古近系砂岩（通用7篇）
古近系砂岩 篇1
0 引言
由于岩石地基承载力普遍较高,容易满足一般工程的要求,因此,工程界普遍认为岩石地基不必进行深宽修正,用饱和单轴抗压强度乘以折减系数确定地基承载力特征值即可[1]。但对于软岩而言,其饱和单轴抗压强度较低,即使采用天然湿度的试样,计算得到的地基承载力特征值可能比一般的土还低,显然是不合理的。这对于诸如核电厂反应堆厂房这样的承载力要求较高的建(构)筑物,显得过分保守[2]。可见,利用单轴抗压强度确定地基承载力特征值对于软岩地基存在一定的局限性。此外,岩石力学理论显示,地基承载力与上部覆土有直接关系,相关试验也证明,随着埋深增加,边载提高,围压增大,侧向应力增大,地基承载力也随之提高[2,3]。基于上述原因,不少学者提出岩石地基承载力特征值可进行深度修正,尤其是对软岩地基,即使节理不发育或较发育,均应进行深度修正[2,4]。
用原位测试方法求地基承载力是岩土工程界历来推崇的可靠方法,其中尤以载荷试验效果最佳[5,6]。以载荷试验为基础,结合工程实践,通过相关分析,可总结出简便的求取地基承载力特征值的经验方法,且具有较高的可信度。
吉阳核电厂是目前我国唯一处于厂址可行性论证阶段的古近系砂岩厂址,该核电厂位于安徽省境内的长江中下游地区,厂址区古近系地层为棕红—紫红色中粗粒砂岩及粉细砂岩,局部夹泥岩,属软岩。根据可研阶段的勘察成果,该厂址古近系砂岩地基承载力特征值为0.45MPa,此值不能满足我国大多数核电机型的标准设计要求。因此,对古近系砂岩的承载能力性质研究,尤其是承载力特征值的深度修正规律,成为影响厂址可接受性的关键问题。另外,古近系砂岩在我国广泛分布,如果能够在古近系砂岩承载力性质认识上有所突破,将大大丰富我国核电厂厂址的资源。
本文基于对吉阳核电厂古近系砂岩开展的不同深度载荷试验,探索古近系砂岩类软岩岩石地基承载力特征值的深度修正规律,为建立软岩岩石地基承载力深宽修正经验计算公式提供现场试验的佐证,并为我国核电厂软岩地基评价工作提供依据。
1 厂址区古近系砂岩的工程性质
安徽吉阳核电厂古近系砂岩颗粒间的胶结程度差,属于弱胶结、压固作用较差的半成岩,处于土和岩石之间的过渡类型。砂岩密度为2.07g/cm3,孔隙比为0.576,软化性极为明显,力学强度低,饱和单轴抗压强度不足干燥状态下单轴抗压强度的十分之一,属于软岩,岩体质量等级为Ⅴ级。砂岩耐崩解性指数最大值为3.5%,最小值仅为0.2%,平均值为0.83%,基本上遇水全部崩解,属崩解性岩石。根据该厂址可研阶段勘察成果,古近系砂岩的物理力学性质见表1和表2。
表1 古近系砂岩主要力学性质指标统计一览表(岩石试验)Table 1 Mechanical indices statistical schedule of the Paleogene sandstone stratum
表2 单孔和跨孔波速测试取得的动态参数对比Table 2 Dynamic parameters by the single-hole and cross-hole wave velocity measurment
2 不同深度载荷试验
为了探求古近系砂岩承载力特征值的深度修正规律,按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)[1]中“浅层平板载荷试验要点”和“深层平板载荷试验要点”要求,在吉阳核电厂厂址区开展了一系列不同深度的载荷试验,所用载荷板为圆形钢质载荷板,面积为0.5m2。试验深度分别为:0m、3m、5m、7m,每个深度均进行了3组试验。试验时浅层载荷试验预压荷载50k Pa,深层载荷试验预压荷载600k Pa。各组试验数据及p-s曲线见表3和图1~图4。
12组载荷试验数据显示,绝大多数试验没有加载至破坏,仅有1组试验出现了沉降陡降(图1),但由图1可见,该组试验在出现沉降陡降之前,载荷板累积沉降量早已超过了s/b限值,即其极限承载力大于2.55MPa。由此可见,古近系砂岩的极限承载强度是非常高的,且其地基承载力特征值应该采用变形控制。根据浅层平板载荷试验成果,图1中当以s/b=0.01作为标准时,承载力特征值为570~720k Pa,均值为630k Pa;当以s/b=0.015作为标准时,承载力特征值为740~1070k Pa,均值为890k Pa。
表3 载荷试验数据Table 3 Data of the load test
图1 0m深度载荷试验p-s曲线Fig.1 p-s curves of load test at 0m depth
图2 3m深度载荷试验p-s曲线Fig.2 p-s curves of load test at 3m depth
图3 5m深度载荷试验p-s曲线Fig.3 p-s curves of load test at 5m depth
图4 7m深度载荷试验p-s曲线Fig.4 p-s curves of load test at 7m depth
另外,通过各组载荷试验p-s曲线还可以看出,由于古近系砂岩成岩作用差、胶结弱,加载过程中p-s曲线弹性变形段不明显,在加载至极限荷载前,岩体一直处于弹塑性(压密)变形状态。
3 古近系砂岩地基承载力深度修正规律
按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)附录C和附录D的相关规定,在没有出现极限破坏的情况下,选取s/b=0.01、0.015所对应的荷载作为承载力特征值。本文分别选取s/b=0.01和s/b=0.015对应荷载作为承载力代表值,研究软岩承载力的深度修正规律。不同深度载荷试验的承载力特征值取值及数据变化见表4和图5。由表4和图5可见,古近系砂岩的地基承载力特征值随深度的增加而增大,可进行深度修正。
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)中第5.2.4条给出了地基承载力特征值的深宽修正公式:
表4 承载力特征值深度变化取值Table 4 Bearing capacity characteristic value in different depth
图5 承载力特征值随深度变化曲线Fig.5 Bearing capacity characteristic value curve with depth
fa=aak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)(1)式中:fa为修正后的地基承载力特征值(k Pa);fak为地基承载力特征值(k Pa);ηb、ηd为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数;γ为基础底面以下土的重度(k N/m3),地下水位以下取浮重度;b为基础底面宽度(m),γm为基础底面以上土的加权平均重度(k N/m3),位于地下水位以下的土层取有效重度;d为基础埋置深度(m)。
依据公式(1),利用s/b=0.01和s/b=0.015所对应的承载力特征值,分别进行深度修正系数的计算。计算时,不考虑宽度修正,γm值取20k N/m3,在s/b=0.01情况下,设定fak=630k Pa,d分别为3m、5m、7m时,fa分别为940k Pa、1197k Pa、1286k Pa;在s/b=0.015情况下,设定fak=890k Pa,d分别为3m、5m、7m时,fa分别为1100k Pa、1426k Pa、1670k Pa。计算过程见式(2)和式(3),计算结果见表5。
表5 深度修正系数计算成果Table 5 Calculate results of the depth modified coefficient
从表5可看出,利用s/b=0.01所对应的承载力特征值计算所得深度修正系数介于5.05~6.30,平均值为5.85,利用s/b=0.015所对应的承载力特征值计算所得深度修正系数介于4.20~6.00,平均值为5.39。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)中表5.2.4条给出的承载力修正系数可知,本文计算出的古近系砂岩地基承载力特征值深度修正系数大于土的修正系数(土中中砂、粗砂、砾砂和碎石土一类修正系数最大,为4.4)。
鉴于核电厂安全性的特殊要求,吉阳核电厂工程应用时,地基承载力特征值可取s/b=0.01对应的荷载,深度修正系数可取5.0。
4 结论
(1)古近系砂岩的极限承载能力很高,12组载荷试验仅有一组加载至破坏,且其地基极限承载力大于2.55MPa。
(2)古近系砂岩成岩作用差,载荷试验加载过程弹性变形阶段不明显,在达到极限荷载前,岩体一直处于弹塑性(压密)变形状态,其地基承载力特征值主要受变形控制。
(3)可选取s/b=0.01和s/b=0.015所对应的荷载作为古近系砂岩的地基承载力特征值,承载力特征值随深度的增加而增大,可进行深度修正。
(4)利用规范给出的公式对s/b=0.01和s/b=0.015对应的承载力特征值进行初步计算,深度修正系数分别为5.85和5.39。
摘要：开展古近系砂岩类软岩地基承载能力的研究工作,对于扩展我国核电厂厂址的选址范围十分重要。安徽吉阳核电厂古近系砂岩属于软岩,具有成岩作用差、胶结弱、强度低等特点。通过一系列不同深度的载荷试验对吉阳核电厂古近系砂岩的承载力特征及深度修正规律进行了研究,结果表明,该古近系砂岩的地基承载力特征值应采用变形控制,可分别选取s/b=0.01和s/b=0.015所对应的荷载作为其承载力特征值,整体上表现为承载力特征值随深度的增加而增大,并初步利用《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)给出的修正公式,计算出对应的深度修正系数,其均值分别为5.85和5.39。本研究成果为我国核电厂软岩地基评价和软岩地基承载力特征值深宽修正提供了新的依据。
关键词：古近系砂岩,核电厂,软岩,载荷试验,地基承载力,深度修正
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.The State Standards of People's Republic of China.Code for design of building foundation(GB 500072-2011)[S].Beijing:China Architecture and Building Press,2011.(in Chinese)
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[6]高文华,朱建群,张志敏等.软质岩石地基承载力试验研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(5):953~959.Gao Wenhua,Zhu Jianqun,Zhang Zhimin et al.Experiment study on bearing capacity of soft rock foundation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(5):953~959.(in Chinese)
新疆伽师地区古近系沉积环境分析 篇2
关键词：粒度分析,沉积环境,沉积相,沉积演化
近年来, 在塔里木盆地西南缘古近系中发现了多个大型沉积型铜矿床, 比如库车地区滴水矿区、沙里拜铜矿区、花园铜矿点和沙哈尔铜矿等。已有部分学者研究发现, 铜矿床的成因与其沉积环境有很大的关系。塔里木盆地伽师地区位于喀什东北部, 这些年在该区发现了大型的砂岩型铜矿 (伽师铜矿区) , 虽然已有人员对该矿区的砂岩沉积环境开展了部分研究, 但是, 对于砂岩的成因还有争议。目前, 已经发现对沉积型铜矿有利的沉积环境有河湖相环境、深湖相—三角洲相—河流冲刷多重沉积环境、湖相沉积环境等, 它们大部分处于距离物源比较近的过渡环境范围内。由此可以看出, 该区基础沉积环境有待进一步深入。为此, 本文将伽师地区伽师铜辉矿区作为研究对象, 通过对野外地质观测、沉积相和沉积环境研究、对剖面样品粒度的分析, 阐明了伽师铜地区的地质特征, 希望对以后该地区的研究和找矿工作有一定的指导意义。
1 区域地质背景
伽师地区位于塔里木盆地西北缘柯坪古生代前陆盆地西南处, 北部以哈拉峻阿合奇断裂为界, 与南天山晚古生代陆缘盆地相邻, 是塔里木北缘的一个陆内海盆。矿区的区域构造位于以古生界为基底的中-新生界坳陷或断陷盆地中。矿区所在的盆地北以哈拉峻-阿合奇断裂为界, 与南天山晚古生代陆源盆地相邻, 南到巴楚附近, 与塔里木盆地相接。矿区所蕴含的矿带位于塔里木板块西北缘, 北以库尔勒深断裂与南天山造山带毗邻, 南和东部受环形断裂所限, 长约300 km, 宽30~75 km, 面积约为15 000 km2。成矿带的矿产以沉积型为主, 自震旦纪至石炭纪基本为稳定性连续沉积, 为铜矿的形成提供了良好大地构造环境。本文将研究区的古近纪地层分为两段, 上段多厚约46 m, 以含凝灰质砾石、灰白色中砂岩、泥岩、灰岩和石膏为主;下段多厚约47 m, 以红色砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩为主。
2 沉积相分析
本文主要采用粒度分析法来推测研究区的沉积环境。通过对采集研究区各地层样品的粒度分析, 将JSPB59、JS07-1、JSPB24 作为研究对象, 从Friedman在1979 年划定的海滩砂与河道砂的离散界线中可以看出, 它们都在河道砂范围内。JSPB59、JSPB24 靠近河道砂与海滩砂界限, 所以, 符合滨海相砂岩的特征。伽师矿区样品的标准偏差 (σi) 与偏度 (SK) 离散情况如图1 所示。
JSPB59 粒度分析结果表明, 当σi=0.673 (在0.50~0.70) 时, 分选性较好。由图2a可知, 概率累计曲线以滚动次总体、跳跃次总体为主, 其含量分别在40%, 60%左右, 悬浮次较少。这一情况反映了当时水动力条件剧烈。当峰态量度KG=1.89时, 频率曲线形态为含尾部的尖 (窄) 峰分布, 偏度SK=0.224, 峰态很窄, 正偏为主, 粒度下粗上细, 代表扇三角洲沉积环境。
JS07-1 粒度分析结果表明, 当σi=0.673 (在0.70~1) 时, 分选性中等。由图2b可知, 概率累计曲线为二段线, 以跳跃次总体为主, 含量大约为80%.这一情况反映了当时水动力条件是比较剧烈的。当峰态量度KG=1.17 时, 峰态窄, 偏度SK=0.22, 峰态中等, 正偏为主, 粒度下粗上细。
JSPB24 粒度分析结果表明, 当σi=0.484 (在0.35~0.50) 时, 分选性好。由图2c可知, 概率累计曲线为二段线, 以跳跃次总体为主, 含量大约为70%.这一情况反映了当时水动力条件比较剧烈。当峰态量度KG=1.05 时, 峰态中等, 偏度SK=0.146, 正偏为主, 细、中粒为主。
在粒度特征分析的基础上, 运用粒度分析法可得出3 种类型的概率累积曲线: (1) 以JSPB59 为例, 即由滚动组分和跳跃组分组成的多段式。它具有明显的双次跳跃总体, 以滚动搬运组分为主, 而且悬浮搬运组分所占比例极少, 粒级差别大。水动力条件较强代表扇三角洲环境。 (2) 以JS07-1 为例, 即由跳跃组分和悬浮组分组成的两段式。它具有明显的双跳跃总体, 悬浮组分在曲线图中占有一定的比例, 而且越往上层, 悬浮组分所占比例越大, 滚动搬运组分占得比例基本为0.水动力条件比较弱代表辫状河三角洲平原沉积环境。 (3) 以JSPB24 为例, 由跳跃组分和悬浮组分组成的两段式。悬浮组分占的比例继续增大是水动力条件继续减弱造成的, 它代表辫状河三角洲前缘的沉积环境。
3 沉积环境演化
研究区古近系早期南天山向南强烈挤压, 强烈的抬升和沉降形成扇三角洲沉积环境, 沉积物厚度在0.5~2.6 m。古特提斯海水继晚白垩世的入侵和退缩后进入了研究区。随着海平面的上升, 伽师地区被覆盖在海平面之下, 形成了台地、潟湖环境, 相对来说, 海平面自东向西逐渐变浅。此时, 该地受海水的影响比较小, 生物发育, 形成了碳酸盐岩。同时, 伽师地区相对海平面位置达到最大。当海平面开始下降时, 研究区环境逐渐变为潮坪环境。在此沉积环境中, 海平面波动下降, 环境从潮上带逐渐变为潮间带, 形成了膏岩与碎屑岩沉积。渐新世开始, 海水逐渐退去, 形成了辫状河三角洲平原沉积, 由原来碳酸盐膏岩沉积转变为碎屑岩沉积, 以砾岩、含砾砂岩和砂岩为主。当海平面缓慢上升时, 研究区形成了辫状河三角洲前缘环境。这时, 该地区受海水的影响较少, 普遍发育水平层理和小型交错层理。在此过程中, 倾向较小则说明到时沉积基准面平缓。随后研究区海平面波动下降上升, 形成了以辫状河三角洲平原为主的沉积环境。
4 结论
通过对样品粒度分析可知, 伽师地区古近系沉积环境多为海滨相。至此, 可以将沉积相划分为底部含凝灰质砾岩、红色泥岩和灰白色中砂岩的扇三角洲相沉积, 灰岩、砂岩层为主的台地、潟湖相沉积, 石膏-泥岩为主的潮坪相沉积, 砾岩和下部砂岩层为主的辫状河三角洲平原相沉积, 细砂岩、泥岩互层和粉砂岩为主的辫状河三角洲前缘相沉积。在相关研究中发现, 铜矿体赋予的灰绿色细砂岩主要发育在辫状河三角洲沉积序列中, 而且辫状河三角洲沉积环境有利于铜矿体的赋存。
参考文献
[1]马慧, 赵娟.西南天山砂岩型铜矿地质特征及成因分析[J].西部探矿工程, 2011, 23 (2) :160-164.
[2]张江.新疆伽师铜矿床地质特征及成因模式[J].地质找矿论丛, 2011, 26 (4) :373-377.
[3]李增学.岩相古地理[M].北京:地质出版社, 2010:48-54.
[4]刘辰生, 郭建华.塔里木盆地侏罗系层序地层特征[J].地质科技情报, 2011, 30 (5) :5-11.
德南洼陷古近系断层活动性分析 篇3
1. 断层级别划分
德南洼陷位于德州凹陷东北部, 平面上呈扇形, 由主体洼陷和德6南的抬头寺次洼组成, 延伸方向分别为NW向、NE向。德南洼陷的沉积受德南断层的控制, 土桥西断层则控制了抬头寺次洼的形成, 德南断层与土桥西等断层构成“双地堑式”结构。
按照断裂发育规模, 主要断裂可划分出一级断层1条, 武城-馆陶东断层;二级断层1条, 土西断层;三级断层3条, 德南断层、德4北断层和德5南断层。
2. 断层活动性分析
目前人们主要采用断层生长指数、断层落差、断层活动速率三类参数来定量表示断层的活动性。这其中断层活动速率为某一地质时期内的断层落差与时间跨度的比值该参数既保留了断层落差的优点, 又能弥补断层生长指数由于缺少时间概念所带来的不足, 能够更好地反映断层的活动特点。本次选取了各个级别的主要断裂, 分别计算了其各自的断层活动速率。
2.1 一级断层
武城-馆陶东断层是德南洼陷的西界控洼断层, 开始活动的时间为古近纪早期, 表现形式为张性伸展;断层活动强度在隔断不一致。其中最靠近南部和最靠近北部的断层活动性自Ek到Ed逐渐下降, 而中间部位表现为自Ek到Es2增加到最大, 随后又逐渐降低。断层在N+Q期间基本不活跃了, 只有小部分断层在古近纪末的Es1+Ed期间不活动
2.2 二级断层
土西断层为德南洼陷的主控洼断层, 断层南段于Ek+Es4开始活动, 末期消亡;断层北段于Ek+Es4开始活动, Es3+Es2断层活动强度达到最大值, 尔后逐渐降低, N+Q消亡。
2.3 三级断层
德南断层断层是控制德南次洼的一条控洼断层, 它的活动特点和土桥西基本上是一致的, 在Ek和Es4开始活动, 到Es3和Es2活动强度达到高峰, 之后活动慢慢变弱, 在馆陶末期基本上停止活动总体上来说, 德南洼陷断层走向主要为近东西向和北东向, 部分断层切割至基底。断层开始活动时间以Ek+Es4和Es3+Es2为主;断层活动强度的变化多样, 但整体断层活动强度明显小于一至二级断层;断层消亡时间以Es1+Ed和N+Q为主, 少数在Ek+Es4和Es3+Es2消亡。
3. 研究成果验证
根据德南洼陷下第三系烃源岩生、排烃期分析, 在烃转化率为10%, 即馆陶组沉积初期洼陷进入生烃门限。在烃转化率为25%, 即明化镇组沉积末进入排烃阶段。排烃时期明化镇组沉积末期。而根据前面断层活动性分析的结果, 洼陷断层在馆陶组沉积前基本停止活动, 圈闭的形成时间早, 在明化镇沉积前就已基本定型。因此生烃中心生成的以近距离运移为主, 油气显示主要应集中在近洼区域。洼陷内已钻井统计, 油气显示井距洼陷中心的距离大都在10km的近洼范围之内, 并且距生烃门限越近, 显示级别越高
4. 结语
德南洼陷断层在古近系时期活动特别活跃, 断层发育具有有多期次、多延伸方向、多种断裂类型、多种组合方式叠加的特点。断层活动性分析整体上具有弱 (Ek+Es4) →强 (Es3+Es2) →弱 (Es1+Ed) 的特点。在N+Q时期, 洼陷整体进入坳陷阶段, 断层活动基本消失, 此时生成的油气不具备长距离运气的动力, 油气勘探应以近洼找油为主, 已钻井的统计分析也支持了该结果。
参考文献
[1]朱建相, 刘忠泉.临清坳陷东部构造类型及成藏规律分析.青岛海海洋大学学报, 1998, 28 (2) :333-338.
古近系砂岩 篇4
1 理论分析
对于非均匀外载作用下的套管强度, 刘绘新[2]、王桂华[1]、邓金根[3]等提出了“等效破坏载荷”的概念进行评价, 即非均匀外载的大小可用载荷所围成的图形面积来恒量。
2 数值模拟
API屈服挤毁理论:当套管内壁应力达到屈服极限时, 套管外压就是挤毁强度[4]。采用ANSYS有限元方法模拟非均匀外载下套管变形, 寻求套管抗挤强度。
2.1 建立模型
采用三维S O L I D 4 5实体单元。套管规格:265.13m m×22m m×P155V、250.83m m×15.88m m×P140V。材料:E=2 1 0 G P a, μ=0.3, 屈服极限分别为1 0 6 8.7 M P a、9 6 5.3 M P a, 剪切模量105GPa。套管长度为1m。假设条件:
(1) 忽略套管残余应力;
(2) 套管材料各向同性;
(3) 套管几何形状均匀
2.2 施加载荷
YB地区盐层套管抗外挤取上覆岩层压力当量密度进行全掏空校核。利用GMI和Drillworks软件处理测井数据, 根据古近系深度即确定上覆岩层压力当量密度。古近系平均深度3700m, 上覆岩层压力当量密度范围2.26-2.38 g/cm3, 取值2.45 g/cm3校核完全满足要求, 则最大外载荷为88.93MPa, 载荷类型分为以下三种。
2.2.1 等效破坏载荷
非均匀外载使用椭圆形进行描述, 其非均匀性用非均匀度k表示:
首先模拟k=1时均匀外载下的套管变形, 再施加k=0.9-0.1的非均匀外载。
2.2.2 对称椭圆载荷
实际上非均匀载荷的长轴a最大值为定值, 即盐膏层上覆岩层压力产生的载荷, 短轴b根据非均匀度的变化而变化。
2.2.3 非对称载荷
当水泥环胶结好时, 套管承受最大地层压力 (约1.24g/cm3) 产生的均匀载荷, 用r表示;当水泥环胶结差时, 套管受盐膏层产生的非均匀载荷。施加非对称载荷。
3 结果分析
套管内壁开始屈服时说明套管被挤毁[4]。本文选取套管内壁塑性变形1mm时的载荷作为套管抗挤强度。模拟可得出套管在不同非均匀载荷下的变形及抗挤强度。
对比套管在等效破坏载荷与对称椭圆载荷作用下的抗挤强度: (1) 当套管完全进入屈服状态, 套管的抗挤强度骤降; (2) 一定外载下, 当k降低到一定程度, 套管抗挤强度主要取决于载荷非均匀度k, 与载荷类型无关。
对比套管在对称椭圆载荷与非对称载荷作用下的抗挤强度:由于部分均匀载荷的影响, 非均匀载荷下套管抗挤强度下降的幅度明显降低, 因此可认为, 若盐膏层段水泥环有封隔作用, 套管挤毁几率降低。
4 YB地区套管变形原因分析
使用ANSYS有限元模拟YB地区套管变形情况。其中YB1-2X井缺少数据无法进行模拟。
原因分析:
(1) 由Y3-1、Y B5井的模拟结果可知, 套管受对称椭圆形非均匀载荷作用, 非均匀度为0.49、0.72, 套管抗挤强度下降为原来的48.5%、61.3%, 导致套管挤毁。
(2) 若Y B6井套管也受对称椭圆形非均匀载荷作用, 即使在k=0.1时产生该变形, 其覆岩层压力当量密度也至少为3.3g cm3, 可见YB6井盐膏层产生的载荷作用极大, 导致套管变形处理无效挪井位。
由表1、2得出结论:盐膏层固井无实际作用。若水泥环起作用, 套管无论承受均匀的地层压力载荷还是非对称载荷, 都无法产生该大变形, 由此盐膏层段的水泥环根本无法保护套管, 原因可能是盐膏层蠕变造成水泥环太薄、固井质量声幅存在假数据或者后期水泥环破坏。
5 结论与认识
(1) YB地区古近系地层的非均匀载荷类型为对称椭圆载荷, 250.83mm套管抗挤强度下降近2倍, 套管被挤毁。
(2) YB6井盐膏层载荷作用极强, 载荷非均匀度0.1时上覆岩层压力当量密度也至少为3.3g/cm3, 最终导致套管严重挤毁。
(3) 由于盐膏层的蠕变, 水泥环将无法起到保护套管的作用。
参考文献
[1]王桂华, 盖永革, 程远方.非均匀外挤作用下套管强度特征分析[J].石油钻探技术:2003, 31 (5)
[2]刘绘新, 严仁俊, 王子平.非均布载荷下套管强度问题研究[J].钻采工艺:2001, 24 (4)
古近系砂岩 篇5
1 古近系构造层
古近系与下伏地层角度不整合接触, 其中沙四段~孔店组为滨浅湖~半深湖相沉积, 局部地区具有一定的生油能力;沙三段、沙一段为深湖~半深湖~滨浅湖相沉积, 暗色泥页岩及油页岩发育, 是下第三系的主要烃源岩系;沙二段、东营组为河流相沉积, 为一套红色砂泥岩建造, 不具生烃条件。新近系 (上第三系) ~第四系厚约1200~1500m, 为一套河流相沉积。
就地震反射特征而言, 古近系构造层由一套特征变化大、韵律好的密集反射波系组成, 它们是T2 (沙一底) 、T4 (沙三上亚段底) 、T7' (沙三段底) 、T7 (沙四段底) , 其中T7'是控制下第三系深层的主要标准层。
T2波组一般由2 个强相位组成, 高频强振幅, 连续性好, 本区除高唐凸起、土桥潜山外均有分布, 洼陷边缘具明显的剥蚀现象, 与第一构造层呈角度不整合接触。T4波组在本区表现为两相位, 洼陷内部连续性较好, 分布范围较T2稍小。T7'波组一般由2—3个强相位组成, 中~低频, 具振幅变化大的特点, 洼陷区振幅强, 连续性好, 洼陷边缘及正向二级构造带振幅衰减, 连续性差, 分布范围与T2大致相同, 在凹陷边缘与下伏地层呈局部不整合接触, 在洼陷内的T7'波阻相当于沙三下段油页岩集中段反射。T7波组反射品质较差。除部分深洼陷区外, 大部分地区不能连续追踪, 在凹陷边缘, 与上覆地层呈不整合接触。
2 古近系断层活动对地层沉积的控制作用
临清东部在此时期进入了断陷盆地发育阶段, 断层活动强, 数量多, 这些断层相互切割, 形成复杂的断裂系统。主断层可分为NE、NW和SN向三组。NE向断层是本区分布最广, 数量最多的一组断层, 反映了两洼陷区域主应力场的一致性。NE向和NW向断层是控制该洼陷东向分带的主要断层, 这些主要断层发育时间早、活动时间长、落差大、延伸远, 控制着新生代地层的展布。EW向断层多为三级~四级派生断层, 落差一般较小, 控制局部构造和圈闭的发育。另外此时多个次级洼陷也相继发育。地层沉积也是典型的断陷沉积, 地层沉积呈现南厚北薄, 东厚西薄的特点。首先我们通过平衡剖面法, 厘清了临清东部在古近系不同时期的构造演化特点和规律.并据此分析了不同时期地层在平面上的的沉积展布情况。
2.1 孔店~沙四期
此时除了宁津和兰聊还在活动以外, 一些次一级控凹断层和大部分二级控洼断层、三级断层也开始活动, 此时沿下降盘发育了多个沉积和沉降中心。德南、禹城、沈庄、梁水镇等洼陷已开始形成, 洼陷的最大沉积厚度超过了2000米, 而此时堂邑东西断层在部分段还未开始活动, 因此在凸起上面局部发育了孔店和沙四的地层。
2.2 沙三~沙二期
沙三~沙二期为本区断层活动最为强烈的时期, 研究区内各次级洼陷进一步发展, 但整体沉积厚度略小于孔店~沙四期, 南部较北部沉积厚度大, 冠北洼陷最大沉积厚度大于1600m。由于此时堂邑两个方向的断层处于同沉积的状态, 所以堂邑突起的高部位也发育了局部的一些沙二三的地层。
2.3 沙一~东营期
沙一到东营期, 研究区内所有断层活动性普遍降低, 并有多条的断层已经停止活动, 因此在沉积格局整体具有披覆性的特点。此时地层沉积厚度相差不大, 最大的仅600m, 沉积、沉降中心数量较前期都有所减少, 规模也变小, 但是堂邑凸起上沉积地层的范围却沙二三有所扩大。
3结论
临清东部古近系地层沉积相对较薄, 次级洼陷发育演化则表现出早发育, 早结束的特点:临清东部次级洼陷主要的发育及形成期为孔店~沙四期, 各次级洼陷分割强, 沉积中心、沉降中心数量多、深度大, 受断层控制作用明显, 地层沉积厚度大;沙三~沙二期为济阳坳陷古近系洼陷的主要形成发展期, 但就临清东部而言, 由于该时期大多数断层均表现出同沉积性质, 因此分割性已有所降低, 沉积中心、沉降中心数量较孔店~沙四期也急剧减少, 沉积厚度也相对较薄;到了沙一东营期, 临清东部主要是披覆沉积为主, 沉积中心基本不明显, 面上的地层沉积厚度也比较均匀。而邻区的济阳坳陷直到东营末期才表现出这种特征。
参考文献
[1]冯有良, 陈景达.临清坳陷东部中、新生代构造演化特征.复式油气田, 1997, 2:50~55
[2]李德生.渤海湾含油气盆地的地质构造特征与油气田分布规律.海洋地质研究, 1981, 1:1~8
古近系砂岩 篇6
方正断陷位于黑龙江省东部,是依-舒地堑中北部的一个一级负向构造单元。总体呈NE40~50°展布,南北两侧分别与尚志断隆、依兰断隆相邻,面积约1 500 km2,是受东西两侧深大断裂控制的双断式的槽状断陷。断层走向与区域北东向构造走向一致,南北长53.0 km,东西宽29.0 km[1—3],断陷内NE走向的伊汉通断裂控制了柞树岗次凹、大林子次凹和德善屯次凹的形成与沉积(图1)。断陷基底为古生界变质岩系,之上充填了白垩系、第三系的乌云组(E1w)、新安村组(E2x)、达连河组(E2d)、宝泉岭组(E3b)、富锦组(N1f)和第四系地层。
2 地震层序划分
地震层序划分是指依据不整合面及其相当的整合面建立等时地层格架,为查清沉积体系、环境和相的空间配置关系,正确地恢复盆地的沉积环境和构造发展史提供基础。反映地震层序界面的反射终止类型包括上超、下超、顶超、削截和整一[4]。在方正断陷北部,通过对地震剖面对比追踪,确定了研究区地震层序划分方案(表1),将方正断陷古近系划分为4个地震层序,即SEx-w、SEd、SEb1和SEb2。各层序沉积时期湖盆的水体变化受控于构造因素,具有以下特点:SEx-w是盆地形成的初始裂陷期,方正断陷北部地区由一系列小湖盆组成,水体普遍较浅;SEd层序沉积时期为持续裂陷时期,水体有所加深;但由于达连河组末期,受区域挤压应力影响,北部地区沉积地层遭到严重的抬升剥蚀。SEb1层序沉积时是盆地的快速裂陷期,统一的盆地基本形成,湖盆水体快速加深,此时方正断陷以深湖环境为主;SEb2层序沉积时盆地由快速断陷期转为缓慢沉降期,湖盆范围广、水体变浅。
3.1平行-亚平行席状地震相
3地震相类型及其特征
地震相是指由特定地震反射参数所限定三维空间中的地震反射单元,它是特定沉积相或地质体的地震响应[5]。本文主要以地震反射的外部几何形态和内部反射结构为主,辅以地震反射同相轴的频率、振幅和连续性等地震参数来描述各组段的地震相类型。根据上述地震反射参数,方正断陷北部古近系发育多种地震相类型,其中平行-亚平行席状相、楔状发散相、上超充填相、杂乱充填相最为发育。
中强振幅中高连续平行席状相是由一组近似平行的地震反射同相轴构成,与上下反射层呈平行接触关系以中强振幅、中高连续性、平行反射结构为特征(表2),反映了在一个沉积区域内相对稳定的、沉积水动力能量中等偏低的沉积相组合[6],以泥岩沉积为主,夹薄层粉细砂岩,砂地比一般小于10%。主要分布在研究区中部SEb1层序下部地层中,一般代表深湖-半深湖、浅湖亚相,岩性由黑色、灰色块状泥岩和浅灰色粉细砂岩构成,GR呈微齿状,RT曲线幅度变化不大。
中高频率中弱振幅中低连续亚平行席状相是由一系列反射振幅变化、连续性低、亚平行反射的同相轴构成,反映水动力能量变化较大、沉积作用相对不太稳定的沉积环境。录井揭示以巨厚杂色砂砾岩沉积为主,夹薄层灰色泥岩,砂地比较高,电测曲线呈微齿状箱形或钟形曲线,幅度变化大,代表扇三角洲平原、前缘相和滨浅湖相,是研究区分布最广泛的地震相之一,在四个层序中均有分布,但不同层序的分布范围有所不同。
3.2 楔状地震相
研究区的楔状地震相又可细分为发散—楔状、上超—楔状、杂乱充填—楔状三种类型。发散—楔状地震相是由一组向湖盆中央厚度加大、向湖盆边缘厚度减薄、呈发散状的地震反射同相轴构成,反映半深湖—滨浅湖、三角洲前缘和三角洲平原环境,在断陷斜坡带处特征最为明显。上超—楔状地震相主要反映滨浅湖环境和三角洲前缘环境,主要发育在SEb1层序中。杂乱充填楔状地震相在SEx-w和SEd层序中较为发育,主要分布在凹陷边界大断层根部和断裂复杂地区,反映三角洲平原环境和滨浅湖环境(表2)。
3.3 前积地震相
研究区前积结构可分为“S”型前积和低角度斜交前积两种类型,是由一组向同一方向倾斜的同相轴组成的,与其上覆和下伏的平坦同相轴成角度或切线相交[7],通常反映某种携带沉积物的水流在向盆地推进的过程中由前积作用产生的反射结构。该地震相外形主要为楔状,振幅一般为中等(表2),岩性剖面主要由灰白色、浅灰色砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩组成。GR、RT曲线具有由下而上呈齿状,漏斗形、箱形和钟形特征。研究区的前积反射结构主要发育在SEd、SEb1层序中。
3.4 充填型地震相
研究区内充填地震相根据内部反射结构差异可分为上超充填型和杂乱充填型(表2),外形多为楔形。上超充填型地震相是由一组亚平行的逐次上超在同一底面的同向轴组成,振幅中等,连续性较好,岩性剖面主要由灰色泥岩,粉砂岩和粉砂质泥岩组成,电测曲线具有明显的微齿状漏斗形特征,在SEx-w、SEd、SEb1中都有发育,反映三角洲前缘和滨浅湖沉积环境。杂乱充填型地震相主要分布在凹陷西部边界大断层下降盘的SEx-w、SEd层序中,反映扇三角洲平原沉积环境。
3.5 乱岗状地震相
乱岗状地震相由不规则的、不连续亚平行的反射组成,常有许多非系统性的反射终止和同相轴分裂现象,波状起伏幅度小,接近地震分辨率的极限。乱岗状反射结构侧向上常变为比较明显的斜坡沉积模式,向上递变为平行-亚平行反射。乱岗状地震相出现在SEx-w、SEd层序沉积时期,从方1井钻探情况看,该反射结构代表三角洲前缘沉积。
3.6 透镜状地震相
透镜状地震相是指在一组亚平行反射中存在较强振幅、延伸较短的地震反射同相轴,该同相轴向两侧振幅减弱,直至尖灭(表2)。该地震相主要分布于近岸水下扇和三角洲的前端,反映的是滨浅湖沉积环境中的滑塌浊积扇。方正断陷北部地区的透镜状地震相零星分布在SEx-w、SEd、SEb1层序时期发育的各类三角洲前端。
4 地震相分布规律
4.1 地震相在平面上分布的差异性
由于研究区在各层序沉积时期的沉积环境在平面上存在着差异,不同地区发育不同的沉积体系,因而地震响应也不同。结合钻井资料我们就可以将地震相转化为沉积相,例如在SEb1层序中,小兰屯构造处过方1井地震剖面上可见中高频率亚平行席状相,在钻井剖面上为厚层砂砾岩夹少量灰色泥岩薄层,曲线幅度较高,具有微齿状特征,反映扇三角洲平原沉积环境;在柞树岗次凹中过方3井地震剖面显示为平行席状相,钻井剖面为巨厚层灰色或黑色泥岩夹薄层粉砂岩,曲线为微齿状低平曲线,为明显的深湖-半深湖沉积特征;西北断隆区过方6井的地震剖面显示为低角度斜交前积地震相,钻井剖面显示为灰色或灰绿色泥岩夹粉砂岩,曲线具有齿状特征,反映扇三角洲前缘与浅湖的交互沉积环境。所以在不同的地区,同一沉积时期或同一层序由于发育了不同的沉积相,因而显示了地震相在平面分布上的差异性。
4.2 地震相在纵向的继承和演化
方正断陷北部地区在构造上又可细分为三凹三凸共六个次级构造单元(图1),各构造单元均呈北东—南西向展布,断陷内大断裂对沉积中心的分布和地震相的展布均有一定的控制作用,而且构造活动也阶段性地控制了地震相发育的差异性和继承性,早期强烈断陷时期的乌云组和新安村组沉积体系类型是以扇三角洲和浅湖为主,在晚期的断凹转化时期的宝泉岭组一段早期沉积体系则以深湖半深湖沉积体系为主(图2)。
SEx-w层序沉积时期,断裂活动强烈,东西两侧物源供给充足,沉积相以扇三角洲沉积为主。代表扇三角洲前缘相的乱岗状地震相面积最大,在大林子次凹和柞树岗次凹分别发育前积相和上超充填相,面积次之。
SEd层序沉积时期,乱岗状地震相面积变小,仅发育在小兰屯构造和大林子次凹边部,SEd层序沉积早期该位置沉积一套以平行席状相为特征的沉积物;“S”前积相面积增大但仍主要发育在大林子次凹内,在东北断隆区发育平行亚平行席状相。由于达连河组晚期遭受区域挤压作用,西北部地区地层被完全剥蚀掉。
SEb1层序沉积时期,随着断裂活动减弱,进入了断凹转化期,早期为湖侵期沉积,沉积相以深湖半深湖为主,夹少量重力流沉积,晚期随着湖盆面积扩大,水体变浅,可容纳空间变小,沉积物向湖心推进,沉积相以扇三角洲沉积和浅湖沉积为主。早期响应于平行席状相和上超充填相,晚期响应于高频亚平行席状相和楔状发散相。
SEb2层序沉积时期,断陷受区域挤压应力作用,进入萎缩期,主要发育扇三角洲相,地震相以高频亚平行席状相,和楔形发散相为主。
5 结论
(1)沉积相研究是油气勘探工作基础,但研究区面积大,井位分布不均匀,在这种情况下,利用地震剖面的反射特征划分地震相,进而综合分析解释转换为沉积相,具有重要的价值。
(2)研究区古近系自下而上依次划分出4个地震层序;依据地震内部反射结构和外部几何形态,辅以地震反射振幅、频率和连续性等地震相参数,共识别出平行席状相、上超充填相、楔形发散相等10种地震相类型。
(3)在层序地层框架内,地震相在空间上的分布与断陷结构及构造演化有良好的对应关系,构造活动的阶段性控制了地震相发育的差异性和继承性,断陷边界大断层和中央大型走滑断裂控制了沉积中心的分布和各地震相带的展布。
(4)地震相与沉积相分析结果表明,研究区主要发育扇三角洲平原砂体、扇三角洲前缘砂体、浊积扇砂体,其中新安村租和乌云组的扇三角洲前缘砂体是有利的储集相带。
参考文献
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[6]董艳蕾,朱筱敏,李德江,等.渤海湾盆地辽东湾地区古近系地震相研究.沉积学报,2007;25(4):554—563
古近系砂岩 篇7
大港滩海区南北由北部燕山褶皱带和南部埕宁隆起所夹持, 东西由5米水深线至枯潮线范围内, 面积约2130平方公里。工区内油气藏具有多断块、多含油层系、多油水系统的特点, 其分布及富集程度除受构造背景影响外, 储层发育程度亦主要影响因素之一。滩海区古近系储层孔隙类型以次生粒间孔为主, 伴有少量的铸模孔和组份内孔, 笔者从试验分析数据、测井解释孔隙度和渗透率数据入手, 分析微观储层影响因素, 探讨储层类型及次生孔隙纵向上的发育规律, 希望为大港油田滩海区的勘探开发提供有益指导。
1 储层孔隙类型及演化
通过岩心观察、岩石物性统计和砂岩薄片鉴定等方法研究, 表明大港滩海区古近系孔隙类型主要可分为原生孔隙和次生孔隙两大类, 并且次生孔隙以次生粒间孔为主, 原生粒间孔较少, 而次生粒间孔以溶蚀粒间孔为主, 其次为粒间铸模孔, 组份内溶孔 (主要为颗粒和粒内溶孔、胶结物内溶孔、少量交代物内溶孔) , 局部发育裂缝。
大港滩海区古近系孔隙演化划分为三个阶段, 即原生孔隙阶段、混合孔隙阶段和次生孔隙阶段。但不同井区、不同井段由于所处的成岩阶段不同, 次生孔隙的发育程度不同, 原生到次生孔隙的演化过程也存在差异。总的来看, 深度小于2200米的范围以原生孔隙为主, 成岩作用主要为机械压实作用, 孔隙度与埋藏深度之间呈线性反比列关系。2200-3400米范围为混合孔隙阶段, 成岩作用以机械压实、溶解作用和胶结作用并存的特点, 各种成岩作用对孔隙的演化均有明显的影响, 此阶段孔隙度随埋藏深度变化总体趋势是逐渐减少。深度大于3400米的范围为次生孔隙阶段, 砂岩中原生孔隙基本消失, 成岩作用以溶解作用、胶结作用和交代作用为主 (图1) 。
2 古近系砂岩储层次生孔隙成因分析
通过铸体薄片、图像分析及阴极发光分析, 大港谈海区存在两个次生孔隙发育阶段:3400-3700米、3900-4200米;但不同井区、不同井段由于所处的成岩阶段不同, 次生孔隙发育的程度不一样, 储层物性相差很大。
2.1 次生孔隙成因与长石及岩屑的溶蚀有关
大港滩海区下第三储层以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主, 成分成熟度较低, 表现为长石高, 石英和岩屑含量较低, 沙二段石英24%-55%, 平均32%, 长石25%-60%, 平均51%, 岩屑6-28%, 平均17%;沙一段石英20%-46%, 平均33%, 长石20%-60%, 平均43.5%, 岩屑12-26%, 平均23.5%。滩海区次生孔隙在铸体薄片和扫描电镜下, 可以明显地看到长石和岩屑的溶蚀现象, 长石的溶蚀有利于石英次生加大, 石英加大发育与溶解作用强的层位相伴生, 溶解作用越强, 硅质增生的丰度越大 (图版1) , 说明了低成熟石英加大呈自形晶状砂岩中的硅质, 一是可能来源于长石的溶解产物, 二是可能是次生粒间孔为石英的加大提供足够的空间, 其机理为:
2.2 次生孔隙的形成与粘土矿物的脱水作用有关
根据港深78井I/S混层中蒙皂石的含量和有序度可将粘土矿物的演化划分为以下几个带, 埋深小于2200米为蒙皂石带, I/S混层中蒙皂石层大于75%, 无序混层;2200-2700米, 为渐变带, I/S混层中蒙皂石层占50-75%, 无序;2700-3400米, 为第一迅速转变带, I/S混层中蒙皂石层占35-50%, 有序度为无序与有序并存;3400-4200米, 为第二迅速转变带, I/S混层中蒙皂石层占15-35%, 有序度为有序混层;4200米以下, I/S混层中蒙皂石层含量小于15%, 粘土矿物转化进入超点阵有序混层带。在粘土矿物的演变过程中, 随着埋深和温度的增加, 蒙脱石发生脱水作用变成伊利石。主要表现为出现两个迅速转变带, 转化过程中释出的层间水, 为有机酸的运移提供了载体和动力。在滩海区第一迅速转化带和第二迅速转化带分别与次生孔隙发育带相对应。
2.3 次生孔隙的形成与沉积相及烃源岩的空间组合有关
砂体与富含有机质的烃源岩相邻—沉积相控制次生孔隙的分布。次生孔隙的形成要求有丰富的有机酸和 (或) 酚等溶剂进入砂体, 发生溶解作用。而这些溶解流体主要来源于烃源岩中有机质的演化, 砂体和烃源岩相邻, 有机质演化过程中生成的流体很容易进入砂体, 在一定的温度和压力下, 发生溶解反应, 形成溶蚀孔。滩海地区主要发育辩状河—扇三角洲前缘、重力流成因的水道砂体, 这些砂体与湖相暗色泥岩相邻, 可谓“近水楼台先得月”, 是次生孔隙发育的最有利场所。
2.4 异常高压是深层形成次生孔隙发育带的基础
异常高压的形成主要与泥岩的欠压实、粘土矿物的脱水和烃的生成等因素有关。研究表明, 滩海区普遍发育异常高压 (图2) , 异常高压带的分布与次生孔隙发育带相吻合。异常高压对次生孔隙形成的影响主要表现在两个方面。一是异常高压的存在, 流体承压减弱了压实作用对储层的影响, 使其仍能保持一定的原始粒间孔, 为酸性流体的运移提供了通道, 有利于次生孔隙发育带的形成;二是异常高压的形成, 对有机质的演化有抑制作用, 这阻碍了成岩作用的进行, 对下部地层有一定的保护作用。异常高压体系下的储层具有孔隙度高、渗透率低的特点, 但异常高压也是使油层富集高产的关键因素之一。
形成异常高压的埋深环境一般是一个封闭系统, 其中的成岩反应可以看作等化学反应过程, 成岩反应造成的溶解和沉淀可以改变孔隙的几何形态和孔隙度分布的大小。这种封闭的等化学反应, 使得胶结物的分布不均匀。一处的胶结物的溶解必然在另一处形成新的胶结, 从而形成异常高压下的储层具有中高孔隙度, 中低渗透率的特征。滩海区沙一、二段普遍存在异常高压, 特别是马棚口-马东东地区, 虽然物性较差, 但储层压力系数高, 一般在1.3-1.5之间, 经过压裂改造后一般可获得高产, 如果裂缝发育, 异常高压下的储层一般可直接获得高产。
3 结语
通过对大港滩海古近系储层类型及次生孔隙成因的分析, 可以得出如下结论:
(1) 大港滩海区古近系孔隙类型主要可分为原生孔隙和次生孔隙两大类, 并且次生孔隙以次生粒间孔为主。 (2) 大港滩海区古近系次生孔隙成因与长石及岩屑的溶蚀有关。 (3) 大港滩海区古近系次生孔隙的形成与粘土矿物的脱水作用有关。 (4) 大港滩海区古近系次生孔隙的形成与沉积相及烃源岩的空间组合有关。 (5) 异常高压是大港滩海区古近系深层形成次生孔隙发育带的基础, 异常高压体系下的储层具有孔隙度高、渗透率低的特点, 但异常高压也是使油层富集高产的关键因素之一。
摘要：通过岩心观察、岩石物性统计和砂岩薄片鉴定等方法研究, 对表明大港滩海区古近系孔隙类型主要可分为原生孔隙和次生孔隙两大类, 并且次生孔隙以次生粒间孔为主, 铸体薄片、图像分析及阴极发光研究结果表明, 大港滩海区存在两个次生孔隙带:次生孔隙的形成与长石及岩屑的溶蚀, 粘土矿物的脱水, 沉积相及烃源岩的空间组合, 深层异常高压有关。
关键词：大港滩海区,储集层,次生孔隙
参考文献
[1]张仪伟, 熊琦华.陆相油藏描述[J].石油工业出版社, 1997:28-65.
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