摘 要：為深入研究東濮凹陷異常超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化的影響，與中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所劉金鐘博士進(jìn)行合作，改變傳統(tǒng)有機(jī)質(zhì)高壓模擬實(shí)驗(yàn)方法，用實(shí)際烴源巖泥巖樣代替干酪根，采用多種方式的高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了壓力達(dá)到一定值時(shí)可以對(duì)有機(jī)質(zhì)的生烴過(guò)程產(chǎn)生抑制作用，這個(gè)值稱(chēng)之為壓力抑制門(mén)限，與有機(jī)質(zhì)的成熟度和類(lèi)型有關(guān)。異常壓力在烴源巖成熟之前發(fā)育是超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化產(chǎn)生抑制作用的重要條件。

主題詞：有機(jī)質(zhì)；熱演化；超壓抑制；高壓模擬實(shí)驗(yàn)；

東濮凹陷東、西兩個(gè)洼陷帶沙河街組沙三、沙四段發(fā)育三套厚層鹽巖段和多套大范圍分布的深、半深湖相的厚層泥頁(yè)巖，是主要烴源巖，以異常高壓發(fā)育而著稱(chēng)，地層壓力系數(shù)在1.3～1.8之間，相應(yīng)形成兩個(gè)超高壓中心，為研究異常孔隙流體壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化和生烴作用的影響提供了良好的場(chǎng)所。

1 超壓抑制作用的提出

有關(guān)壓力在有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中的作用的激烈爭(zhēng)論，反映了壓力作用的復(fù)雜性和研究難度。在有機(jī)質(zhì)熱演化和油氣生成過(guò)程中，超壓的存在又使油氣生成速率降低，液態(tài)窗的下限下移，表明了壓力的抑制作用[1-2]。壓力并非是唯一的化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素，與溫度、時(shí)間共同起作用[3]。

正是由于異常壓力在沉積盆地演化過(guò)程中最終將被釋放，以及高壓模擬實(shí)驗(yàn)自身的缺陷，至今在壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化影響的問(wèn)題上還沒(méi)有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。通過(guò)地質(zhì)、地球化學(xué)及有機(jī)質(zhì)熱演化模擬技術(shù)，在東濮凹陷深層發(fā)現(xiàn)超壓地層有機(jī)質(zhì)熱演化受到明顯的抑制作用。

2 超壓抑制作用證據(jù)

2.1烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)

東部洼陷帶的Ps4、Ps7井，西部洼陷帶的Ps13等井鏡質(zhì)體反射率與最高熱解峰不連續(xù)而呈明顯的兩段式，拐點(diǎn)在4000m附近（圖1），下段相對(duì)上段明顯變陡，與地層壓力的異常超壓段相對(duì)應(yīng)。正常壓力系統(tǒng)中，Ro和Tmax相互吻合，隨埋深增加和地溫升高而逐漸升高，通常情況下，Ro的對(duì)數(shù)與埋深呈線性關(guān)系，并且可以根據(jù)淺部的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)深部有機(jī)質(zhì)的熱演化程度。上述資料表明，Ro和Tmax下段的實(shí)測(cè)值明顯低于上段Ro和Tmax趨勢(shì)線的預(yù)測(cè)值，表明有機(jī)質(zhì)的熱演化程度與其受熱史不匹配，換言之，下段有機(jī)質(zhì)的熱演化明顯受到抑制。

含氧基團(tuán)（1710cm-1）隨埋深增加而發(fā)生震蕩性變化，說(shuō)明含氧基團(tuán)的釋放并非經(jīng)典學(xué)說(shuō)主張的那樣，在演化早期就釋放殆盡，東部洼陷帶的Ps4、Ps10井甚至在深達(dá)5000m之下干酪根紅外光譜上仍顯示有含氧基團(tuán)存在，證實(shí)了東濮凹陷深層有機(jī)質(zhì)熱演化的抑制作用。另外，Ps7井在5537.5～5582m井段，脫氣分析中甲烷含量小于60%，在5613.2m還見(jiàn)淺棕色凝析油，對(duì)應(yīng)地溫為197℃，說(shuō)明干氣分布深度應(yīng)大于5600m，這也證實(shí)有機(jī)質(zhì)熱演化的滯后作用。

2.2高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)

為深入研究東濮凹陷異常超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化的影響，與中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所劉金鐘博士進(jìn)行合作，改變了傳統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)高壓模擬實(shí)驗(yàn)方法，用實(shí)際烴源巖泥巖樣代替干酪根，采用多種方式的高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)流程及方法

用動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行干酪根生烴研究及油氣評(píng)價(jià)是當(dāng)前國(guó)際上新興的有機(jī)地化研究方法之一。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，美國(guó)Chevron石油公司與Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及法國(guó)石油學(xué)院（IFP）合作，研制了一套壓力體系下干酪根生烴動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備并建立了成熟的實(shí)驗(yàn)流程，此項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于美國(guó)、加拿大、澳大利亞、印尼、中國(guó)南海等地的十余個(gè)油氣田的地化研究及油氣勘探中，取得了很好的效果。

（2）實(shí)驗(yàn)樣品

由于干酪根分離過(guò)程可導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞，利用未經(jīng)處理的巖樣能夠更好地模擬自然條件下有機(jī)質(zhì)的熱演化和生烴過(guò)程，但其缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，模擬周期較長(zhǎng)。為了更好地揭示東濮凹陷深層有機(jī)質(zhì)的熱演化規(guī)律，本次研究采用巖樣進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。在綜合分析研究區(qū)烴源巖發(fā)育特征后，初步采取高溫高壓有機(jī)質(zhì)生烴模擬樣品10塊，最后選取5塊不同部位、不同成熟度的樣品進(jìn)行熱模擬，歷時(shí)3個(gè)月。主要作了不同溫度壓力的生氣模擬與生油模擬兩個(gè)方面的工作。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Ps7井同一樣品在三組相同溫度490℃、530℃和550℃條件下生烴量（C1～C5）隨壓力的變化情況（圖2）：在490℃和530℃條件下，當(dāng)壓力小于67MPa時(shí)，生烴量增加；當(dāng)壓力大于67MPa時(shí)，生烴量不變或減少。在550℃條件下，實(shí)驗(yàn)壓力均大于67MPa時(shí)，樣品的產(chǎn)烴量隨壓力升高迅速減少。

圖3是Ps7井同一樣品在不同溫度、壓力條件下C+10產(chǎn)量的變化情況：實(shí)驗(yàn)溫度從490℃上升到530℃時(shí)，生烴量減少；在530℃條件下，實(shí)驗(yàn)壓力從50MPa上升到108MPa，當(dāng)壓力均小于67MPa時(shí)，樣品的產(chǎn)烴量隨壓力升高而增加，當(dāng)壓力均大于67MPa時(shí)，樣品的產(chǎn)烴量隨壓力升高而迅速減少。

圖4是H96井同一樣品在兩組相同溫度490℃和530℃條件下C+10產(chǎn)量隨壓力的變化情況：在490℃條件下，壓力從45MPa上升到81MPa時(shí)，生烴量隨壓力增加而減少；在530℃條件下，壓力從50MPa上升到108MPa，樣品的產(chǎn)烴量總體上隨壓力升高而減少。其它如W155、W209、H21井的實(shí)驗(yàn)也具有類(lèi)似結(jié)果。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓力可以對(duì)有機(jī)質(zhì)的生烴過(guò)程產(chǎn)生抑制作用，但必須達(dá)到一定值時(shí)才對(duì)有機(jī)質(zhì)的熱演化生烴產(chǎn)生明顯的抑制作用[4]，這個(gè)值稱(chēng)之為壓力抑制門(mén)限，與有機(jī)質(zhì)的成熟度和類(lèi)型有關(guān)。

3 壓力抑制作用的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

在沒(méi)有異常地層壓力作用下，烴源巖模擬計(jì)算的鏡質(zhì)體反射率與地層實(shí)測(cè)的相吻合。前面提到東濮凹陷深洼部位鏡質(zhì)體反射率呈明顯的兩段式，上段可以認(rèn)為是在正常地層壓力下鏡質(zhì)體反射率的變化趨勢(shì)，因此用上段變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)的Ro與下段地層實(shí)測(cè)Ro值之差可以反應(yīng)壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化的抑制程度，這個(gè)差值稱(chēng)之為超壓抑制指數(shù)，并隨孔隙流體壓力和壓力系數(shù)的增加而增大。

異常超壓通常發(fā)生在快速沉降的盆地中，但很多盆地強(qiáng)超壓發(fā)育層段的有機(jī)質(zhì)熱演化并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的異常，壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化和生烴作用的抑制作用是有條件的。東濮凹陷的異常壓力發(fā)育可分為兩種情況：以泥巖和鹽巖為主的地層單元中，在有機(jī)質(zhì)未成熟或低成熟階段由于快速沉降和不均衡壓實(shí)形成的異常壓力，對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化而言屬早期自源超壓，在洼陷帶部位的異常超壓均屬于這類(lèi)成因，這類(lèi)超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)演化有明顯的抑制作用；在烴源巖成熟度達(dá)到相當(dāng)高的階段，在砂巖含量相對(duì)較高的地層中發(fā)育晚期超壓，如洼陷帶兩側(cè)隆起部位與斜坡帶發(fā)育的超壓系統(tǒng)，晚期超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化沒(méi)有明顯的影響。東濮凹陷中央隆起帶與斜坡帶以發(fā)育常壓為主，壓力系數(shù)多小于1.3，從烴源巖的各種地球化學(xué)指標(biāo)上基本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)熱演化出現(xiàn)明顯異常的跡象；而在東濮凹陷的東、西洼陷帶，壓力系數(shù)普遍大于1.5，烴源巖各種地球化學(xué)指標(biāo)及高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)，都顯示出有機(jī)質(zhì)熱演化受到明顯的抑制，特別是當(dāng)壓力系數(shù)達(dá)到1.7以上時(shí)，有機(jī)質(zhì)熱演化的抑制作用非常明顯，如濮深7井、濮深13井和胡96井等深層有機(jī)質(zhì)熱演化受到明顯的抑制。Hill and Tang（1994）在300℃恒溫變壓熱解實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力大于600bar時(shí)，壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)演化的抑制作用非常明顯，而當(dāng)壓力小于600bar時(shí)，壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化的影響不明顯。對(duì)于不同地質(zhì)條件和不同成熟度有機(jī)質(zhì)，產(chǎn)生抑制效應(yīng)的壓力門(mén)限值差異很大。異常壓力發(fā)育時(shí)，如果有機(jī)質(zhì)成熟度越高，產(chǎn)生抑制效應(yīng)的壓力門(mén)限值越大，如濮深7井樣品熱演化程度較高（Ro=1.52%），壓力抑制門(mén)限大致在67MPa，胡96井樣品熱演化程度相對(duì)低一些（Ro=1.26%），壓力抑制門(mén)限大致在45MPa。

因此，異常壓力在烴源巖成熟之前發(fā)育是超壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化產(chǎn)生抑制作用的重要條件。

4 結(jié)論

東濮凹陷高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)及地化指標(biāo)明確顯示深洼部位烴源巖有機(jī)質(zhì)的熱演化在超壓環(huán)境下受到明顯的抑制作用。高溫高壓環(huán)境一方面促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)熱演化，另一方面高壓環(huán)境也控制了有機(jī)質(zhì)的演化[5]，拓展了生烴窗的范圍，即使到現(xiàn)在源巖仍處于活躍生烴階段，為晚期成藏提供了充足的烴源[6]。

從生烴層系上看，沙河街組沙三下～沙四上為東濮凹陷的主力烴源巖，主要分布在深洼部位，而深洼長(zhǎng)期發(fā)育異常超壓，強(qiáng)超壓又延緩了有機(jī)質(zhì)的熱演化速率，從而擴(kuò)大了生（油）氣的深度范圍，原來(lái)圈定的生烴窗范圍還應(yīng)該擴(kuò)大，深層油氣資源應(yīng)該增加，因此，在進(jìn)行有機(jī)質(zhì)熱演化模擬計(jì)算時(shí)必須考慮壓力因素對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化的抑制作用。

超壓抑制作用也很好的解釋了東濮凹陷深層油型氣以凝析氣藏為主且環(huán)洼陷富集的規(guī)律。東濮凹陷深層具有較高的生烴潛力，這對(duì)深層的油氣勘探具有重要意義。

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