Основные компоненты систем моделирования бассейнов




Блок схема системы моделирования бассейнов показана на рис. 2-3 на примере компьютерной системы ГАЛО. Система моделирования бассейнов ГАЛО представляет пакет программ для персональных компьютеров, позволяющий численно реконструировать историю погружения и эволюцию температурных условий пород осадочного чехла и фундамента и на основе этого восстанавливать историю реализации нефтегазогенерационного потенциала материнских толщ осадочного бассейна. Процедура моделирования включала численный анализ теплопереноса в осадочной толще и фундаменте бассейна, эрозию и отложение осадков на поверхности бассейна, уплотнение и изменение с глубиной термофизических характеристик осадков (плотности, теплопроводности, теплоемкости), расчёт тепловой эволюции в периоды термической реактивизации и растяжения литосферы бассейна и другие процессы. Система ГАЛО рассматривает эволюцию плоских одномерных бассейнов, а также распространенного типа псевдо-двух- и трехмерных бассейнов, допускающих трактовку через локально-одномерное моделирование, когда выполняется условие dT/dz >> dT/dx.

Система ГАЛО, как и аналогичные ей пакеты моделирования бассейнов, включает три основных блока компьютерного анализа (рис. 2-3): блок ввода данных по структуре и эволюции бассейна, блок подготовки исходных параметров для моделирования бассейна с использованием численной обработки этих данных и, наконец, блок численного моделирования процессов погружения, теплопереноса и генерации углеводородов в бассейне. Первый блок включает базу геологических, геофизических и геохимических данных по строению и развитию бассейна. Он содержит описание современного осадочного разреза бассейна (или только его моделируемой части), оценки амплитуд эрозии и длительностей перерывов в истории бассейна, литологический состав и петрофизические характеристики пород, слагающих бассейн, мощности слоёв коры и подстилающей литосферы бассейна, петрофизические характеристики их пород, индикаторы палеотемпературной истории бассейна, такие как измерения отражательной способности витринита, оценки степени зрелости органического вещества пород по характеристикам биомаркеров и другие, палеоклиматические данные, палеоглубины моря, современный тепловой поток и измерения температур в скважинах, а также информацию о современной и палеотектонической обстановке эволюции бассейна.

Рис. 2-3. Блок-схема компьютерной системы моделирования осадочных бассейнов ГАЛО (Галушкин, 1990; Makhous et al., 1997).

 

Наряду с гелогогеофизической информацией о развитии бассейна в моделировании широко используются данные, полученные из непосредственных скважинных измерений, такие как (Yalcin et al., 1997):

- Мощности осадочных слоёв

- Распределение пористости в уплотненных породах

- Давление в породах

- Температуры пород

- Распределение зрелости органического вещества осадков с глубиной, полученное

различными методами, включая измерения отражательной способности

витринита, анализ состава стеранов и др.

- Оценки (палео)температур, полученные из жидкостных включений и других

геотермических методов

- Геохимические характеристики материнских пород, включая оценку потенциала

генерации углеводородов и другие.

Разумеется, не во всех случаях мы можем располагать перечисленной базой данных, но пополнение её повышает надёжность результатов моделирования. Часть исходной базы данных для моделирования бассейнов можно видеть на примере табл. 1-3, использованной при реконструкции истории погружения и температурной эволюции осадочного бассейна Уэд эль-Миа в Восточном Алжире в районе площади. Такхухт (рис. 1-3). В этой таблице представлена информация по глубинам осадочных слоев в современном разрезе бассейна, продолжительности различных периодов развития бассейна, по литологическому составу пород, палеотемпературам на поверхности бассейна и палеоглубинам моря.

В программных пакетах моделирования литология пород обычно указывается в процентных долях следующих 10-ти литологических единиц: 1) глины, глинистые сланцы и аргиллиты, 2) вулканиты и туффиты 3) алевролиты, 4) песчаники, 5) известняки и мел, 6) доломиты, 7) галиты, 8) ангидриты, 9) мергель, 10) уголь или другое органическое вещество (табл. 1-3). Но в принципе могут быть включены любые породы, характерные для изучаемого региона, для которых имеются измерения петрофизических параметров (пористости, теплоёмкости, теплопроводности, теплогенерации и плотности. При отсутствии измерений для конкретных пород изучаемого района значения петрофизических параметров вычисляются на основе данных о литологическом составе пород (табл. 1-3) и среднемировых петрофизических характеристик пород.

 

Табл. 1-3. Основные этапы эволюции бассейна Уэд-эль Миа в районе пл. Такхухт (Восточный Алжир)  
N Этапы эволюции Время (млн.лет) Глубина (м)   Литология гл:вл:ал:пс:из:дл:сл:ан:мр Пелео-климат (oC) Глубина моря (м)
  осадк. 0-65 0-125 00:00:00:90:10:00:00:00:00    
  перерыв 65-91   - 15-18  
  осадк. 91-93 125-322 00:00:00:00:50:40:00:00:10 12-18 0-30
  осадк. 93-97.5 322-870 00:00:00:00:00:00:40:60:00 12-13 30-80
  осадк. 97.5-113 870-1042 40:00:00:00:00:00:00:60:00 13-15 80-170
  осадк. 113-119 1042-1489 50:00:00:50:00:00:00:00:00    
  осадк. 119-144 1489-2033 40:00:20:00:00:20:00:00:20 15-18 170-130
  осадк. 144-213 2033-2886 05:00:00:00:00:05:55:30:05   130-0
  осадк. 213-231 2886-3485 20:00:00:00:00:00:65:15:00    
  осадк. 231-243 3485-3540 60:00:00:35:00:00:05:00:00    
  осад. 243-248 3540-3711 00:100:00:00:00:00:00:00:00    
  эрозия 248-286   - 15-18  
  перерыв 286-360 3711-3711 - 8-15  
  осад. 360-408 3711-3711 54:00:00:46:00:00:00:00:00 7-8 0-240
  осад. 408-428 3711-3854 90:00:00:10:00:00:00:00:00 5-7 240-350
  осад. 428-438 3854-3924 90:00:00:10:00:00:00:00:00    
  осад. 438-590 3924-4100 90:00:00:10:00:00:00:00:00 5-15 350-0
               

Замечания: “Глубина” – современные глубины подошвы и кровли осадочного слоя или амплитуда эрозии. “осад.” – осадконакопление, гл – глины, вл – вулканиты, ал – алевролиты, пс – песчаники, из – известняки, дл – доломиты, сл – соль, ан – ангидриты, мр – мергели.

 

Измерения глубинных температур и отражательной способности витринита для пород изучаемого разреза составляют важную часть базы исходных данных для моделирования, так как соответствующие значения используются для контроля предполагаемой численной модели развития бассейна. При отсутствии измерений температуры для калибровки модели используются данные по современному тепловому потоку изучаемого района. Однако, измерения глубинных температур всегда предпочтительнее, так как тепловой поток подвержен сильному влиянию климатического, литологического и гидрологического факторов (см. главы 5 и 10). Исходная база данных для моделирования бассейна содержит также описание характеристик литосферы бассейна, включающее мощности слоёв коры и петрофизические параметры их пород (см. главу 5). Геохимическая часть базы данных для моделирования бассейна включает перечисление предполагаемых материнских свит бассейна, современного содержания органического вещества (Сорг в г ОВ/г породы) в породах этих свит и тип этого вещества. Последний может быть задан типом керогена, допускающим произвольную смесь I-ого, II-ого и III-его стандартных типов с различным исходным потенциалом генерации УВ (см. главу 8).

 

Таб. 2-3 Петрофизические параметры осадочных пород бассейна Уэд-эль Миа (пл. Такхоухт)
N j(0) B (км) Km (Вт/м oC) Al (oC-1) Cv (МДж/м3 oK) rm (г/см3) AA (мкВт/м3)  
  0.429 2.77 4.00 0.0027 2.872 2.66 0.816  
  - - - - - - -  
  0.572 1.91 3.49 0.0011 2.696 2.73 0.578  
  0.244 0.86 5.61 0.0050 1.943 2.30 0.050  
  0.577 1.39 3.71 0.0030 2.332 2.52 0.888  
  0.600 2.06 2.96 0.0017 2.575 2.71 1.465  
  0.635 1.88 2.82 0.0011 2.487 2.70 1.394  
  0.296 1.20 5.17 0.0043 1.993 2.32 0.209  
  0.354 1.24 4.72 0.0040 1.955 2.30 0.431  
  0.620 1.94 2.81 0.0015 2.462 2.66 1.549  
  0.500 3.27 2.01 0.0001 2.500 2.70 1.005  
  - - - - - - -  
  - - - - - - -  
  0.610 2.03 2.88 0.0016 2.549 2.68 1.516  
  0.684 1.84 2.24 0.0007 2.324 2.69 1.968  
  0.684 1.84 2.24 0.0007 2.324 2.69 6.699  
  0.684 1.84 2.24 0.0007 2.324 2.69 1.968  

Замечания: N – номер этапа развития бассейна в Табл. 1, j(0) – средняя пористость верхних 0.-200 м осадочных пород, B – масштаб изменения пористости с глубиной в зависимости: j(z) = j(0) EXP(-z/B)), Km - теплопроводность матрицы пород при температуре T=0oC, Al – коэффициент температурного изменения матричной теплопроводности: Km(T)=Km / [1.+ Al×T(oC)], Cv – обьемная теплоемкость матрицы пород, rm – плотность матрицы пород, AA – обьемная генерация радиогенного тепла в в матрице осадков (A(z) = AA´[1 - j(z)]). Значения коэффициентов в таблице относятся к смесям литофаций, представленным в соответствующих строках табл. 1-3.

 

Следующий блок системы моделирования имеет дело с подготовкой набора параметров, необходимых для численного восстановления истории погружения и термической эволюции бассейна. Прежде всего, он включает вычисление параметров, определяющих изменение петрофизических свойств пород с глубиной (пористости, плотности, теплопроводности, теплоёмкости, теплогенерации). По литологическому составу пород (см., например, табл. 1-3) и среднемировым данным термофизических параметров для отдельных литофаций или/и по измерениям параметров для пород конкретного района программа вычисляет петрофизические параметры для смеси литофаций, представляющих рассматриваемую осадочную породу. Табл. 2-3 демонстрирует пример таких вычислений для разреза площади Такхухт бассейна Оуэд-эль-Миа. Принцип расчёта этих параметров рассматривается в следующих главах. Блок подготовки данных моделирования содержит также алгоритмы и программные модули, ответственные за вычисление таких параметров как: объём неуплотненных осадков, отлагающихся на поверхности бассейна, время и амплитуда тектонических и термических событий в фундаменте (тепловой активизации или растяжения литосферы и др.), начальный профиль температуры в литосфере бассейна и температура в основании области счета (Галушкин, 1990).

И, наконец, третий блок использует подготовленные параметры моделирования для численного воспроизведения истории погружения, термической эволюции и созревания органического вещества в осадках. Сравнение вычисленных значений пористости пород, температур и отражательной способности витринита с измеренными значениями из базы данных, а также вычисление относительных вариаций амплитуд тектонического погружения фундамента, используются для корректировки исходных параметров моделирования бассейна. Эти корректировки, соответствующие обратным связям между блоками, показаны на рис. 2-3пунктирными линиями. Третий блок системы моделирования бассейнов включает также пакет программ химико-кинетического моделирования. Кинетические спектры эффективных реакций созревания ОВ нефтематеринских пород (т.е. наборы параметров: энергий активаций, Ei, частотных факторов, Ai, и исходных потенциалов реакций. Xi) используются здесь для вычисления генерации УВ и оценки порога первичной эмиграции жидких УВ (см., например, рис. 1-3и). При наличии данных экспериментального пиролиза конкретного образца материнских пород соответствующие программы из этого блока позволяют численно восстанавливать кинетические спектры эффективных реакций созревания ОВ материнских этих пород (глава 8).

Численный расчет изменения термического режима осадочных пород в процессе эволюции бассейна требует учета таких факторов как деформация среды, изменение теплофизических параметров пород с глубиной, температурой и временем, движение флюидов, влияние интрузий и тектоно-термической активизации литосферы и других. Соответствующие пакеты компьютерных программ по моделированию бассейнов, такие как MATOIL, GENEX, TEMISPACK, PDI и ГАЛО широко используются для реконструкции истории погружения и термической эволюции нефтегазоматеринских пород и восстановления истории реализации их УВ потенциала (Welte and Yukler, 1981; Смирнов, Галушкин, 1983; Галушкин и др.,1985; Doligez et al.,1986; Berthold and Galushkin, 1986, 1988; Berthold et al., 1986; Tissot et al.,1987; Nakayama and Lerche, 1987; Welte and Yalcin, 1988; Espitalie et al.,1988; Галушкин, 1988, 1990; Ungerer, 1990; Ungerer et al.,1990; Дучков и др., 1990; Галушкин и Кутас, 1995; Lopatin et al., 1996; Makhous et al., 1997; Welte et al., 1997; Galushkin, 1997; Galushkin et al., 1999; Schaefer et al., 1999 и др.; Makhous and Galushkin, 2005). Пакеты программ по моделированию бассейнов, применявшиеся в цитированных работах, характеризуются разными подходами к рассмотрению термических, геохимических и гидродинамических проблем формирования и эволюции бассейнов. Так, в пактах MATOIL, GENEX, TEMISPACK, PDI при восстановлении температурной истории бассейна в основании осадочной толщи или в подошве коры задаётся тепловой поток в виде ступенеобразной функции времени, либо градиент температуры, которые подбираются из условия совпадения вычисленных и наблюденных значений температуры и отражательной способности витринита (Doligez et al.,1986; Nakayama and Lerche, 1987; Welte and Yalcin, 1988; Ungerer, 1990 и др). При разработке пакета ГАЛО основной целью была по возможности полная интеграция процессов, определяющих термический режим осадочной толщи бассейна, с термической и тектонической историей подстилающей литосферы. Поэтому здесь область поиска распределения температуры кроме осадочной толщи включала ещё и подстилающую литосферу с частью астеносферы (если та существовала на глубинах менее 200 км; Галушкин, 1990; Галушкин и Кутас, 1995; Галушкин и Яковлев, 2003; Makhous et al., 1997, Galushkin et al., 1999; Makhous and Galushkin, 2003; 2005). Это обеспечивало более корректную трактовку теплообмена между осадочными слоями и фундаментом и позволяло вычислять амплитуду тектонического погружения фундамента, из анализа распределения плотностей, а затем использовать полученные данные для оценки продолжительности периодов тепловой и тектонической реактивизации и их амплитуд в истории развития бассейна. Однако, за это преимущество пришлось платить ограничением рамками одномерного анализа, т.е. рассмотрением так называемых плоских бассейнов. Но можно отметить, что одномерные реконструкции часто используются в двумерном и трёхмерном анализе бассейнов, когда изучаемые профиль или площадь разбиваются на небольшие участки, представленные своими «псевдоскважинами», для которых осуществляются одномерные реконструкции. Такие подходы, называемые «псевдодвухмерными» и «псевдотрёхмерными» допустимы в отсутствии заметных горизонтальных градиентов температур и мощностей осадочных слоёв, в достаточном удалении от зон разломов и выраженных складок (Ершов, Волож, 2004). Его справедливость проверяется для каждого конкретного бассейна, а поправки оцениваются с привлечением двумерного анализа, примеры которого приведены и в настоящей книге.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-07-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: