渤海灣盆地渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征與成因機(jī)制

1、渤海灣盆地渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征與成因機(jī)制第33卷第3期2008年5月地球科學(xué)一一中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)earthsciencejournalofchinauniversityofgeosciencesvo1.33no.3may2008渤海灣盆地渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征與成因機(jī)制劉曉峰,解習(xí)農(nóng),張成中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢430074摘要:對(duì)儲(chǔ)層超壓的分析,有助于理解渤中坳陷油氣晚期快速成藏機(jī)理.利用rft實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力資料分析了渤中坳陷儲(chǔ)層超壓的特征和成因.渤中坳陷存在3套儲(chǔ)層超壓系統(tǒng):淺層明化鎮(zhèn)組一館陶組儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),中層?xùn)|營(yíng)組一沙河街組一孔店組儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),基底(中生界及以下地層)儲(chǔ)層超壓系統(tǒng).

2、渤中坳陷的儲(chǔ)層超壓可能主要是由3種機(jī)制綜合引起的,即不均衡壓實(shí)作用,超壓傳遞作用和裂解氣的生成作用.少量保存的傳遞超壓是深部超壓流體注入的”化石”,它是超壓背景下油氣快速充注成藏的結(jié)果.關(guān)鍵詞:儲(chǔ)層超壓;傳遞超壓;裂解氣;快速成藏;渤中坳陷.中圖分類號(hào):p618文章編號(hào):10002383(2008)03033705收稿日期:20080225characteristicsandgenerationofthereservoiroverpressureinbozhongdepression,bohaibaybasinliuxiaofeng,xiexinong,zhangchengfacultyofe

3、arthresources,chinauniversityofgeosciences,wuhan430074,chinaabstract:theanalysisoffluidmigrationandrapidhydrocarbonaccumulationisessentialforexploringdistributionofoverpressureandprobingintoitsgeneraion.basedontherftofmanydrillsinbozhongdepression,thecharacteristicsandgenerationofreservoiroverpressu

4、rehavebeendiscussedinthispaper.threereservoiroverpressuresystemshavebeenidentifiedinthebozhongdepression:anupperreservoiroverpressureinguantaoformationminghuazhenformation,amiddlereservoiroverpressureindongyingformationshahejieformationkongdianformation,andalowerreservoiroverpressureinbase(pre-cenoz

5、oic).detailedinvestigationofreservoiroverpressureinthebozhongdepressionshowsthatoverpressureprobablyistheresultofacombinationoffollowingthreemechanisms:mechanicalcompactiondisequilibrium,overpressuretransferenceandthermalcracking.transferoverpressuremaybeiscommoninsubsurfacereservoirs,butrecognizabl

6、etransferoverpressuresareinfrequent.afewtransferoverpressurespreservedinreservoirsatshallowerdepthsnamed”overpressurefluidfossil”,resultedfromdeeperoverpressuredfluidcharging,helpsustounderstandtherapidpetroleumaccumulationinoverpressuredsedimentarybasins.keywords:reservoiroverpressureitransferoverp

7、ressure;thermalcracking;rapidpetroleumaccumulation;bozhongdepression.渤中坳陷位于渤海灣盆地的中部,是海上獨(dú)立的一個(gè)一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元,包括了3個(gè)凹陷(秦南凹陷,渤中凹陷及渤東凹陷)和5個(gè)凸起(秦南凸起,石臼坨凸起,渤東低凸起,廟西凸起及渤南凸起).渤中坳陷的發(fā)育演化可以分為早期裂陷一坳陷階段(孔店組一沙河街組沉積期),中期裂陷一坳陷階段(東營(yíng)組一明化鎮(zhèn)組下段沉積期)和晚期構(gòu)造活化階段(明化鎮(zhèn)組上段一第四系沉積期)3個(gè)演化階段.自l995年以來(lái),在渤中坳陷先后發(fā)現(xiàn)了qhd326,nb35-2,pl19v3,cfd11-1,bz2

8、51等大,中型油氣田,引起了國(guó)內(nèi)外石油地質(zhì)界的廣泛關(guān)注,它們的成因機(jī)制成為人們探索的焦點(diǎn).龔再升等基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)gl(no.40238059);國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)gl(no.40402014).作者簡(jiǎn)介:劉曉峰(1970一),男,副教授,博士,主要從事盆地流體分析和成藏動(dòng)力學(xué)研究.e-mail:.ca338地球科學(xué)一一中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷(2000),龔再升和王國(guó)純(2001),龔再升(2004)提出新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制油氣晚期成藏理論.米立軍(2001)認(rèn)為上新世一全新世(5.1ma以來(lái))的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)油氣田的形成起了關(guān)鍵作用,并指出渤海海

9、域具有晚期生排烴,晚期成藏的特點(diǎn).郝芳等(2004)進(jìn)一050010001500菖200025003000350040004500050010001500菖200025003000350040004500050010001500菖200025003000350040004500壓力(mpa)04080050010001500200025003000p350040004500(a)壓力系數(shù)i一tr-op一.up一一.一:.tr-opcl.驢.一步指出,較強(qiáng)的超壓和強(qiáng)烈的斷裂活動(dòng)決定了超壓一構(gòu)造活動(dòng)聯(lián)控型流體流動(dòng),進(jìn)而決定了油氣幕式快速成藏過(guò)程和油氣分布.因此,對(duì)渤中坳陷壓力系統(tǒng)

10、的研究,可加深對(duì)該區(qū)油氣晚期快速成藏的理解.本文的目標(biāo)是利用rft測(cè)試壓力資料分析渤中坳050010001500200025003000350040004500壓力(mpa)04080(b)050010001500200025003000350040004500壓力系數(shù)i一t.(itr-op一.1up_一一一一0401.604080廣rr1-t0n1_t_t廠_0rrrt一r_u廠廣1_tt(c)500100015002000250030003500400045oo50010001500200025003000350040004500(d)

11、500100015002000250030003500400045000408004080r_rrtt0廣廣廣廣-一0rr1_t_ru廣廣廣r_1t(e)5001000150020002500300035004000450050010001500200025003000350040004500500100015002000250030003500p40004500(f)圖1渤中坳陷各地層單元儲(chǔ)層壓力一深度圖fig.1plotsofpressurevs.depthfordifferentstratigraphicunitsinbozhongdepression

12、op.超壓;trop.傳遞超壓;up.低壓;top.超壓頂界面;bop.超壓底界面;phy.靜水壓力梯度;pr.靜巖壓力梯度第3期劉曉峰等:渤海灣盆地渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征與成因機(jī)制339陷儲(chǔ)層壓力系統(tǒng)的特征和成因機(jī)制.1渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征儲(chǔ)層rft實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明(圖la),渤中坳陷儲(chǔ)層孑l隙流體超壓發(fā)育.根據(jù)儲(chǔ)層壓力的垂直變化,把盆地從上到下分為3個(gè)儲(chǔ)層壓力系統(tǒng):到地下約3200m深度,遵循平均靜水壓力梯度的上部正常壓力系統(tǒng);中部是比平均靜水壓力梯度高的超壓系統(tǒng),以及下部(現(xiàn)有資料顯示約4150m之下)的正常壓力系統(tǒng).超壓頂界面之上存在零星的超壓點(diǎn),屬于傳遞超壓.此外本區(qū)還存在少量低壓

13、異常.圖1b顯示明化鎮(zhèn)組(nm)儲(chǔ)層壓力大多為正常壓力,存在少量的超壓異常和低壓異常,超壓最大壓力系數(shù)為1.39(qhd3264);圖1c顯示館陶組(ng)儲(chǔ)層內(nèi)為正常壓力;東營(yíng)組(圖ld)儲(chǔ)層超壓集中發(fā)育在3000m之下,最大壓力系數(shù)達(dá)1.64(bz2221st);在2500m附近存在零星的超壓異常,最大壓力系數(shù)達(dá)1.22(cfd1411);沙河街組(圖le)超壓最為發(fā)育,集中發(fā)育在3300m之下,最大壓力系數(shù)達(dá)1.6o(bz2221st);3300m之上零星發(fā)育有超壓異常,最大壓力系數(shù)1.24(cfd1411);中生界(圖lf)儲(chǔ)層壓力測(cè)量值比較少,分別在2300m(bz2911)和400

14、0m(pl711)左右存在超壓,最大壓力系數(shù)為1.74(pl711).以上分析表明,渤中坳陷存在3套儲(chǔ)層超壓系統(tǒng):淺層(明化鎮(zhèn)組一館陶組)儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),中層(東營(yíng)組一沙河街組一孑l店組)儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),基底(中生界及以下地層)儲(chǔ)層超壓系統(tǒng).2超壓成因機(jī)制分析郝芳等(2004)認(rèn)為,渤中坳陷較強(qiáng)的超壓是快速沉降引起的壓實(shí)不均衡和生烴作用共同作用的結(jié)果.本文調(diào)查表明,渤中坳陷的儲(chǔ)層超壓可能主要是由3種機(jī)制綜合引起的,即不均衡壓實(shí),超壓傳遞和裂解氣的生成.2.1不均衡壓實(shí)不均衡壓實(shí)不僅僅是快速埋藏的低滲透率層序形成超壓的可行機(jī)制,也是形成儲(chǔ)層超壓的可行機(jī)制.magara(1978)認(rèn)為,由于來(lái)自相鄰泥

15、巖的流體排入,泥巖中的砂巖夾層和孤立的砂體也可形成欠壓實(shí),以維持砂巖和泥巖之間的壓力平衡.而連通性好的砂體,由于流體通過(guò)砂巖逸出,可造成超壓釋放.osborneandswarbrick(1997)也認(rèn)為由于在細(xì)粒的,低滲透性地層中儲(chǔ)層的隔絕,或者由于斷層等原因造成側(cè)向滲透性降低,在鄰近的高滲透性儲(chǔ)層中也可形成不均衡壓實(shí)導(dǎo)致的超壓.20口鉆井的聲波時(shí)差資料的綜合分析表明,渤中拗陷存在2套欠壓實(shí)帶:上部欠壓實(shí)帶發(fā)育于東營(yíng)組一段,分布局限;下部欠壓實(shí)帶發(fā)育于東營(yíng)組二段下亞段,東三段,沙河街組和孑l店組.欠壓實(shí)頂埋深與深度關(guān)系不大,而與層位關(guān)系緊密.盆地內(nèi),東營(yíng)組和館陶組分界面以及東二段上,下亞段分界

16、面是兩個(gè)欠壓實(shí)的頂界.bz1311井(圖2)顯示,泥巖欠壓實(shí)出現(xiàn)于3184m左右,對(duì)應(yīng)為東二段上,下亞段的分界.東二段下,東一段和沙三段發(fā)育強(qiáng)的欠壓實(shí),反映了泥巖的超壓.bz1311試油數(shù)據(jù)顯示:37503790m儲(chǔ)層壓力系數(shù)為1.54,39713989m儲(chǔ)層壓力系數(shù)qnnge-eepsimzd言聲波時(shí)差ac(ps/m)c4c圖2渤中坳陷bz13l1井泥巖和砂巖聲波時(shí)差一深度圖fig.2intervaltraveltimevs.depthformudstoneandsandstonerespectivelyinthewellbz13llnc.正常壓實(shí);uc.欠壓實(shí);tuc.欠壓實(shí)頂界;buc.

17、欠壓實(shí)底界;t.d.完鉆深度;1.泥巖的聲波時(shí)差;2.砂巖的聲波時(shí)差;3.試油實(shí)測(cè)的儲(chǔ)層流體壓力系數(shù)340地球科學(xué)一一中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷為1.2o.圖2中兩個(gè)不完全超壓釋放段(劉曉峰和解習(xí)農(nóng),2001)正好對(duì)應(yīng)了儲(chǔ)層發(fā)育層段,此處的砂巖也是欠壓實(shí)的.渤中坳陷泥巖和砂巖欠壓實(shí)帶與中層儲(chǔ)層超壓系統(tǒng)相對(duì)應(yīng),表明不均衡壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層超壓的形成貢獻(xiàn)較大.2.2超壓傳遞osborneandswarbrick(1997)將壓力傳遞定義為地下剩余孔隙流體壓力的重新分配,并認(rèn)為盡管在某些沉積盆地中沒有發(fā)現(xiàn)超壓產(chǎn)生的原生機(jī)制,但壓力傳遞是控制超壓分布的主要因素.對(duì)于儲(chǔ)層超壓系統(tǒng)而言,超壓傳遞是超壓形成的重要

18、機(jī)制.根據(jù)源超壓流體系統(tǒng)(傳遞者)與傳遞超壓流體系統(tǒng)(受傳遞者)的空間位置關(guān)系,可區(qū)分出接觸式傳遞和連通式傳遞(劉曉峰和解習(xí)農(nóng),2003).(1)接觸式傳遞.接觸式傳遞指源超壓系統(tǒng)與傳遞超壓系統(tǒng)彼此接觸,通過(guò)接觸邊界傳遞超壓.在厚層泥巖(通常為烴源巖)夾砂巖的層序中,欠壓實(shí)和與烴類成熟有關(guān)的超壓產(chǎn)生的破裂導(dǎo)致了烴類從烴源巖中運(yùn)移出來(lái)進(jìn)入相鄰的多孔的,高滲透的儲(chǔ)層中,進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)層超壓.大量超壓油氣藏的存在是烴類注入導(dǎo)致儲(chǔ)層超壓的直接證據(jù).渤中坳陷東營(yíng)組下部一沙河街組超壓儲(chǔ)層發(fā)育于成熟的沙河街組和東一段烴源巖內(nèi),很可能經(jīng)歷了接觸式超壓傳遞作用.正如圖2顯示的,儲(chǔ)層處的泥巖欠壓實(shí)顯著降低,表明泥巖具

19、有向相鄰儲(chǔ)層充注油氣的能力.這些點(diǎn)處計(jì)算的砂巖壓力數(shù)值往往小于實(shí)測(cè)的壓力數(shù)值.實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力與計(jì)算儲(chǔ)層壓力之差,基本代表了油氣注入引起的超壓.(2)連通式傳遞.連通式傳遞是指源超壓系統(tǒng)與傳遞超壓系統(tǒng)彼此遠(yuǎn)離,必須借助斷裂,滲透性巖iol層,不整合面等輸導(dǎo)通道相連通,才能發(fā)生超壓的傳遞.許多研究表明,斷裂作用使深部超壓封存箱內(nèi)的流體發(fā)生向上的泄漏,并在淺部巖層中形成超壓(graulsandbaleix,1994).許多儲(chǔ)層超壓發(fā)育在欠壓實(shí)層,烴源巖層范圍之外,而與欠壓實(shí)和烴類生成無(wú)關(guān).渤中凹陷淺層明化鎮(zhèn)組一館陶組和基底中生界一古生界內(nèi)的儲(chǔ)層超壓就屬此類.qhd324在淺層館陶組和明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層中均出

20、現(xiàn)一些孤立的超壓點(diǎn)(圖3),壓力系數(shù)達(dá)1.21.4,屬于傳遞超壓.pl2561井在淺部館陶組11001600m段存在許多超壓異常點(diǎn)(圖3),壓力系數(shù)達(dá)1.11.24.該井正位于超壓流體釋放帶氣煙囪附近,經(jīng)歷了深部超壓流體注入作用.盡管由于超壓傳遞作用導(dǎo)致傳遞超壓是非常普遍的現(xiàn)象,但大量的淺層傳遞超壓因封閉層封閉能力差而散失.少量保存的傳遞超壓成為深部超壓流體注入的”化石”,它是超壓背景下油氣快速充注成藏的結(jié)果.2.3儲(chǔ)層內(nèi)裂解氣的生成儲(chǔ)層中已聚集流體的變化,特別是液態(tài)烴向氣態(tài)烴的轉(zhuǎn)變,也會(huì)導(dǎo)致增壓.大多數(shù)研究者認(rèn)為氣體的生成伴隨有體積的大量膨脹,在封閉系統(tǒng)中能產(chǎn)生很高的超壓(lawanddic

21、kinson,1985;barker,1990).bz2221st井4185.54348.6m(沙河街組一,二段一中生界)存在油頂氣,測(cè)試結(jié)果c為一37.3/oo,c為25.1,c.為一25.5,c4為23.9,屬于高過(guò)成熟裂解氣.裂解氣賦存的儲(chǔ)層孔隙流體為超壓,最大壓力系數(shù)達(dá)到1.6o.儲(chǔ)層內(nèi)裂解氣的存在必然會(huì)導(dǎo)致超壓增強(qiáng).目前渤中坳陷鉆井大多分布在坳陷邊緣,推測(cè)坳陷中心由裂解f(b)圖3渤中坳陷qhd324井(a)和pi2561井(b)壓力一深度圖fig.3plotsofpressurevs.depthforwellqhd324(a)andpi2561(b)inbozhongdepress

22、ion雌三二二二二二目雌岡h二二二二二二圜第3期劉曉峰等:渤海灣盆地渤中坳陷儲(chǔ)層超壓特征與成因機(jī)制341氣導(dǎo)致的儲(chǔ)層超壓會(huì)更發(fā)育.綜合以上分析,渤中坳陷淺層(明化鎮(zhèn)組一館陶組)儲(chǔ)層超壓的形成機(jī)制是超壓傳遞作用;中層(東營(yíng)組一沙河街組一孔店組)儲(chǔ)層超壓的形成機(jī)制是不均衡壓實(shí)作用,超壓傳遞作用和裂解氣生成作用的綜合;基底(中生界及以下)儲(chǔ)層超壓可能是超壓傳遞作用和裂解氣生成作用的綜合.3結(jié)論渤中坳陷存在3套儲(chǔ)層超壓系統(tǒng):淺層明化鎮(zhèn)組一館陶組儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),中層?xùn)|營(yíng)組一沙河街組一孔店組儲(chǔ)層超壓系統(tǒng),基底(中生界及以下地層)儲(chǔ)層超壓系統(tǒng).渤中坳陷的儲(chǔ)層超壓可能主要是由3種機(jī)制綜合引起的,即不均衡壓實(shí)作用

23、,超壓傳遞作用和裂解氣的生成作用.少量保存的傳遞超壓成為深部超壓流體注入的”化石”,它是超壓背景下油氣快速充注成藏的結(jié)果.通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層超壓的分析,可更深刻理解渤中坳陷晚期快速成藏機(jī)理.refereneesbarker,c.,1990.calculatedvolumeandpressurechangesduringthethermalcrackingofoiltogasinreservoirs.aapgbulletin,74:12541261.gong,z.s.,2004.neotectonicsandpetroleumaccumulationinoffshorechinabasins.earth

24、science-journalofchinauniversityofgeosciences,29(5):513517(inchinesewithenglishabstract).gong,z.s.,wang,g.c.,2001.neotectonismandlatehydrocarbonaccumulationinbohaisea.actapetrolesinica,22(2):17(inchinesewithenglishabstract).gong,z.s.,wang,g.c.,he,q.,2000.theneogene:amainrealmofhydrocarbonexploration

25、inbozhongsaganditssurroundingareas.china0shoreoilandgas(geology),14(3):145156(inchinesewithenglishabstract).umaccumulationinbozhongdepression,bohaibaybasin.earthscience-journalofchinauniversityofgeosciences,29(5):518524(inchinesewithenglishabstract).law,b.e.,dickinson,w.w.,1985.conceptualmodelforori

26、ginofabnormallypressuredgasaccumulationsinlow-permeabilityreservoirs.aapgbulletin,69:12951304.iiu,x.f.,xie,x.n.,2001.overpressurereliefanditsimplicationtohydrocarbonmigrationandaccumulation.geologicalscienceandtechnologyinformation,20(4):5156(inchinesewithenglishabstract).liu.x.f.,xie,x.n.,2003.reviewonformationmechanismofthereservoiroverpressurefluidsystem.geologicalscienceandtechnologyinformation,22(3):5560(inchinesewithenglishabstract).magara,k.,1978.compactionandfluidmigrauon:practicalpetroleumgeology.elsevierscientificpublishingcornpany,newyork,1313.mi,l.j