梁正中

（天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，天津 300457）中海油非常規(guī)技術(shù)研究所，天津 300452；中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所，北京 100029

袁波，常利娜 （中石化中原油田分公司勘探研究院，河南 濮陽 457001）

斷陷盆地深部超壓研究進展
——以東濮凹陷和東營凹陷的探討為例

梁正中

（天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，天津 300457）中海油非常規(guī)技術(shù)研究所，天津 300452；中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所，北京 100029

袁波，常利娜 （中石化中原油田分公司勘探研究院，河南 濮陽 457001）

通過實測資料、盆地模擬、聲波測井和地震速度計算，精細刻畫了斷陷湖盆深部流體超壓特征。對東營凹陷和東濮凹陷的勘探實例研究表明：泥巖層與砂巖儲層的壓力分布特征存在一定差異，由于烴源巖層生烴傳遞作用而導(dǎo)致儲層形成超壓；深部壓力系統(tǒng)演化呈現(xiàn)多期旋回性，晚期油氣充注以超壓背景為主；超壓控制著油氣形成與分布。

超壓；成藏；壓力演化；東濮凹陷；東營凹陷

流體異常壓力是含油氣盆地一種普遍存在的現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界上發(fā)現(xiàn)的180個超壓盆地中有160多個富含油氣資源。實踐勘探表明，含油氣盆地超壓體系與油氣藏關(guān)系密切，對油氣的生成、運移、儲集、保存等各成藏要素及過程有著顯著影響［1～5］。20世紀90年代，隨著油氣勘探的深入和多學(xué)科交叉研究，油氣成藏動力學(xué)迅速發(fā)展。研究異常地層壓力的成因、分布與油氣藏形成及分布之間的關(guān)系是成藏動力學(xué)的核心內(nèi)容。

我國各大油田越來越重視對盆地內(nèi)異常壓力的研究。中石化西部勘探指揮部根據(jù)準噶爾盆地生產(chǎn)需求，設(shè)立了多輪針對腹地超壓的綜合性研究；中海油加大了對近海珠江口、瓊東南等含油氣盆地超壓的研究力度；中石油東部老區(qū)深層勘探將以超壓層為重要方向。筆者在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，以渤海灣盆地東濮凹陷和東營凹陷為例，討論了我國斷陷盆地深部超壓研究進展及其成藏意義。

1 地層流體壓力研究和預(yù)測方法

異常高流體壓力或稱超壓，是地層孔隙流體所具有的壓力超過地層埋藏深度的靜水壓力。分析地下流體壓力場的方法較多，多使用實測壓力、聲波測井和地震速度等資料進行研究。實測壓力是超壓研究中反映超壓現(xiàn)象的最直接證據(jù)，但對于極低滲透率的泥頁巖，由于其孔隙流體壓力難以實測，需利用聲波時差、視電阻率和地震速度等資料對超壓響應(yīng)特征進行預(yù)測［6，7］。

等效深度法是目前常用壓力預(yù)測方法的基礎(chǔ)，但其自身卻存在一定缺陷。EATON法是通過聲波測井或密度測井資料，建立測井參數(shù)與壓力梯度之間的關(guān)系，從而計算異常壓力。地震速度計算壓力能提供更為全面和豐富的三維結(jié)構(gòu)信息，使壓力系統(tǒng)的研究得以在盆地級規(guī)模上展開。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，利用數(shù)值盆地模型研究流體壓力也越來越廣泛。

2 現(xiàn)今地層壓力特征

從地質(zhì)角度來看，地層壓力結(jié)構(gòu)體系相當(dāng)于三維空間的地質(zhì)體。研究者大多采用從點到線，再從線到面的循序漸進的方式，對地層壓力結(jié)構(gòu)體系進行系統(tǒng)剖析［8，9］。多數(shù)斷陷盆地都為箕狀斷陷，每個箕狀斷陷都由緩坡帶、深陷帶和陡坡帶3部分組成，以東濮凹陷和東營凹陷勘探成果為例，重點闡述斷陷盆地地層壓力分布特征。

2.1 超壓系統(tǒng)分布

渤海灣盆地大部分地區(qū)，在壓力－深度交會剖面上呈現(xiàn) “二段式”典型結(jié)構(gòu)，東營凹陷的超壓主要分布于沙河街組三段中亞段 （Esm3）、下亞段 （EsL3）大套泥巖段和沙河街組四段 （Es4）灰色膏鹽段。平面上 整 體 呈 現(xiàn) 環(huán) 帶 狀 結(jié) 構(gòu)［8，9］，內(nèi) 環(huán) 為 超 高 壓（壓力系數(shù)Pc≥1.5）系統(tǒng)，中環(huán)為超壓 （1.5＞Pc≥1.2）系統(tǒng)，外環(huán)為低壓－常壓 （Pc＜1.2）系統(tǒng)，中環(huán)高壓系統(tǒng)和內(nèi)環(huán)超高壓系統(tǒng)均構(gòu)成了封閉的巨型超壓封存箱復(fù)合體。各次級構(gòu)造區(qū)帶內(nèi)，洼陷深陷區(qū)壓力系數(shù)較大，向周圍斜坡和構(gòu)造高部位過渡時逐漸減小，直至正常［10］（圖1）。

圖1 東營凹陷Es3地層壓力場分布圖

東濮凹陷Es3超壓現(xiàn)象較為突出，異常壓力區(qū)主要分布于凹陷的中北部，且東、西洼陷的壓力系數(shù)要高于中央隆起帶。該壓力帶的分布格局與區(qū)域構(gòu)造特征和封蓋條件密切相關(guān)。

2.2 儲層超壓流體系統(tǒng)

以往對超壓的研究多局限于泥頁巖層，而忽略了碎屑巖 （以砂巖為主）儲層，但兩者往往在形成與分布上具有顯著差異［10，11］。東營凹陷泥巖的壓力分布特征與儲層試油的壓力分布特征就存在一定偏差，主要表現(xiàn)為泥巖的異常壓力中心一般出現(xiàn)在沉積中心，而儲層的異常壓力中心一般出現(xiàn)在沉積中心的周邊、深大斷裂帶及被洼陷所夾持的中央背斜帶。東濮凹陷Esm3儲層最大超壓與沉積中心也不一致，北部沉積中心為前梨園洼陷，而儲層最大超壓分布在洼陷西翼斜坡帶（圖2）。儲層超壓流體系統(tǒng)的單獨提出是對以往超壓研究的細化，將更為直接、有效地揭示盆地儲層超壓流體系統(tǒng)內(nèi)部油氣運聚的過程。

圖2 東濮凹陷Es3現(xiàn)今地層壓力場分布圖

3 超壓形成機制

一般認為，超壓是由多種因素互相疊置所造成的，其中包括物理、地質(zhì)、地球化學(xué)和動力學(xué)等因素。超壓的成因機制又可分成3類：①差異壓實和構(gòu)造擠壓引起的應(yīng)力增加；②溫度升高、成巖作用、碳氫化合物的分解及氣體裂解引起的流體體積變化；③流體運移作用［12，13］。

斷陷盆地由于不存在區(qū)域構(gòu)造擠壓背景，不均衡壓實作用和生烴作用是形成超壓的2種主要機制。其中不均衡壓實作用是快速沉降盆地超壓發(fā)育的主要機制，而生烴作用尤其是生氣作用是沉降速率較低的古近系、新近系盆地超壓發(fā)育的主要機制。普遍認為［8～10］，東營凹陷古近系超壓廣泛發(fā)育主要是由于壓實不均衡和生烴作用所導(dǎo)致的，水熱增壓作用對超壓的形成也有一定貢獻。由于盆地演化的階段性差異，不同時期可能存在不同增壓機制，總的趨勢是更強調(diào)深部生烴增壓傳遞作用的影響。東濮凹陷深層泥巖、泥頁巖的單層厚度較小，一般為5～10m，最大可達30～40m，另一方面，凹陷沉積速率相對較小，泥巖欠壓實所產(chǎn)生的增壓現(xiàn)象并不顯著。故認為，東濮凹陷深層超壓多形成于成熟期烴源巖的生排烴過程［14］。

4 壓力演化特征

圖3 壓力演化波動圖

針對流體壓力特征及成因機制的研究已相對成熟，但是基于古壓力恢復(fù)及流體壓力演化來進行成藏效應(yīng)分析的研究則相對較少。沉積盆地的古壓力研究方法主要包括流體包裹體法、盆地模擬法，或利用黏土礦物的轉(zhuǎn)變、泥巖聲波時差、地震波速度等參數(shù)推導(dǎo)。

盆地模擬可以定量描述復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，同時考慮多個因素的作用及其相互間的影響。綜合模擬結(jié)果，可將渤海灣盆地深層超壓演化劃分為3個階段［15］：東營組 （Ed）沉積期及之前為超壓早期積累階段；Ed沉積期末，地層遭抬升、剝蝕導(dǎo)致壓力下降，為超壓下降調(diào)整階段；Ed沉積晚期，地層壓力再次增加，屬超壓晚期發(fā)育階段 （圖3）。利用流體包裹體等資料進一步分析認為，渤海灣盆地東營凹陷油氣主要成藏期為Ed沉積末期和館陶組沉積末期至明化鎮(zhèn)組沉積期，且都具有由古流體異常所導(dǎo)致的超壓特征。

模擬雖能在盆地尺度上再現(xiàn)壓力的演化過程，但難以滿足小范圍的精度要求。近年來，國內(nèi)外學(xué)者提出利用流體包裹體PVT熱動力學(xué)計算法來測定捕獲壓力［16］，為古壓力的模擬研究提供了一種相對可靠的對比方法。將該定量模擬技術(shù)應(yīng)用于渤海灣盆地東濮凹陷，所獲北部地區(qū)古壓力演化趨勢（圖3）表明，深部壓力系數(shù)呈現(xiàn)一定旋回性，即早期超壓積累、中期抬升剝蝕期壓力下降、晚期超壓發(fā)育增強，與盆地模擬結(jié)果基本一致。

5 結(jié)語

超壓與油氣聚集的關(guān)系不僅僅體現(xiàn)在空間展布上，更體現(xiàn)在形成及演化過程中。東營凹陷和東濮凹陷的實例表明，泥巖與砂巖儲層的壓力分布特征存在一定差異，儲層超壓多形成于生烴傳遞作用；深部壓力系統(tǒng)演化呈現(xiàn)一定旋回性，晚期油氣充注以超壓發(fā)育為主。

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［編輯］ 鄧磊

Progress of Studying on Deep Overpressure in Faulted Basin——By Taking Dongpu and Dongying Depressions for Example

LIANG Zhengzhong，YUAN Bo，CHANG Lina （First Author' s Address：Postdoctoral Research Working Station of Tianjin Economic-technological Development Area，Tianjin 300457，China；Research Institute of Nonconventional Technology，CNOOC，Tianjin 300457，China；Research Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geology Sciences，Beijing 100029，China）

The characteristics of abnormal fluid pressure in the deep area of faulted basin were depicted through tested data and basin simulation，sonic logging and calculation of seismic velocity.Case study of Dongying and Dongpu Depressions indicates that the distribution of abnormal pressure in mudstone and sandstone has certain difference.The overpressure system is induced by the transfer of hydrocarbon genesis in the reservoir，the evolution of deep pressure system is in multi-stage cyclics，the charging of late oil and gas is in the overpressured background and overpressure controls the formation of oil and gas and their distribution.

overpressure；hydrocarbon accumulation；pressure evolution；Dongpu Depression；Dongying Depression

TE122.1

A

1000-9752（2014）12-0007-03

2014-08-10

國家油氣重大專項 （2008ZX05006）；企業(yè)博士后創(chuàng)新項目擇優(yōu)資助計劃。

梁正中 （1978-），男，2000年大學(xué)畢業(yè)，工程師，博士 （后），現(xiàn)主要從事石油勘探綜合地質(zhì)研究工作。