地質(zhì)過程中的定量方法與計算技術(shù)_地史恢復

1、沉積盆地作為一種規(guī)模巨大的構(gòu)造單元，沉積盆地作為一種規(guī)模巨大的構(gòu)造單元，長期以來一直是人們關注的對象長期以來一直是人們關注的對象？因為它是具有極高經(jīng)濟價值的化石燃料因為它是具有極高經(jīng)濟價值的化石燃料礦床（煤、石油、天然氣）的賦存空間。礦床（煤、石油、天然氣）的賦存空間。自板塊構(gòu)造、地幔對流學說創(chuàng)立自板塊構(gòu)造、地幔對流學說創(chuàng)立以后，人們逐漸認識到沉積盆地形成以后，人們逐漸認識到沉積盆地形成與水平運動的內(nèi)在聯(lián)系，最終導致與水平運動的內(nèi)在聯(lián)系，最終導致70年代以后國外大量科學工作者利用定年代以后國外大量科學工作者利用定量方法來探討沉積盆地的成因和演化。量方法來探討沉積盆地的成因和演化。這些方法常被稱

2、為這些方法常被稱為“地球動力學模型地球動力學模型”這類模型包含著一個共同的思想：這類模型包含著一個共同的思想： 沉積盆地的形成是受少數(shù)幾種全球范圍內(nèi)沉積盆地的形成是受少數(shù)幾種全球范圍內(nèi)巖石圈的熱巖石圈的熱-力學過程控制的，世界各地力學過程控制的，世界各地沉積盆地的多樣性是這些根本機制在沉積盆地的多樣性是這些根本機制在不同地質(zhì)歷史中的表現(xiàn)。不同地質(zhì)歷史中的表現(xiàn)。這些模型在各種地球物理調(diào)查手這些模型在各種地球物理調(diào)查手段的配合下，不僅能夠更好的描段的配合下，不僅能夠更好的描述沉積地層，而且能揭示下伏地述沉積地層，而且能揭示下伏地殼的一些重要性（如預測沉降、殼的一些重要性（如預測沉降、熱流等特征的演

3、化），熱流等特征的演化），預測的結(jié)果與觀察事實比較，促使預測的結(jié)果與觀察事實比較，促使改進了對地球動力學過程和對盆地改進了對地球動力學過程和對盆地演化歷史的認識。演化歷史的認識。干酪根熱降解成油理論的確立，干酪根熱降解成油理論的確立，使得這類與熱結(jié)構(gòu)及演化密切相使得這類與熱結(jié)構(gòu)及演化密切相關的地球動力學模型被廣泛應用關的地球動力學模型被廣泛應用于油氣勘探實踐。于油氣勘探實踐?，F(xiàn)在的盆地已經(jīng)歷了幾千萬年乃至上億年的變化現(xiàn)在的盆地已經(jīng)歷了幾千萬年乃至上億年的變化油氣藏或含油氣區(qū)現(xiàn)今的地質(zhì)條件同它在形成油氣藏或含油氣區(qū)現(xiàn)今的地質(zhì)條件同它在形成時期所具有的地質(zhì)條件肯定是有差別的。時期所具有的地質(zhì)條件肯

4、定是有差別的。問題？問題？怎樣能夠?qū)τ^察數(shù)據(jù)作出區(qū)分：怎樣能夠?qū)τ^察數(shù)據(jù)作出區(qū)分：哪些是演化與局部地史相關；哪些是演化與局部地史相關；哪些是與盆地的動力學機制相關。哪些是與盆地的動力學機制相關。要解決上述問題，必須尋求一種方法，使之要解決上述問題，必須尋求一種方法，使之能從現(xiàn)在的觀測的盆地沉降中排除沉積負載能從現(xiàn)在的觀測的盆地沉降中排除沉積負載的影響，得出與理論沉降規(guī)律對等的觀察的影響，得出與理論沉降規(guī)律對等的觀察數(shù)據(jù)中與之比較。數(shù)據(jù)中與之比較。地層層序?qū)訉有蛑杏涗浟酥杏涗浟伺璧刂性璧刂性霈F(xiàn)過的出現(xiàn)過的垂直向上垂直向上運動（不運動（不整合、地整合、地層缺失、層缺失、年齡、不年齡、不連續(xù)）連

5、續(xù)）利用地利用地層資料層資料對沉降對沉降可以有可以有一個較一個較好的估好的估計計 要求必須要求必須有一套地有一套地層數(shù)據(jù)和層數(shù)據(jù)和古地理環(huán)古地理環(huán)境數(shù)據(jù)境數(shù)據(jù)壓實作壓實作用、沉用、沉積負載積負載作用、作用、構(gòu)造沉構(gòu)造沉降作用降作用 沒有基底的沉降，就沒有沉積物的充填和沉積盆地的形成，反過來，沉積物的充填又引發(fā)了基底的進一步沉降。)地殼和巖石圈均衡作地殼和巖石圈均衡作用引起的沉降作用可用用引起的沉降作用可用)HWdZSLHWdZSL0Z=H+Wd+SLZ=H+Wd-SL現(xiàn)今海平面Z=H+Wd-SL絕對深度計算絕對深度計算古海平面古海平面低于現(xiàn)今海平面低于現(xiàn)今海平面SL取負值；取負值；高于現(xiàn)今海平

6、面高于現(xiàn)今海平面SL取正值；取正值；均衡補償模型是均衡補償模型是19世紀中葉由世紀中葉由 意義：描述了由負載作用產(chǎn)生的地意義：描述了由負載作用產(chǎn)生的地 質(zhì)形變引起的質(zhì)量再分布質(zhì)形變引起的質(zhì)量再分布例如：冰蓋、海山、洋脊例如：冰蓋、海山、洋脊WdZTASL海平面海平面SLAZT=S+Wd-SL-AZT+A+L =Wd+S +LZT=SL構(gòu)造沉降構(gòu)造沉降區(qū)域均衡補償模型又叫巖石圈彎曲補償模型區(qū)域均衡補償模型又叫巖石圈彎曲補償模型局部均衡補償模型討論構(gòu)造沉降時沒有局部均衡補償模型討論構(gòu)造沉降時沒有考慮巖石圈力學性質(zhì)的變化，考慮巖石圈力學性質(zhì)的變化，忽略了巖石圈在沉積負載和水體負載作用忽略了巖石圈在沉

7、積負載和水體負載作用下會發(fā)生彎曲的事實下會發(fā)生彎曲的事實計算的構(gòu)造沉降植往往偏小計算的構(gòu)造沉降植往往偏小局部均局部均衡補償衡補償模型的模型的不足不足這一現(xiàn)象早在這一現(xiàn)象早在1978年就由年就由Steckler等人注意到，并用彈性板的二維等人注意到，并用彈性板的二維曲針對被動大陸邊緣中的這一現(xiàn)象進行了討論。曲針對被動大陸邊緣中的這一現(xiàn)象進行了討論。)()(44xLgWxWDcm大陸巖石圈在點負載作用下大陸巖石圈在點負載作用下D(d4w/dx4)=q(x)-P(d2w/dx2) D：為板的撓曲剛度：為板的撓曲剛度 W(x)：為板在載荷：為板在載荷q(x)和水平和水平 力力P作用下產(chǎn)生的彎曲度作用下

8、產(chǎn)生的彎曲度彈性板彎曲的一般方程qaW(x)巖石圈在負荷作用下發(fā)生在撓曲變化示意圖巖石圈在負荷作用下發(fā)生在撓曲變化示意圖W(x)巖石圈沒彎曲巖石圈沒彎曲部分深度為部分深度為（hw+hc+hm+w)處的單位面積處的單位面積的重量（壓力）的重量（壓力）巖石圈在彎曲巖石圈在彎曲部分單位面積部分單位面積的重量（壓力）的重量（壓力）說明彎曲的巖說明彎曲的巖石圈受到一個石圈受到一個向上的向上的“浮力浮力”q=qa-作用在巖石圈作用在巖石圈單位面積的靜單位面積的靜載荷為載荷為D(d4w/dx4)= qa- -P(d2w/dx2)將上式代入彈性板彎曲的一般方程，可得D(d4w/dx4) + P(d2w/dx2

9、) + = qa（x）根據(jù)根據(jù)TimoshenkoTimoshenko等等(1968)(1968)和和UngeerrUngeerr等人假定，處于等人假定，處于均衡狀態(tài)的盆地不受水平力作用，則上式可寫為：均衡狀態(tài)的盆地不受水平力作用，則上式可寫為：求解上式可得一定地質(zhì)時期內(nèi)在求解上式可得一定地質(zhì)時期內(nèi)在qa作用下的巖石作用下的巖石圈彎曲量圈彎曲量，對于盆地基底而言，對于盆地基底而言 =A,則有：則有：D(d4/dx4) + = qa（x）ZTectonic=TTotal-A)1 (12)/2(/)(/234ecmcmLTEDgDDW巖石圈的巖石圈的揚氏模量揚氏模量泊松比，小數(shù)泊松比，小數(shù)巖石圈的

10、巖石圈的彈性厚度彈性厚度波長，即二分之波長，即二分之一的盆地長度一的盆地長度為了比較兩種均衡計算結(jié)果的差異，有人提出了為了比較兩種均衡計算結(jié)果的差異，有人提出了基底撓曲的響應函數(shù)，若沉積物負載服從正弦基底撓曲的響應函數(shù)，若沉積物負載服從正弦函數(shù)分布，則有：函數(shù)分布，則有：注意：當巖石圈厚度很小或盆地寬度很大時，有注意：當巖石圈厚度很小或盆地寬度很大時，有11，即撓曲均衡接近，即撓曲均衡接近AiryAiry均衡。均衡。 沉積物在埋藏過程中發(fā)生著多種作用，包括壓實、排水、孔隙度變化、礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化、原有礦物的溶蝕等?？紫睹撍A段孔隙脫水階段層間脫水階段層間脫水階段孔隙水和過剩層孔隙水和過剩層間水脫水階

11、段間水脫水階段蒙脫石最后第二蒙脫石最后第二層層間水脫水階段層層間水脫水階段蒙脫石最后一層層蒙脫石最后一層層間水脫水階段間水脫水階段孔隙水和過剩層孔隙水和過剩層間水脫水階段間水脫水階段第一層層間水第一層層間水脫水高峰階段脫水高峰階段第二層層間水第二層層間水脫水高峰階段脫水高峰階段去脫最后去脫最后5%層層間水階段間水階段對于欠壓實地層對于欠壓實地層FbFb： 對于對于正常正常壓實地層壓實地層Fc： 對于正常壓實地層對于正常壓實地層FaFa： 地層壓力是指作用于地層空隙內(nèi)流體上的壓力（Pore fluid pressure 或 Pore pressure）正常壓實作用下，地層中的流體處于連通狀態(tài)，此

12、時的地層壓力等于靜水壓力。壓力系數(shù)壓力系數(shù)=地層壓力地層壓力/靜水壓力靜水壓力壓力梯度壓力梯度=地層壓力地層壓力/埋深埋深ADCB0地質(zhì)時代，Ma埋深（m）ABCD巴布諾夫曲線巴布諾夫曲線(Bubnof,1954)(Bubnof,1954)TTTT時間(Ma)Tm4321FFFFFFFFFFFF沉積初期n度深(m)1234123121FFF1234現(xiàn)今地層回剝法示意圖埋藏史恢復原：埋藏史恢復原：A. D.Flavey和和Ian Deighton(1981)在假定壓實過在假定壓實過程中巖石骨架體積保持不變的條件下，提出下程中巖石骨架體積保持不變的條件下，提出下列壓實校正模型公式：列壓實校正模型公

13、式：dzzdzzhHhhDHDDijijj)(1)(1)()(式中式中 Hi(h)現(xiàn)今頂界埋深為現(xiàn)今頂界埋深為h(米米)的第的第I層的厚度層的厚度(米米)； Hi(dj)第第j層沉積時埋深為層沉積時埋深為Dj(米米)的第的第I層的厚度層的厚度(米米)； (z)孔隙度與埋深的關系?？紫抖扰c埋深的關系。根據(jù)鉆井地層分層資料和聲波測井資料，由公式可以求解根據(jù)鉆井地層分層資料和聲波測井資料，由公式可以求解出每一層在不同埋深下的厚度出每一層在不同埋深下的厚度Hi(Dj)。21)(1zzsdzzh（1 1）求最大骨架厚度）求最大骨架厚度（現(xiàn)今時刻骨架厚度）：（現(xiàn)今時刻骨架厚度）：已知頂界埋深為零，已知頂界

14、埋深為零，底界為底界為Z2，用骨架積分，用骨架積分求出骨架厚度；求出骨架厚度； （2 2）求）求t tx x時刻地層的骨時刻地層的骨架厚度：架厚度：根據(jù)沉積速率根據(jù)沉積速率相等的原則，有；相等的原則，有；hsttthttthshsxssxsxssx0（3 3）求）求t tx x時刻地層底界埋深時刻地層底界埋深：已知已知tx時刻地層頂界埋深為時刻地層頂界埋深為0，骨架厚度為骨架厚度為hsx，用技術(shù)準備，用技術(shù)準備2的方法可求出地層底界埋深。的方法可求出地層底界埋深。HAHB水hsA= hsBABAB天然樣品等效樣品埋埋深深HAHBZ1AZ2BZ1BZ2A)exp()exp()(ZZCCCHdzz

15、hozzs12211 BBAAzzzzsBsAdzzdzzhh212111)()(, 有由于)exp()exp()exp()exp(ZZZZBBoBAAoACCCHCCCH1212 則前一式為：可計算出由于,)exp()exp(sBBBoBhCCCHZZ12 012hsBAAoAZZCCCH)exp()exp( 方程中的方程中的hsB為已知，方程中的為已知，方程中的HA和底面埋深和底面埋深HA是未知是未知， HA是使是使方程方程f(HA)=0的根。可用區(qū)間二分迭代法與牛頓迭代法求解。的根?？捎脜^(qū)間二分迭代法與牛頓迭代法求解。0101012212212hhhsBAAoAsBAAAoAsBAAAo

16、ACHCCHCCCCHCCCCHZZZZZZZ)exp()exp()(exp)exp()exp()exp()exp( （1）根據(jù)各層現(xiàn)在的厚度，按骨架計算方程分別）根據(jù)各層現(xiàn)在的厚度，按骨架計算方程分別計算各層的骨架厚度；計算各層的骨架厚度；（2）計算頂層的沉積速率，）計算頂層的沉積速率，v=H/t; （3）剝?nèi)ロ攲樱戳钕乱粚拥捻斆嫖挥诘乇?，計）剝?nèi)ロ攲樱戳钕乱粚拥捻斆嫖挥诘乇?，計算其厚度和底面埋深算其厚度和底面埋深Z1A；（4）對余下各層重復步驟（）對余下各層重復步驟（3），但令各層的定深），但令各層的定深分別為其上一層底面的埋深；分別為其上一層底面的埋深； （5）重復步驟（）重復步驟（

17、2）（4），直至基底位于地表。），直至基底位于地表?；貏兎ê喴襟E回剝法簡要步驟開始開始結(jié)束結(jié)束按去壓實模型對下按去壓實模型對下覆地層作去壓實恢復覆地層作去壓實恢復計算該時期壓實計算該時期壓實與壓實基底深度與壓實基底深度計算頂層的沉積速率計算頂層的沉積速率輸入各層深度、輸入各層深度、古水深、海平面古水深、海平面升降、絕對年齡、升降、絕對年齡、每次回剝層的厚度每次回剝層的厚度用均衡模型計算用均衡模型計算頂層沉積時期的頂層沉積時期的水載基底深度水載基底深度用不整合處理模用不整合處理模型恢復被剝蝕層型恢復被剝蝕層按回剝法揭去頂上一給定按回剝法揭去頂上一給定厚度的沉積層，層內(nèi)要無剝厚度的沉積層，層內(nèi)要

18、無剝蝕，否則分成兩成算蝕，否則分成兩成算回回剝剝法法概概略略流流程程圖圖揭去層與下覆揭去層與下覆層間不整合嗎？層間不整合嗎？回剝到底了嗎？回剝到底了嗎？YesYesNoNo目標層無剝蝕事件回剝過程（恒定骨架厚度法）目標層無剝蝕事件回剝過程（恒定骨架厚度法）第一層（第一層（FaFa）開始沉積的時刻開始沉積的時刻第二層第二層,Fb,Fb第三層（第三層（FcFc）為目標層，埋藏過程中未遭受剝蝕）為目標層，埋藏過程中未遭受剝蝕第二層（第二層（ FbFb ）開始沉積的時刻開始沉積的時刻第三層（第三層（ FcFc ）開始沉積開始沉積的時刻的時刻地層最大埋深時刻地層最大埋深時刻地層最地層最大埋深大埋深B B

19、時刻地層時刻地層FcFc的厚度的厚度地層地層FcFc的最的最大埋深厚度大埋深厚度正常壓實段，可用迭代法正常壓實段，可用迭代法求解任一時刻的厚度求解任一時刻的厚度FaFbFb骨架是變化的，骨架是變化的，按技術(shù)準備（按技術(shù)準備（3）求解地層厚度求解地層厚度目標層剝蝕事件發(fā)生在最大埋深之前的埋藏史示意圖目標層剝蝕事件發(fā)生在最大埋深之前的埋藏史示意圖（變骨架厚度法（變骨架厚度法 I I ）Fc地層的殘余地層的殘余厚度（厚度（ha）正常壓實段，骨架不變，正常壓實段，骨架不變，可用迭代法求解任一可用迭代法求解任一時刻的厚度時刻的厚度FbFa骨架是變化的，骨架是變化的，按技術(shù)準備（按技術(shù)準備（3）求解地層厚

20、度求解地層厚度目標層剝蝕事件發(fā)生在最大埋深之后的埋藏史示意圖目標層剝蝕事件發(fā)生在最大埋深之后的埋藏史示意圖（變骨架厚度法（變骨架厚度法 II ）骨架是變化的，骨架是變化的，按技術(shù)準備（按技術(shù)準備（3）求解地層厚度求解地層厚度正常壓實段，骨架不變，正常壓實段，骨架不變，可用迭代法求解任一可用迭代法求解任一時刻的厚度時刻的厚度上機實習上機實習1：單井埋藏史恢復原始數(shù)據(jù)：單井埋藏史恢復原始數(shù)據(jù)文-1 井 文-2 井 井號 層位 厚度(m) 巖性 厚度(m) 巖性 地質(zhì)年齡 （Ma） Q 99 砂巖 100 砂巖 2 Nm 450 泥巖 460 泥巖 12 Ng 950 砂巖 940 砂巖 17 剝蝕

21、段 1900 泥巖 1700 泥巖 27 E d 480 泥巖 818 泥巖 33 ES1 150 泥巖 275 泥巖 35 ES2 154 砂巖 490 砂巖 38 ES31 410 泥巖 240 泥巖 39 ES32 267 砂巖 252 砂巖 41 ES33 200 泥巖 440 泥巖 43 ES34 235 砂巖 972 砂巖 45 ES4 300 泥巖 352 泥巖 50.5 文留地區(qū)鉆井數(shù)據(jù)表文留地區(qū)鉆井數(shù)據(jù)表 泥巖類、砂巖類綜泥巖類、砂巖類綜合壓實曲線方程：合壓實曲線方程：泥巖類：泥巖類： =60.0 e-0.00024H 砂巖類：砂巖類： =46.2 e-0.00018H 式中

22、式中 為孔隙度為孔隙度(%)，H為深度為深度(m)。各時期沉積的古水各時期沉積的古水深平均為深平均為5m。 東濮凹陷構(gòu)造分區(qū)略圖 E E E E 沙四段沙三4沙三3沙三2沙三1沙二段沙一段東營組明化鎮(zhèn)組s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剝蝕段館陶組第四系時間埋深地層百萬年(米)-48-41.6-35.2-28.8-22.4-16-9.6-3.2036003000240018001200600文留地區(qū)文221井埋藏史文221井區(qū)埋藏史、熱演化史E E E E 沙四段沙三4沙三3沙三2沙三1沙二段沙一段東營組明化鎮(zhèn)組s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剝蝕段館陶組第四

23、系時間埋深地層百萬年(米)-48-41.6-35.2-28.8-22.4-16-9.6-3.2036003000240018001200600Ro=0.5%Ro=0.7%Ro=1.0%沙三沙三3 3和沙三和沙三4 4：東營組沉積初期進入生烴門限，中期達到低成熟階段，東營組沉積初期進入生烴門限，中期達到低成熟階段， 后期進入成熟階段。后期進入成熟階段。沙四段：沙四段：東營組沉積初期進入生烴門限，中期達到成熟階段，底部在東營組沉積初期進入生烴門限，中期達到成熟階段，底部在東營組沉積晚期進入高成熟早期。東營組沉積晚期進入高成熟早期。前參2井埋藏史、熱演化史E E E E 沙四段沙三4321沙二段東營

24、組館陶組明化鎮(zhèn)組第四系s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剝蝕段Ro=0.5%Ro=0.7%Ro=1.0%時間埋深地層百萬年(米)-48-41.6-35.2-28.8-22.4-16-9.6-3.2049204100328024601640820沙三沙三沙三沙一段Ro=1.3%Ro=2.0%沙三沙三3 3：EdEd初期進入生烴門限，中期：低成熟階段，后期：高成熟早期初期進入生烴門限，中期：低成熟階段，后期：高成熟早期沙三沙三4 4：沙三沙三1 1- -沙二期間進入生烴門限，東營組沉積期間達到高成熟階段，沙二期間進入生烴門限，東營組沉積期間達到高成熟階段，沙四：沙四：沙三沙三1 1

25、期間進入生烴門限，沙二、沙一期間達到成熟階段，期間進入生烴門限，沙二、沙一期間達到成熟階段，EdEd中中 期進入過成熟階段。期進入過成熟階段。前梨園洼陷埋藏史、熱演化史E E E E s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剝蝕段Ro=0.5%Ro=0.7%Ro=1.0%Ro=1.3%Ro=2.0%時間埋深地層百萬年(米)-48-41.6-35.2-28.8-22.4-16-9.6-3.2058804900392029401960980沙四段4321東營組館陶組明化鎮(zhèn)組第四系沙三沙三沙三沙三沙二段沙一段沙三沙三3：Ed初期處于低成熟初期處于低成熟,中期成熟中期成熟-高成熟早期，后期：

26、高成高成熟早期，后期：高成 熟晚期熟晚期沙三沙三4：沙二、沙一期間處于低沙二、沙一期間處于低-成熟階段，東營組期間達到高成熟階段。成熟階段，東營組期間達到高成熟階段。沙四：沙四：沙三沙三2沙三沙三1期間處于低成熟階段，沙二、沙一期間達到成熟期間處于低成熟階段，沙二、沙一期間達到成熟 高成熟早期，東營組沉積初期達到過成熟階段。高成熟早期，東營組沉積初期達到過成熟階段。地層對比法利用測井曲線法沉積速率法 根據(jù)鏡質(zhì)體反射率法現(xiàn)今地表現(xiàn)今地表原始地表原始地表老沉積物老沉積物剝蝕后的沉積剝蝕后的沉積地表地表原始地表原始地表AB剝蝕面剝蝕面C頁巖傳播時間頁巖傳播時間頁巖傳播時間頁巖傳播時間頁巖傳播時間頁巖

27、傳播時間頁巖傳播時間頁巖傳播時間深深度度深深度度深深度度深深度度現(xiàn)今地表現(xiàn)今地表現(xiàn)今地表現(xiàn)今地表剝蝕剝蝕厚度厚度原始地表原始地表剝蝕面剝蝕面CB正常壓實趨勢正常壓實趨勢剝蝕厚度剝蝕厚度無剝蝕的無剝蝕的地區(qū)地區(qū)剝蝕厚度剝蝕厚度大于剝蝕大于剝蝕面上新沉面上新沉積的巖層積的巖層厚度，這厚度，這時可求出時可求出剝蝕厚度剝蝕厚度有剝蝕的有剝蝕的地區(qū)地區(qū)剝蝕厚度很小剝蝕厚度很小，剝蝕面上新，剝蝕面上新沉積的巖層厚沉積的巖層厚度很大，這時度很大，這時不能求出剝蝕不能求出剝蝕厚度厚度( h *, Ro* )h*Ro%Ro%Ro%( h, Ro* )hh*hRo Ro* h( h, Ro )( h, Ro )未

28、抬升剝蝕抬升剝蝕后再沉積抬升剝蝕( h, Ro* )埋深埋深埋深hh*h*鏡質(zhì)體反射率與深度關系圖0.400.801.201.602.002.4024002600280030003200340036003800400042004400460048005000前參2井鏡質(zhì)體反射率（ ）%井深(m)0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00300032503500375040004250450047505000文211等井鏡質(zhì)體反射率（ ）%井深(m)文211文128文255鏡質(zhì)體反射率與深度關系圖0.400.801.201.602.002.40240

29、02600280030003200340036003800400042004400濮深8井鏡質(zhì)體反射率（ ）%井深(m)0.500.600.700.800.901.0024002600280030003200340036003800400042004400前2井鏡質(zhì)體反射率（ ）%井深(m)7000ft估計剝估計剝蝕厚度蝕厚度4300ft800ft用傳播時間曲線估計的用傳播時間曲線估計的被斜區(qū)剝蝕層段厚度被斜區(qū)剝蝕層段厚度地震剖面顯示向地震剖面顯示向斜區(qū)斜區(qū)D以上厚度以上厚度說明：說明：剝蝕前發(fā)生過重要的地層減薄，表剝蝕前發(fā)生過重要的地層減薄，表明圈閉發(fā)育的時間早于剝蝕作用的時間。明圈閉發(fā)育的

30、時間早于剝蝕作用的時間。地質(zhì)數(shù)據(jù)的變化，一般包含三個部分的變化，即地質(zhì)數(shù)據(jù)的變化，一般包含三個部分的變化，即區(qū)域性變化：區(qū)域性變化：反映規(guī)律性變化的部分。反映規(guī)律性變化的部分。隨機性變化：隨機性變化：由隨機因素造成的偏差。由隨機因素造成的偏差。局部性變化：局部性變化：反映局部范圍變化特點。反映局部范圍變化特點。趨勢分析就是要對數(shù)據(jù)中包含的三部分變化進行分解，趨勢分析就是要對數(shù)據(jù)中包含的三部分變化進行分解，排除隨機干擾，分離區(qū)域變化，突出局部異常。排除隨機干擾，分離區(qū)域變化，突出局部異常。根據(jù)數(shù)據(jù)的特點，往往采用一次、二次直至五次、六根據(jù)數(shù)據(jù)的特點，往往采用一次、二次直至五次、六次趨勢面來逼近原

31、始數(shù)據(jù)，用于計算趨勢面的數(shù)學表達次趨勢面來逼近原始數(shù)據(jù)，用于計算趨勢面的數(shù)學表達式有多項式函數(shù)和傅立葉級數(shù)，常用的是多項式函數(shù)。式有多項式函數(shù)和傅立葉級數(shù)，常用的是多項式函數(shù)。原理簡述原理簡述為為待待定定系系數(shù)數(shù)。、其其中中的的關關系系為為：、與與最最簡簡單單的的情情況況下下，。；各各點點的的趨趨勢勢值值為為、分分別別為為各各點點的的地地理理橫橫、縱縱坐坐標標），（察察值值為為個個地地質(zhì)質(zhì)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，其其各各點點觀觀設設有有一一組組210210),.,2 , 1.(.,.,2 , 1bbbnivbubbZvuZZvuniZniiiiiiiiii則則有有：的的偏偏導導數(shù)數(shù)，使使其其為為零零，、對對

32、分分別別求求即即最最小小。為為最最小小。即即使使下下式式中中的的之之差差的的平平方方和和與與趨趨勢勢值值值值原原理理，使使每每一一點點的的觀觀察察二二乘乘法法近近原原始始數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，采采用用最最小小為為了了使使趨趨勢勢面面更更好好地地逼逼2102121021)()(bbbvbubbZZZZZniiiiniiiii0)(0)(0)(0)( )(0)( )(0)1( )(111121021210112100iniiiiniiiniiiiniiiiiniiiiniiiivZZuZZZZvvbubbZbuvbubbZbvbubbZb此此即即即即iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii

33、vZuZZbbbvvuvvuuuvuvZvbvubvbuZvubububZvbubb210222210221021011寫寫成成矩矩陣陣形形式式，即即程程組組：整整理理以以上上三三式式得得正正規(guī)規(guī)方方系數(shù)矩陣為對稱陣系數(shù)矩陣為對稱陣待求解的未知系數(shù)待求解的未知系數(shù)用主元消去法可求解用主元消去法可求解),.,2 , 1.(.210210nivbubbZbbbiii值值：后后，可可得得到到各各點點的的趨趨勢勢、求求出出剩余分析剩余分析),.,2 , 1.(.niZZZiii值值：點點的的趨趨勢勢值值，得得到到剩剩余余用用各各點點的的觀觀察察值值減減去去各各 對于地層的實際厚度減去總的趨勢厚度，剩下

34、的稱為對于地層的實際厚度減去總的趨勢厚度，剩下的稱為剩余厚度剩余厚度。如果剩余厚度為負值，即實際厚度小于總趨勢厚度，說明由于如果剩余厚度為負值，即實際厚度小于總趨勢厚度，說明由于局部運動造成了地層的局部抬升，并已遭到剝蝕，其剝蝕量就是剩余局部運動造成了地層的局部抬升，并已遭到剝蝕，其剝蝕量就是剩余量的絕對值；如果剩余厚度是正值，則為非剝蝕區(qū)，地層厚度為零。量的絕對值；如果剩余厚度是正值，則為非剝蝕區(qū)，地層厚度為零。注意：趨勢面方法注意：趨勢面方法的精度較低，是的精度較低，是在其它方法不適用在其它方法不適用的情況下，可試用的情況下，可試用此方法。此方法。東營凹陷八面河地區(qū)趨勢面剩余厚度等值圖東營

35、凹陷八面河地區(qū)趨勢面剩余厚度等值圖剝蝕厚度恢復剝蝕厚度恢復(Guidish et al , 1984)tt/2t/2tttt000（1）常發(fā)生在沒有強烈常發(fā)生在沒有強烈褶皺，但振蕩運動強烈褶皺，但振蕩運動強烈的沉積區(qū)。的沉積區(qū)。（2）人為的認為不整合人為的認為不整合時間為沉積期（時間為沉積期（ t/2 ）和）和剝蝕期（剝蝕期（ t/2 ），且剝蝕），且剝蝕速率等于不整合面下沉積速率等于不整合面下沉積巖的沉積速率。巖的沉積速率。（3）認為剝蝕速率認為剝蝕速率等于不整合面上沉等于不整合面上沉積巖的沉積速率。積巖的沉積速率。R1AGE1AGE1 AGEeR2（1）：根據(jù)具體情況而定）：根據(jù)具體情況而

36、定（2）：剝蝕厚度）：剝蝕厚度=R2 t/2 (3): AGEe=(R1AGE1+R2 AGE2)/(R1+R2)(剝蝕厚度剝蝕厚度) He=R1 (AGEe-AGE1)超壓技術(shù)超壓技術(shù)超壓技術(shù)適用于欠壓實帶，及超壓不為零的情況超壓技術(shù)適用于欠壓實帶，及超壓不為零的情況 超壓技術(shù)屬正演方法超壓技術(shù)屬正演方法一般而言，泥巖易出現(xiàn)超壓而引起一般而言，泥巖易出現(xiàn)超壓而引起欠壓實，砂巖層不易出現(xiàn)欠實，即使欠壓實，砂巖層不易出現(xiàn)欠實，即使出現(xiàn)也認為是相鄰泥巖層傳遞過來。出現(xiàn)也認為是相鄰泥巖層傳遞過來。說明：如果非生油層中泥巖含量較高，說明：如果非生油層中泥巖含量較高，也應計算動水壓力史。也應計算動水壓力

37、史。一般而言，泥巖易出現(xiàn)超壓而引起一般而言，泥巖易出現(xiàn)超壓而引起欠壓實，砂巖層不易出現(xiàn)欠實，即使欠壓實，砂巖層不易出現(xiàn)欠實，即使出現(xiàn)也認為是相鄰泥巖層傳遞過來。出現(xiàn)也認為是相鄰泥巖層傳遞過來。生油層非生油層靜水壓力史動水壓力史動水壓力史動動水壓力史動=靜水壓力史靜水壓力史+超壓史超壓史因此非生油層：非生油層：如泥巖含量不高，可認為古如泥巖含量不高，可認為古超壓為零，其古壓力史公式為：超壓為零，其古壓力史公式為： 生油層：生油層：可認為古超壓不為零，可認為古超壓不為零， 其古壓史公式為：其古壓史公式為： 古超壓方程古超壓方程地下巖石地下巖石=骨架骨架+孔隙流體孔隙流體任一孔隙介質(zhì)都承受其上覆沉積

38、物的總負載任一孔隙介質(zhì)都承受其上覆沉積物的總負載骨架有效應力骨架有效應力孔隙流體壓力孔隙流體壓力P+根據(jù)力學知識，力的平衡方程為：根據(jù)力學知識，力的平衡方程為：S=+P +P 從而有從而有 = S -P P S= ：厚度為：厚度為 的沉積物（骨架和孔隙流體組成）的平均密度的沉積物（骨架和孔隙流體組成）的平均密度 ：厚度為：厚度為 的沉積物骨架的平均密度的沉積物骨架的平均密度 ：厚度為：厚度為 的沉積物孔隙流體的平均密度的沉積物孔隙流體的平均密度 ：厚度為：厚度為 沉積物的平均孔隙度沉積物的平均孔隙度 在通常壓實情況下，在通常壓實情況下，流體壓力可表示為流體壓力可表示為S= = S -P P將將

39、S 與與P P代如下式代如下式 gHffs)( 1根據(jù)孔隙度與深度曲線的公式根據(jù)孔隙度與深度曲線的公式Z)Cmexp( om將將Z換為換為H,得得)ln( ommcmH1)ln( oCH11生油層巖性不一定為生油層巖性不一定為泥巖，可將上式改寫為泥巖，可將上式改寫為其中其中 ollommossollmmssllmmssppppppCpCpCpC1按理是在生油層頂界處取值，但是實際上是按按理是在生油層頂界處取值，但是實際上是按地表到生油層頂界的平均值來取定。原因有兩點：地表到生油層頂界的平均值來取定。原因有兩點： （1 1）實際應用中孔隙度可能是分段給出，存在多個）實際應用中孔隙度可能是分段給出

40、，存在多個C C值；值；（2 2）可以避免生油層頂界值為零或為負的情況。）可以避免生油層頂界值為零或為負的情況。 CgHffs)( 1將上式代如下式：得)ln()()( 0111CgffsGgffs )(1記)ln( 01CG則有則有對上式求導得對上式求導得 111CG由于巖石體積由于巖石體積V=Vs+V ,有有Vs= V（1- ） 根據(jù)骨架不可根據(jù)骨架不可壓縮假設，有壓縮假設，有0tVstVVttVtVs 101)(即有即有故故hYXZYXV注意到注意到thYXtV假定假定 為常數(shù)，有為常數(shù)，有YX,thht 1前式可化為上式中h為生油層的厚度按力的平衡方程，生油層中點的受力情況如下：Paf

41、hHgS)(2 上式關于t的導數(shù)為：tthgtHgttSPaff 21同時，按上覆該的總負載的定義，生油層中點的情況如下：211hggHSfsfs)()( 生油層中點的骨架密度生油層中點的孔隙流體密度生油層中點的孔隙度上式關于t的導數(shù)為：tghfsthgfstHgfstS )()()(211211tthgtHgttSPaff 21由于上式與下式相等：則有ttHtGPa tt 11tt 1假定由于thhCtHtGGPa 111又由于又由于 111CG則有則有由于生油層的骨架厚度)()( 11hhsshh，則有，thCtHthGGPsa 1211)(前式又可劃為上式就是生油層的古超壓方程上式就是生

42、油層的古超壓方程古厚度方程古厚度方程h1h2hPa1h1/2h/2h2/2PaPa2生油層中心古超壓生油層中心古超壓上一層中心古超壓上一層中心古超壓下一層中心古超壓下一層中心古超壓生油層2222221111hhPPhhPPthaaaakk 按Darcy定律有：上式表達了流體從生油層流出邊界的情況，即從上式表達了流體從生油層流出邊界的情況，即從生油層中點的古超壓生油層中點的古超壓Pa處，分別流向上一層和下處，分別流向上一層和下一層的中點古超壓一層的中點古超壓Pa1和和Pa2處。由于流體是流出生處。由于流體是流出生油層，所以上式整項取負。油層，所以上式整項取負。為使問題提簡化，僅考慮流體從生油層流

43、出邊界為使問題提簡化，僅考慮流體從生油層流出邊界附近的情況，并假定上下層內(nèi)該邊界附近的古超附近的情況，并假定上下層內(nèi)該邊界附近的古超壓為零（壓為零（=0），因此上式可簡化為：），因此上式可簡化為：hPkktha502211. 古超壓方程的求解 1211)(hGGPsaCtHthPkktha502211. 將式代入古超壓方程.hPkka502211 有下式對上式按時間差分離散，得thPkkCHHPPkaskkaakkkkkkkhGG12211121501121212121211.)()( 式中：式中：k=1,2,3,.,直至現(xiàn)今；其中下標直至現(xiàn)今；其中下標k+1/2，表示參數(shù)在表示參數(shù)在k和和k

44、+1時的平均值。時的平均值。thkkCHHPPkskkaakkkkkkkhGG1221112150111121212121211.)()( 解出解出k+1時的古超壓：時的古超壓：Pa：生油巖的中心古超壓；：生油巖的中心古超壓；H：生油巖的上覆沉積物厚度；：生油巖的上覆沉積物厚度；G G ：骨架的有效應力：骨架的有效應力的梯度的梯度;滲透率計算用滲透率計算用Kozeny-Carman方程方程1012010120225223.,)(.,)(. aaSkSk滲透率滲透率孔隙度孔隙度骨架的骨架的顆粒比顆粒比表面表面流體粘度的計算公式流體粘度的計算公式100150260833513)().(TATATA

45、T gffsG)( 1骨架的有效應力梯度骨架的有效應力梯度古厚度方程的求解對古厚度方程按時間進行差分對古厚度方程按時間進行差分thPkkhhkakk12211150. 該項以由古超壓方程第該項以由古超壓方程第步時計算出來。步時計算出來。現(xiàn)現(xiàn)今今厚厚度度H厚厚度度誤誤差差第K次超壓技術(shù)模擬埋藏史示意圖厚度誤差厚度誤差= =現(xiàn)今厚度現(xiàn)今厚度模擬厚度模擬厚度 00hh從地表開始從地表開始 接受沉積起接受沉積起計算出一個計算出一個地層的古超壓史地層的古超壓史計算出相應計算出相應的古厚度史的古厚度史是否所有層是否所有層均計算完？均計算完？調(diào)整計算地調(diào)整計算地層的骨架厚度層的骨架厚度與現(xiàn)今情與現(xiàn)今情況一致

46、否？況一致否？結(jié)結(jié) 束束YesNoYesNo超壓技術(shù)處理流程圖超壓技術(shù)處理流程圖一般而言，古厚度史的現(xiàn)今計算一般而言，古厚度史的現(xiàn)今計算值不一定等于現(xiàn)今的實際厚度值不一定等于現(xiàn)今的實際厚度1 1骨架厚度，因受欠壓實的影響而計算不準骨架厚度，因受欠壓實的影響而計算不準 2 2 受模型精度的影響，其計算結(jié)果與實際厚度有誤差受模型精度的影響，其計算結(jié)果與實際厚度有誤差原因：原因：以回剝法計算地史計算熱史計算地層的超壓史修正地史處理完所有層否？No結(jié)束Yes回剝法與超壓相回剝法與超壓相結(jié)合的技術(shù)結(jié)合的技術(shù)3.3 3.3 埋藏史埋藏史恢復恢復目的：1)1)確定地層在地質(zhì)時期中的孔隙度；確定地層在地質(zhì)時期

47、中的孔隙度； 2)2)評價烴源巖有機質(zhì)在地質(zhì)時期中的熱演化程度；評價烴源巖有機質(zhì)在地質(zhì)時期中的熱演化程度； 3)3)分析地層在地質(zhì)時期中經(jīng)歷的溫度和壓力條件；分析地層在地質(zhì)時期中經(jīng)歷的溫度和壓力條件；Mckenzie的純剪切法的純剪切法Airy地殼均衡法地殼均衡法撓曲均衡法撓曲均衡法平衡剖面技術(shù)平衡剖面技術(shù)超壓技術(shù)超壓技術(shù)回剝技術(shù)回剝技術(shù)構(gòu)造與負荷沉降構(gòu)造與負荷沉降斷裂事件斷裂事件地層壓實作用地層壓實作用剝蝕事件、沉積間斷剝蝕事件、沉積間斷海平面與古水深海平面與古水深對盆對盆地或地或剖面剖面單井單井埋藏史恢復的技術(shù)方法埋藏史恢復的技術(shù)方法3.3.1 3.3.1 地層壓實校正地層壓實校正 是沉積

48、物成巖的主要作用之一。沉積物在壓實作用下孔是沉積物成巖的主要作用之一。沉積物在壓實作用下孔隙流體排出使孔隙體積逐漸降低，地層厚度變包薄、巖石密隙流體排出使孔隙體積逐漸降低，地層厚度變包薄、巖石密度增加。度增加。 壓實作用作用促使孔隙流體排出的動力是異常高壓。在壓實作用作用促使孔隙流體排出的動力是異常高壓。在流體排出的孔隙通道比較暢通時，壓實作用往往只形成瞬時流體排出的孔隙通道比較暢通時，壓實作用往往只形成瞬時超壓，隨著孔隙流體的排出，瞬時超壓也隨之而消失。相反，超壓，隨著孔隙流體的排出，瞬時超壓也隨之而消失。相反，當流體的排出受到阻礙時，壓實作用形成瞬時超壓將逐漸增當流體的排出受到阻礙時，壓實

49、作用形成瞬時超壓將逐漸增加而形成異常高壓。加而形成異常高壓。 沉積物在上覆負荷的作用下，其厚度和孔隙度將呈降低沉積物在上覆負荷的作用下，其厚度和孔隙度將呈降低的趨勢。真柄欽次的趨勢。真柄欽次(1987)等通過頁巖的壓實作用研究發(fā)現(xiàn)孔等通過頁巖的壓實作用研究發(fā)現(xiàn)孔隙度與埋深具有指數(shù)函數(shù)關系并指出壓實作用具有不可逆性。隙度與埋深具有指數(shù)函數(shù)關系并指出壓實作用具有不可逆性。 1) 壓實作用壓實作用:沉積巖層厚度與巖石骨架、孔隙流體關系示意圖沉積巖層厚度與巖石骨架、孔隙流體關系示意圖地地層層厚厚度度100m巖巖石石骨骨架架孔孔隙隙流流體體孔隙度=40%40m60m1001000010002000300

50、040005000阿 參 1井 砂 巖 壓 實 曲 線1001000010002000300040005000阿 參 1井 泥 巖 壓 實 曲 線 深 度(m) 深 度(m)us/mus/mNK2-EK1NK2-EK11010001000200030004000沙 48井 砂 巖 壓 實 曲 線1010001000200030004000沙 48井 泥 巖 壓 實 曲 線 深 度(m) 深 度(m)us/ftus/ftNK2-EK1NK2-EK160504030201000100020003000400050001234孔隙度(%)度深(m)泥晶灰?guī)r顆粒灰?guī)r砂巖泥巖 1) 泥晶碳酸鹽巖：泥晶碳酸鹽巖：=75.738e-0.0031637Z (0Z1000m) =13.5715e-0.0004476Z (1000 Z15000m) 2) 顆粒狀碳酸鹽巖：顆粒狀碳酸鹽巖：=66.2538e-0.0019475Z (0mZ1100m) =9.05523e-0.0001177Z (1100 Z2200) 4)砂巖類：砂巖類： =46.2e-0.00018Z (0Z2500) 不