楊　彬，張立寬，張立強，雷裕紅，程　明，于　嵐

（1.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營257237；2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029；3.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

東營凹陷東南斜坡泥巖壓實規(guī)律及超壓分布

楊彬1，張立寬2，張立強3，雷裕紅2，程明2，于嵐2

（1.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營257237；2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029；3.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

對渤海灣盆地東營凹陷東南斜坡99口井的泥巖壓實曲線研究發(fā)現(xiàn)，泥巖壓實具有平面上分帶、縱向上分段的特征，平面上泥巖欠壓實分布在牛莊洼陷和王家崗斜坡過渡帶，而凸起帶均為正常壓實；縱向上分為下部的欠壓實段和上部的正常壓實段，欠壓實段主要分布在沙二段、沙三段和沙四段（埋深1 900～3 800 m），正常壓實段主要分布在沙二段及以上地層中。泥巖流體壓力估算和實測砂巖數(shù)據(jù)表明，東營凹陷東南斜坡地層流體壓力分帶明顯，以沙三段頂為界，分為淺部正常壓力段和深部超壓段；平面上泥巖超壓分布廣泛，繼承性強，過剩壓力高值中心位于牛莊洼陷，超壓分布與泥巖欠壓實的分布規(guī)律基本一致，砂巖的超壓范圍略小于泥巖。東營凹陷東南斜坡異常壓力主要屬于沉積型超壓，泥巖欠壓實作用是超壓形成的主要機制。

渤海灣盆地；東營凹陷；東南斜坡；沙河街組；欠壓實；泥巖過剩壓力；超壓

泥巖壓實研究是恢復(fù)一個地區(qū)地層沉積埋藏史、計算地層剝蝕厚度、獲取壓實系數(shù)、估算泥巖孔隙流體壓力等常用的重要手段之一［1-3］。關(guān)于東營凹陷的地層壓實規(guī)律，前人已做了很多研究工作。文獻［4］和文獻［5］指出，東營凹陷異常壓實頂界為始新-漸新統(tǒng)沙河街組沙三段頂。文獻［6］根據(jù)東營凹陷1 307口探井實測壓力系數(shù)和831口探井實際鉆井液密度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，依據(jù)壓力系數(shù)將壓力異常區(qū)分為弱超壓帶（壓力系數(shù)1.1～1.2）、中等超壓帶（壓力系數(shù)1.2～1.5）和強超壓帶（壓力系數(shù)大于1.5）。東營凹陷牛莊洼陷欠壓實主要發(fā)育在沙三段和沙四上亞段，欠壓實頂界為沙三段頂；王家崗斜坡過渡帶欠壓實頂界逐漸下移到沙三中亞段頂和沙三下亞段頂；高幅度欠壓實對應(yīng)于泥巖發(fā)育段，低幅度欠壓實對應(yīng)于砂巖發(fā)育帶。

對東營凹陷東南斜坡地層壓實規(guī)律及成因進行了分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地層縱向上分為正常壓實段和異常壓實段，正常壓實段呈多段式，欠壓實出現(xiàn)的深度比前人認識的深度要小，在沙二段中就出現(xiàn)了欠壓實現(xiàn)象，但這些欠壓實帶發(fā)育不穩(wěn)定，且對油氣成藏及超壓的影響不大。最后通過等效深度法及實測壓力數(shù)據(jù)，對南斜坡的異常壓力發(fā)育特征及油氣藏分布進行了分析。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

渤海灣盆地東營凹陷為典型的北斷南超、北陡南緩的不對稱箕狀凹陷，構(gòu)造演化經(jīng)歷了隆起—斷陷—拗陷的發(fā)育過程，東南斜坡就是在這種構(gòu)造背景上形成的相對穩(wěn)定單一的構(gòu)造單元［7］。研究區(qū)位于東營凹陷東南部，西鄰純化構(gòu)造帶，東接八面河斷裂鼻狀構(gòu)造帶及廣利洼陷，北至牛莊洼陷，南抵廣饒凸起，總體上東南抬升，向西北傾沒，具緩坡帶的特征（圖1），是東營凹陷內(nèi)重要的含油氣區(qū)。

圖1　東營凹陷南斜坡構(gòu)造位置和構(gòu)造區(qū)劃（據(jù)勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院，2001）

研究區(qū)新生界發(fā)育齊全，始新-漸新統(tǒng)沙河街組是主力含油氣層系，其中沙三中亞段、沙三下亞段和沙四上亞段是主要烴源巖層，也是發(fā)育欠壓實的主要層位。新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組呈層狀或毯狀披覆于整個盆地區(qū)，構(gòu)成上部拗陷期構(gòu)造層序，古新-始新統(tǒng)孔店組、始新-漸新統(tǒng)沙河街組和漸新統(tǒng)東營組構(gòu)成下部裂陷期構(gòu)造層序，二者之間為區(qū)域性不整合接觸，頂部的東營組遭受不同程度的剝蝕，牛莊洼陷到廣饒凸起逐漸變薄直至完全消失。

2　泥巖壓實規(guī)律

泥質(zhì)巖類在沉積埋藏過程中，當(dāng)微小孔隙內(nèi)流體隨著上覆負荷的增加能及時排出時，其孔隙流體所受到的壓力等于靜水壓力，這個過程稱之為正常壓實作用；反之，當(dāng)微小孔隙內(nèi)流體隨著上覆負荷的增加不能及時排出時（泥巖頂部和底部邊緣部分的滲透率小于維持壓實平衡所需的最小滲透率），其孔隙內(nèi)的流體就承受了部分上覆沉積物的有效壓應(yīng)力，從而使孔隙流體具有高于其相應(yīng)深度靜水壓力的超壓，這種現(xiàn)象就是欠壓實作用［1，8］。

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特點和實際資料，分別在研究區(qū)的牛莊洼陷、王家崗斜坡過渡帶和廣饒凸起選取測井、錄井和分析測試資料相對齊全的99口井，讀取了泥巖段的聲波時差，繪制出重點井的泥巖壓實曲線并進行連井對比，對泥巖地層壓實規(guī)律進行深入分析。

2.1壓實曲線類型

根據(jù)單井泥巖壓實曲線是否存在欠壓實段，將壓實曲線分為2類：異常壓實型和正常壓實型。異常壓實曲線可以明顯地劃分為上部的正常壓實段和下部的欠壓實段，正常壓實段具有明顯的分段變化特征；欠壓實段內(nèi)具高異常聲波時差，均分布在牛莊洼陷（圖2a）和王家崗斜坡過渡帶（圖2b，圖2c）。正常壓實曲線主要分布在廣饒凸起（圖2d）。

2.2正常壓實段的分段特征及成因

泥巖壓實作用受很多地質(zhì)因素的制約和影響（如構(gòu)造、巖性等），具有以層段為基本單元的特點，在某一段地層壓實特征會比較穩(wěn)定［4，8］。依據(jù)分段的數(shù)量可將研究區(qū)泥巖壓實曲線分為二段式和三段式。位于牛莊洼陷的單井泥巖壓實曲線呈明顯的三段式（圖2a），分別為第四系平原組—中新統(tǒng)館陶組正常壓實段、東營組正常壓實段和沙河街組異常壓實段；位于王家崗斜坡過渡帶的單井泥巖壓實曲線呈二段式（圖2b），為平原組—東營組正常壓實段和沙河街組異常壓實段。研究區(qū)正常壓實段存在明顯的分段現(xiàn)象。

（1）東營組和館陶組的分段研究區(qū)內(nèi)東營組頂不整合面上下的泥巖，其壓實曲線的正常壓實趨勢線斜率不同，普遍存在正常壓實段趨勢線錯斷的現(xiàn)象。

圖2　東營凹陷東南斜坡泥巖壓實曲線特征對比

這種分段現(xiàn)象主要是由于東營組沉積速率快，沉積厚度很大，泥巖顆粒沒有足夠的時間去排列，從而導(dǎo)致壓實曲線斜率較小，雖然經(jīng)歷了剝蝕，后期沉積厚度也遠遠大于剝蝕厚度，但沉積距今時間較短，不整合之后的沉積作用不足以消除剝蝕前泥巖壓實作用的標(biāo)記，所以表現(xiàn)為剝蝕面上下壓實曲線趨勢不一致［8-9］。而在王家崗斜坡過渡帶和廣饒凸起這種分段現(xiàn)象消失，則是由于東營組的沉積厚度小，超補償?shù)纳细草d荷足以使不整合面上下地層的正常壓實趨勢趨于一致，形成一條直線型壓實曲線。

（2）東營組與沙一段的分段東營組與沙一段之間的分段性在研究區(qū)廣泛存在，不但表現(xiàn)為地層壓實曲線斜率的差異，而且正常壓實段趨勢線發(fā)生明顯的錯斷，除了東營組泥巖壓實曲線斜率較小之外，兩套地層巖性的差異也是導(dǎo)致分段的主要因素。

沙一段為湖泊沉積，局部層段發(fā)育碳酸鹽巖，高鈣質(zhì)泥巖層的孔隙度（聲波時差）要低于純泥巖地層的孔隙度［4］。碳酸鹽巖對泥巖孔隙度的影響主要有2個方面：一是碳酸鹽巖顆粒的存在降低了可壓實物質(zhì)的數(shù)量；二是碳酸鹽巖的膠結(jié)作用使泥巖孔隙度降低。

2.3欠壓實特征

研究區(qū)異常壓實段主要分布在牛莊洼陷及王家崗斜坡過渡帶的沙二段、沙三段及沙四上亞段，表現(xiàn)為聲波時差、密度等參數(shù)偏離正常壓實趨勢，聲波時差值要比相應(yīng)深度的正常壓實趨勢偏高。根據(jù)欠壓實的分布穩(wěn)定性，可以分為下部的穩(wěn)定欠壓實段和上部的不穩(wěn)定欠壓實段。

上部的不穩(wěn)定欠壓實段包括沙二段和沙三上亞段，下部的穩(wěn)定欠壓實段包括沙三中亞段到沙四段。不穩(wěn)定欠壓實段在牛莊洼陷開始的深度為2 300～2 400 m，在王家崗斜坡過渡帶開始出現(xiàn)的深度為1 900～2 100 m；穩(wěn)定欠壓實段在牛莊洼陷開始出現(xiàn)的深度為3 000 m左右，在王家崗斜坡過渡帶開始出現(xiàn)的深度為2 200～2 600 m.在廣饒凸起沒有欠壓實，均為正常壓實?？傮w來說，從牛莊洼陷到王家崗斜坡過渡帶，出現(xiàn)欠壓實的深度逐漸變淺，欠壓實幅度逐漸減小，到了廣饒凸起欠壓實消失，變?yōu)檎簩崱?/p>

2.3.1壓實曲線分類

根據(jù)欠壓實段聲波時差曲線異常幅度及形態(tài)，將研究區(qū)壓實曲線分成3類。

（1）高幅度欠壓實曲線壓力系數(shù)大于1.5，欠壓實段的聲波時差隨埋深的增大而變大，壓實曲線為反轉(zhuǎn)型，且欠壓實段厚度大（如牛7井和王69井），主要分布在牛莊洼陷內(nèi)。

（2）中幅度欠壓實曲線壓力系數(shù)1.2～1.5，欠壓實段的聲波時差隨埋深的增大保持不變，壓實曲線表現(xiàn)為直立型（如王79井），主要分布在牛莊洼陷和王家崗斜坡過渡帶。

（3）低幅度欠壓實曲線壓力系數(shù)1.0～1.2，欠壓實段的聲波時差（或巖石孔隙度）隨埋深加大而逐漸減小，壓實曲線斜率約等于正常壓實段的斜率（如王1井），主要分布在王家崗斜坡過渡帶。

2.3.2欠壓實成因

欠壓實產(chǎn)生的原因包括沉積速率大、缺乏滲透層和沉積物堆積厚等。沉積速率大和滲透層不發(fā)育是主要原因，而沉積物的堆積厚度則決定了欠壓實后期的保存條件，太薄的地層壓力容易釋放，不利于欠壓實后期保存。東營凹陷沉積物的堆積厚度普遍比較大，所以研究區(qū)欠壓實的成因主要是前2個。

（1）沉積速率的差異當(dāng)沉積速率較小時，有足夠的時間使泥巖顆粒排列得很好，這樣就會隨著埋藏深度的增加而使孔隙度很快降低，導(dǎo)致壓實斜率較大。反之，如果沉積很快，則泥巖顆粒沒有足夠的時間排列，從而使孔隙度較大，導(dǎo)致壓實率較小，容易形成欠壓實。不同構(gòu)造帶上地層的沉積速率差別較大，在洼陷中心沉積速率最大，欠壓實幅度最大；往斜坡帶方向，因沉積速率逐漸變低，欠壓實幅度逐漸變小。

（2）是否發(fā)育滲透層欠壓實主要分布在砂巖含量較少的地層中（圖2），泥巖層厚度越大，泥質(zhì)含量越高，滲透層越不發(fā)育，則越容易形成欠壓實。王69井和王79井在2 780—2 800 m為砂泥巖互層，滲透層能有效泄壓，所以表現(xiàn)為正常壓實；而在3 500 m左右，發(fā)育大套的泥巖、灰質(zhì)泥巖和油頁巖，表現(xiàn)為欠壓實就很明顯了。

除此之外，地層中發(fā)育的碳酸鹽巖對壓實曲線也有一定的影響，沙三下亞段和沙四段發(fā)育大范圍的湖泊沉積，局部泥巖地層中夾有碳酸鹽巖，這勢必會對欠壓實的程度產(chǎn)生影響，至于影響幅度大小，還有待進一步的研究。

3　泥巖孔隙流體壓力分析

在確定了泥巖壓實規(guī)律后，利用等效深度法計算泥巖孔隙流體壓力，對泥巖流體壓力結(jié)構(gòu)性及其與砂巖壓力間的關(guān)系進行進一步分析。需要特別說明的是，由于壓實具有不可逆性，實際上壓實研究求取的流體壓力反映了最大埋深時的泥巖流體壓力狀態(tài)。在研究區(qū)，最大埋深時期為現(xiàn)今，因此，求得的泥巖流體壓力反映了現(xiàn)今的流體壓力狀態(tài)［10-11］。

3.1流體壓力縱向分布

位于牛莊洼陷和王家崗斜坡過渡帶的井（官11井、王14井和王59井），縱向流體壓力都可以劃分為上、下2段（圖3）：淺部正常壓力段和深部超壓段。超壓在沙三中亞段開始出現(xiàn)，出現(xiàn)的深度差別較大，最淺在2 100 m左右。沙四下亞段由于細粒巖石的比例較小，其壓力的積累較其上覆的沙三下亞段和沙四上亞段困難，因而壓力相對較小。位于廣饒凸起的井，泥巖超壓不發(fā)育，壓力數(shù)據(jù)基本分布在靜水壓力梯度線附近。

3.2砂泥巖地層壓力對比

圖3　東營凹陷東南斜坡泥巖孔隙流體壓力結(jié)構(gòu)

將利用等效深度法計算的泥巖地層壓力與實測砂巖地層壓力數(shù)據(jù)作比較（圖3），發(fā)現(xiàn)存在4種情況：①計算的泥巖地層壓力和實測砂巖地層壓力均為靜水壓力，這類井主要分布在廣饒凸起及靠近凸起的地區(qū)；②砂巖地層為靜水壓力，泥巖地層內(nèi)有明顯的超壓（如官11井），多見于牛莊洼陷和王家崗斜坡過渡帶的不穩(wěn)定欠壓實段；③泥巖地層和砂巖地層均發(fā)育超壓，砂巖地層壓力小于等于泥巖地層壓力（如王14井），多見于牛莊洼陷和王家崗斜坡過渡帶的穩(wěn)定欠壓實段；④砂巖地層壓力大于泥巖地層壓力，這種情況較少（如王59井），主要在牛莊洼陷內(nèi)烴源巖發(fā)育區(qū)。從總體上來看，泥巖地層壓力一般不小于砂巖地層壓力，這表明砂巖地層內(nèi)超壓主要源自相鄰泥巖。

對于第4種砂巖地層異常壓力的成因，筆者認為除了泥巖地層欠壓實產(chǎn)生的超壓之外，還存在其他增壓機制的作用。分析發(fā)現(xiàn)，存在此種現(xiàn)象的井均位于牛莊洼陷內(nèi)部烴源巖富集區(qū)，烴源巖的熱演化和生烴作用也是超壓形成的重要機制，其最大生烴增壓約為上覆靜巖壓力的54.2%［12-15］。當(dāng)然，黏土礦物脫水作用、流體熱增壓作用、擴散作用、滲析作用以及斷裂成因的他源高壓也可能是異常壓力形成的原因［16］，但總體貢獻較小，其各自對超壓的貢獻，尚需進一步研究。

3.3超壓的平面分布特征

在單井地層壓力分析的基礎(chǔ)上，以沙三下亞段為例，利用實測砂巖壓力數(shù)據(jù)，對超壓的平面分布特征進行分析。根據(jù)繪制的泥巖地層過剩壓力等值線圖（圖4）可看出，平面上可分為強超壓區(qū)（壓力系數(shù)大于1.5，壓力大于15 MPa）和超壓區(qū)（壓力系數(shù)1.1～1.5，壓力2～15 MPa）。由圖4可知，泥巖地層超壓的分布范圍廣泛，構(gòu)造繼承性較強，強超壓中心位于牛莊洼陷中心部位，過剩壓力向南部凸起帶逐漸降低，到廣饒凸起已變?yōu)槌骸崪y砂巖地層壓力確定的超壓和計算的泥巖地層過剩壓力的分布規(guī)律具有較強的相似性，超壓高值也位于牛莊洼陷內(nèi)部，但是其分布范圍明顯小于泥巖超壓，這也說明泥巖地層欠壓實是研究區(qū)超壓形成的重要機制。

圖4　東營凹陷東南斜坡沙三下亞段泥巖地層過剩壓力等值線與砂巖地層超壓分布

3.4超壓與油氣富集的關(guān)系

根據(jù)上述研究可以推測地下流體的宏觀運移規(guī)律，在壓力系統(tǒng)內(nèi)流體從高勢區(qū)向低勢區(qū)運移。油氣也隨之通過泄壓通道從烴源巖排入滲透層，在超壓驅(qū)使下，油氣先是充注斷層附近的斷塊圈閉及巖性圈閉，然后通過砂巖滲透層進行側(cè)向運移，遇到遮擋（如地層不整合圈閉等）就會聚集成藏。牛莊洼陷內(nèi)部發(fā)育的斷塊圈閉和構(gòu)造-巖性圈閉，在烴源巖排烴時期與烴源巖距離最近，得以最先充注，周圍的地層圈閉后充注，在油氣運移路徑上分布的圈閉應(yīng)是近期勘探的主要目標(biāo)。

4　結(jié)論

（1）東營凹陷南斜坡地層壓實在平面上具有分帶性。斜坡南部的廣饒凸起為正常壓實，牛莊洼陷內(nèi)部和王家崗斜坡過渡帶發(fā)育泥巖欠壓實。

（2）研究區(qū)地層壓實縱向上分為淺部正常壓實段和深部欠壓實段，正常壓實段具有明顯的分段現(xiàn)象；欠壓實段主要分布在沙二段（不穩(wěn)定壓實帶）、沙三段和沙四段，從牛莊洼陷到王家崗斜坡過渡帶，欠壓實出現(xiàn)層位基本不變，出現(xiàn)的深度逐漸變淺，欠壓實的幅度也逐漸變小。

（3）研究區(qū)超壓分布大致與泥巖欠壓實的分布規(guī)律基本一致，砂巖的超壓范圍略小于泥巖，欠壓實是超壓形成的主要機制。超壓主要分布在沙三段和沙四段，過剩壓力高值中心位于牛莊深洼陷部位。

（4）研究區(qū)牛莊洼陷周圍的低壓區(qū)和相對低勢區(qū)是油氣運移的最終指向區(qū)，在主要運移路徑上分布的各類圈閉是勘探的有利目標(biāo)區(qū)域。

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Shale Compaction and Overpressure Distribution in Southeast Slope of Dongying Sag，Bohai Bay Basin

YANG Bin1，ZHANG Likuan2，ZHANG Liqiang3，LEI Yuhong2，CHENG Ming2，YU Lan2
（1.HaiyangOil Production Plant，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257237，China；2.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China；3.College of Geosciences，ChinaUniversity of Petroleum，Qingdao，Shandong266555，China）

The shale compaction curves from 99 wells in southeast slope of Dongying sag are studied in this paper，indicating that the shale compactions are characterized by transverse zonation and longitudinal segmentation.In transverse section，the shale undercompaction zone is distributed in Niuzhuang sub?sag and Wangjiagang slope transitional belt，in which salient zones are all normal compaction ones，while in longitudinal section，the compaction can be devided into the undercompaction segment in the lower part and the normal compaction seg?ment in the upper part.The undercompaction segment is mainly distributed in the second，third and fourth members of Shahejie formation with depth of 1 900～3 800 m；the normal compaction segment is in the second member and overlying strata.Also，the calculated shale fluid pressure and the measured sand fluid pressure show that the formation fluid pressure in the southeast slope is of obvious zonation：by taking the top of the third member as boundary line，the normal pressure section occurs in shallow part，while the abnormal overpressure section occurs in deep part.And such a shale overpressure appears in wide lateral distribution with strong inheritance，and the area with excess pressure high value is located in the Niuzhuang sub?sag.The overpressure is basically the same with the shale undercompaction in distribu?tion.The overpressure scale of sandstone is somewhat less than that of shale.The abnormal pressure in southeast slope in Dongying sag be?longs to deposit overpressure，and the shale undercompaction is the main mechanism of it.

Bahai Bay basin；Dongyingsag；southeast slope；shahejie formation；undercompaction；shale excess pressure；overpressure

TE112.221

A

1001-3873（2015）06-0714-05

10.7657/XJPG20150614

2015-04-19

2015-08-07

國家自然科學(xué)基金（41372151）；國家油氣重大專項（2011ZX05008-004）

楊彬（1988-），男，山東肥城人，工程師，碩士，石油地質(zhì)，（Tel）15265466646（E-mail）yangbin365y@163.com.

1001-3873（2015）06-071410.7657/XJPG20150614