胜北断层活动特征及其控油作用-西北大学学报.DOC

胜坨地区现今构造应力场数值模拟及其 对油气运聚的意义 王铜山1，金 强1，朱光有1，周建林2，王 锐3，宋守德4 （1.石油大学（华东）地球资源与信息学院， 山东 东营 257061；2.胜利油田 胜利采油厂，山东 东营 257051； 3.胜利油田 物探研究院， 山东 东营 257015；4.胜利油田 现河采油厂， 山东 东营 257068） 摘要：在地质特征和实际资料分析的基础上，确认晚第三纪以来（包含成藏期）胜坨地区的构造应力场为现今构造应力场，并通过建立合理的地质模型、力学模型和数学模型，运用二维有限单元法实现了对胜坨地区沙二段现今构造应力场的数值模拟。计算出水平最大主应力、最小主应力、剪应力值。其主要分布特征表现为：最大主应力具有明显的非均匀性；最小主应力非均匀性不明显；剪应力非零值区主要分布于断裂带。根据构造应力场特征和胜坨地区油气分布状态，进一步探讨了在构造应力作用下油气运移的趋势和指向以及聚集的有利部位，并指出油气的运聚受最大主应力控制。 关 键 词：构造应力场；主应力；数值模拟；有限单元法；油气运聚；胜坨地区 中图分类号：P554 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0052-09 构造应力场是导致构造变形的应力场[1]，也就是地壳内某一瞬时一定范围内构造应力的状态。构造应力场的研究，有助于了解盆地动力学特征，并在盆地分析研究中定量解决相关构造地质问题[2]。随着有限元理论的完善和计算机软件的出现，包括应力场模拟在内的各种数值模拟技术渐趋成熟。目前，有限单元法数值模拟是应力场研究当中的首选方法[3]。ANSYS5.7软件常用于固体、流体及热力学的有限元分析，本文运用该软件实现数值模拟，为构造应力场综合分析提供定量结果。 地壳中的各种地质现象都与构造应力作用密切相关[4]，同样，在油气的生成、运移和聚集成藏的过程中，构造应力也起着重要作用。盆地在生烃高峰期和油气运移期的应力场对油气的宏观分布有重要的控制作用，尤其是现今构造应力场往往决定了区域油气分布的基本格局[5]。研究表明，胜坨地区所在的东营凹陷馆陶中后期至明化镇末期为生排烃高峰期，通过对胜坨地区馆陶期以来各层系的断裂系统详细地分解和断层构造力学分析，确认晚第三纪以来的构造应力场为现今构造应力场。因此，我们通过有限单元法数值模拟技术，重点研究现今构造应力场，查明其分布特征，探讨构造应力场与油气运聚的关系。 1 胜坨地区地质概况 胜坨地区位于济阳拗陷东营凹陷北部陡坡断裂构造带中段，北靠陈家庄凸起，南接中央断裂背斜带，西南为利津洼陷，东南为民丰洼陷，勘探面积约230 km2（见图1）。自20世纪60年代中期以来，相继发现了胜坨、宁海2个油气田，自下而上有沙四段、沙三段、沙二段、沙一段、东营组、馆陶组和明化镇组等7套含油层系，累计上报探明加控制储量5亿多吨[6]。其中，沙二段－沙三上亚段是主力含油层系（见图2），占油田总储量的82.3％[7]。 图2 胜坨地区沙二段有限元网格划分及边界载荷图 Fig.2 Structure and distribution of oil and gas of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo area 胜北断层是胜坨地区的主控断层，走向近东西，倾向近南北，平面上呈弧形展布，延伸25 km左右，沙四末期开始发育，延续活动至明化镇早期，对胜利村和坨庄滚动背斜的产生以及胜坨地区的沉积体系、油气成藏起到了控制作用。其派生的次级断层规模较小，后期断裂依附于先成断裂，没有对先成构造格局形成质的破坏，只是使其进一步复杂化（见图2） 2 现今构造应力场有限单元法数值模拟 2.1 地质模型的建立 以胜坨地区T2构造图为基础建立沙二段二维地质模型，模型整体为矩形区域。为了便于施加载荷，模型的边界应与载荷方向垂直或平行。依据济阳拗陷现今最大主应力测量资料[8]，确定研究区现今最大主应力方向为SEE100°，故施加边界载荷方向也为SEE100°，且模型东西边界取为SEE100°方向，南北边界取为NNE10°方向（见图3）。 2.2 力学数学模型的建立 2.2.1 模型单元的划分——网格划分 按照有限元数值分析所要求的数学、力学规则，将地质模型进行网格划分，连续地层采用8节点四边形单元，断裂带则采用6节点三角形单元。据此，建立模型划分单元6 074个，节点18 209个（见图3）。模型取为平面，以便于边界条件的处理和数据整理并保证模型的正确性。 2.2.2 物性参数的选取 地质模型作弹性地质体处理，模型中的介质主要分为断裂带和连续地层两部分。介质力学参数主要包括杨氏模量、泊松比。参照前人总结的岩石力