Часть 2. Системы моделирования бассейнов: алгоритмы и анализ процессов
Глава 3. Общая схема моделирования бассейнов
Осадочный нефтегазоносный бассейн подобен химическому реактору, который генерирует углеводороды (Welte et al., 1997). Однако, в отличие от реактора, где исходный состав продуктов, продолжительность реакций, температура и давление контролируются техническими средствами, в осадочных бассейнах мы можем лишь с некоторой точностью реконструировать условия формирования залежей нефти и газа. И лучшим средством для этого служат компьютерные системы моделирования бассейнов, к рассмотрению которых мы приступаем в настоящей главе. Построение модели современного строения и геолого-геофизических характеристик бассейна на основании возможно более полной базы данных по геологическому, геофизическому и геохимическому изучению района является первым шагом моделирования (Дмитриевский, 1998). Возможно полная интеграция процессов, определяющих термический режим осадочной толщи бассейна, с термической и тектонической историей подстилающей литосферы является необходимым элементом систем моделирования осадочных нефтегазоносных бассейнов. Для контроля справедливости рассчитанной модели эволюции бассейна используют сравнение вычисленных и измеренных значений пористости и температуры пород, теплового потока или градиента температур, степени зрелости органического вещества (ОВ) осадочных пород (отражательной способности витринита), а также анализ относительных вариаций амплитуд тектонического погружения фундамента, В этой главе обсуждаются общие принципы построения систем моделирования бассейнов.
Процессы, определяющие формирование и эволюцию нефтегазоносных осадочных бассейнов
Моделирование, проводимое с использованием имеющейся геолого-геофизической базы данных о строении и развитии бассейна, позволяет численно восстанавливать изменение температуры, степени катагенеза ОВ и реализации потенциала генерации УВ материнских свит в процессе их погружения в бассейне и на этой основе численно оценивать перспективы его нефтегазоносности. Рис. 1-3 демонстрирует в наиболее общем интегральном виде результаты моделирования осадочных бассейнов на примере реконструкции бассейна Уэд-эль-Миа площади Такхухт в Восточном Алжире. В данной
Рис. 1-3. Пример численной реконструкции осадочного бассейна: эволюция погружения, температуры, катагенеза и генерационных свойств пород бассейна Уэд эль Миа (площадь Такхухт, Восточный Алжир; см. текст).
главе мы не станем касаться обсуждения полученных результатов и представим лишь общий смысл показанных графиков, с целью продемонстрировать возможности моделирования. На рисунке представлена история погружения бассейна, начиная с кембрия по настоящий период времени. Показаны изменения глубин осадочных слоёв, изотерм, изолиний отражательной способности витринита в истории погружения бассейна. Отметим, что резкое воздымание слоёв на рис. 1-3б соответствует периоду мощной эрозии бассейна в перми. Изолинии Ro характеризуют степень созревания органического вещества в разные периоды времени эволюции бассейна. Рис. 1-3а характеризует палеоклиматические условия развития бассейна. Рис. 1-3е демонстрирует вариации в глубинах моря и вычисленные значения тектонического погружения поверхности фундамента в истории погружения бассейна. Здесь отмечены периоды тепловой и тектонической реактивизаций литосферы бассейна, которые принимались во внимание при реконструкции осадочного бассейна. Рис. 1-3ж иллюстрирует реконструированную тепловую историю литосферы бассейна, показывая вариации в глубинах изотерм, основания коры (поверхности Мохо), подошвы литосферы, а также фазовых переходов в пределах мантии. На рис. 1-3в,г вычисленные значения температур и степени зрелости органического вещества сопоставляются со значениями, измеренными в современном разрезе бассейна. Рис. 1-3д показывает распределение температур с глубиной в литосфере, вычисленное для периода зарождения бассейна (кривая 2) и для настоящего времени (кривая 1) и сопоставляет их с кривой солидуса перидотитовых пород мантии (кривая 3). Пересечение последней кривой с текущей геотермой литосферы определяло глубину основания литосферы. Рис. 1-3зпоказывает изменение температуры и степени созревания органического вещества (ОВ) в истории погружения материнской свиты силура в бассейне Уэд-эль-Миа. И, наконец, рис. 1-3и демонстрирует вычисленную реализацию нефтематеринского потенциала свиты, а также скорость генерации углеводородов (УВ) и положение порога первичной эмиграции жидких УВ, в истории погружения формации силура. В целом рис. 1-3 интегрирует основные результаты применения системы моделирования бассейнов ГАЛО к конкретной площади и даёт общее представление о том, каких результатов следует ожидать при использовании таких систем.
Формирование и развитие осадочного нефтегазоносного бассейна является результатом действия большого числа процессов, принимавших участие в жизни этого геологического объекта за всё время его существования. В качестве первого шага моделирования проводится анализ данных из всех возможных источников информации о развитии бассейна, включая измерения в скважинах, геохимический анализ образцов пород, изучение сейсмических разрезов, геологических обнажений и многие другие. Он используется для построения возможно более полной модели современного строения и геолого-геофизических характеристик бассейна (Welte et al., 1997). На следующем шаге моделирования построенная модель используется для выяснения условий развития бассейна в прошлом с использованием интеграции имеющихся данных, их геологической интерпретации и интерполяции. Ниже приведён лишь краткий перечень процессов, имеющих влияние на генерацию углеводородов (УВ) в бассейне и формирование месторождений (Welte et al., 1997):
- Скорости погружения, поднятия и деформации бассейна
- Палеогеография, палеоклимат, палеоглубины моря
- Условия осадконакопления и тип отложений (скорости отложения осадков, обстановка, фации, накопление органического вещества)
- Гидродинамические условия в бассейне (распределение давления грунтовых вод и картина течения)
- Свойства пород (пористость, проницаемость, плотность, теплопроводность, теплоемкость, сжимаемость и температурное расширение пород)
- Свойства грунтовых вод, нефтяной и газовой фаз (состав, плотность, вязкость, термические характеристики)
- Теплоперенос (кондуктивный и конвективный), включая термическую историю бассейна
- Преобразование органического вещества (генерация УВ), кинетические реакции созревания керогена
- Перераспределение (перенос) жидкости, с особой ролью первичной и вторичной миграции нефти и газа
- Формирование ловушек и их надёжность (стратиграфические, структурные, покрышки)
- Аккумуляция, преобразование и потери УВ.
Ниже, в соответствующих разделах книги многие из перечисленных процессов рассматриваются подробнее, но уже здесь можно отметить, что рассмотрение всех перечисленных процессов в рамках одной интегрированной модели крайне затруднительно. Поэтому в системах моделирования бассейнов чаще ограничиваются численным воспроизведением его термической эволюции, расчётами объёмов генерации УВ, и грубой оценкой путей и объёмов их миграции и аккумуляции (см. подробнее в гл. 9). Сложность численного анализа термической эволюции бассейнов связана со своеобразием процессов формирования осадочной толщи, спецификой теплообмена в пористых деформируемых осадках с меняющимися по глубине и времени петрофизическими характеристиками пород, а также с необходимостью учёта тесной связи погружения бассейна и его температурной истории с тектонической и термической эволюцией всей подстилающей литосферы, для чего необходимо детальное знание геологической истории изучаемого района.