勘探-外文翻译-外文文献-英文文献.doc
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1、运用地质力学三维模型评价断层重新活动期间含油气圈闭的整体性:以澳大利亚帝汶海为例。Evaluating hydrocarbon trap integrity during fault reactivation using geomechanical three-dimensional modeling:An example from the Timor Sea, Australia作者:Laurent Langhi, Yanhua Zhang, Anthony Gartrell,Jim Underschultz, and David Dewhurst起止页码:567-591出版日期(期刊号):
2、2010.04 (V94,No4)出版单位:AAPG Bulletin摘要三维(3-D)的耦合变形和流体流动数值模拟是用来模拟一个圈闭边界断层伸展恢复到相对复杂的设置响应,并探讨在海上油气盆地构造圈闭保存的风险(Laminaria High,帝汶海,澳大利亚西北大陆架)。模型结果显示剪应变分布和扩张以及流体通量沿断层异构推断横向断层封闭有效性的变化。该高剪切应变分布被视为主要的控制结构透渗透,主要被结构构架所影响。断层大小和分布在模拟时,以及由生长过程驱动波纹代表断层的应变和向上流动的分区断层的关键因素,在确定这些因素对Laminaria中后期恢复阶段的高油保存至关重要。测试的防渗漏的指标定义
3、模型三维地震数据关联与数值预测断层遮挡的成效,并解释复杂的分布古并保存在研究区的油柱。简介断层被广泛用作流体管道引用(Anderson,1994;。O!Brien et al,1999,Revil和Cathles,2002, Ligtenberg,2005),和密封的断层恢复是一个关键的风险勘探在许多石油碳氢化合物(Smith,1966,Sibson,1985,Abrams,1996; Kaluza和Doyle,1996, Sibson,1996)。圈闭机制是值得商榷(例如,Revil和Cathles,2002; Wilkins和Naruk,2007),但与构造活动和泄漏的关系是不是(如Mui
4、r-Wood和King,1993,Haney et al,2005)。在帝汶海(澳大利亚西北大陆架),第三纪伸展到扭构造活化影响到大多数的圈闭边界断层(OBrien et al,1996,1999,Rollet,2006。),并普遍认为是对违反圈闭(即未充满圈闭与列证据)高发的原因(Shuster et al,1998。O!Brien et al 1999,Gartrell 和 Lisk,,2005)。剩余油泄漏流体包裹体数据和相关的功能约束的列,在地震频繁的识别常用数据(见下文)相关联,观察断层恢复提供了这种说法(例如,Whibley和Jacobson,1990的大力支持; OBrien和w
5、oods,1995,O!Brien et al ,1996,1998;。Cowley和OBrien,2000;。DeRuig et al,2000, Gartrell et al,2005,Rollet et al, 2006)。此外,Gartrell et al (2006)表明,在帝汶海与后纵应变分布和保存或油柱的损失很强的相关性。油柱的往往是保存在一个圈闭脊面是有界的相对位移的低位裂谷断层(60米196英尺)。与此相反,波峰圈闭界的断层相对较大(六十米196英尺)后纵位移往往是完全违背。泄漏点导致了油柱的部分损失。更好的连接其外水库履行地点和崇高职务上的裂痕与位移的碳氢化合物的泄漏量较高
6、的风险较大的断层活动导致长寿。这些经验观察提供多达断层即烃类损失列在帝汶海的主要机制泄漏更多的支持。Zhang et al(2009),用耦合变形和流体流动数值模型来模拟简单断层和简单的储盖伸展断层恢复几何回应。这些模型的相互作用的特点,应力和应变之间良好的状态和流体流动的简化断层几何基于管道在东帝汶海.为了进一步测试此方法,观察到一个复杂的耦合变形和流体流动的数值模型,构建了在波拿巴盆地,钛铁道部海,澳大利亚西北大陆架 Laminaria High.建模结果进行了比较与应变分布,油气保存,以及高达断层的Laminaria High 流体流动地震的证据。图1:地质波拿巴盆地北部设置显示主正断层
7、的趋势。灰色的规模是指结构构件的(暗灰色)构造高海拔槽(白色)地质背景在澳大利亚西北大陆架(NWS)的,波拿巴盆地(图1)北端的特点是一个复杂的生界延长多历史阶段进行,泥盆纪,石炭纪和二叠纪石炭世(韦弗斯,1984,1988 ,Audley-Charles et al,1988)和晚侏罗纪的深海平原达到最顶点(AGSO,1994,Baillie et al,1994)。这种晚裂谷是主要为西南-东北部的结构。图2:顶油藏时间高的Laminaria结构图。当今Laminaria和珊瑚字段在深灰色的虚线代表电路图古油田。通用横轴墨卡托投影坐标系统被使用。第三到现今的边缘演化的影响主要是由碰撞的澳大利
8、亚之间的板块和亚洲板块东南复杂(图1)(OBrien et al,1993)。Bradley and Kidd(1991)建议该岩石圈的柔性由于推力负荷产生的帝汶岛的后裂谷,伸展恢复少量的碰撞地区.碰撞的发生通常是追溯至晚中新世鸭,(Charlton et al,1991,Woods,1994, Shuster et al,1998,Charlton,2000;Keep et al,2002)与一(Charlton et al,1991)。第二阶段发生在上新世期间,这些碰撞事件发生的时间与在东帝汶恢复海.断层活动伸展活动恰逢下降了更新世,但正在与变形一些断层参展海底偏移(Meyer et al
9、,2002)。Laminaria代表的高面积小,东西为导向的平台淹没残(Smith et al,1996。)与三个结构层次:(1)南北和北北东-南-西南向的二叠纪块断基底,(2)侏罗纪,白垩纪垒和地堑系统,以及(3)西西南东北东走向的新生代断层活化系列(De Ruig et al。,2000)在侏罗纪至早白垩纪由一个东西方系列走向的主要断层系统划定Laminaria(图2)(De Ruig et al,2000; Langhi和Borel,2008)。断层恢复后纵导致了东-东北-西部-西南走向的Laminaria之内,在高区的序列通常包括上述新生代裂谷相断层(图3),位于正断层套的形成。直接连
10、接,或硬盘断层之间的联系的痕迹,在侏罗纪(纵)和第三纪(重新激活,后纵)的水平,有时很难确定,因为对自然(1)干预白垩纪岩性(页岩,泥岩,泥灰岩和)(2)地震信号衰减,以及(3)子地震断层(Gartrel et al,2006)。然而,具有较高的位移后裂谷断层往往显示清晰的上下级之间的连接。图3:地震对Laminaria Hijh的横截面。地点是在图2。 (一)穿越的Laminaria场和北干Laminaria结构和当前及剩余油柱(深灰色和浅灰色,分别)位置部分。右侧的黑色箭头指示的地方油气旗已经泄漏断层沿地层记录的水平。 (二)与反射异常分隔断层F4键(箭头)和亚体用于海底地震属性提取详情。
11、作者在封面序断层的性质表明,在由于地壳伸展到预先存在的东斜西向断裂元素后果激活一组成部分。这个模型是由Gartrell and Lisk(2005)谁提出后期使用断层滑动反演技术和从帝汶海南部断层数据中新世一个北东北东南偏南伸展古应力估计一致。作者:波拿巴盆地西北部的部分,在大面积的Laminaria(图4)附近,地层学,显然是受到中生代裂谷和记录大陆架深化被动陆缘碎屑形成的阶段。在三角洲和shelfal海洋船组(Labutis et al,1998)跨越中,下侏罗统。三角洲海洋环境仍然表征Callovian随着Laminaria砂岩(图4)沉积。随后编队清楚地反映了沉积环境的深化,(Tith
12、onianBerriasian)和Echuca Shoals(ValanginianBarremian)泥质地层(Whittam et al,1996)的存在。本节,与相对海平面快速上升有关,代表了区域性盖层基地。 AptianMaastrichian序列(Darwin, Jamieson,Woolaston, Gibson, Fenelon和Turnston formations)是西北变薄楔组成,类似于在其他地方找到波拿巴盆地(图4)。厚厚的覆新生代序列代表一个碳酸盐(图4)被广泛覆盖期间的成熟阶段被动陆缘沉积(Whittamet,1996)。它包括Johnson, Hibernia, P
13、rion, Cartier, Oliver和Barracouta formations(图4)。图4:(原理图的面积从Laminaria HijhDe Ruig et al修改,地层柱(2000)。该模型地层列显示在数值模拟中使用的细分。)Laminaria High的石油系统与历史Laminaria上的原生油气藏的目标是高的Callovian中Laminaria形成(图4)在垒块或下盘一侧倾斜断块沉积在早白垩世裂谷(图3)侏罗纪(Whittam et al,1996)。目前,最高库水位位于海底以下约3000米(9804英尺)。烃源岩的时间间隔被发现的侏罗纪地层和Laminaria船组(图4)
14、(Preston和Edwards,2001,George et al,2004)。油气充几个阶段是建议在该地区(图4)(利斯克 et al,1998,Kennard et al,1999。)与(1)初始晚侏罗世至早白垩世早期,(2)全速阶段油费近到晚始新世(约50 Ma)的中叶,早在恢复阶段,(3)在从中新世以后可能再次塌陷驱逐后期天然气和石油(Kennard et al,1999)。厚的下白垩统泥岩部分代表的区域性盖层(图4)。在Laminaria Hijh的情况下,无论是Laminaria和珊瑚的结构有一个密封条厚比最大断层既丢了现在的每天限额内密封断层并列位于古油柱,因此减少的可能性(后
15、恢复)跨断层渗漏由于砂岩,已经在本文中(De Ruig et al,2000讨论了区域的顶部密封报区(即地层流体可以迁移到其中)并列。W. Bailey,2009)。汞注入毛细管压力对感兴趣的领域内的盖层样品的测试表明,烃列数百米的高度接近可以通过盖层(De Ruig et al,2000),尽量减少渗漏的风险。剪切破坏中新世晚期当今断层恢复相关联认为是圈闭,在高区违反Laminaria负责(Castillo et al,1998,Gartrell et al,2006,De Ruig et al,2000)因密封失效或液压劈裂抗拉强度高,由于压力差发生的裁决有利于剪切压裂升以上孔隙水压力水力
16、压裂和现有的断层恢复。图5:烃类一重新构造圈闭。 OWC的=油水接触; POWC =古油水接触。 (一)珊瑚结构是一个有77米(252英尺),油柱和部分违反封闭例如一个37 - 82米(121 - 269英尺)的残余油柱。 (二)Laminaria结构是一个由低应变断裂(F5)约束的圈闭上倾一方违反部分封闭的例子。Laminaria北的结构是一个具有由一个相对高应变断裂(F6键),在高应变与地下连接断层F4约束的圈闭上倾一方完全违反封闭的例子。 (三)倾斜,并恢复了结构性封闭,如果将保留油气圈闭上倾的一边是由低断层恢复应变约束。泄漏点可能制定关于封闭向下倾恢复对高应变过错方,并将相关,当今OW
17、C的(Gartrell et al,2006)。对含油流体包裹体分布表明,油柱是在过去更广泛的(George et al。,2004)。这表明,所有的构造圈闭上钻高Laminaria,Laminaria和包括珊瑚领域(图2),已在一定程度上泄露(图5a中的B)(De Ruig et al,2000;。加特雷尔 et al。 2006)。上面提到新近系(后裂谷)的圈闭包围断层恢复通常被认为是对泄漏(例如,Whibley 和 Jacobson,1990,Lisk et al,1998,Shuster 1998;。OBrien et al,1999,De Ruig et al,2000; Gartr
18、ell et al,2005)。在这样的重新设置,保存积累的大小取决于对应变幅度(Gartrell et al。2006)和恢复断层的位置相对封闭的几何结构(琼斯 et al,1999) 。正如在图5c,结构有界闭说明恢复断层可能仍保留烃如果溢出点是在封闭下一侧(加特雷尔 et al。,2006)。一个100米,一个额外的残余油柱(328英尺)的油柱在Laminaria1发现井(De Ruig et al,2000)报告(14至26米46到85英尺)(乔治 et al,2004)。一个77米(252英尺)油栏是报告在珊瑚1发现井(De Ruig et al。2000)增加37至82米(121和
19、269英尺)的残余油柱高度(乔治 et al,2004;。Gartrell et al,2005)。的形状和上侏罗统圈闭救济似乎并没有显着改变,对泄露给在一定程度上有恢复(图5a中的B)(De Ruig et al,2000;。Gartrell et al,2006。)。如上所述,新近系(后裂谷)的圈闭包围断层恢复通常被认为是对泄漏(例如, Jacobson,1990,Lisk et al,1998, Shuster et al,1998, OBrien 1999,De Ruig et al,2000; Gartrell et al,2005)。在这样的重新设置,保存积累的大小取决于对应变幅度
20、(Gartrell et al。2006)和恢复断层的位置相对封闭的几何结构(Jones et al,1999)。在图5c所示,结构有界闭说明恢复断层可能仍保留烃如果溢出点是在封闭一侧(Gartrell et al,2006)。一个100米,一个额外的残余油柱(328英尺)的油柱在Laminaria1发现井(De Ruig et al。,2000)报告(14至26米(46到85英尺)(George et al,2004, Gartrell et al,2005)。一个77米(252英尺)油栏是报告在珊瑚1发现井(De Ruig et al。2000)增加37至82米(121和269英尺)的残余
21、油柱高度(George et al,2004。Gartrell et al,2005)。的形状和上侏罗统圈闭救济似乎并没有显着改变的断层恢复。水冲洗已提议为改变当地的机制来解释研究区(Newell,1999)的圈闭重大底部填充在这个过程中实现的体积减少所需的水平。,需要的圈闭已初步填补溢出气凝,岩相学和地球化学证据表明,在Laminaria和珊瑚领域的流体包裹体捕获,但没有包含天然气凝析油(George et al,2004)。耦合数值模拟方法快速拉格朗日分析连续统法(FLAC3D数值)(Cundall 和 Board,1988;艾塔斯卡,2005)被用于地质力学变形的耦合与这项研究中流体流动
22、模拟。这种三维(3- D)的有限差分程序使变形和流体之间的相互作用,模拟岩石此处流动。该地质问题的代码和执政的代码变形和流体流动行为本构关系描述中的应用,可以发现在的工程项目(1991),Ord和Oliver(1997),Strayer et al。(2001),和McLellan et al(2004)。因此,主要方面是这里提供的简短描述。图6:几何的三维模型Laminaria Hijh。上部页岩和碳酸盐层,说明断层不在几何(见图4,表1地层单位的资料)。该模型箱为50 24 10 km (31 15.5 6.2 mi)的大小,包括九个断层。这个扩展的方向是赋予的白色箭头。 F =断层。在F
23、LAC3D数值模型中,岩石材料为代表的一个三维连续体六面体元素组成的网格。每个元素的行为将按照法律规定的机械和液压。网孔变形响应和边界条件的材料模拟移动。该模型的机械变形,应依莫尔库仑各向同性弹塑性本构关系,其中涉及包括剪切模量(G)的体积模量(金),凝聚力(三),拉伸强度(T)的摩擦角构参数(j)条和扩张角()。在机械应力,变形的模型材料在弹性的方式,直到最初最大剪应力达到屈服应力(临界值),然后塑性变形屈服后一个大的压力。该莫尔库仑屈服准则来描述 其中,Ts是剪应力和Sn是在物质上的任意平面应力。塑性应变是由一个不相关的塑料恒定的凝聚力,摩擦,扩张角(Vermeer和de Burst,19
24、84)流动规律。此外,拉伸破坏发生在有效的最小主应力是在克服紧张和岩石拉伸强度。一个莫尔库仑材料塑性剪切过程中可能发生变形(Ord和Oliver,1997)的体积变化(膨胀量为正应变或数量增加表示)。该材料的塑性变形莫尔库仑扩容潜力是一个积极的特点扩张角。本模型中的流体流动是单相(水),仅是Darcy的规定为各向同性多孔介质(Bear和Verruijt,1987)。其中Vij是具体的排放载体或达西渗流速度(ms1),kij是渗透张量供应量(M2),M为流体粘度,P为孔隙流体压力,RW是流体的密度,g是由重力引起的加速度,xj是点的位置,z是在垂直方向(高程)的位置。因此,计算流体流动速度基本上
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