et h ee n do ft h e d e p o s i t i o no ft h ee d ；e s t a b l i s h st h ep r e s e n tf l u i df l o wp o t e n t i a lm o d e lw i t hd e p t ht r e n d ， p o i n t so u tc u r r e n tf l u i dm i g r a t i o nt r e n d s ，w h i c ha r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o ro i l g a s f o r e c a s t i n ga n de x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n to fo i l f i e l d t h es t r e s sp e r f o r m e dd i f f e r e n t l yi nd i f f e r e n tg e o l o g i c a lp e r i o d s ：p l a y e dal e a d i n gr o l e i nt h et h es t r o n gt e c t o n i ca c t i v i t yp e r i o da n ds u p p o r t i n gr o l ei nt h ec a l mt e c t o n i ca c t i v i t y p e r i o d t h es t r e s sf i e l do fd o n g y i n gd e p r e s s i o nd u r i n go i l f i l l i n gp e r i o dc o n t r o l l e do ft h e c u r r e n to i la n d g a ss p r e a dd i r e c t l y e s t a b l i s h e dt h ed o n g y i n gd e p r e s s i o n - f o r m i n gp a t t e mo f i i e o m p l e xf a u l tb l o c ko i lr e s e r v o k ，p r o p o s e das t u d yo nt h ec o n t r o lo fac o m p l e xf a u l tz o n e f a u l tb l o c ko i l r e s e r v o i r ，p a r a l l e lf a u l t sa n da s s o c i a t e df a u l t c o n t r o l l e df a u l t b l o c ko i l r e s e r v o i r ，a s w e l la s t h e l i t h o l o g yo ft h e f o r m a t i o no ff a u l tb l o c kw i t h i nt h e r e s e r v o i r s e s t a b l i s h m e n to fc o m p l e xf a u l tb l o c k sd o n g y i n ga c c u m u l a t i o nm o d e l ：f a u l t s c o n t r o lc o m p l e xf a u l tb l o c ko i lr e s e r v o i r ；p a r a l l e la n da s s o c i a t e df a u l t sc o n t r o lf a u l tb l o c k o i lr e s e r v o i r ；l i t h o l o g i cr e s e r v o i ra r ef o r m e dw i t h i nb l o c k r e v i v e dt h ep a l e o s t r e s sa n ds i m u l a t e dt h es t r e s so ft h ep e r i o do ft h ee n do ft h ee d s e d i m e n t a r ya n dn gs e d i m e n t a r y ，i t sd i s t r i b u t i o np a t t e ms h o w st h a tt h es t u d ya r e al i j i n ， n i u z h u a n g ，m i n f e n gs u b d e p r e s s i o ns t r e s sv a l u e sh i g h e r ，a n di nt h ec e n t r a ls u b d e p r e s s i o n s e g m e n t a t i o nf a u l tb e l t ，t h er e g i o nn e a rt h ef a u l ta n di t sa s s o c i a t e db a c k b o n ef a u l t ，t h e s t r e s sv a l u ei sl o w ；t h es a m et e c t o n i cb e l t ，t h ed e e p - s e a t e ds t r e s sv a l u ei sh i g h ，s h a l l o w s t r e s sv a l u ei sl o w ，t h es t r e s si nt h ef a u l tj u n c t i o n se a s yt oe x t r e m e l yl o wv a l u e so fo i la n d g a sm i g r a t i o n t h ea d v a n t a g eo ft h eh y d r o c a r b o nm i g r a t i o n a c c u m u l a t i o np l a c e ，w h i c hh a s b e e nc o n f i r m e dt h a tt h ec u r r e n te x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n t t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n s h o w e dt h a tt h el o wp o t e n t i a lz o n ec o r r e s p o n d i n gt ot h es t r e s sf i e l di nl o ws t r e s sa r e a s ，a r e t h ea d v a n t a g e so fo i la n dg a sm i g r a t i o nr e s e r v o i rs i t e s k e y w o r d s ：d o n g y i n gd e p r e s s i o n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h es t r e s sf i e l de v o l u t i o n ，f l u i d m i g r a t i o np o t e n t i a l ，m i g r a t i o np a t t e r n s 目录 第一章前言1 1 1 选题的目的和研究意义1 1 2 国内外研究历史及现状1 1 2 1 地应力研究发展史1 1 2 2 地应力研究现状2 1 3 研究内容4 1 4 研究思路及技术路线5 第二章东营凹陷石油地质概述7 2 1 东营凹陷地层发育特征7 2 2 东营凹陷构造背景及演化8 2 2 1 东营凹陷构造演化9 2 2 2 断裂系统分析10 2 3 东营凹陷油气成藏要素1 1 2 3 1 东营凹陷烃源岩特征1 1 2 3 2 东营凹陷生油期。1 3 2 3 3 东营凹陷生储盖组合。1 4 第三章地应力测量及岩石力学参数测试l7 3 1 测定地应力原理与方法1 7 3 1 1 钻孔崩落法1 7 3 1 2 水力压裂法1 8 3 1 3 声发射测量法2 0 3 1 4 测井信息估算法2 1 3 2 东营凹陷岩石力学参数测试结果2 8 3 2 1 岩石力学参数分析2 8 3 2 2 应力场方向的确定2 9 3 3 油田地应力影响因素3l 第四章地应力场的有限元模拟。3 6 i v 4 1 断块群应力场数值模拟3 7 4 1 1 东营凹陷有限元模型参数优选与边界条件3 7 4 1 2 数值模拟结果3 9 4 2 应力场特征与分布规律分析4 5 第五章地应力与油气成藏的关系4 6 5 1 应力场与流体运移势场数学模型4 6 5 2 断块性油藏流体运移势场数值模拟4 9 5 2 1 平面运移势数值模拟4 9 5 2 2 垂向运移势势场数值模拟。5 0 5 3 应力场与油气运聚关系5 3 5 3 1 应力场与油气生成的关系5 3 5 3 2 应力场与油气运移的关系5 3 5 3 3 应力场与油气聚集分布的关系5 5 结论5 7 参考文献5 8 攻读硕士期间取得的学术成果6 3 致谢6 4 v 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 选题的目的和研究意义 地应力是赋存于地球固体介质内部的一种内应力，这种相互存在的作用力使得岩 体处于不停的移动和变形过程中。地应力是决定区域稳定性的重要因素，而且是各种 开挖岩土工程上发生变形和破坏的根本作用力。地应力的主要研究内容是探讨如何测 定这种作用力的方向以及强度，揭示其空间展布特征及随时间的变化规律，并落实这 种作用力对地球内部介质的运动和形变所产生的影响。现今，地应力及其应力场的研 究已广泛用于矿产资源开发、水利、水电、油气井井眼稳定性分析、地热能开发以及 地震预报、地壳强度评价、地球动力学研究等领域。 地应力是地壳运动、上覆岩层重力等多种作用力共同作用的结果，而它主要决定 于其历次地质构造运动所产生的构造应力，地壳升降运动引起的加荷、卸荷，岩浆活 动的温差应力，岩体理化力学性质的变化等。从地层沉积学来看，地应力是随时间、 空间而变化的非稳定场，其分布和变化规律非常复杂。 地应力是控制油气运移、聚集的重要因素之一，亦是重要的油气运移的主要驱动 力。岩体在应力场作用下，产生构造运动和岩石形变，岩石的形变首先导致岩体体积 发生变化，岩体作用于岩层内流体的孔隙压力随之发生变化，即产生压力梯度或势差， 从而推动流体在岩层内部沿孔隙流动，在流动过程中，遇到合适的应力环境和构造部 位，油气就会富集并形成油气藏【l 】。研究证实：油气从生油凹陷高值应力区向其低值 应力区运移并在恰当位置富集行成油气藏。 现今油田开发证明，相对于高势区，处于低势区及过渡区的油井大部分井产能较 高。总之，地应力与油气运移之间存在必然的联系，并影响着现今油气田的产能，本 论文研究力求通过深入研究地应力与流体流动关系，利用模拟软件探索岩体内地应力 演化和油气运聚之间的关系，进一步提高油藏勘探开发水平，挖掘油田潜力，具有重 要的理论和现实意义。 本文受教育部新世纪优秀人才支持计划( n c e t 0 8 0 8 4 3 ) 资助。 1 2 国内外研究历史及现状 1 2 1 地应力研究发展史 地应力研究已经有百年历史，自1 9 世纪末开始，人们便注意到了地壳岩石中地 应力的重要性，并开始热衷于地应力研究2 羽，在1 9 0 5 年1 9 1 2 年，瑞士科学家h a m 第一章前言 研究并提出了深处岩体垂向应力与其上覆的岩体重力成正比，而水平应力与垂向应力 相等的著名假说。1 9 3 2 年，美国垦务局第一次利用岩体表面应力解除法在哈佛大坝 的坝底泄水隧道进行了测量，测得了洞壁的围岩应力状态。2 0 世纪5 0 年代初【7 】，瑞 典科学家n h a s t 在斯堪的纳维亚半岛进行了实际地应力测量，得出了地壳上部最大 地应力几乎处处水平或近水平、且最大水平主应力为竖向应力1 至2 倍甚至几十倍的 结果。h a i m s o n 等【& 9 】根据水压致裂法测试资料建立了美国的平均水平应力和垂直应 力分别随埋深的线性回归关系。 1 9 6 6 年在葡萄牙里斯本举行的第一届国际岩石力学学会( i s r m ) 会议上，会议设 立了地应力讨论专题，交流性讨论了地应力含义、地应力分类以及地应力测试测量方 法等问题。自此，各种地应力测量方法和地应力的解释以及相应的研究手段和方法如 雨后春笋般发展开来。1 9 6 4 年，南非l e e m a n 在开发金矿过程中，通过井孔剥落现象 总结出：平面内的井眼扩大的方向垂直于最大水平主应力方向【加l 。1 9 7 5 年南非 n c g a y 等人建立临界深度的概念临界深度以下，水平应力不再大于垂向应力。 在我国，地应力研究起步较晚，6 0 年代初李四光和陈宗基两位教授首次发起地 应力研究倡导【1 1 1 3 】。1 9 6 2 1 9 6 4 年，在三峡电站的选址工作中，首次成功应用表面应 力恢复法对地应力进行测量。1 9 6 6 年3 月，在河北荛县建立了第一个地应力观测站 1 2 - 1 6 】。1 9 7 2 年由王妙月、郭增建等人通过分析我国的中强地震的震源机制解，得出 控制我国大震发生的大地构造运动作用力是水平分量占优势。1 9 8 0 年1 0 月，位于河 北的易县的国家地壳应力研究所，首次成功进行了深部水压致裂应力测量。此后我国 各种应力测量的方法和技术得到了迅猛发展，为此，国家地震局专门成立了地壳应力 研究所，自1 9 8 7 年始，不定期地出版文集“地壳构造与地壳应力文集”。 目前，世界上已经有二十多个国家和地区开展了与地应力相关的应用及测量的研 究工作【1 7 _ 引。它无论在能源开发、矿山开采和地下工程等生产实践中，还是在地球 动力学、地震预报和构造地质学等学科的研究中，均有应用广泛，而且正日益受到国 内外工程界和学术界的重视。 1 2 2 地应力研究现状 在油田地质方面，对地应力的研究，用以阐明一个地区岩体原始应力状态的总体 特征，大都从定性、定量两个方面进行研究。地应力的相关理论广泛运用于油气勘探 与开发的各个环节之中，在油气勘探方面，地应力场演化规律与油气的运移与聚集关 系密切【1 9 。2 1 】；在油气田开发方面，地应力的研究广泛应用于油层压裂、油层射孔、井 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 网部署、储层裂缝预测、套管柱的设计、井壁稳定性和合理的钻井液密度的确定等方 面。目前常用的确定地应力的方法大概可以分为三类：有限元数值模拟、室内岩心测 试、测井资料计算。 郭世风等【冽曾用三维光弹模型实验性研究了四川松潘地震区震源应力场。黄润秋 1 2 3 等用模拟地质力学试验研究了黄河拉西瓦高边坡的应力场。王成金等【2 4 】用全息光 弹技术模拟了构造应力场及其与成矿和地震活动的关系。构造应力场研究方面，安欧 在构造应力场一书中详细总结了构造应力场的性质、测定、分布、变化、成因及 应用等问题，并提出了对未来场的预n l 商- j 题【2 5 1 。万天丰在古构造应力场一书中对 古构造应力场的理论和研究方法作了详尽阐述【2 6 1 ，在断裂带形成的构造应力场方面， 法国e t c h e e o p a r 等【2 7 】提出了据擦痕资料研究应力场的方法。t r i n h 2 引、a r r n i j o 等【冽对 擦痕资料研究应力场做了改进，主要是在擦痕研究应力场基础上，进行应力分期，判 断各期应力状态，同时计算出各期的应力张量。据此方法，许志琴等【3 0 】对我国松潘 甘孜地区断裂的应力场展布与特征做了详细研究；何玉林【3 、谢富仁【3 2 1 研究了我国 四川及阿尔金地区活动断裂带的应力场特征。张之立【3 3 分别用有限元和边界元分区算 法研究了断裂之间的相互作用对位移场、应力场和应变能分布的影响。 李方全等【3 4 】用水压致裂法和应力解除法的原地应力测量资料，对中国的现今地应 力状态及有关问题进行了分析研究，研究认为：应力值随深度增加而增加，水平主应 力具有很强的方向性，最大水平主应力方向与地质构造与现今地壳运动有关。臧绍先 等p ”7 1 利用地震资料并结合地质资料，研究了中国周边板块的相互作用及其对中国应 力场的影响，指出板块的相互作用是中国大陆应力场的主要动力来源。汪素云等【3 8 4 0 1 、 许忠淮等1 4 1 - 4 4 1 利用大量小震资料推断了中国大陆现今构造应力场的特征。许忠淮等 4 5 - 4 6 于2 0 0 1 年利用2 9 9 3 个浅源地震矩张量解分布图，认为东亚地区的现今构造应力 场除受印度一欧亚板块碰撞的强烈影响外，俯冲带的狐后扩张亦有重要影响。吴忠良 4 7 - 4 s 】等利用地震矩张量元素，研究了中国大陆地壳的压张状态，利用哈佛c m t 目录 和n e i c 宽频带地震辐射能量目录研究了全球以及中国大陆的视应力分布，认为视应 力分布与2 0 世纪的积累地震能量分布相关。 在上述研究的基础上，许多研究人员利用数值模拟的方法研究了中国大陆的应力 场，范俊喜【4 9 】采用平面应力线弹性有限元方法研究了鄂尔多斯地块运动及其周边应力 场的变化。陈连旺1 5 0 】利用有限元法，对中国大陆、华北和川滇地区现今构造应力场进 行了动态演化模拟，并研究了其与地震活动的关系。王凯英【5 i 】利用有限元模拟研究了 3 第一章前言 川滇地区应力场的力源及其影响因素，并将断层相互作用与块体活动联系起来，探讨 了块体运动、块体相互作用与断层相互作用的关系。 在地应力分布规律的认识上，前人研究认为：板内应力场具有统一性，且地壳浅 层应力以挤压、压扭为主，断层带及其附近应力状态不稳定，易发生突变。我国各地 的最大主应力，在分布上呈明显的规律性。渤海湾盆地主要发育正断型和张剪型应力 状态下发育的走滑断层斟5 2 1 。地应力随深度大都呈线性变化。三大类岩石中，地应力 状态差异明显，其中岩浆岩水平应力较高，沉积岩较低，变质岩介于其间f 2 5 5 3 1 。 近二十年来，在断裂构造带对地应力的影响方面研究，成果朔硕。李群芳用有限 元方法模拟分析了几种典型交汇方式的断裂周围应力场和位移场的三维空间分布5 4 1 。 宋书君【5 5 】用有限元法模拟了现河庄地区帚状复杂断块四维应力场、流体势场，自沙三 段沉积至今应力场演化及空间展布，建立了在应力场控制下的断块油藏成藏模式。 随着对地应力研究的深入，在石油工业中，地应力研究正逐步应用于油气勘探与 预测及寻找剩余油等方面。测量方法研究亦取得了较大进步。测量方法有水力压裂法、 井孔崩落法、测井资料计算地应力方法等，其中利用测井资料计算地应力因其成本低 廉，方便实用，资料容易获取而应用广泛。常规测井计算地应力主要用于确定钻 井泥将密度、求取水力压裂地层的破裂压力等。 1 3 研究内容 在油气藏形成的各个因素中，油气的运移路径将直接决定油气藏的可能分布位 置。因此，进行古应力场特别是成藏期地应力场的分析研究有助于揭示油气分布规律 和预测油气富集区。 利用钻井和压裂实验数据，围绕应力与流体运移关系，开展了深入系统研究工作， 在论文中主要研究内容如下： ( 1 ) 应力参数整理与分析 详细调查研究区内的地质条件、水文情况和构造情况，收集与分析区域岩石力学 相关强度和变形参数，并确定地应力的方向；在地质调查的基础上确定典型岩层类型 和分布范围。 ( 2 ) 应力场数值计算 通过对研究区内岩石力学参数分析，建立计算模型，确定三向应力，并对三向应 力进行误差分析，尽可能的把误差降至最低；分析计算所得应力数值并以此确定地应 力分布函数，绘制应力场展布图。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 3 ) 应力场演化分析 分析研究区应力场的特征，在其所占空间内，根据其时空不稳定性，总结各地质 时期演化特征。由现今残余应力场，利用地质调查资料，寻找一种方法，推测出各地 质时期应力场分布，并绘制该区古应力场分布图。 ( 4 ) 应力场与油气运聚关系分析 分析地应力场在油气形成的不同时期对油气的控制作用。主要包括：油气运聚发 生前后，研究区应力场对油气的运移与成藏期的控制作用；油气成藏后，应力场对油 气的再调整和再聚集的控制作用。据此，总结出东营凹陷油气运聚与应力场演化之间 的关系或模式。 1 4 研究思路及技术路线 技术路线 本论文主要在系统收集、分析己有地应力相关资料基础上，以相应的统计分析、 理论推导和数值模拟等为手段与方法，研究东营凹陷地区地应力分布规律与油气运聚 特征，技术路线框架见图1 - 1 。 研究区地质背景分析 、， i 水力压犁分析k 研 地 栅撇地应力场弹性力学分析 究 应 。 区 力 宏 分 钻孔崩落分析i 。 观 。 一t 应 仰 力 规 。三航： 场 律 测井数据分析r 分 研 析 究 k l ，i 七j ，仃泞，i ，、亡 由脱刀功操化分研 + 地应力对油气运聚影响分析 上 地应力演化与油气运聚关系 图1 1 论文技术路线图 5 第一章前言 研究思路 通过详细调查区域内地质条件、水文情况和构造特征，运用有限元理论，以研究 区内钻井岩心、水力压裂井孔数据以及测井资料等为主要依据，建立古应力场地质模 型：依托模型，模拟区域内古地应力场和流体势场，分析研究应力场演化与油气运移 关系，用以深入研究在油气运聚时期地应力对油气的控制作用，并探讨在应力影响下 油气运聚的特征及油气成藏模式。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章东营凹陷石油地质概述 2 1 东营凹陷地层发育特征 东营凹陷位于山东省东营市和滨州市境内，东临青坨子凸起，南部地层与鲁西隆 起和广饶凸起超覆接触，西与滨县凸起毗邻，北以陈家庄凸为界，南北宽6 5 k m ，东 西长9 0 k i n ，面积约5 7 0 0 k i n 2 。其构造单元属于中国东部中、新生代形成的低级序陆 相断陷湖盆( 图2 1 ) 。该盆地具有北断南超、盆地基底北陡南缓的特点。从伸展构 造角度看，它是陈南断裂上盘的掀斜半地堑盆地。 囫 断裂构造带 圈 尖灭线 图2 1 东营凹陷区域构造位置图 根据区域地质调查、地震勘探和钻井资料揭示，东营凹陷作为渤海湾裂陷盆地的 次级凹陷，其基底为太古界，主要有浅灰色花岗片麻岩、变粒岩及肉红色伟晶岩脉， 厚度约1 5 万米。古近系总体上由南往北依次超覆在基岩古断剥面上，同时由于边界 断裂产状的不同，地层总体上中部薄东西厚。古近系与新近系受多次构造运动影响， 应力场演化亦非常复杂。在构造环境控制下，行成类型各异的沉积旋回。东营末期的 一次构造运动，使馆陶组与东营组呈不整合接触。凹陷内新生界除始新统外，地层发 育齐全，古近系为本区最主要含油层系，新近系和第四系地层是次要含油层系。 7 第二章东营凹陷石油地质概述 东营凹陷古近系由孔店组、沙河街组和东营组组成，新近系可分为馆陶组和明化 镇组，第四系为平原组。凹陷内新生界除古新统外，地层发育齐全，新生界以来地层 综合柱状图，见图2 2 。 地层 累地绝 沉 水面升降岩积震 对 沉 积 古 性厚反 证 积 旋 气 界系统组 段 剖 度 射 龄 相 回 候 深浅滨河 面( 帕)层 ( 湖湖沼流 第网剩平原组 近海冲积平原 | 二 明 雪刍 新 化 新 统 镇 5 1 冲积平原 近 组t 0 4 千 系由 矗 1 0 虽 新 馆 下部冲积扇 ， 统 一陶 下 辫状河 组段 上部曲流河 互i ! 刁 t i2 4 1 ：山 。 新 东邋 河流一= 三角 营 洲一湖泊 湿 润组 专平 3 王：。 三角洲一 段= a 易 、一湖泊 渐 沙 兰b 。 3 0l湖泊一河流 新 j l 河流一三角洲 干 统 且一 二j t ， 一湖泊 旱 1 1 = r 一 沙 兔 湖泊一三角湿 古 沙 段 ：l 后 洲一浊流 润 生4 0 0 0 3 。 湖泊一浊流 河 了咖成水湖泊 衄t 近沙 翌 2 童 街干 始 四 工二：j 5 0 0 0 河流一盐湖 旱 系 组 段脚 胙瑚 t l5 0 2 新 。j 界 孔 曲 r 。1玉衄皿 孔 段寄 河流一盐湖 千 统t 9 丝 店l 一 孔 坐 组 ! e 7 0 0 0 冲洪积一 湿 段 t 冀 5 8 局限湖泊 润 中生界 芦 、 图2 - 2 东营凹陷中生界以来地层格架综合柱状图 东营凹陷古近系和新近系储集岩以碎屑岩储层为主，尤以三角洲砂体最为重要， 其次为河流相砂体。这两种砂体类型发育规模大，结构成熟度高，储集性能较好，构 成了本凹陷碎屑岩储集层的主体。 2 2 东营凹陷构造背景及演化 东营凹陷是以渤海湾盆地为母体，受控于郯庐走滑断裂带和太行山东麓走滑断裂 带，从而行成的典型走滑断陷盆地。从应力演化角度来看，渤海湾盆地的区域构造 应力场经历过多次由左旋压扭到右旋张扭的反转，燕山运动最活跃时期中晚侏 罗世时期，右旋压扭构造应力场导致了中国东部发育n e 向构造带。晚侏罗世一早白 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 垩世，则是在右旋张扭构造应力场控制下发育的断陷盆地。新生代以来，东营凹陷受 济阳运动和东营运动影响，自孔店组沉积期始，进入新华夏系构造应力场的应力松弛 或挤压休止阶段。随着应力松弛，断裂活动加强，形成n e e 向中央断裂背斜带。东 营组沉积期，东营凹陷构造格局定型，构造发生反转，盆地由断陷转变为坳陷发展阶 段，中央断裂背斜定型成熟，断裂活动强度大，数量也多。馆陶组明化镇组沉积期 渤海湾地区继续坳陷，构造活动减弱，断裂不甚发育。 2 2 1 东营凹陷构造演化 东营凹陷及所在的济阳坳陷，新生代构造演化主要受控于印支运动、燕山运动和 喜马拉雅运动来完成，经历过中生代拱张断陷、古近纪拉张断陷和新近纪以后的整体 拗陷【5 6 1 。以时间为演化序列，可将新生代东营凹陷构演化造划分为4 个发展阶段【5 7 1 ， 图2 3 ： 斑夸搁面i f ) 图2 - 3 东营凹陷5 9 3 侧线构造演化 9 走 滑 伸 展 阶 段 裂 陷 戒 覃 期 断 蹈 第二章东营凹陷石油地质概述 裂陷或早期断陷发育阶段( 晚侏罗世白垩纪) ；断陷阶段( 古新世末始新世) ；走滑 伸展断陷阶段( 渐新世) ；坳陷阶段( 中新世第四纪) ，见图2 3 。 2 2 2 断裂系统分析 东营凹陷的断裂系统主要可分为三级：控凹断层、主干断层和次级断裂( 表2 1 ) 。 控凹断层是控制凹陷边界的断层，是凹陷与凸起或隆起的边界，多发育为坡平式， 且具同沉积性质，如陈南断层是东营凹陷与陈家庄凸起界线，滨南断层把东营凹陷与 滨县凸起分开。 主干断层是控制洼陷边界的断裂，或者是洼陷与其它构造单元的边界，多发育为 铲式。主干断层活动强度大，往往行成坡折断层，发育大规模低位扇体，是东营凹陷 岩性油藏勘探的有利目标。砂砾岩砂体在主干断层影响下的差异压实作用，易形成逆 牵引背斜构造，如：坨庄滚动背斜、永安镇滚动背斜、滨南利津滚动背斜，该类构 造带的形成为油气大规模聚集形成了有利环境。 表2 - 1 东营凹陷断层要素表 断层 断层 断层倾 断层倾角延伸长度剖面样 类别 断层名称强烈活动时期 走向向( o )( k m )式 陈南断层西段 n e es s e1 0 2 0 3 8 4 j l - k 1 ，e s 3坡平式 n w 陈南断层东段 s s w 3 0 - 4 04 1 8 e k e s 4 下，e d坡平式 w 控凹 平南断层 n es e 4 0 6 02 0 e k e s 4 下，e d铲式 断层 高青断层西段 e ws3 0 5 01 8 e k e s 4 下，e s 3 铲式 高青断层东段 n n es e e5 0 6 03 2 e d 铲式 石村断层n ws w 3 0 _ 4 54 3 2 j 3 - k l ，e k - e s 4 下 铲式 滨南断层 n e es s e3 5 - 4 52 5 e s 3 ，e d 铲式 陈官庄断层 n e en n w5 0 6 03 0 j 3 - k i ，e s 3 板式 主干 博兴断层 n e en n w4 0 6 02 4 4 e k e s 4板式 中央隆起带断 断层 n e en n w3 0 5 05 0