沉积盆地埋藏过程对砂岩压实程度的控制作用研究

Compaction is one of the most important reasons that cause the decrease of sandstone porosity in sedimentary basins, also one main function of sandstone densification. The predecessors mainly consider the burial depth in study of sandstone compaction, barely consider the effect of time and burial history. While lots of data and evidences indicate that sandstone compaction is also related to time, and sandstone porosity is influenced by the process of burial rather than controlled by burial depth simply. The main contents of this research include: (1) Study on the characteristics of compaction during the stages of diagenesis in sedimentary basins; (2) Study on the quantitative model of the evolution of sandstone porosity influenced by both burial depth and time in the process of sandstone compaction; (3) Through a biaxial-pressure experiment to simulate the effect of overlying load and burial time on sandstone compaction; (4) Comprehensive study for the law of sandstone porosity decrease in typical processes of strata burial in typical basins or belts. The mechanism, quantitative models and application methods of the control effect on sandstone compaction by burial process will be an important development to diagenetic dynamics, promote the study of hydrocarbon accumulation mechanism (reservoir, migration, accumulation and preservation etc.), and also contribute to improving the research methods of geological dynamics (the build-up of paleothickness, paleotectonic, and paleotopography etc.).

压实作用是沉积盆地砂岩储层孔隙度减小最主要的原因之一，也是砂岩致密化的主要作用之一。前人在研究砂岩压实程度时主要考虑埋深因素，基本上很少考虑时间和埋藏过程的影响。然而大量资料和证据表明压实作用与时间有关，砂岩孔隙度变化受埋藏过程影响而不是简单地受埋深控制。本项目拟研究：（1）盆地成岩过程压实作用特征研究；（2）砂岩压实过程中受深度和埋藏时间影响的孔隙度演化定量模型研究；（3）利用双轴承压实验模拟上覆负荷与埋藏时间对砂岩压实程度的影响；（4）典型盆地（区带）典型埋藏过程砂岩压实减孔规律性的综合研究。埋藏过程对砂岩压实程度控制作用的机制、定量模型及应用方法的探索，是对成岩动力学研究的重要发展；能够推动油气成藏机理（包括储集、运移、聚集和保存等）的研究；并有助于地质动力学研究方法（古厚度、古构造、古地形等的恢复）的改进。

沉积盆地砂岩压实过程漫长且复杂，相关研究主要受到三方面制约：（1）盆地深层砂岩压实机制不明；（2）砂岩压实程度定量模型不合理；（3）埋藏过程对砂岩孔隙度演化的影响认识不清晰。针对上述问题，项目以成岩动力学及地层孔隙动力学为理论基础，通过理论推导、统计学分析以及实验室模拟等手段，重点开展了三方面工作：（1）应用双轴承压模拟实验模拟盆地深层砂岩压实过程，结合实际盆地地质背景及砂岩压实响应统计学特征，探索盆地深层砂岩压实机制；（2）基于非线性粘弹塑性体“应力-应变”模型，结合“长时间”砂岩压实模拟实验，构建砂岩压实数值模拟新模型；（3）对比不同盆地或地区砂岩压实特征，总结归纳不同埋藏过程中砂岩孔隙度演化规律，定量分析埋藏过程对砂岩压实程度的控制作用。最终取得了三项重要成果：（1）证实了盆地深层存在压实作用，构建了一套砂岩储层深层压实新机制，发现油气成藏期后储集层孔隙度仍在变化；（2）提出“时间”是影响压实程度的关键因素，建立了深度-时间双元孔隙度函数模型，并通过“双轴承压模拟实验”证实了承压时间对砂岩孔隙度变化的影响；（3）提出“压实因子”新概念，建立埋藏过程对砂岩压实的定量控制模型，并指出埋藏过程对砂岩孔隙度变化起着重要控制作用。本项目揭示了地层孔隙度的演化规律并推动了成岩动力学的发展，进而促进了储层评价理论和方法的改进，对矿产资源尤其是油气藏的形成与分布研究具有重要的意义，并为“十三五”国家重大专项“大型油气田及煤层气开发（2016ZX05047）”提供了理论支撑。