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数值模拟揭示深部热力学结构对大陆裂解过程的控制作用

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地质学报 2025年

作者：范庆凯郭金瑞高敏吴高奎王炎阳中国石化石油勘探开发研究院

被动大陆边缘的形成演化受到裂前岩石圈垂向热力学结构的控制。为研究其对岩石圈破裂时间、破裂方式、被动陆缘规模和形态等方面的影响,本文引入岩石圈累积屈服应力（σ_t）、平均屈服应力（σ_t）和壳-幔刚性层耦合度（Coc）三个综合指... 详细信息

被动大陆边缘的形成演化受到裂前岩石圈垂向热力学结构的控制。为研究其对岩石圈破裂时间、破裂方式、被动陆缘规模和形态等方面的影响,本文引入岩石圈累积屈服应力（σ_t）、平均屈服应力（σ_t）和壳-幔刚性层耦合度（Coc）三个综合指标,并通过地球动力学数值模拟来揭示这种规律。数值模拟结果表明,岩石圈热力学结构是控制其破裂持续时间的本质因素,裂前屈服应力越大,裂谷持续时间越长,而在此基础上,壳-幔刚性层耦合度的降低则将进一步延长该过程。对于完全耦合（Coc=1）岩石圈来说,在其开裂过程中往往上地壳先断,以纯剪模式形成对称陆缘。壳-幔刚性层耦合度降低（Coc中心的侧向迁移形成不对称型陆缘。这种情况下,当上地幔厚度相对有限时将率先断开,巨厚上地幔发育时则为上地壳先断,导致地幔岩剥露地表。另外,壳-幔刚性层低耦合度是产生大规模宽缓被动大陆边缘盆地的必要条件,具体表现为耦合度越低,裂谷中心迁移距离越大,形成的共轭陆缘规模也越大,而地壳厚度的增加本质上导致壳-幔刚性层耦合的降低,从而增大了陆缘规模,并已在南大西洋中段验证了上述认识。

关键词：热力学结构耦合程度被动大陆边缘数值模拟

准南逆冲褶皱带霍−玛−吐逆冲岩席发育力学机制与模拟实验

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地质力学学报 2025年第1期31卷 8-23页

作者：杨庚陈竹新鲁雪松张欲清中国石油勘探开发研究院北京100083

逆冲岩席发育的力学机制厘定是认识冲断带变形过程的基础与难点。文章以准南冲断带为研究实例,结合力学模型与物理模拟对逆冲岩席发育的力学机制进行探讨。依据地质调查、地震资料解释和钻井资料证实霍-玛-吐背斜核部和南翼发育有逆冲断... 详细信息

逆冲岩席发育的力学机制厘定是认识冲断带变形过程的基础与难点。文章以准南冲断带为研究实例,结合力学模型与物理模拟对逆冲岩席发育的力学机制进行探讨。依据地质调查、地震资料解释和钻井资料证实霍-玛-吐背斜核部和南翼发育有逆冲断层,断层向南延伸到第一排背斜之下,并形成广泛分布的霍-玛-吐逆冲席体,席体内部基本上无构造变形。霍-玛-吐构造带的钻井资料显示准南逆冲带前缘逆冲断层及滑脱断层均发育在流体压力系数较高的异常超压层中,说明该逆冲岩席属于强干变形席体、弱滑脱断层组合。根据玛纳斯构造带的钻井实测地层压力计算出逆冲断层的上下盘压力系数明显不同,且逆冲断层上盘的流体压力系数在逆冲断层处急剧降低,说明上盘逆冲岩席底部为弱滑脱层,有效分隔了上、下盘流体压力系统。文章依据地震剖面和钻井资料标定获得的霍-玛-吐逆冲岩席变形几何学特征,建立了后缘挤压下逆冲席体变形的简化力学模型,并计算出逆冲席体后缘水平挤压应力与垂直方向的重力比值与逆冲席体几何参数及断层摩擦系数和断坡角之间的数学关系式,分别给出了无流体超压的逆冲席体和含有流体超压滑脱层逆冲席体的数学关系式。为了验证力学模型可靠性,对准南逆冲带中的霍-玛-吐逆冲席体发育特征进行了物理模拟实验研究。结果证实该类型的刚性逆冲席体变形规律前缘逆冲断层发育样式符合地震剖面的构造解释认识,也佐证了简化的力学模型符合实际地质情况。实验结果表明逆冲席体底部大位移是多地段同时发生的小范围位移累积而成大位移,为认识造山带内推覆体或造山带前缘逆冲席体大规模远距离推覆问题提供了理论依据。

关键词：准南逆冲褶皱带霍-玛-吐逆冲岩席构造超压力学模型物理模拟实验

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陆相淡水与咸化湖盆页岩有机质差异富集机理

科学通报 2025年第2期70卷 262-274页

作者：梁新平金之钧刘全有朱如凯张旺高嘉洪王浡张钧翔王治纲北京大学能源研究院北京100871 页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室北京100871 中国石化石油勘探开发研究院北京102206 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

有机质丰度是页岩油富集的重要物质基础,是页岩油甜点预测和资源评价的关键指标.与海相沉积相比,陆相湖盆页岩层系有机质丰度变化大,非均质性强,其形成和保存受水体盐度影响更明显.因此,揭示水体性质及其影响因素是揭示陆相有机质差异... 详细信息

有机质丰度是页岩油富集的重要物质基础,是页岩油甜点预测和资源评价的关键指标.与海相沉积相比,陆相湖盆页岩层系有机质丰度变化大,非均质性强,其形成和保存受水体盐度影响更明显.因此,揭示水体性质及其影响因素是揭示陆相有机质差异富集的关键科学问题.鉴于此,本文通过对比典型淡水(鄂尔多斯盆地长7段)与咸化碱湖(准噶尔盆地玛湖凹陷风城组)沉积与地球化学特征,揭示了淡水与咸化湖盆水体盐度具有动态变化的特征,淡水湖盆在有机质富集层段具有水体逐渐变咸的趋势,而咸化湖盆也具有水体变淡的特点.全球尺度上古气候的冷暖影响淡水与咸化湖盆的古生产力条件,是陆相湖盆富有机质沉积的主控因素;同时,陆相湖盆有机质多形成于缺氧含铁的水体环境,淡水湖盆咸化层段比咸化碱湖有机质保存效果更好.淡水湖盆长7段有机质水体分层不明显,火山活动等关键地质事件携带的硫酸盐会引起水体盐度发生快速变化,引起湖盆底部水体由长期铁化向硫化快速转变,利于有机质的保存;咸化碱湖玛湖凹陷风城组水体分层显著,火山或热液活动会导致底部水体盐度频繁硫化至甲烷厌氧氧化阶段,对有机质可能具有消耗作用.本研究可加深对陆相页岩油富集规律的认识,对指导页岩油勘探具有一定的理论意义.

关键词：陆相湖盆页岩有机质差异富集缺氧含铁硫化作用

准噶尔盆地东部石钱滩凹陷上石炭统烃源岩地球化学特征及勘探意义

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石油学报 2025年第02期 306-319+354页

作者：李建忠杨润泽杨斌康积伦林潼苟红光马强刘俊田孙宏亮李攀中国石油吐哈油田公司中国石油勘探开发研究院

准噶尔盆地东部石钱滩凹陷上石炭统海相烃源岩及碎屑岩油气藏的发现开拓了油气勘探的新领域。基于岩心、测井/录井和储层资料，借助烃源岩及油气的地球化学测试和扫描电镜分析等实验手段，对上石炭统石钱滩组烃源岩的地球化学特征与沉... 详细信息

准噶尔盆地东部石钱滩凹陷上石炭统海相烃源岩及碎屑岩油气藏的发现开拓了油气勘探的新领域。基于岩心、测井/录井和储层资料，借助烃源岩及油气的地球化学测试和扫描电镜分析等实验手段，对上石炭统石钱滩组烃源岩的地球化学特征与沉积环境开展了分析，建立了石钱滩凹陷的油气成藏模式。研究结果表明，石钱滩组烃源岩为陆源有机质供给丰富的倾气型烃源岩，整体处于成熟—高成熟阶段，是中等—优质烃源岩。其中，石钱滩组一段沉积水体相对更深、还原性更强、盐度更高，烃源岩品质更优。石钱滩凹陷烃源岩厚度大，生气强度大，具备形成大—中型气田的资源基础，呈现出“源内页岩气—近源岩性油气藏—远源构造-岩性油气藏”的立体成藏特征。石钱滩凹陷东北缓坡带的岩性油气藏和西南陡坡带的构造-岩性油气藏将成为未来增储上产的有利区域，西部断阶带的金沟组为油气进一步勘探的现实领域，中部洼陷区是页岩气勘探的潜在有利区。

关键词：石钱滩组石钱滩凹陷海相烃源岩成藏模式勘探前景准噶尔盆地东部

川西坳陷深层叠覆连续型致密砂岩气藏气水分布特征及成因机制

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地球科学 2025年第1期50卷 110-126页

作者：陈冬霞王翘楚祝渭平姚东升熊亮曾溅辉吴滨舟王福伟中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室中国石油勘探开发研究院西北分院中国石化西南油气分公司研究院

川西坳陷深层叠覆型致密砂岩气藏气水分布特征及其形成机理和演化规律认识不清，已经成为制约天然气勘探和开发的关键问题.利用钻井、测井、地震、录井、生产测试等资料，在对上三叠统须家河组致密气藏气水分特征分析的基础上，综合研... 详细信息

川西坳陷深层叠覆型致密砂岩气藏气水分布特征及其形成机理和演化规律认识不清，已经成为制约天然气勘探和开发的关键问题.利用钻井、测井、地震、录井、生产测试等资料，在对上三叠统须家河组致密气藏气水分特征分析的基础上，综合研究了气水分布的控制因素、形成机理和成因演化.结果表明，须四上亚段气水呈“层状”分布但气水边界模糊；须四下亚段和须二段地层水呈“孤立状”分布.烃源岩供烃能力对气水分布具有宏观控制作用，断裂对天然气和地层水具有沟通和破坏双重作用，储层非均质对气水分布进一步调整.孔隙流体状态控制下的3个流体动力场内地层水的赋存特征存在明显差异，并形成不同的气水分布样式.依据流体动力场演化、源岩生排烃史及构造演化特征，划分出气水分异期、气水各异期、气水调整期及气水定型期4个阶段.

关键词：致密砂岩气藏气水分布成因机制川西坳陷须家河组石油地质学

西加盆地Cardium组不同类型储层开发特征及潜力评价

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科学技术与工程 2025年第2期25卷 530-541页

作者：吴双滕彬彬项云飞陈桂菊陈志海中国石化石油勘探开发研究院北京102206

西加盆地Cardium组为浅海滨岸相沉积,沿岸泥质海底上沉积的砾岩和砂岩形成常规油气储层,砾岩周围的低渗透泥质砂岩形成非常规致密油储层。面对多资源类型伴生格局,为实现中石化海外区块的效益开发,首先根据岩心观测与实验测试,将Cardium... 详细信息

西加盆地Cardium组为浅海滨岸相沉积,沿岸泥质海底上沉积的砾岩和砂岩形成常规油气储层,砾岩周围的低渗透泥质砂岩形成非常规致密油储层。面对多资源类型伴生格局,为实现中石化海外区块的效益开发,首先根据岩心观测与实验测试,将Cardium组A段储层划分为三类;基于生产动态数据对比了不同类型储层的开发特征差异,并通过单井概念模型对地质认识进行了验证;最后评价了权益区块不同类型储层的开发潜力,并提出了相应的挖潜对策。结果表明:根据岩性差异可将Cardium组A段储层划分为Ⅰ类砾岩储层、Ⅱ类砾岩储层和Ⅲ类致密砂岩储层。从I类到Ⅲ类,储层物性逐渐变差,开发方式由直井开发向多级压裂水平井开发转变,产能主控因素逐渐复杂化。当前权益区内Ⅰ、Ⅱ类储层潜力濒临极限,可通过老井加密补孔进一步挖潜Ⅲ类储层具备一定潜力,可通过部署批量水平井实现有效开发。

关键词： Cardium组储层类型砾岩致密砂岩开发特征潜力

注CO_(2)驱提高致密砂岩气藏采收率实验及数值模拟

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大庆石油地质与开发 2025年第1期44卷 101-106页

作者：廖海婴中国石化石油勘探开发研究院北京100083

针对致密砂岩气藏地层压力下降快、稳产难度大、采收率较低等问题,利用长岩心驱替实验、可视化实验和数值模拟方法,从提高气藏采收率方面对注CO_(2)的驱替特征和扩散特征进行了研究。结果表明:地层中的超临界CO_(2)不是与天然气大范围... 详细信息

针对致密砂岩气藏地层压力下降快、稳产难度大、采收率较低等问题,利用长岩心驱替实验、可视化实验和数值模拟方法,从提高气藏采收率方面对注CO_(2)的驱替特征和扩散特征进行了研究。结果表明:地层中的超临界CO_(2)不是与天然气大范围地互溶,而是“部分互溶”;由于重力分异作用,CO_(2)在沉降过程中驱替天然气向上运移并被采出;CO_(2)驱替天然气可提高采收率17.8百分点。研究成果可为下一步致密砂岩气藏CO_(2)驱矿场试验提供理论依据。

关键词： CO_(2)驱致密气藏砂岩气藏可视化实验提高采收率数值模拟

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页岩水力压裂物理模拟实验及声发射特征研究

地球物理学报 2025年第1期68卷 229-243页

作者：王小琼宋嘉欣刘卫华何吉祥徐政语张作冬葛洪魁邹雨时王洋油气资源与工程全国重点实验室中国石油大学(北京)北京102249 中国石化地球物理重点实验室南京211103 中国石油新疆油田公司勘探开发研究院新疆克拉玛依834000 中国石油勘探开发研究院杭州地质研究院杭州310023

本文开展了页岩真三轴水力压裂物理模拟实验研究,基于声发射定位和声发射特征参数,研究了页岩水力压裂裂缝扩展过程,结果表明:(1)根据声发射(Acoustic Emission,AE)特征,页岩水力压裂过程可以分为三个阶段:初始阶段、主破裂阶段以及体... 详细信息

本文开展了页岩真三轴水力压裂物理模拟实验研究,基于声发射定位和声发射特征参数,研究了页岩水力压裂裂缝扩展过程,结果表明:(1)根据声发射(Acoustic Emission,AE)特征,页岩水力压裂过程可以分为三个阶段:初始阶段、主破裂阶段以及体积破裂阶段.(2)初始阶段,压力处于上升期,声发射数量较少,b值较大,主要是混合型裂缝,声发射频率较低,表明在岩石内部形成均匀的微小裂隙,并初步形成优势方位的主裂缝.(3)主破裂阶段,随着压力的上升,直至达到储层破裂压力,声发射率急剧增加,产生了大量的高能量声发射事件,b值降低,声发射频率较高,在井筒附近形成了拉伸型的主裂缝.(4)体积破裂阶段,压力虽然大幅降低,但岩心内部依然产生了大量的微破裂,裂缝主要沿主裂缝呈弥散式扩展并形成复杂的体积裂缝网络,这一阶段声发射b值较大,声发射数目较多,主要为剪切型裂缝.(5)实验室中的水力压裂裂缝扩展特征,与现场水力压裂微震监测结果一致,现场水力压裂后在闷井阶段也会产生大量的微震事件.本文研究的结果对于现场水力压裂具有重要的指导意义.

关键词：水力压裂物模实验声发射主破裂体积破裂

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鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩有机质含量非均质性分布及成因

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地质科学 2025年第2期60卷 484-496页

作者：刘伟刘江艳李继宏董劲高阳张岩刘婷婷柴世龙中国石油勘探开发研究院北京100083 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710018 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院西安710018

延长组长7_(3)亚段是鄂尔多斯盆地重要的烃源岩层系和页岩油勘探领域,研究其形成过程不仅有助于了解盆地演化,对页岩油精细勘探也有借鉴意义。前期重点关注了长7_(3)在延长组内的特殊性,但忽略了其自身的非均质性。本次研究选取深湖相区... 详细信息

延长组长7_(3)亚段是鄂尔多斯盆地重要的烃源岩层系和页岩油勘探领域,研究其形成过程不仅有助于了解盆地演化,对页岩油精细勘探也有借鉴意义。前期重点关注了长7_(3)在延长组内的特殊性,但忽略了其自身的非均质性。本次研究选取深湖相区G135井为研究对象,基于岩石学、地球化学等分析,探讨了目的层段有机质含量非均质性特征及成因。研究表明,长7_(3)亚段可以分为3部分,中段有机质含量最高,下段次之,上段最低,古湖泊演化是导致有机质非均质分布的主要原因。长7_(3)亚段经历了早期快速湖侵、中期最大湖泛和晚期缓慢湖退的演化过程。在总体温暖湿润气候背景下,早-中期火山活动带来的营养物质导致生物勃发,同时硫酸根离子进入水体,加强了淡水湖盆的BSR反应,增强水体的还原性,引起有机质超量富集。(Fe+Mn)/Ti和碳酸盐矿物含量表明,中期发生的强烈热液活动加剧了这一过程,湖盆底部水体表现为强还原环境,更加有利于有机质保存。晚期随着火山和热液活动减弱,水体环境逐渐恢复正常,湖退背景下,泥岩比例增加,因此有机质含量总体偏低。

关键词：鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩非均质性沉积演化