伊朗西南部阿巴丹平原地区的现代应力特征分析

时间:2026年1月30日
来源:Journal of Asian Earth Sciences

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该研究通过分析Abadan平原盆地两口油井的孔眼成像数据、实验室岩石力学参数及漏失压力测试,揭示了该区域不同岩层的应力状态。结果显示Ilam组处于超压状态,而Sarvak组为正常压力,最大水平主应力方向为ENE-WSW,与区域构造特征一致,证实该区以正断层应力体制为主,为油气勘探和地质力学建模提供了关键数据支撑。

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Rasoul Heydari|Masoud Bagdeli|Mojtaba Rajabi
伊朗奥米迪耶伊斯兰阿扎德大学工程学院

摘要

本研究调查了伊朗西南部阿巴丹平原盆地的原位应力场,该盆地属于扎格罗斯褶皱-逆冲带(ZFTB)的一部分。与ZFTB不同,阿巴丹平原的特点是地震活动较低,且缺乏地表背斜构造。研究采用了钻孔数据(包括电缆测井资料)、岩芯样本的实验室力学测试结果、水库描述工具(RDT)测量结果、钻孔成像技术以及来自两个钻孔的泄漏测试(LOT)数据,来分析地层压力、应力大小和方向。研究使用了一维地质力学模型来估算水平应力大小。伊兰姆地层表现出超压状态,而萨尔瓦克地层则呈现正常压力状态。通过对钻孔事故和钻井诱导的拉伸断裂的分析,发现阿巴丹平原盆地最大水平应力的方向主要为ENE-WSW(东北-西南),这与以往的区域研究结果一致。研究表明,该地区的应力状态主要以正断层作用为主。这项研究有助于理解数据较为有限的地区的原位应力状态和孔隙压力分布,这对于地质力学建模和石油勘探具有重要意义。

引言

了解当前的应力状态在地球科学和工程学的多个领域具有重要意义,例如评估地下储层的地质力学特性、进行地球动力学分析以及研究新构造运动(Babaahmadi等人,2019年;Haghiet等人,2018年;Heidbach等人,2018年;Rajabiet等人,2017年;Zoback,2007年)。通常,沉积盆地的应力状态是通过应力张量概念来描述的,该概念包括原位应力大小和最大水平应力(SHmax)的方向(Engelder,1993年;Schmitt等人,2012年)。
估算原位应力需要根据特定地区的数据采用不同的方法(Heidbach等人,2018年)。一种方法是利用地震震源机制来表征原位应力,包括地震波的方向和相对应力大小,这些数据通常来自地壳较深的部分(即深度大于5公里)。钻孔地质力学数据是另一种方法,可以提供中深度区间(<5公里)的应力信息。此外,来自土木和采矿工程项目的地质力学数据也是分析地表附近应力的重要来源(Bell,1996年;Heidbach等人,2018年;Rajabiet等人,2018年)。在最新的世界应力图(WSM)数据库中,超过78%的可靠SHmax数据来源于地震震源机制(Heidbach等人,2018年;Heidbach等人,2016年)。这种方法在地震活跃地区(如扎格罗斯褶皱-逆冲带(ZFTB))的应力分析中非常常用(Zamani,2023年;Nouriet等人,2022年;Zarifiet等人,2014年)。尽管阿巴丹平原盆地通常被认为是ZFTB的一部分,但在某些方面它与ZFTB有所不同,例如地震活动较低、缺乏背斜构造以及地表背斜的明显表现(Abdollahie Fardet等人,2006年;Atashbari等人,2018年;Moallemi和Kermanshah,2012年)。
由于阿巴丹平原盆地的地震活动有限,WSM数据库中记录的来自地震震源机制的应力数据较少(Heidbach等人,2016年)。在过去十年中,有几项研究利用石油钻孔获得的地质力学数据调查了该地区的当前应力模式。然而,大多数研究仅关注了SHmax的方向,导致对该地区应力大小和应力状态的了解有限(Ezatiet等人,2018年;Rajabiet等人,2010年;Rajabi等人,2014年;Yaghoubiet等人,2021年;Mohammadreza等人,2018年)。根据WSM数据库的最新版本,阿巴丹平原地区只有两个SHmax方向,这些方向是由Rajabi等人(2010年)通过钻孔成像测井分析得出的,并在Heidbach等人(2018年)的研究中进行了报道。
本文研究了阿巴丹平原盆地两个钻孔的地质力学特性,旨在更好地理解该地区的原位应力模式。我们的方法包括利用钻孔成像技术分析钻孔事故(BOs)和钻井诱导的断裂(DIFs),以确定SHmax的方向。然后,我们采用一维地质力学建模方法估算地层压力和原位应力大小,从而能够绘制出研究井孔内的连续水平应力分布剖面。最后,我们利用现有数据对该地区的当前应力状态进行了识别和比较。

节选内容

阿巴丹平原的地质与构造背景

阿巴丹平原盆地横跨伊朗西南部、伊拉克东南部以及科威特西部的海域(图2)。扎格罗斯褶皱-逆冲带(ZFTB)是由阿拉伯板块与欧亚板块之间的运动和碰撞以及新特提斯洋壳的俯冲作用形成的,该盆地位于其西侧。阿巴丹平原盆地的东侧是海湾-美索不达米亚前陆盆地,后者延伸至波斯湾地区。

材料与方法

本研究分析了阿巴丹平原盆地内两口井(A井和B井)的孔隙压力、原位应力大小和SHmax方向(图1)。如表2所示,本研究使用了多种地质、地球物理和钻井数据。这些井的地球物理测井资料和岩芯力学测试结果使我们能够确定孔隙压力剖面,并将其与实时井下测量数据进行验证。

垂直应力大小

根据图4,DEN_EXTRAPOLATE剖面表示通过将浅层密度外推值与体积密度测井(RHOB)相结合得到的Sv参数。在研究区域,Sv的预测值在1500米深度时为3455 psi,在3000米深度时为9995 psi,平均梯度为0.93 psi/ft。

水平应力大小的确定

Shmin大小是通过分析A井在Pabdeh地层2415米深度处采集的典型泄漏测试(LOT)数据来确定的。

结论

本研究对伊朗西南部一个正在开发的油田中的白垩纪页岩和碳酸盐岩地层的原位应力进行了全面的地质力学分析,该油田属于ZFTB的一部分。通过整合电缆测井资料、实验室岩石力学数据、水库描述工具(RDT)和泄漏测试(LOT)的结果,研究发现,尽管存在区域性的逆冲断层作用,但该盆地某些局部区域的原位应力状态可能是正常的。通过对87处地下事故(总长度103.15米)的分析,发现最大水平应力(SHmax)的方向为...

CRediT作者贡献声明

Rasoul Heydari:撰写、审稿与编辑、可视化、项目管理、方法论设计、数据整理、概念构建。Masoud Bagdeli:撰写初稿、可视化、软件使用、资源协调、数据收集。Mojtaba Rajabi:撰写、审稿与编辑、结果验证、正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

R. Heydari和M. Bagdeli负责收集、解释并获得了发表井数据的许可,他们感谢伊朗国家钻井公司(NIDC)在数据准备和发表许可方面提供的支持。同时,他们也感谢Roohangiz Mohammadian在图像测井分析过程中提供的技术指导。本研究未获得特定的财务支持和资金。

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