TTI值的计算和应用

1、实习课实习课一、实习的目的一、实习的目的 本实习根据选定的某油区一口井的地质剖面所建立的地质模本实习根据选定的某油区一口井的地质剖面所建立的地质模型，定量计算特定生油层的型，定量计算特定生油层的TTI值，确定其成熟度值，确定其成熟度(或演化阶或演化阶段段)，为有机质成烃定量研究提供一方面的参数。具体要求如，为有机质成烃定量研究提供一方面的参数。具体要求如下：下： (1)掌握特定的掌握特定的(或各个或各个)生油层的顶、底面时间生油层的顶、底面时间埋深埋深地地温关系图温关系图(即地质模型即地质模型)的编图方法；的编图方法； (2)明确明确TTI法的基本概念及求取法的基本概念及求取TTI值的方法；值

2、的方法； (3)学会学会TTI值在有机质成烃定量研究中的应用和解释。值在有机质成烃定量研究中的应用和解释。二、TTI法的基本概念 现代石油成因研究证明，现代石油成因研究证明，有机质成烃演化过程中温度有机质成烃演化过程中温度和时间是主要影响因素和时间是主要影响因素。确切地说，。确切地说，温度与成烃量呈温度与成烃量呈指数关系，时间与成烃量呈正线性关系指数关系，时间与成烃量呈正线性关系。基于上述思。基于上述思想，洛帕廷于想，洛帕廷于 19691971年提出一个简单的方法，年提出一个简单的方法，根根据时间、温度定量计算有机质成熟度的方法，即时据时间、温度定量计算有机质成熟度的方法，即时间间温度指数温度

3、指数(简称简称TTI值值)。这个方法经威普莱斯。这个方法经威普莱斯(1980)的补充和发展，在油气勘探中得到广泛应用。其的补充和发展，在油气勘探中得到广泛应用。其基本公式如下：基本公式如下： i（成熟度）（成熟度）=ti i = ti rn 式中式中ti代表代表i温度间隔沉积所对应的时间，温度间隔沉积所对应的时间，为为温度因子，温度因子，=rn表示温度与成熟度呈指数关系；表示温度与成熟度呈指数关系；i为为i温度间隔内达到的成熟度。温度间隔内达到的成熟度。 成熟度是指有机物埋藏后所经历时间内，由于增成熟度是指有机物埋藏后所经历时间内，由于增温效应引起的变化。由于温效应引起的变化。由于成熟度对有机

4、质的影响成熟度对有机质的影响是叠加的、不可逆的，所以一个盆地的总成熟度，是叠加的、不可逆的，所以一个盆地的总成熟度，实际上是每个间隔所获得成熟度的总和实际上是每个间隔所获得成熟度的总和。即。即 式中式中nmax和和nmin是经历最低到最高温度的间隔段是经历最低到最高温度的间隔段。 实际上是实际上是每个温度间隔段所获得成熟度的总和每个温度间隔段所获得成熟度的总和。故：。故： TTI = tn rnTTI值值(Time Temerature Index)(洛巴京，洛巴京，1971)定义：定义：任一层生油岩在地质历史时期的某个时期，任一层生油岩在地质历史时期的某个时期，它的热变程度应该是这个时期之前

5、各个时期热变的它的热变程度应该是这个时期之前各个时期热变的总和。总和。三、三、TTI值计算方法和步骤值计算方法和步骤 第一步第一步:作埋藏史曲线作埋藏史曲线以纵坐标为深度、横坐标为时间的方格纸上，选择适当的比例尺，以纵坐标为深度、横坐标为时间的方格纸上，选择适当的比例尺，再确定所计算的生油层位再确定所计算的生油层位(如图如图)的底或顶面开始沉积的时间和埋的底或顶面开始沉积的时间和埋深深(两者均为零两者均为零)；依次再确定出随后各地质时间的时间和深度，；依次再确定出随后各地质时间的时间和深度，并联结成时间并联结成时间埋深关系折线埋深关系折线(注意某个时间和井深，而不是生油注意某个时间和井深，而不

6、是生油层现在的时间和深度层现在的时间和深度)，其它层位依此类推，即可得出一张不同生，其它层位依此类推，即可得出一张不同生油层总的时间油层总的时间埋深关系图。埋深关系图。 第二步第二步:划等温栅格线划等温栅格线在此基础上，根据井温测井资料，在此基础上，根据井温测井资料，以以10为一般温度间隔为一般温度间隔，编制，编制温度剖面，最后形成时间温度剖面，最后形成时间埋深埋深温度关系图，即地质模型。温度关系图，即地质模型。 A生油层的地质模型生油层的地质模型时间时间埋深埋深温度关系图温度关系图6050403020100204060801001201234时代（绝对年龄,Ma)t温度( C)埋深(km)3

7、.TTI(值)在油气勘探中的应用。研究成熟度 根据所建立的地质模型，计算各生油层和储层的TTI值，判断生油层中油气生成进入了那个阶段。确定有利生油区范围 通过计算得出的TTI值，勾绘各层TTI等值线，圈出进入生油窗的分布范围，确定有利的生油气区。确定油气生成的时间 通过计算来确定各生油层生油开始-结束的时间(也可在图上找出对应的层位)，进而找出对应地层时代(图)。对圈闭进行评价 首先确定圈闭形成的时间(依据构造运动，构造发育史等)，和计算得出开始生油-大量生油-结束时间分析，来评价圈闭的有效性及含油的可能性。 第三步第三步:绘制绘制TTI值计算表值计算表 以以100110间隔为基数，指数间隔为

8、基数，指数n=0，其它温度间隔的，其它温度间隔的指数在此基础上指数在此基础上每减少每减少10减少减少1，每升高，每升高10增加增加1。考虑到每升高考虑到每升高10成熟度提高一倍的关系，选择成熟度提高一倍的关系，选择=2。 温度间隔（）指数值（n）温度因子（）温度间隔（）指数值（n）温度因子（）304072710011001405052611012012506052512013022260704241301403237080323140150424809022215016052590100121m2m不同温度间隔的温度因子数据表不同温度间隔的温度因子数据表 根据地质模型计算根据地质模型计算TTI

9、值格式值格式 6050403020100204060801001201234时代（绝对年龄,Ma)t温度( C)埋深(km)分别计算各各温度间隔内研究目的层的分别计算各各温度间隔内研究目的层的成熟度增加量成熟度增加量 TTI值值，和，和自其沉积直到现今各层段的累加自其沉积直到现今各层段的累加TTI值（总成值（总成熟度）熟度） 。 从埋藏史剖面上读取各层从埋藏史剖面上读取各层段在段在各等温栅格线内停留各等温栅格线内停留的时间的时间tn填入表中。填入表中。 四、四、TTI值的解释和应用值的解释和应用计算出计算出TTI值后，要赋予它特定的成熟度含义，才能应用值后，要赋予它特定的成熟度含义，才能应用T

10、TI值确定成熟度。值确定成熟度。阶段TTI值R0（%）阶段TTI值R0（%）开始生油150.6550API(0.7796)原油保存下的下限约10002.00生油高峰751.00生油结束1601.30湿气保存下限约15002.2040API(0.8251)原油存在的下限约5001.75已知最大深度产出的干气约65004.80生油及油气保存重要阶段的生油及油气保存重要阶段的TT1和和R0%关系表关系表 将计算获得各个层位不同时间内累加的将计算获得各个层位不同时间内累加的TTI值，与上表参数值，与上表参数相对照，就可确定各个生油层开始成熟相对照，就可确定各个生油层开始成熟(达到并超过门限值达到并超过

11、门限值)的时间，生油窗经历的时间，现在已达到的成熟阶段，这样的时间，生油窗经历的时间，现在已达到的成熟阶段，这样就能对它作出评价。就能对它作出评价。时间(Ma)深度(m)温度（）时间(Ma)深度(m)温度（）时间(Ma)深度(m)温度（）1400207726501071724001001372002673270011014263010613432030702500100122710110130700406522009093000120126100047601900805333013012311005055170075235601371151350605015007003700140110150

12、0664512006010716307040920501001850803612206095200085321530709022009028180080842400952220008781259010020210090某一烃源岩底部在历史各个时期对应的深度、温度，计算烃源岩底部某一烃源岩底部在历史各个时期对应的深度、温度，计算烃源岩底部TTi，并指出烃源，并指出烃源岩底部在什么时候成熟、大概的门限温度和深度，说出现今烃源岩处于哪个演化阶段岩底部在什么时候成熟、大概的门限温度和深度，说出现今烃源岩处于哪个演化阶段大大74井各个时期地层古厚度、古埋深与现今厚度、现今埋深对比表井各个时期地层古厚度、

13、古埋深与现今厚度、现今埋深对比表时间地层单位井深(m)现今厚度(m)中三叠世各层底深（m）中三叠世各层厚度（m）中侏罗世各层底深（m）中侏罗世各层厚度（m）早白垩世各层底深（m）早白垩世各层厚度（m）第四系全新统3030白垩系志丹群80501293.31293.3侏罗系安定组150701363.970.5直罗组2561061470.4106.4延安组472216413.8309.51686.4215.9三叠系延长组11686961282.8870.62386.2699.8二马营组1380212340.05340.01419.7249.52599.1212.9和尚沟组1552172591.225

14、1.21918.4197.82771.8172.6刘家2433.92083.3370.43104.1332.2二叠系石千峰组21302471348.6323.32345.4275.03351.2247.1上石盒子23061761566.6218.02560.5193.63528.5177.3下石盒子2397911677.1110.52711.198.83620.391.7山西组25131161817.2140.02797.1126.13736.2115.9太原组2562.549.51876.359.02861.753.43785.949.610010000100020

15、00300040005000阿 参 1井 砂 岩 压 实 曲 线1001000010002000300040005000阿 参 1井 泥 岩 压 实 曲 线 深 度(m) 深 度(m)us/mus/mNK2-EK1NK2-EK11010001000200030004000沙 48井 砂 岩 压 实 曲 线1010001000200030004000沙 48井 泥 岩 压 实 曲 线 深 度(m) 深 度(m)us/ftus/ftNK2-EK1NK2-EK1埋藏史埋藏史恢复恢复目的：1)1)确定地层在地质时期中的孔隙度；确定地层在地质时期中的孔隙度； 2)2)评价烃源岩有机质在地质时期中的热演化

16、程度；评价烃源岩有机质在地质时期中的热演化程度； 3)3)分析地层在地质时期中经历的温度和压力条件；分析地层在地质时期中经历的温度和压力条件；Mckenzie的纯剪切法的纯剪切法Airy地壳均衡法地壳均衡法挠曲均衡法挠曲均衡法平衡剖面技术平衡剖面技术超压技术超压技术回剥技术回剥技术构造与负荷沉降构造与负荷沉降断裂事件断裂事件地层压实作用地层压实作用剥蚀事件、沉积间断剥蚀事件、沉积间断海平面与古水深海平面与古水深对盆对盆地或地或剖面剖面单井单井埋藏史恢复的技术方法埋藏史恢复的技术方法埋埋 藏藏 史史 沉积物在埋藏过程中发生着多种作用，包括压实、排水、孔隙度变化、矿物质转化、原有矿物的溶蚀等。压实

17、作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律孔隙脱水阶段孔隙脱水阶段层间脱水阶段层间脱水阶段孔隙水和过剩层孔隙水和过剩层间水脱水阶段间水脱水阶段蒙脱石最后第二蒙脱石最后第二层层间水脱水阶段层层间水脱水阶段蒙脱石最后一层层蒙脱石最后一层层间水脱水阶段间水脱水阶段孔隙水和过剩层孔隙水和过剩层间水脱水阶段间水脱水阶段第一层层间水第一层层间水脱水高峰阶段脱水高峰阶段第二层层间水第二层层间水脱水高峰阶段脱水高峰阶段去脱最后去脱最后5%层层间水阶段间水阶段压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律对于欠压

18、实地层对于欠压实地层FbFb： 对于对于正常正常压实地层压实地层Fc： 对于正常压实地层对于正常压实地层FaFa： 埋藏史恢复埋藏史恢复ADCB0地质时代，Ma埋深（m）ABCD巴布诺夫曲线巴布诺夫曲线(Bubnof,1954)(Bubnof,1954)TTTT时间(Ma)Tm4321FFFFFFFFFFFF沉积初期n度深(m)1234123121FFF1234现今地层回剥法示意图沉积岩层厚度与岩石骨架、孔隙流体关系示意图沉积岩层厚度与岩石骨架、孔隙流体关系示意图地地层层厚厚度度100m岩岩石石骨骨架架孔孔隙隙流流体体孔隙度=40%40m60mHAHB水hsA= hsBABAB天然样品等效样品

19、埋埋深深HAHBZ1AZ2BZ1BZ2A现今地层现今地层上上伏伏地地层层厚厚度度（h）H i(h)第i层厚度第第j层沉积层沉积上上伏伏地地层层厚厚度度（Dj）第i层厚度H i(Dj)60504030201000100020003000400050001234孔隙度(%)度深(m)泥晶灰岩颗粒灰岩砂岩泥岩 1) 泥晶碳酸盐岩：泥晶碳酸盐岩：=75.738e-0.0031637Z (0Z1000m) =13.5715e-0.0004476Z (1000 Z15000m) 2) 颗粒状碳酸盐岩：颗粒状碳酸盐岩：=66.2538e-0.0019475Z (0mZ1100m) =9.05523e-0.0

20、001177Z (1100 Z2200) 4)砂岩类：砂岩类： =46.2e-0.00018Z (0Z2500) 不同岩性孔隙度与深度的关系不同岩性孔隙度与深度的关系Van Hint(1978)首次强调定量的压实校正的重要性。汪缉安、熊首次强调定量的压实校正的重要性。汪缉安、熊亮萍等亮萍等(1984)恢复华北地区的埋藏史时，把现今恢复华北地区的埋藏史时，把现今1500m厚度的沙厚度的沙河街组分别按不同岩性压实校正与未经压实校正进行对比，计河街组分别按不同岩性压实校正与未经压实校正进行对比，计算结果表明在东营组末和馆陶组末，经过压实校正的古地温比算结果表明在东营组末和馆陶组末，经过压实校正的古地

21、温比未经校正者提高未经校正者提高1015，厚度可增加，厚度可增加300450m。因此，在恢。因此，在恢复埋藏史时，不能只凭现今地层剖面上各层厚度进行逐层相减复埋藏史时，不能只凭现今地层剖面上各层厚度进行逐层相减来求得，而必须考虑到压实作用的影响。来求得，而必须考虑到压实作用的影响。埋藏深度埋藏深度(m)平均孔平均孔隙度隙度(%)地层厚度地层厚度(m)505000250050010205010005600700550同一地层在不同埋藏深度下地层厚度同一地层在不同埋藏深度下地层厚度压实校正数学模型：压实校正数学模型：A. D.Flavey和和Ian Deighton(1981)在假定压实过在假定压

22、实过程中岩石骨架体积保持不变的条件下，提出下程中岩石骨架体积保持不变的条件下，提出下列压实校正模型公式：列压实校正模型公式：dzzdzzhHhhDHDDijijj)(1)(1)()(式中式中 Hi(h)现今顶界埋深为现今顶界埋深为h(米米)的第的第I层的厚度层的厚度(米米)； Hi(Dj)第第j层沉积时埋深为层沉积时埋深为Dj(米米)的第的第I层的厚度层的厚度(米米)； (z)孔隙度与埋深的关系。孔隙度与埋深的关系。根据钻井地层分层资料和声波测井资料，由公式可以求解出根据钻井地层分层资料和声波测井资料，由公式可以求解出每一层在不同埋深下的厚度每一层在不同埋深下的厚度Hi(Dj)。“回剥技术回剥

23、技术”（Back striping ） 沉积岩层在沉积形成过程中，自下而上形成了由沉积岩层在沉积形成过程中，自下而上形成了由老到新的一系列地层。老到新的一系列地层。 “回剥法技术回剥法技术”就是根据地层就是根据地层形成的时间、空间顺序关系，从上而下恢复地层在各形成的时间、空间顺序关系，从上而下恢复地层在各个地质时期的厚度和埋藏深度。个地质时期的厚度和埋藏深度。岩性剖面ABCDF沉积时间地层代号10 (My)8(My)12(My)5 (My)4 (My)地层由老到新地层由老到新5 (My)5 (My)5 (My)5 (My)5 (My)1505102025(My)0510152025ABCDEA

24、BCDEABCDE“回回剥剥法法”恢恢复复埋埋藏藏史史示示意意图图现今地质时间地质时间埋藏深度埋藏深度5 (My)5 (My)5 (My)5 (My)5 (My)1505102025(My)ABCDE30ABCDE0510152025“回回剥剥法法”恢恢复复埋埋藏藏史史示示意意图图现今地质时间地质时间埋藏深度埋藏深度剥蚀地层剥蚀地层剥蚀地层剥蚀地层分分 段段 回回 剥剥 技技 术术分 段 回 剥 技 术21)(1zzsdzzh分分 段段 回回 剥剥 技技 术术（1 1）求最大骨架厚度）求最大骨架厚度（现今时刻骨架厚度）：（现今时刻骨架厚度）：已知顶界埋深为零，已知顶界埋深为零，底界为底界为Z2

25、，用骨架积分，用骨架积分求出骨架厚度；求出骨架厚度； （2 2）求）求t tx x时刻地层的骨时刻地层的骨架厚度：架厚度：根据沉积速率根据沉积速率相等的原则，有；相等的原则，有；hsttthttthshsxssxsxssx0（3 3）求）求t tx x时刻地层底界埋深时刻地层底界埋深：已知已知tx时刻地层顶界埋深为时刻地层顶界埋深为0，骨架厚度为骨架厚度为hsx，用技术准备，用技术准备2的方法可求出地层底界埋深。的方法可求出地层底界埋深。)exp()exp()(ZZCCCHdzzhozzs12211 BBAAzzzzsBsAdzzdzzhh212111)()(, 有由于)exp()exp()e

26、xp()exp(ZZZZBBoBAAoACCCHCCCH1212 则前一式为：可计算出由于,)exp()exp(sBBBoBhCCCHZZ12 012hsBAAoAZZCCCH)exp()exp( 方程中的方程中的hsB为已知，方程中的为已知，方程中的HA和底面埋深和底面埋深HA是未知是未知， HA是使是使方程方程f(HA)=0的根。可用区间二分迭代法与牛顿迭代法求解。的根。可用区间二分迭代法与牛顿迭代法求解。0101012212212hhhsBAAoAsBAAAoAsBAAAoACHCCHCCCCHCCCCHZZZZZZZ)exp()exp()(exp)exp()exp()exp()exp(

27、 （1）根据各层现在的厚度，按骨架计算方程分别）根据各层现在的厚度，按骨架计算方程分别计算各层的骨架厚度；计算各层的骨架厚度；（2）计算顶层的沉积速率，）计算顶层的沉积速率，v=H/t; （3）剥去顶层，即令下一层的顶面位于地表，计）剥去顶层，即令下一层的顶面位于地表，计算其厚度和底面埋深算其厚度和底面埋深Z1A；（4）对余下各层重复步骤（）对余下各层重复步骤（3），但令各层的定深），但令各层的定深分别为其上一层底面的埋深；分别为其上一层底面的埋深； （5）重复步骤（）重复步骤（2）（4），直至基底位于地表。），直至基底位于地表。回剥法简要步骤回剥法简要步骤开始开始结束结束按去压实模型对下按去

28、压实模型对下覆地层作去压实恢复覆地层作去压实恢复计算该时期压实计算该时期压实与压实基底深度与压实基底深度计算顶层的沉积速率计算顶层的沉积速率输入各层深度、输入各层深度、古水深、海平面古水深、海平面升降、绝对年龄、升降、绝对年龄、每次回剥层的厚度每次回剥层的厚度用均衡模型计算用均衡模型计算顶层沉积时期的顶层沉积时期的水载基底深度水载基底深度用不整合处理模用不整合处理模型恢复被剥蚀层型恢复被剥蚀层按回剥法揭去顶上一给定按回剥法揭去顶上一给定厚度的沉积层，层内要无剥厚度的沉积层，层内要无剥蚀，否则分成两成算蚀，否则分成两成算回回剥剥法法概概略略流流程程图图揭去层与下覆揭去层与下覆层间不整合吗？层间不

29、整合吗？回剥到底了吗？回剥到底了吗？YesYesNoNo目标层无剥蚀事件回剥过程（恒定骨架厚度法）目标层无剥蚀事件回剥过程（恒定骨架厚度法）第一层（第一层（FaFa）开始沉积的时刻开始沉积的时刻第二层第二层,Fb,Fb第三层（第三层（FcFc）为目标层，埋藏过程中未遭受剥蚀）为目标层，埋藏过程中未遭受剥蚀第二层（第二层（ Fb Fb ）开始沉积的时刻开始沉积的时刻第三层（第三层（ Fc Fc ）开始沉积开始沉积的时刻的时刻地层最大埋深时刻地层最大埋深时刻地层最地层最大埋深大埋深B B时刻地层时刻地层FcFc的厚度的厚度地层地层FcFc的最的最大埋深厚度大埋深厚度正常压实段，可用迭代法正常压实段

30、，可用迭代法求解任一时刻的厚度求解任一时刻的厚度FaFbFb骨架是变化的，骨架是变化的，按技术准备（按技术准备（3）求解地层厚度求解地层厚度目标层剥蚀事件发生在最大埋深之前的埋藏史示意图目标层剥蚀事件发生在最大埋深之前的埋藏史示意图（变骨架厚度法（变骨架厚度法 I I ）Fc地层的残余地层的残余厚度（厚度（ha）正常压实段，骨架不变，正常压实段，骨架不变，可用迭代法求解任一可用迭代法求解任一时刻的厚度时刻的厚度FbFa骨架是变化的，骨架是变化的，按技术准备（按技术准备（3）求解地层厚度求解地层厚度目标层剥蚀事件发生在最大埋深之后的埋藏史示意图目标层剥蚀事件发生在最大埋深之后的埋藏史示意图（变骨

31、架厚度法（变骨架厚度法 II ）骨架是变化的，骨架是变化的，按技术准备（按技术准备（3）求解地层厚度求解地层厚度正常压实段，骨架不变，正常压实段，骨架不变，可用迭代法求解任一可用迭代法求解任一时刻的厚度时刻的厚度分分 段段 回回 剥剥 技技 术术文-1 井 文-2 井 井号 层位 厚度(m) 岩性 厚度(m) 岩性 地质年龄 （Ma） Q 99 砂岩 100 砂岩 2 Nm 450 泥岩 460 泥岩 12 Ng 950 砂岩 940 砂岩 17 剥蚀段 1900 泥岩 1700 泥岩 27 E d 480 泥岩 818 泥岩 33 ES1 150 泥岩 275 泥岩 35 ES2 154 砂

32、岩 490 砂岩 38 ES31 410 泥岩 240 泥岩 39 ES32 267 砂岩 252 砂岩 41 ES33 200 泥岩 440 泥岩 43 ES34 235 砂岩 972 砂岩 45 ES4 300 泥岩 352 泥岩 50.5 文留地区钻井数据表文留地区钻井数据表 泥岩类、砂岩类综泥岩类、砂岩类综合压实曲线方程：合压实曲线方程：泥岩类：泥岩类： =60.0 e-0.00024H 砂岩类：砂岩类： =46.2 e-0.00018H 式中式中 为孔隙度为孔隙度(%)，H为深度为深度(m)。各时期沉积的古水各时期沉积的古水深平均为深平均为5m。 东濮凹陷构造分区略图 E E E E 沙四段沙三4沙三3沙三2沙三1沙二段沙一段东营组明化镇组s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剥蚀段馆陶组第四系时间埋深地层百万年(米)-48-41.6-35.2-28.8-22.4-16-9.6-3.2036003000240018001200600文留地区文221井埋藏史文221井区埋藏史、热演化史E E E E 沙四段沙三4沙三3沙三2沙三1沙二段沙一段东营组明化镇组s4s43s33s32s31Es2Es1EdN-Q剥