复杂结构的烃类流体模型

1复杂结构中的烃类流体模型（麦肯齐市盆地，加拿大）摘要位于加拿大西北北极的麦肯齐市盆地具有许多典型的陆相特征，是一个富天然气的沉积盆地，但是，重要的油气来源依然未知。这里用的三维盆地模型方法不仅已经改进，而且也是现今复杂地层和构造盆地结构模型的再生流动的潜在陷阱。特别是犁式断层构造仍然不能够在大多数运移模型中再造。通过合并单独的变形类型和引进层序地层方法来再现地层格架，我们能够识别源和藏间的暂时的和空间的关系。根据这些考虑，提出盆地的三个原油成因组：第一组主要与古生代烃源岩有关，第二组几乎全部与早成熟的烃源岩有关，和第三组与上白垩世SmokingHills和BoundaryCreek组有关。与原油聚集相反，天然气聚集主要是由晚中生代的充填事件产生，这被认为是晚中生代隆起和剥蚀事件期间的压力下降有关。因此麦肯齐市盆地是一个可以展示成熟含油气系统的天然气倾向的很好的例子，特别是如果有机质主要来自陆相，它主要是驱替效率和时间的函数，因此直接与盆地构造史有关。引言烃源岩-藏间的关系是油气勘探的主要问题。在过去的几十年间，在模拟粘性流和再现充填史上有了巨大的进步(Hindle,1997;Hantscheletal.,2000;Welteetal.,2000;Hantschel和Kauerauf,2008)。然而由于不充分的计算机技术或者将局限的地质要素转变成模型上的困难性，模型依然不能表征地质上的复杂情况。除了空间复杂性，为了理解现今情况需要考虑另一个因素-时间。这些不仅要考虑到生烃的时间，而且也要考虑到影响油气运移和圈闭的构造的形成的时间(Poelchauetal.,1997)。加拿大西北极的麦肯齐市盆地（图1）是油气生成和运移期间发生同沉积的构造变形的不同样式的例子(Lane和Dietrich,1995;Kroegeretal.,2008)。由于快速沉降和地层剥蚀，从潜在古新世烃源岩生成的主要油气局限在晚始新世和早渐新世间的相对短的时间间隔，而从始新世烃源岩产生是在这个间隔后发生，终止于晚中新世隆起(Kroegeretal.,2008)。本次研究局限在模型区到中始新世和更2老时间潜在多产的地层间隔。然而此次观察并不足以确定的确立烃源岩-储层关系。不过，它显示了油气生成，运移，和圈闭形成的时间的再现对理解麦肯齐市盆地的含油气系统的理解必不可少。在研究中，我们企图再现麦肯齐市盆地的运移史和充填史和烃源岩-储层关系。为了这个目的，我们利用了Kroegeretal.(2008)的热模型的精确版本，这包括主要的断层系统。另外，它考虑了由影响整个盆地的海平面变化引起的岩性的系统变化。对于油气流模型，两个不同的模型，结合达西流与射线追踪的混合模型和渗流反演方法利用了Petromod™10版本。我们讨论了在再现已知分布的这两种模型的优点和不足，从而证明敏感模型是怎样在复杂背景下创造的，特别是在犁式断层体系中，这是该方法的应用和烃源岩成熟时间。我们也探讨了麦肯齐市盆地的第三纪沉积物中白垩纪烃源岩对油气分布的潜在贡献，考虑了在这个区域范围内的不确定性因素。结论提出了对来自陆上的比来自近海成熟烃源岩间的原油多而自相矛盾情况的一种解释(Curiale,1991)。这扩大和延伸了对Poelchauetal.(1997)提出的盆地模型的一种深刻见解。地质背景图1模型区域的地理概貌和框架。线AB指示了图4中的横剖面位置，线AA’指示图5中的横剖面位置。麦肯齐市盆地的第三纪盆地充填（图1）组成了高达9km厚的三角洲沉积序列，叠加在中生代沉积物中(Youngetal.,1976;Willumsen和Cote,1982;Young和3McNeil,1984;Dietrichetal.,1985;Dixonetal.,1992a,b)。三角洲序列细分为六个不整合边界的不同组(Aklak,Taglu,Richards,Kugmallit,MackenzieBay,andIperkformations,图2)，这可通过地震反射和井资料识别(Dietrichetal.,1985;Dixon和Dietrich,1988;Dixonetal.,1992a,b;Kroegeretal.,2008)。正如Kroegeretal.(2008)，我们利用术语“Aklak段”和“Taglu段”，因为在不同的地层侦测中，它们等同于该区域的其他第三纪三角洲序列，这也需要从段到组的Reindeer等级的改变（图2）。这些单元将上白垩纪覆盖在古新世FishRiver组和上白垩纪SmokingHills和BoundaryCreek段以及朱罗和下白垩世molassic沉积(Dixonetal.,1992a)。地层的时间框架是由McNeil和Birchard(1989)和McNeil(1997)确立的孔虫区为依据。图2地层概述4图3渐新世库格玛利特地层顶部包括模型方案的构造元素图在构造上，麦肯齐市盆地可以分成4个单元(Lane和Dietrich,1995)（图3）：1.爱斯基摩湖区断层带，代表了大规模正断层的剩余的中生代被动边缘特征2.盆地西部的博福特褶皱带，在始新世期间褶皱展开区，东北的缩短响应与布鲁克斯山脉的Laramide变形相关3.盆地的南部中心带的Taglu断裂带（理查兹岛区），始新世时期正断层的转换带特征和中生代期间的反向断层与走滑断层4.盆地北部近海的Tarsuit-Amuligak断裂带，中生代发展的犁式断层带沉积序列构成了麦肯齐市盆地的第三纪地层，形成了与构造抬升和海面升降变化的联合影响有响应。底部和Kugmallit组内的大范围的富泥质间隔归因于全球海平面上升(Morrell和Schmidt,1988)。然而在大多数情况下，构造和海平面对麦肯齐市盆地的层序的形成的影响是很难区分的(Dixon,1986)。可见有四个主要的抬升和剥蚀事件(Lane和Dietrich,1995)。中始新世事件主要影响了盆地西南部，导致了Taglu组顶部的剥蚀。Richards组可能被影响整个盆地边缘和盆地近海北部的晚始新世事件部分或是完全剥蚀。根据Kroegeretal.(2008)提出的剥蚀模型，剥蚀在西南Richards岛达到最大，剥掉1400m（4593ft）厚的沉积物。影响盆地整个南部的晚渐新世事件，在Kugmallit组顶部达到最大剥蚀厚度，这还是在西南的Richards岛。最显著的事件是晚中生代事件（Kerk沉积前，McNeilet5al.,2001)，影响了除最北面近海部的整个盆地。局部上就Taglu组沉积物被剥蚀，加起来剥蚀掉的总厚度为1300m（4265ft）(Kroegeretal.,2008)。晚中生代隆起的顶部的不整合被认为是与Messinian全球海平面低水位和气候降低一致(McNeiletal.,2001)。麦肯齐市盆地的含油气系统-知识说明大的油气聚集区主要在渐新世Kugmallit组与中始新世Taglu组的三角洲砂和砂岩中。据1998国家能源局报道，Amauligak油田位于麦肯齐市盆地的东北部，是至今波弗特海-麦肯齐区最大的油田。油气聚集区主要在Kugmallit组砂中(Dixonetal.,1994)。位于Richards岛的Taglu油田，Taglu组砂岩(Dixonetal.,1994)包含了麦肯齐市盆地区的所有全部发现的五分之一天然气。第三纪盆地的南部边缘的油气大部分位于上白垩世储层中，这是帕森斯油田最大的储层（加拿大国家能源局，1998）。根据地球化学分析，麦肯齐市盆地的原油可分为若干个原油组。一般，麦肯齐市盆地中心（Richards岛和近海的中心和北部）的第三纪的储层中的油与在盆地边缘的上白垩世和更老的储层中发现的有区别(南Richards岛和图克托亚图克半岛;Snowdon,1979;Brooks,1986;Curiale,1991)。第三油族被进一步分为位于上始新世和更高的储层上以及中始新世和更低储层上(Curiale,1991)。除了近海的原油样品中推断的烃源岩成熟度降低(Curiale,1991)，McCaffreyetal.(1994)假定的油倾向近海增加。然而，原油族分的识别受到各种生物降解的程度限制。Snowdon（1979）和Lane和Jackson(1980)认为单靠地球化学特征识别原油族分很困难。Lietal.(2006)发现麦肯齐市原油的变化不妨解释为从能生成但不足以排烃的第三纪烃源岩中挑选的生物标识化合物的白垩纪烃源岩中生成的油。麦肯齐市盆地烃源岩的识别更进一步受到热成熟度沉积物限制(Kroegeretal.,2008)。白垩纪潜在烃源岩识别是包含大量海相海藻来源的有机质的森诺曼阶到坎帕阶BoundaryCreek和SmokingHills组(Youngetal.,1976;Snowdon,1979;Creaney,1980)的含沥青的海相页岩(Creaney,1980)。地震资料解释说明这些单元只限于研究去东南部(Dixonetal.,1992a)。主要包含陆相有机质的潜在烃源岩位于基本的Taglu组(Snowdonetal.,2004)和Aklak组(A.Saison,2007,个人通信)内。热模拟结果表明在中始新世以上的沉积物没有达到成熟而不能生油(Kroegeret6al.,2008)。有机质的转变被认为是分布在由盆地的热史定义的相对短的时间间隔和终止在晚中生代隆起和上新世-更新世平面冷却。自渐新世Kugmallit组储层形成以来盆地中心部位的上新世和更老的岩石显示过成熟(Kroegeretal.,2008)。这些结论暗示了在渐新世油藏中的中始新世烃源岩生成油和潜在始新世油藏中的更老烃源岩生成油，但是不能充分的确定性的确立源-藏的关系。建立模型在建立一个盆地的计算机模型中最大挑战之一是能寻找现实的正确的代表性和大量需要管理和计算的数据间的一个折中。麦肯齐市盆地是地质情况也就是岩性和反映变形的阶段和样式的构造上的复杂性的快速变化要怎样才能明显的超过1：1模型表示的一个主要的例子。然而，对盆地范围的流体运移具有重要影响的构造和沉积参数要存在于模型中。因此，我们仅仅考虑通过地震测线解释出的最突出的构造因素就可以了。为了再现三角洲层序的地层结构和相变，我们选择层序-地层方法来表征影响运移的沉积物储层属性的岩性的系统变化。地层结构，相和岩石学第三纪进积和退积单元的相分布基于地震测线和从Dixonetal.(1992a)相图中得到的岩性的解释Kroegeretal.(2008)使用了三维时间面。尽管根据总的相单元所分配的岩性在热模拟中是适当的，但是流动模型必须包括相结构，限定运载，储层，和盖层，以及在单元内的进积和退积和由海侵引起的页岩单元的夹层。Kugmallit组的井数据是最好的记录，因此可以作为第三纪三角洲单元沉积样式的一个例子。Kugmallit组根据从南部Richards岛(TagluC-42井)到海上(KoakoakO-22井)的测井，重建没有显示出Kugmallit组纯进积（图4）。更明显的是三角洲平原和三角洲前缘相单元内的岩性变化。三角洲平原相以垂直叠加的薄的(10–140m[33–459ft])泥质单元与总厚度达1000-m(3281-ft)的主砂体互层为特征。横向连续的泥质单元反映了与海平面上升有关的入海间隔和整个三角洲平原的淹没。由于组沉积过程中连续的沉降，河道切割成为次要。这些现象与JamesandBaxter(1988)在Richards岛北部NipterkL-19andL-19a井（图1）中的发现一致，在那里他们识别出了六个进积砂体单元，这六个进积砂体单元具有解释出的层序边界与更细粒的岩性互7层，而且Morrell和Schmidt(1988)指出三个侧向连续的泥质单元。与三角洲平原相相反，三角洲前缘相内的叠加模式更不规则（图4），这很可能是激烈改造后的结果和更细粒有机质剥蚀和局部斜坡倒塌的结果。这些过程导致了更强烈的砂体间的内在联系。具有砂岩夹层的横向连续泥质沉积物沉积在指状斜坡扇中，在此之前被