为确定海相与陆相页岩微观结构差异及其对可压性的影响,利用扫描电镜、核磁共振、CT扫描、岩石力学测试及水力压裂实验,结合分形几何与岩石力学理论,对四川盆地龙马溪组和鄂尔多斯盆地延长组页岩进行对比。陆相页岩黏土矿物含量高,约占45.3%,海相页岩以石英和长石等脆性矿物为主,约占67.9%。海相页岩孔隙度约为陆相页岩的2倍,海相页岩宏孔比例更高,孔径分布范围更广;陆相页岩中孔和小孔占比更高,天然裂缝及层理较发育。陆相页岩平均起裂压力较海相页岩低22.52%,高黏土矿物含量导致的低力学强度是其重要原因,而孔隙压力对陆相页岩起裂压力的影响较小。海相页岩水力压裂主裂缝为基本沿井筒对称的贯穿裂缝;陆相页岩发育的天然裂缝和层理容易捕获水力压裂裂缝,形成垂直于主裂缝的剪切裂缝,裂缝的开启和连通,有利于形成更复杂的裂缝网络。陆相页岩3个脆性指标均低于海相页岩,但陆相页岩起裂压力更低,缝网结构更好,具备良好的压裂潜力,采用单一脆性指标评价其可压性不准确。陆相页岩低孔隙度、低渗透率及高水敏性不利于水力压裂改造储集层。
鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地,油气资源丰富,勘探前景广阔。其中,三叠系延长组发育典型的低渗透—致密油藏,勘探难度大。50年来,持续深化鄂尔多斯盆地中生界油藏地质研究,提出了侏罗系油藏群成藏理论、内陆坳陷湖盆大型岩性油藏成藏理论和陆相页岩油成藏理论,实现3次战略转移,发现4个储量超过10×108 t的常规油气区和1个储量达20×108 t的页岩油接替区,探明石油储量连续10 年年均增长超3×108 t,成为中国增储上产速度最快的油区,原油年产量占中国的12.5%,可供其他同类型盆地的油气勘探借鉴。
玛湖凹陷风城组页岩微观孔隙特征的相关研究较薄弱,为确定孔隙对页岩油赋存和富集的影响,以玛湖凹陷北斜坡区玛页1井为对象,利用X射线衍射、扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞等,分析陆相页岩纳米级孔隙的发育特征及其影响因素。风城组页岩主要为长英质岩和碳酸盐岩,2类岩相的孔隙类型、形态及孔径分布基本一致,孔隙类型有无机孔、有机质孔和微裂缝,主要为溶蚀孔和微裂缝,发育平行板状狭缝、楔状孔隙及墨水瓶状孔等多种形态;孔隙以小孔为主,孔径分布为三峰型,主峰位于30~60 nm,孔隙连通性差。长英质岩的孔隙度及大孔隙发育程度高于碳酸盐岩,是相对优势岩相。石英、长石和白云石是孔隙发育程度的主控因素,对各尺度的孔隙具有均势贡献;黏土矿物促进微孔和小孔的发育,对中孔的影响较弱;有机质对孔隙发育的影响较小;无机矿物和有机质均是页岩孔隙度增大的有利因素。
东道海子凹陷为准噶尔盆地重要的生烃凹陷之一,在其周缘凸起侏罗系、白垩系及凹陷内二叠系上乌尔禾组获得油气发现。以凹陷内上乌尔禾组油气重点突破井为主线,结合勘探思路和理论认识的变化,将研究区上乌尔禾组油气勘探划分为源边断块勘探阶段、下凹断块勘探阶段和源上岩性勘探阶段。勘探思路的转变不仅带来了凹陷东斜坡上乌尔禾组高产油气藏的发现,同时取得几点认识：平地泉组烃源岩进入生轻质油气阶段,为上乌尔禾组近源成藏提供油气;上乌尔禾组发育大型退覆式扇三角洲沉积体系,低位体系域厚层及水进体系域薄层叠置的扇三角洲前缘相为有利储集层,分布面积达3 350 km2;上乌尔禾组具有“沟槽富砂、相带控储、孔缝控产”的油气成藏特征。油气发现集中在凹陷东部,凹陷西部尚未钻揭,以上述勘探思路及地质认识指导勘探部署,有望在东道海子凹陷获得新的油气发现。
铝土岩气藏是近期在鄂尔多斯盆地发现的一种非常少见的非常规气藏,测井评价在其勘探和开发中发挥着重要作用。前期测井评价中将铝土岩作为风化壳盖层,未将其作为储集层,没有形成系统的测井评价方法,不能满足铝土岩气藏勘探开发的需求。立足盆地西南部陇东地区太原组含铝岩,从岩性、矿物组分、储集层物性、含气性、成像模式-孔隙结构特征五大方面,开展铝土岩气藏的测井评价方法研究。明确了含铝岩层的测井响应特征,建立了声波时差—自然伽马含铝岩识别图版,根据岩石物理实验构建了铝土岩气藏孔渗饱评价模型,结合微电阻率扫描成像和核磁共振测井资料,提出了铝土岩储集层识别标准,形成铝土岩气藏的测井评价方法。
塔里木盆地西南缘位于西昆仑山前,发育多个逆冲构造带,并发现了多个油气田。应用断层相关褶皱理论,根据钻井和二维地震资料,对塔西南山前的英吉莎背斜构造进行了精细的构造解释,发现了位于中新统安居安组泥岩和膏泥岩中的浅层滑脱层,浅层发育简单的被改造的断层弯曲褶皱,据此提出英吉莎背斜由浅层、中—深层和深层3个构造层垂向叠合而成。中—深层发育楔形构造,为多个逆冲断层的叠瓦状构造,深层为简单的楔形构造。根据生长地层及构造变形样式,浅层构造形成最早,其后为中—深层构造,深层构造形成最晚。总之,由西昆仑山向塔里木盆地呈现多期幕式逆冲,塔西南逆冲构造具多期幕式活动,不同时期发育的构造在垂向上叠加,形成现今的构造样式。
为明确准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组烃源岩中黏土矿物的特征及其成因,利用X射线衍射和扫描电镜测试,分析了研究区风城组碱湖相烃源岩中黏土矿物组成。结果表明,风城组碱湖相烃源岩黏土矿物具有蒙皂石和伊蒙混层含量高及伊利石含量较低的特点,呈现蒙皂石伊利石化缓慢的现象;结合风城组的沉积背景,蒙皂石异常转化主要受物源区火山岩、气候和成岩流体的共同影响。中基性火山岩和干湿交替的气候,促进了蒙皂石的形成;而以CO2-3 为主要阴离子的碱性水体,抑制了蒙皂石的伊利石化。
为明确缝控型溶洞特征和发育模式,通过人工测量和三维激光扫描的方法,构建了慈利龙王洞三维模型,对其构造特征进行了表征。龙王洞可分为西段、中段和东段,西段呈北东东—南西西向展布,以化学充填为主,充填程度较高;中段呈北北东—南南西向展布,以垮塌充填为主,充填程度最高;东段近东西向展布,以化学充填和流水沉积充填为主,充填程度较低。慈利龙王洞受控于北东东—南西西向展布的裂缝带,是典型缝控型溶洞,其发育经过4个阶段：沿三官寺向斜走向发育北东东—南西西向裂缝带,岩溶水沿裂缝带自西向东溶蚀岩层,形成初始溶洞;初始溶洞被北北西—南南东向走滑逆断层错断,发生差异溶蚀,西段溶蚀程度高于中段和东段;溶洞因裂缝发育数量和规模不同,差异溶蚀程度加大,西段溶洞进一步扩大,东段一系列溶洞连成一体,西段岩溶作用明显高于东段;中段继承上一阶段的溶蚀特点,溶蚀作用弱于东段和西段,最终形成现今的结构形态。
玛湖凹陷的玛北斜坡区油气勘探取得了重大突破,而与之相邻的玛西斜坡区勘探效果甚微。为此,根据岩心、薄片、扫描电镜等资料,对玛北与玛西斜坡区百口泉组储集层的岩石学特征、成岩作用对比分析,认为储集层物性特征及其控制因素存在明显差异,压实作用、胶结作用与溶蚀作用是造成储集层物性差异的根本原因。玛西斜坡区含油气远景优于玛北斜坡区,玛西斜坡区深层是有利储集层分布区,扇体两翼和玛中1井区是下一步油气勘探的重点。
准噶尔盆地南缘是典型的高压—超压含油气区,明确超压成因机制以及强超压条件下油气保存机制,对于认识油气富集规律、预测有利勘探区十分重要。从高探1井超压油藏特征及其勘探成果出发,在分析高探1井超压成因机制的基础上,对超压系统中盖层水力破裂动态封闭的烃柱高度进行了预测。研究认为：高探1井白垩系清水河组超压为多种成因,其中构造挤压增压占51.03%,超压传递占14.94%,欠压实增压占34.03%,喜马拉雅运动期的构造冲断—侧向挤压应力是深层异常高压的主要诱因。高探1井白垩系清水河组泥岩盖层厚度大,排替压力大,封闭能力强,超压系统盖层水力破裂和先存断层重新滑动动态控制了盖层能承受的最大超压和能封闭的最大烃柱高度。高探1井白垩系清水河组和侏罗系头屯河组为2套独立的压力系统,清水河组压力系数为2.32,接近先存断层滑动的临界压力条件,推测盖层破裂前能够动态封闭的最大烃柱高度为200 m。高泉背斜中—上侏罗统为下一步重点勘探层系,河道—三角州前缘砂体可为优质储集层,构造-岩性油气藏可能是下一步勘探重点。
为明确鄂尔多斯盆地长7段陆相页岩储集层孔隙特征,通过扫描电镜、铸体薄片、气体吸附法和压汞法等实验手段,对长7段页岩储集层中纯页岩和粉砂质纹层发育的页岩孔隙特征进行了对比分析,并探讨了可能影响孔隙发育的因素。纯页岩中主要发育黏土矿物粒间孔和有机孔,粉砂质纹层发育页岩中主要发育粒间孔和粒内溶孔;相比纯页岩,粉砂质纹层的中—大孔发育,孔隙度、孔径和孔体积均较大。纯页岩孔隙的发育主要受控于刚性颗粒和有机质含量,粉砂质纹层页岩孔隙的发育主要受控于保存条件,如石英和长石等刚性颗粒的富集利于孔隙保存,酸性流体对长石的溶蚀具有增孔作用,液态烃包裹矿物抑制胶结作用的发生。粉砂质纹层发育的页岩孔隙结构和物性优于纯页岩,在页岩油气勘探中应重点关注粉砂质纹层发育段。
为提高鄂尔多斯盆地马五5气藏有效储集层钻遇率,运用钻井、测井、录井、岩心及生产试气等资料,通过对沉积微相、成岩作用、古地形等有效储集层主控因素分析,明确了马五5气藏白云岩分布规律,并对储集层进行综合分类评价,优选出马五5气藏有利富集区。研究结果表明,苏里格气田东区马五5储集层呈局部透镜状分布,连片性不强,最有利的储集体是颗粒白云岩和粗粉晶白云岩,主要储集空间为晶间孔、晶间溶孔和构造裂缝。沉积相和成岩作用是马五5储集层的主控因素,颗粒滩是马五5储集层白云岩最有利的沉积微相;有效储集层主要受控于准同生白云化作用和埋藏白云岩成岩作用对储集层的改造程度;相对高部位的古斜坡是马五5气藏开发的有利区。
三角洲前缘砂体作为油气重要储集体,具有巨大的油气勘探潜力,但目前通过野外露头对浅水三角洲前缘砂体构型的研究较少。以沉积学和储集层构型理论为指导,结合野外露头描述和取样,综合室内分析化验与统计分析的结果,对鄂尔多斯盆地宜川仕望河剖面长9油层组的沉积特征与砂体构型进行分析。研究表明,仕望河剖面长9油层组沉积时期气候温暖潮湿,水体为分层不强的氧化—弱还原过渡的淡水,主要发育浅水三角洲前缘亚相,包括水下分流河道、河口坝、席状砂、分流间湾等微相,长9油层组浅水三角洲前缘单砂体垂向叠置样式包括非连通式和连通式2种,侧向接触样式包括对接式和切叠式2种。地形坡度和湖平面升降共同控制的可容空间增长速率与沉积物供给速率是影响复合砂体空间发育样式的重要因素,缓坡使得河道下切能力相对较弱且具有平面交切的特征,湖平面上升和物源供给减少使可容空间增长速率与沉积物供给速率之比增大,导致砂体连通性减弱,河道—河道切叠和河道—河口坝切叠的砂体构型模式有利于油气聚集成藏。
准噶尔盆地玛湖凹陷风城组为碱湖沉积，自下而上划分为风一段、风二段和风三段，岩性纵向上变化快，矿物成分复杂，富有机质，发育源储一体页岩油藏。油藏整体含油，但甜点分散，单层试油效果不理想，提产潜力不明确。根据岩心薄片及地球化学分析，玛湖凹陷风城组以纹层状粉砂质泥页岩夹白云岩为主，矿物组成以陆源碎屑矿物及碳酸盐矿物为主，随埋深孔隙体积变化和孔表面积变化一致，孔隙体积主要由宏孔（孔隙直径大于50 nm）贡献；烃源岩有机质类型以Ⅱ型为主，镜质体反射率为0.85%~1.40%，处于生油高峰期；风二段发育中—高角度剪切裂缝，风三段发育中—高角度剪切裂缝和低角度构造裂缝，其形成与发育程度受岩性、矿物组分、岩石力学性质等的控制。综合岩性组合及储集层物性、含油性等特征，划分出4个相对集中的甜点段。应在直井多段试油试采的同时，选择含油性好、裂缝较发育的甜点段，开展地质基础研究与地质工程一体化技术攻关，实施水平井提产试验，以实现研究区风城组页岩油勘探开发的全面突破。
哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩油藏为塔里木油田高产稳产的主力油藏,其缝洞型储集层成因机理、形成时期和油气分布一直是研究难点。基于地球物理资料,结合岩心和薄片观察、地球化学分析、生产特征分析等手段,研究了哈拉哈塘地区热液岩溶的特征,厘定了热液岩溶时期,明确了海西运动期活动断裂与加里东运动期走滑断裂对热液岩溶和油气分布的控制。研究认为,岩浆活动、海西运动期活动断裂形成、热液岩溶和油气成藏均主要发生在二叠纪,时间相近并具有成因上的继承性。海西运动期活动断裂与加里东运动期走滑断裂在力学性质、产状、规模、分布以及对热液岩溶的发育和控制方面存在差异。加里东运动期走滑断裂上热液岩溶体可以有效成藏,而海西运动期活动断裂由于在油气成藏期存在开启和间歇活动,导致热液岩溶体不能成藏或成藏能力差,从而造成哈拉哈塘地区奥陶系东西部油气分布差异巨大。在进行油气勘探和井位部署时应区分海西运动期活动断裂和加里东运动期走滑断裂,以寻找加里东运动期走滑断裂上热液岩溶体作为勘探目标。
顺北4号走滑断裂带位于塔里木盆地顺托果勒低隆起，向北延伸至沙雅隆起，具有埋藏深，平面分段、纵向分层、多期活动、结构复杂等特征。通过对顺北4号走滑断裂带高品质三维地震资料解释，开展了断裂带分层、分段、分期、活动性和有利区评价。结果表明，顺北4号走滑断裂带在古生界具有4层结构，大致以中奥陶统顶界面为界，其上发育雁列式断层，其下发育高陡走滑断层；走滑断裂带具有明显的分段特征，按走向可分为北段、中段和南段，整体具有南压北张的特征；走滑断裂带在古生界先后经历了加里东运动中期Ⅰ幕、加里东运动中期Ⅲ幕、加里东运动晚期和海西运动期4期活动；通过对影响顺北地区油气富集成藏的主控因素通源性、储集体规模和晚期调整性的叠加，对顺北4号走滑断裂带进行有利区评价，得到多个有利区，并在实钻中得到验证。
为了认识塔河油田西部斜坡区上奥陶统覆盖区加里东运动中期Ⅱ幕岩溶作用对岩溶洞穴发育的控制机理,选择不同方法精细刻画加里东运动中期Ⅱ幕水文地貌及地下岩溶洞穴系统。结果表明：岩溶台地以溶丘洼地为主,地表水系表现为树枝状,暗河洞穴体系发育,形成“开放型”暗河岩溶系统;岩溶斜坡以丘丛沟谷为主,强烈的垂向侵蚀作用发育深切沟谷,形成“下降型”埋藏断控岩溶系统;台缘南部岩溶盆地地势平缓,地表径流不发育,垂向侵蚀作用弱,以水平溶蚀为主,形成“上升型”埋藏断控岩溶系统。综合水文地貌发育特征,建立塔河油田西部斜坡区良里塔格组覆盖区加里东运动中期Ⅱ幕特殊水文地貌控制下的岩溶洞穴发育模式,为下一步滚动开发实践提供地质依据。
吐哈盆地下侏罗统油气资源潜力大,剩余资源量多,已发现的油气藏主要分布于台北凹陷胜北洼陷和丘东洼陷周边的正向构造带,以构造油气藏为主,洼陷腹部油气勘探研究程度低。基于对已知油气藏的解剖,对台北凹陷三大富烃洼陷的沉积体系、烃源岩、储集层和成藏条件开展系统研究。结果表明,台北凹陷水西沟群煤系烃源岩广泛发育,与辫状河三角洲砂岩大面积接触,利于形成近源致密砂岩气藏。下侏罗统发育圈闭型和连续型2类致密砂岩气藏,其中洼陷腹部是连续型致密砂岩气成藏的有利区,勘探应由源边正向构造转向富烃洼陷,由源上常规油藏向近源（源内）致密砂岩气藏转变,胜北洼陷和丘东洼陷腹部具备形成大气藏的条件,是下侏罗统近源大面积致密砂岩气藏勘探的有利区域。
车排子油田南部石炭系主要为杏仁状玄武岩、玄武安山质集块岩、安山质角砾凝灰岩及少量玄武安山质角砾凝灰岩,为确定其地质时代,进行同位素和古生物样品分析,并与盆缘露头区石炭系对比。在C47井石炭系下部砂岩中获得丰富的孢粉化石,在C68井流纹质含角砾玻屑熔结凝灰岩中获得锆石U-Pb年龄为314.6±2.1 Ma,化石地质时代和同位素年龄均为晚石炭世,可与准噶尔盆地西北缘山前哈拉阿拉特组对比。火山岩总体为钙碱—拉斑系列,相对富Al2O3,具有弱的Eu正异常,强烈亏损Nb、Ta、Hf等高场强元素,相对富集Ba、Rb、K等大离子亲石元素,有较明显的Nb-Ta槽,其岩浆源区可能是受流体交代的尖晶石二辉橄榄岩亏损地幔,形成于俯冲相关的岛弧构造环境。车排子油田南部井区大断裂西北盘石炭系总体与阿腊德依克赛组可对比,东南盘火山岩地层可与西北缘山前哈拉阿拉特组对比。
对顺北油田顺8B区块奥陶系碳酸盐岩的天然裂缝进行研究,总结了研究区内天然裂缝的分组以及碳酸盐岩地层天然裂缝的分布规律。结合损伤和有限元数值模拟技术,开发了损伤模拟碳酸盐岩的模型工具,确定了与天然裂缝发育所对应的造山运动的位移方向及应变量。根据研究区地震波得到的地层构造,结合沉积和造山运动史,分析了石炭系卡拉沙依组—中奥陶统一间房组7个层位的天然裂缝/断层,归纳为5组天然裂缝体系;上奥陶统恰尔巴克组—中奥陶统一间房组储集层中的天然裂缝对应着加里东运动中期Ⅰ幕和加里东运动中期Ⅱ幕的造山运动,主要为贯通的张开裂缝和走滑裂缝/断层;根据地震层位信息,建立三维有限元模型,进行三维损伤有限元数值分析,正演数值计算结果给出了在加里东运动中期造山运动作用下研究区内损伤局部化带表示的天然裂缝/断层的三维空间分布,数值计算结果验证了加里东运动中期应力对奥陶系碳酸盐岩地层挤压的主方向为15°,地层受挤压程度相当于2.4%的应变量。
