库车坳陷位于塔里木盆地北部(图1), 整体呈NEE向展布, 中、新生界为一套陆源碎屑岩沉积, 厚度可达8 000 m以上, 其中侏罗系和三叠系为主要烃源岩, R_o在0.6%~2.5%之间^[5], 气态烃生成条件优越。该区经历了多期构造运动, 其中以燕山运动和喜山运动影响最为明显。喜山期, 构造运动使北部天山造山带强烈抬升, 在水平挤压作用下, 造成了北东东向的冲断— 褶皱构造, 形成了现今向斜和背斜相间分布的构造格局。多期构造运动为烃源岩演化以及构造圈闭的形成创造了一定条件, 目前在新近系、古近系、白垩系以及侏罗系地层中都发现了大量油气, 油气资源丰富。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 米斯布拉克地区大地构造位置

米斯布拉克地区位于库车坳陷的北部单斜带, 北邻南天山, 区内圈闭发育, 具有良好的油气地质条件, 但地下构造复杂, 横向岩性多变, 地震资料品质较差, 难以取得较好的勘探效果。在该区进行化探工作, 能够充分发挥化探的先导作用, 加快勘探的步伐, 缩小勘探靶区, 达到降低成本、缩短勘探周期、提高勘探命中率的目的^[6]。

该区化探工区面积约620 km², 以南北向布设勘探测线, 按500 m× 500 m测网布设采样点, 米斯布拉克油苗区加密, 按250 m× 250 m测网布设采样点。共采集土壤样品2 642个, 全部进行热释烃、Δ C、热释汞和荧光光谱分析。

基于Arcgis软件平台建立米斯布拉克地区地下地质情况及地表异常的三维可视化模型, 具体步骤如下:①数据采集。采集地层界面、断裂面埋深数据, 然后将其及与之对应的X、Y坐标录入Excel表格中。②数据导入。将建立的Excel表格数据导入到Arcscene中, 选择显示Z坐标值, 得到地层埋深数据点图。③插值分析。由于数据点有限, 且分布不均匀, 为最大限度反应地层展布情况, 利用自然邻域法进行插值分析, 并选择在自定义表面上浮动, 得到各地层界面、断层面栅格层面图。④栅格层面转TIN文件。在Arcscene中利用3D Analyst工具中的转换工具, 选择由栅格转出— 栅格转TIN, 得到各地层TIN层面图。⑤确定层面范围。在Arcscene中利用3D Analyst工具中的转换工具, 选择由TIN转出— TIN范围, 输出Polygon类型文件, 确定TIN范围, 以便在TIN拉伸成体过程中限制层面范围, 得到确切的地层及断层面展布范围。⑥地质体拉伸。基于多层TIN建立三维地质模型, 在Arcscene中利用3D Analyst工具, 选择表面三角化— 在两个TIN之间拉伸, 以此对各个地层界面、断层面进行拉伸, 便可得到该区的三维地质体模型(图2)。⑦地质体完善。建立三维地质体后可对其进行显示设置, 使其看起来更加具有立体层次感, 更加适合地质体的美化效果。

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 米斯布拉克地区三维地质体模型

热释烃是地下烃类垂向微运移至近地表并为土壤介质吸附的部分, 是地下含油气信息的直接反映。在地下油气烃类组成中以甲烷浓度最高, 且运移能力最强, 故地表土壤介质中甲烷丰度最高。因此笔者选择以甲烷异常解释为例, 综合研究其垂向运移的动力来源、运移空间和运移路径。建立立体化模型, 在三维空间内对其形成及演化进行综合解释。

3.1 异常平面分布特征

确定化探异常首先要确定异常下限, 在实际工作中异常下限的确定不仅要考虑地球化学数据的分布形态, 而且要结合实际地质情况和地质背景。在充分研究地质背景的基础上^[7], 分析数据经过影响因素定量校正、离群数据处理、正态分布检验作4次趋势面拟合背景。为最大限度反映区内甲烷异常特征, 用趋势剩余残差的平均值加0.5倍方差计算其趋势剩余异常下限, 为0.9796× 10^-9, 全区共有822个异常点, 异常率为31.11%。

工区内热释烃甲烷异常总体呈环状分布(图3)。工区西南部黑英1井区— 米斯布拉克— 卡路康下一线异常强度大、衬度高、面积较大, 为强异常。工区东部博孜地区异常强度较大、衬度较高、面积较小, 为中等异常。工区东北部沙拉依塔木— 卡列马— 黑英山— 满族塔木一线强度小、衬度小、面积中等, 为弱异常。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 米斯布拉克地区甲烷化探异常分布

3.2 异常剖面分布特征

以过黑英1井区的南北向剖面为例(图4), 对甲烷异常进行剖面解释。黑英1井附近区域靠近南天山造山带, 后期构造运动中地层遭到强烈的抬升, 随后发生风化剥蚀作用, 该区域甲烷强异常的形成与断裂活动以及三叠系和侏罗系烃源岩直接裸露于地表有关。异常区地下圈闭条件较差, 不利于形成大型油气藏; 中南端烃源岩埋藏较深, 北西向断层封闭性较好, 只有局部在北东东向断层的影响下形成弱异常, 地下背斜圈闭发育较好, 有利于油气的聚集和保存。

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 米斯布拉克地区黑英1井区剖面

尽管从平面和剖面分析化探异常反映的地下油气分布取得了一些认识, 但无法全面整体地了解地下含油气情况及其空间变化规律^[8]。因此, 只有在三维可视化模型基础上, 充分结合地下地质条件才能全面了解油气垂向运移的路径、动力来源, 从而全方位、多角度捕捉化探指标异常所反映的油气地球化学信息, 对化探异常作出合理、正确的解释, 提高勘探成功率。

烃类物质向地表运移过程中, 其效能与方式受到油气藏的盖层、断裂与裂隙系统、储层的流体性质、地层压力等因素的控制, 其方式主要包括渗透和扩散两种^[17]。渗透作用是指由压力差造成的烃类以游离相或者水溶相通过孔隙和裂隙等通道连续或断续运移, 其流动特征符合达西定律; 而扩散作用指由浓度差引起的物质分子的移动, 可用费克第二定律来描述。目前, 国内外学者通常采用油气垂向微运移过程中产生的地质色层效应来研究油气垂向微运移的方式, 其机理为:当烃类以扩散作用垂向微运移时, 由于分子直径与溶解度的差异, 使得甲烷较重烃、异构丁烷较正构丁烷易穿过泥岩遮挡层, 扩散速度快^[18]。因此在地表具w(C₂₊)/w(C₁)、w(i-C₄)/w(n-C₄)数值较低的特点。当烃类以渗透作用垂向微运移时, 烃类组分均易于在砂岩或裂缝系统中运移, 造成组分分异效果不明显。化探指标数据统计结果表明, 米斯布拉克地区w(C₂₊)/w(C₁)值较大(> 2)以及w(i-C₄)/w(n-C₄)值较大(> 3)的地区主要分布在工区西部、北部和东部, 与断裂吻合性较好。说明在断裂分布区, 油气主要通过渗透作用垂向运移。

研究表明, 当孔隙直径小于1 nm时, 无论施加多大的外力, 流体都不可能呈连续介质状态发生流动, 只能以分子形式扩散运移^[19]。由于古近系膏泥岩的封盖作用, 油气只能通过扩散作用或扩散与渗透作用交替运移至地表。化探异常立体解释模型显示(图8), 地表存在3个化探指标强异常带, 明显受断裂控制。工区北部烃源岩埋藏较浅, 断裂发育密集, 油气保存条件差, 轻烃组分主要通过断裂空间的渗透作用向地表运移, 形成该区化探指标强异常。中部和南部主要为烃类垂向扩散形成的弱异常和通过断裂渗透作用形成的中等异常。异常总体呈环状分布, 该异常模式与国内其他大中型油气藏异常模式相同, 显示了地下良好的含油气信息。

图8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 米斯布拉克地区化探异常立体解释

油气运移以沿断裂的垂向运移为主, 工区异常压力立体模型显示(图7), 异常高压分布具有“ 东强西弱、南强北弱” 的特点, 而油气垂向输导空间的运移能力具有“ 西强东弱、北强南弱” 的特点, 说明区内地下超压体系通过断裂空间的泄压作用具有西部大于东部、北部大于南部的特点。该区甲烷异常衬度(异常强度与异常下限之比)也具有西部强于东部、北部强于南部的特点(图9), 与以上认识一致。

工区内发育多条倾向为北北西向的北东东向断裂。在工区西部黑英1井— 米斯布拉克— 卡路康下地区和工区东部卡列马— 黑英山乡— 博孜地区断面形态表现为凸面, 油气沿着断层面运移时, 对油气起汇聚作用; 而在工区中部米1井— 米2井地区断面形态为凹面, 对油气起发散作用, 不利于形成油气聚集。该区断裂空间对油气运移特征与地表化探异常衬度大小分布相吻合, 在工区西部和东部断裂起汇聚作用的区域形成了衬度高的强异常, 而在工区中部断裂起发散作用的区域, 异常衬度较小(图9)。

图9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 米斯布拉克地区甲烷异常衬度

从运移动力的大小和运移空间两个方面得到的异常衬度分布都验证了化探立体解释模型的正确性。

1) 基于Arcgis的三维可视化技术可以运用到化探异常解释中, 立体模型的建立有助于从静态到动态, 全方位、多角度捕捉化探指标异常所反映的油气藏的地球化学信息, 对地下油气分布作出符合实际的分析, 明确圈闭含油气性, 为油气勘探有利区优选和探井布设提供有力的支持, 也是油气化探异常由定性描述到定量研究的必由之路。

2) 油气化探异常的形成是含油气盆地石油地质演化历史中不可分割的一部分。化探数据立体解释模型是以盆地模拟为基本思路, 以盆地的地层发育、构造演化、生烃史、异常压力演化史、油气运移史研究为基础, 系统、全面分析油气垂向运移方式、动力来源、运移空间和运移路径, 进而解释化探异常的形成, 指导勘探。

3) 以米斯布拉克地区为例, 系统研究了该区沉积— 构造演化、生烃演化、油气运移特征及异常展布特征, 并以油气垂向运移理论为指导, 建立化探异常立体模型, 真实再现了该区地下地质体的内部情况, 系统解释了该区化探异常的形成过程和分布特点, 明确了地表化探异常与地下油气关系, 对该区油气勘探工作具有一定的指导意义。