CN105116129B - 一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
本发明提供了一种定量确定膏岩‑碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法。该方法包括：以膏岩‑碳酸盐岩为样品，样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性；根据膏岩‑碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力，作为实验模拟的温度和压力；分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值；根据样品的最大差应力值与最大拐点应力值，定量评价所述样品的脆性与韧性转换的临界位置，完成膏岩‑碳酸盐岩的脆韧性临界条件的定量确定。本发明提供的方法可以准确评价膏岩‑碳酸盐岩的脆、韧性的临界条件，为准确评价预测膏岩‑碳酸盐岩油气成藏提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种定量确定地质条件约束下的含膏碳酸盐岩的脆性与韧性的岩石物理性质转换条件的方法，属于石油地质研究技术领域。
背景技术
随着全球古老碳酸盐岩油气的成功开发，类似于中亚地区滨里海盆地二叠系盐下的膏盐岩-碳酸盐岩共生体系展示出巨大油气潜力，形成了世界大油气田。
但对于膏岩-碳酸盐岩共生组合中油气成藏过程仍然不是很清楚，特别是膏岩在油气成藏过程中，传统观点认为多呈现出封盖油气的作用(金之钧,周雁,云金表等.我国海相地层膏盐岩盖层分布与近期油气勘探方向[J].石油与天然气地质,2010,31(6):715-724)、(徐美娥,张荣强,彭勇民等.四川盆地东南部中、下寒武统膏岩盖层分布特征及封盖有效性[J].石油与天然气地质,2013,(3):301-306)、(汪亚军.川东北河坝场地区嘉二段膏岩盖层综合评价[D].中国石油大学,2008)、(赵越,杨海军,刘丹丹等.塔中北斜坡致密碳酸盐岩盖层特征及其控油气作用[J].石油与天然气地质,2011,32(6):890-896)、(林良彪,郝强,余瑜等.四川盆地下寒武统膏盐岩发育特征与封盖有效性分析[J].岩石学报,2014,(3))。
众多学者针对不同盆地膏岩在油气成藏过程的封盖性，展开了大量关于岩石学特征、盖性分布、岩石物理特征等多方面的研究工作(袁见齐,霍承禹,蔡克勤.高山深盆的成盐环境—一种新的成盐模式的剖析[J].地质论评,1983,29(2):63-69)、(金之钧,龙胜祥,周雁等.中国南方膏盐岩分布特征[J].石油与天然气地质,2006,27(5):571-583)、(张元春,陆黄生,吴海燕.川东北元坝地区膏盐岩盖层分布特征[J].新疆石油地质,2012,33(4):450-452.)，明确了膏岩在油气成藏期岩石学特征，并针对典型盆地膏岩-碳酸盐岩成藏特征进行了大量评价解剖，指出膏岩是该类油气成藏的关键封盖因素，比如(陶崇智,白国平,王大鹏等.塔里木盆地与威利斯顿盆地古生界海相碳酸盐岩油气成藏特征对比[J].石油与天然气地质,2013,(4):431-440)、(许静,李显涛,姚习志等.孔南地区膏岩油气藏成藏潜力探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2014,(7))、(刘景东,蒋有录,谈玉明等.渤海湾盆地东濮凹陷膏盐岩与油气的关系[J].沉积学报,2014,32(1):126-137)、(徐磊,操应长,王艳忠等.东营凹陷古近系膏盐岩成因模式及其与油气藏的关系[J].中国石油大学学报：自然科学版,2008,32(3):30-35)、(赵振宇,周瑶琪,马晓鸣等.含油气盆地中膏盐岩层对油气成藏的重要影响[J].石油与天然气地质,2007,28(2):299-308)。
但对于膏岩在碳酸盐岩油气成藏过程是否还存在其他作用的研究较少，特别是在盆地埋藏过程或抬升过程中，由于膏岩所处温度、压力环境差异，其对碳酸盐岩油气成藏的作用研究较少，多定性推测存在塑性与脆性的岩石物理状态。同时针对不同岩性的膏岩-碳酸盐岩共生组合而言，定量评价其脆韧性转换的温压条件研究尚甚少，特别是不同温压条件下表现的脆韧性特征对油气成藏的影响研究更少。
膏岩作为膏盐岩蒸发岩中的一类，与碳酸盐岩共生存在，在我国膏盐岩与碳酸盐岩主要呈现碳酸盐岩夹膏盐岩、碳酸盐岩-膏盐岩互层以及碳酸盐岩-碎屑岩-膏盐岩的三种组合，三种组合的类型如图1所示。不同组合类型在盆地演化的温压条件下，均影响膏岩自身岩石物理特征，特别是膏岩层的脆性与韧性特征临界转化，决定了膏岩在与其共生的碳酸盐岩油气成藏过程表现为良好的封盖性还是多样的疏导体系。
因此，设计一种膏岩-碳酸盐岩脆、韧性转换临界条件的确定方法，为准确评价预测膏岩-碳酸盐岩的油气成藏提供依据，成为了本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，该方法基于地质条件约束下，定量确定不同温度和压力条件下的膏岩-碳酸盐岩的脆性与韧性的临界转换特征，确定膏岩-碳酸盐岩物理性质转变的临界条件，为膏岩-碳酸盐岩油气成藏预测提供全面、准确的评价依据。
为了实现上述目的，本发明提供了一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：以膏岩-碳酸盐岩为样品，所述样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性；
步骤二：根据膏岩-碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力，作为实验的模拟温度和压力；
步骤三：分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值；
步骤四：根据样品的最大差应力值与最大拐点应力值，定量评价所述样品的脆性与韧性转换的临界位置，完成所述膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的定量确定。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，优选地，在所述步骤一中，所述含膏白云岩的膏岩含量为10-25wt％，所述膏质白云岩的膏岩含量为25-50wt％，所述云质膏岩的膏岩含量大于50wt％且白云岩含量25-50wt％，所述含云膏岩的膏岩含量大于50wt％且白云岩含量10-25wt％。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，优选地，在所述步骤二中，确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力包括以下步骤：
根据膏岩-碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，利用声波时差、镜质体热演化率多数据恢复盆地剥蚀量与热演化过程，结合膏岩-碳酸盐岩所处盆地的数值模拟技术，明确盆地埋藏史、热演化史、充填史，从而确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，优选地，所述油气成藏演化关键构造期包括盆地油气生成、运移、聚集和保存时期。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，优选地，在步骤三中，通过三轴实验设备，分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，优选地，在步骤一中，根据膏岩-碳酸盐岩的岩石薄片、XRD以及扫描电镜的分析结果选取样品。
在本发明提供的上述方法中，基于真实温压岩石物理测试得到的最大差应力反映了膏岩-碳酸盐岩的韧性条件的临界值，最大拐点应力反映了膏岩-碳酸盐岩脆性临界值。
本发明提供的定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法中，采用本领域常规的三轴实验设备按照常规的方法进行模拟实验即可。
本发明提供的一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：以盆地中的膏岩-碳酸盐岩为样品，选取的样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性；
由于不同岩性的膏岩-碳酸盐岩在不同的温度和压力条件下，其脆性和韧性物理特征存在差异，因此为获取膏岩-碳酸盐岩在不同温度与压力控制下的物理性质差异，使选取的岩石实验样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性；
步骤二：根据膏岩-碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，利用声波时差、镜质体热演化率多数据恢复盆地剥蚀量与热演化过程，结合膏岩-碳酸盐岩所处盆地的数值模拟技术，明确盆地埋藏史、热演化史、充填史，从而确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力，作为实验模拟的温度和压力；
步骤三：分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值；
利用三轴实验设备，分别在模拟温度和压力值下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值；
步骤四：根据样品的最大差应力值与最大拐点应力值，定量评价所述实验样品的脆性与韧性转换的临界位置，其中，最大差应力反映了膏岩-碳酸盐岩的韧性条件的临界值，最大拐点应力反映了膏岩-碳酸盐岩脆性临界值，完成膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的定量确定。
在本发明中，按照上述方法得到膏岩-碳酸盐岩组合脆韧性转化的临界位置，结合盆地油气成藏条件，分析岩石物理性质对膏岩-碳酸盐岩成藏的影响，为评价预测油气成藏提供依据。
通过本发明提供的上述方法可以得出：膏岩-碳酸盐岩不仅存在韧性也存在脆性，而且在真实地质条件下，盆地中膏岩-碳酸盐岩岩石性质转换的温压以及深度等条件，对预测评价油气成藏规律与分布具有重要意义。
本发明提供的方法结合盆地演化史、成藏史、热演化程度等多地质条件分析，确定不同温度和压力条件下的膏岩-碳酸盐岩的脆、韧性等物理性质转换的临界位置，分析膏岩-碳酸盐岩的物理性质对油气成藏的影响，为评价预测碳酸盐岩油气成藏提供依据。本发明提供的一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，能够实现地质条件约束下的膏岩-碳酸盐岩的脆、韧性临界条件的定量评价。
附图说明
图1为目前我国膏盐岩-碳酸盐岩岩石组合类型；
图2为定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法的工艺流程图；
图3为实施例1的鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组埋藏史图；
图4为实施例1中一定温压条件下膏岩-碳酸盐岩岩石应力变化曲线；
图5为实施例1中一定温压条件下膏岩-碳酸盐岩岩石应力变化曲线；
图6为鄂尔多斯盆地膏岩-碳酸盐岩岩石脆韧性转换曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
在鄂尔多斯盆地膏盐-碳酸盐岩储层即是奥陶系气藏重要岩石类型，盆地自奥陶系沉积以来，温度和压力呈现先升高，再降低的总体趋势。结合鄂尔多斯盆地快速深埋开始于二叠世，持续至三叠世、侏罗世、白垩世，且盆地子白垩世开始盆地进入持续抬升阶段。因此确定油气成藏过程中，盆地整体深埋与持续抬升阶段温度和压力条件影响了油气成藏全过程，参数分别对应A(10MPa，40℃)、B(20MPa，65℃)、C(30MPa，90℃)、D(40MPa，115℃)、E(50MPa，135℃)、F(60MPa，155℃)、G(70MPa，170℃)与H(80MPa，185℃)八个位置点。
同时，鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系马家沟组成藏时期为侏罗纪-白垩纪，大体对应C、D、F位置。如何定量评价膏岩-碳酸盐岩在油气成藏过程中的作用，分析油气成藏前、充注成藏、成藏后膏岩-碳酸盐岩组合物理性质对油气成藏的影响，将为准确预测膏岩-碳酸盐岩油气藏提供依据。
本实施例提供了一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，其工艺流程如图2所示，该方法具体包括以下步骤：
选取实验样品：选取鄂尔多斯盆地古生界奥陶系马家沟组中的岩石作为实验样品，选取的实验样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性，选取的岩石含量如表1所示；
表1
| 序号 | 方解石/％ | 白云石/％ | 石盐/％ | 硬石膏/％ | 黄铁矿/％ | 黏土矿物/％ |
| 1 | 83 | / | 15 | 0.8 | 1.2 | |
| 2 | 27.5 | 68.9 | 2.4 |
| 3 | / | 11.9 | / | 85.9 | / | 1.6 |
| 4 | / | 80.6 | / | 17.4 | / | 1.0 |
| 5 | / | 35.0 | / | 37.9 | 2.9 | 14.2 |
| 6 | / | 42.4 | / | 55.0 | 0.7 | 1.6 |
| 7 | / | 22.5 | / | 75.0 | / | 2.2 |
| 8 | / | 77 | / | 18 | / | 5 |
确定实验条件：依据鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组膏岩-碳酸盐岩的演化特征，盆地埋藏与热演化过程，如图3所示，综合鄂尔多斯盆地实测地温梯度与压力数据，确定不同深度对应油气成藏不同阶段其温度与压力值，模拟深度分别为1000米、2000米、3000米、4000米、5000米、6000米、7000米、8000米对应的压力和温度分别为10MPa，40℃、20MPa，65℃、30MPa，90℃、40MPa，115℃、50MPa，135℃、60MPa，155℃、70MPa，170℃、80MPa，185℃；
进行脆韧性实验：根据鄂尔多斯盆地膏岩-碳酸盐岩模拟深度对应的温度和压力条件，利用高温高压三轴实验设备，分别测定不同温度和压力条件下膏岩-碳酸盐岩的最大差应力值与最大拐点应力值，结果如表2所示；
表2
定量评价脆韧性转换条件：不同温度和压力条件下的膏岩-碳酸盐岩的最大差应力值与最大拐点应力值表明，当压力处于10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa，温度对应为40℃、65℃、90℃、115℃、135℃条件下，膏岩-碳酸盐岩的物理性质表现为脆性特征，易形成裂缝，如图4所示；压力处于60MPa、70MPa、80MPa，温度对应为155℃、170℃、185℃条件下，膏岩-碳酸盐岩的物理性质表现为韧性特征，具有有利封盖性能，如图5所示；其中，压力为60MPa，温度为155℃为膏岩-碳酸盐岩脆、韧性临界转换的位置，完成对膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的定量确定。
通过以上对鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组膏岩-碳酸盐岩的脆、韧性转换临界条件的分析表明，膏岩-碳酸盐岩在鄂尔多斯盆地下古生界成藏过程中发挥了脆性与韧性的双重性质，在鄂尔多斯马家沟地层在深埋阶段和抬升期，当温压条件处于膏岩-碳酸盐岩呈现脆性的温度、压力范围内，膏云岩存在形成裂缝条件，提高下古碳酸盐岩储层物性，增大储集空间，为抬升成藏期提供储集空间；同时，深埋成藏期可能存在上古天然气沿膏岩裂缝垂向运移至下古生界储层；而当温压条件处于膏岩-碳酸盐岩组合呈现韧性的温度、压力范围，马家沟组地层处于最大埋深期，地温大于155℃，表现为韧性岩石学特征，呈现较好的封盖性，如图6所示，对预测鄂尔多斯盆地马家沟组天然气成藏过程提供重要依据。
Claims (5)
1.一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：以膏岩-碳酸盐岩为样品，所述样品包括含膏白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和含云膏岩四种岩性；
步骤二：根据膏岩-碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力，作为模拟实验的温度和压力条件；
步骤三：分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值；
步骤四：根据样品的最大差应力值与最大拐点应力值，定量评价所述样品的脆性与韧性转换的临界位置，完成所述膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的定量确定；
其中，在所述步骤二中，确定油气成藏演化关键构造期的温度与压力包括以下步骤：
根据膏岩-碳酸盐岩所处盆地的构造演化史，利用声波时差、镜质体热演化率多数据恢复盆地剥蚀量与热演化过程，结合膏岩-碳酸盐岩所处盆地模拟技术，明确盆地埋藏史、热演化史、充填史，从而确定油气成藏化演化关键构造期的温度与压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤一中，所述含膏白云岩的膏岩含量为10-25wt％，所述膏质白云岩的膏岩含量为25-50wt％，所述云质膏岩的膏岩含量大于50wt％且白云岩含量25-50wt％，所述含云膏岩的膏岩含量大于50wt％且白云岩含量10-25wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述油气成藏演化关键构造期包括盆地油气生成、运移、聚集和保存时期。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤三中，通过三轴实验设备，分别在模拟温度和压力下，测定样品的最大差应力值与最大拐点应力值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤一中，根据膏岩-碳酸盐岩的岩石薄片、XRD以及扫描电镜的分析结果选取样品。
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