松遼盆地北部泥巖超壓分布特征

松遼盆地北部泥巖超壓分布特征

根據(jù)油氣勘探的實(shí)踐，松遼盆地北部中上部的軟湖相泥巖不僅是松遼盆地北部中上部油氣泉巖的主要泉巖，也是包括薩哈林地區(qū)油氣泉、葡萄牙語(yǔ)和高山油層的區(qū)域覆蓋。它在松遼盆地北部中上部油氣的聯(lián)合、油氣的集中和分布方面發(fā)揮了重要作用。嫩一段泥巖之所以對(duì)松遼盆地北部中上部含油氣組合、油氣聚集與分布起著重要的控制作用,很大程度是由于其內(nèi)超壓的存在,使其較正常壓實(shí)泥巖在排烴和封閉油氣上具有特殊作用。雖然前人曾對(duì)松遼盆地北部嫩一段泥巖的超壓做過大量研究和探討,但這些工作主要集中在超壓形成條件、大小及空間分布和對(duì)油氣成藏所起作用的研究上,而對(duì)超壓形成機(jī)制,尤其是演化機(jī)制和超壓釋放排烴研究上至今仍是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。為此,本文開展松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓形成與演化研究,不僅可以闡明其在油氣排出和封閉中的作用,而且還可以豐富和完善油氣成藏理論。1等效深度法研究油氣鉆探結(jié)果表明,松遼盆地北部嫩一段泥巖由于厚度大(最大可達(dá)到110m),沉積速率快(平均112m/Ma),目前普遍欠壓實(shí),具有超壓。由等效深度法,利用聲波時(shí)差資料對(duì)其超壓值大小及分布進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖1所示。由圖1可見,松遼盆地北部嫩一段泥巖目前超壓值最高可達(dá)9MPa以上,主要分布在齊家—古龍凹陷。由此高值區(qū)向凹陷四周嫩一段泥巖超壓值逐漸減小,在凹陷邊部超壓值減小至零。2松遼盆地北部嫩一部分泥巖超壓開始形成時(shí)期松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓并非一經(jīng)沉積就開始形成,而是隨著埋深增加,壓實(shí)成巖作用達(dá)到一定階段后,在粘土礦物轉(zhuǎn)化脫水、油氣生成和水熱增壓等因素的作用下開始形成的。由式(1)可以計(jì)算出松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓開始形成時(shí)的深度,再由地層厚度和沉積速率便可以確定其開始形成的時(shí)期,結(jié)果如圖2所示。由圖中可以看出,松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓大部分開始形成于明二段沉積時(shí)期,其次是四方臺(tái)組、明一段、泰康組、嫩四段和嫩五段沉積時(shí)期,最少為嫩三段、依安組、大安組和第四系沉積時(shí)期。Z0=?1clnΔtΔt0。(1)Ζ0=-1clnΔtΔt0。(1)式中:Z0為超壓開始形成深度,m;c為泥巖正常壓實(shí)趨勢(shì)線斜率;Δt為深度Z處的聲波時(shí)差值,μs/m;Δt0為外推地表處泥巖聲波時(shí)差值,μs/m。3超壓建模過程的分析3.1埋深對(duì)泥巖超壓釋放的影響泥巖中超壓形成后并不是不變的,除隨著埋深增加,壓實(shí)成巖作用增強(qiáng),超壓值逐漸增大外,還會(huì)因泥巖本身破裂和斷裂活動(dòng)而發(fā)生超壓釋放。泥巖自身破裂超壓釋放泥巖中超壓形成后,隨著埋深增加,壓實(shí)成巖作用增強(qiáng),粘土礦物轉(zhuǎn)化脫出的結(jié)合水及有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化生成的油氣量越來越多,在上下排出受阻及孔隙體積不變的情況下,滯留在孔隙中的大量流體在水熱增壓和流體增加承壓的作用下體積膨脹,使其內(nèi)部壓力逐漸升高。然而,并非隨著埋深的增加,泥巖中超壓可無限制地增大。根據(jù)Snarsky的研究,當(dāng)局部壓力達(dá)到靜水壓力的1.4～2.4倍時(shí),巖石便發(fā)生破裂。由此當(dāng)超壓增大到泥巖破裂極限時(shí),便產(chǎn)生裂縫,其內(nèi)大量孔隙流體排出,超壓釋放,壓力降低。當(dāng)壓力下降至靜水壓力的1.2～1.3倍時(shí),超壓釋放作用停止(圖3)。之后隨著埋深增加超壓仍會(huì)在上述各種因素的作用下繼續(xù)增大,當(dāng)其再次達(dá)到泥巖破裂極限時(shí),泥巖再次發(fā)生破裂,釋放超壓,壓力再次下降,至靜水壓力的1.2～1.3倍時(shí),超壓釋放作用再次停止。如此周而復(fù)始,直至泥巖中的超壓完全釋放為止,如圖3所示。斷裂活動(dòng)超壓釋放泥巖中的超壓除了上述因自身破裂使超壓發(fā)生釋放外,還可以是由于斷穿其內(nèi)的斷裂活動(dòng)開啟,使其內(nèi)的高壓流體沿著斷裂向外運(yùn)移,造成內(nèi)部超壓釋放降低,當(dāng)超壓降至靜水壓力的1.2～1.3倍時(shí),超壓釋放作用停止。當(dāng)斷裂停止活動(dòng)后,在水熱增壓和流體增加承壓的作用下泥巖中的超壓又開始逐漸增大。當(dāng)下一次斷裂活動(dòng)開啟時(shí),泥巖中的超壓再次釋放降低,當(dāng)超壓再次降至靜水壓力的1.2～1.3倍時(shí),釋放作用再次停止。如此下去,直至超壓完全釋放為止。3.2斷裂活動(dòng)引起的超壓釋放按圖3中泥巖超壓演化模式,利用文獻(xiàn)中超壓因自身破裂釋放演化的研究方法,對(duì)松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓演化過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓至今尚未達(dá)到泥巖破裂極限,不能通過自身發(fā)生破裂而釋放超壓。由此可以推測(cè)其內(nèi)超壓的釋放應(yīng)主要是由于斷裂活動(dòng)引起的。松遼盆地北部T1斷裂發(fā)育,斷裂走向以北北東向和北北西向?yàn)橹?呈密集帶分布。斷層延伸長(zhǎng)度以0～5km為主,其次為5～10km,最大可達(dá)到40km以上;斷距較小,一般為20～40m;斷層密度一般為1～4條/km,最大可達(dá)到8條/km。由斷層生長(zhǎng)指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,T1斷裂形成后主要在嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期反轉(zhuǎn)活動(dòng)。3.3英美法上超壓釋放的形成過程選取松遼盆地北部英252井為代表(圖4),利用上述斷裂活動(dòng)超壓釋放演化的研究方法,對(duì)嫩一段泥巖超壓的演化過程進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出,松遼盆地北部英252井嫩一段泥巖超壓最早開始形成于明一段沉積時(shí)期,之后隨著埋深增加,在水熱增壓和流體增加承壓等作用下其超壓值不斷增大,到明水組沉積末期可達(dá)到6MPa左右。此時(shí)由于T1斷裂反轉(zhuǎn)活動(dòng)開啟,使其內(nèi)超壓發(fā)生第一次釋放,之后斷裂活動(dòng)停止,超壓釋放作用停止。隨著埋深增加,超壓再次增大,在古近系沉積末期超壓又可達(dá)到6MPa左右,此時(shí)T1斷裂再次反轉(zhuǎn)活動(dòng)開啟,超壓發(fā)生第二次釋放。隨后斷裂活動(dòng)再次停止,超壓釋放作用停止。隨埋深增加,超壓再次增大,至今超壓值可達(dá)到8.6MPa。4超壓形成和發(fā)展的研究研究松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓形成與演化過程,具有以下意義。4.1超壓源巖主要排烴期超壓源巖的排烴期明顯不同于正常壓實(shí)源巖的壓實(shí)排烴。由于超壓源巖四周致密層的形成,其內(nèi)有機(jī)質(zhì)演化生成的油氣不能及時(shí)排出源巖,而被滯留在超壓源巖內(nèi)部,只能通過超壓釋放向外排烴。然而,超壓源巖能否發(fā)生排烴作用,除受超壓釋放作用的影響外,還要受其油氣本身生成作用的制約。有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到了生烴門限后,才能生成大量油氣向外排出。因此,超壓源巖的主要排烴期應(yīng)是達(dá)到生烴門限之后的超壓釋放時(shí)期。由源巖排烴史研究可知,松遼盆地北部嫩一段泥巖在明水組沉積末期開始進(jìn)入生烴門限,目前尚未達(dá)到生烴高峰期。由上可知,嫩一段泥巖在明水組沉積末期和古近系沉積末期因T1斷裂反轉(zhuǎn)活動(dòng)超壓發(fā)生了釋放,因此可以認(rèn)為古近系沉積末期應(yīng)是松遼盆地北部嫩一段源巖生成油氣向薩、葡油層排出的主要時(shí)期。4.2下排烴期沉積期油氣運(yùn)移距離由文獻(xiàn)的研究方法,在古超壓恢復(fù)的基礎(chǔ)上,對(duì)松遼盆地北部嫩一段源巖生成油氣向下“倒灌”運(yùn)移的距離和層位進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖6和圖7所示。由圖6可以看出,松遼盆地北部嫩一段泥巖排出的油氣向下“倒灌”運(yùn)移距離在主要排烴期古近系沉積末期最大可達(dá)150m左右,高值區(qū)分布在英10井處;由此高值區(qū)向凹陷四周嫩一段源巖排出油氣向下“倒灌”運(yùn)移距離逐漸減小,在凹陷邊部油減小至零。由圖7可以看出,松遼盆地北部嫩一段源巖排出的油氣在大慶長(zhǎng)垣、齊家—古龍凹陷、三肇凹陷、龍虎泡階地和明水階地等大部分地區(qū)均可向下“倒灌”運(yùn)移進(jìn)入薩爾圖油層,僅在局部地區(qū)可“倒灌”運(yùn)移進(jìn)入葡萄花油層。4.3超壓形成時(shí)期與源巖大量排烴期的關(guān)系由文獻(xiàn)可知,雖然超壓不能對(duì)油氣起到直接的封閉作用,但其存在對(duì)增強(qiáng)毛細(xì)管封閉作用和吸附封閉能力起著重要作用。然而,超壓能否對(duì)油氣起到有效封閉作用,關(guān)鍵取決于其形成時(shí)期與源巖大量排烴期的相對(duì)早晚。如果超壓形成時(shí)期早于源巖大量排烴期,對(duì)于封閉源巖排出的大量油氣則是有利的。二者時(shí)間差越小,越有利于封閉源巖排出的油氣,反之則越不利。由上可知,松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓形成時(shí)期(主要為明二段沉積時(shí)期)明顯早于嫩一段泥巖本身的油氣大量排出時(shí)期(至今尚未達(dá)到)。因此,封閉其自身生成排出進(jìn)入薩、葡油層中的油氣是有利的。4.4松遼盆地北部隨立地梯度變化的超壓封閉能力超壓開始形成后其封閉油氣能力便開始形成。隨著埋深增加,壓實(shí)成巖作用增強(qiáng),在水熱增壓、粘土礦物轉(zhuǎn)化脫水和油氣生成等因素的作用下,超壓值逐漸增大,封閉能力逐漸增強(qiáng)。由于斷裂活動(dòng)或泥巖自身破裂超壓釋放壓力降低等因素的影響,其對(duì)油氣封閉能力也將受到影響。超壓每次釋放,都使得其值降低,封閉油氣能力降低。超壓釋放之后,隨著超壓的再次增大,其封閉油氣能力也將逐漸增強(qiáng),直至下一次超壓釋放。由此循環(huán)下去直至超壓完全釋放封閉能力消失。由圖6看出,松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓封閉從明一段沉積時(shí)期開始形成,在明水組沉積末期和古近系沉積末期因斷裂活動(dòng)超壓釋放,封閉能力曾發(fā)生降低,但仍較正常壓實(shí)泥巖具有較強(qiáng)的封閉能力(因超壓只能降至靜水壓力的1.2～1.3倍),目前仍具有8.6MPa的超壓封閉能力。隨著埋深增加,壓實(shí)成巖作用增強(qiáng),嫩一段泥巖的超壓將繼續(xù)增大,對(duì)油氣的封閉能力將逐漸增強(qiáng)。這些條件可能是造成現(xiàn)今松遼盆地北部薩、葡油層油氣大面積聚集與分布的重要原因。5嫩一部分泥巖超壓釋放的期次(1)松遼盆地北部嫩一段泥巖普遍具有的超壓、高值區(qū)主要分布在齊家—古龍凹陷,主要形成于明二段沉積時(shí)期。(2)T1斷裂的活動(dòng)開啟是造成松遼盆地北部嫩一段泥巖超壓釋放的主要因素,在明水組沉