渤中坳陷超壓系統(tǒng)及其成因

渤中坳陷超壓系統(tǒng)及其成因

包中坳陷位于渤海盆地的中部。它是一個(gè)獨(dú)立的一級負(fù)向構(gòu)造單元，由三個(gè)錯(cuò)誤（秦南凹陷、遼中凹陷和遼東凹陷）和五個(gè)突出（秦南突出、石臼突出、東部突出、廟西突出和南部突出）組成。冀中坳陷的發(fā)育和發(fā)育可分為三個(gè)階段：初始裂向塌陷階段（儒家經(jīng)典組-沙河街組的沉積期）、中期裂向塌陷階段（明化市首席法官組的下段）和最終構(gòu)造激活階段（明化市上段-第四系）。自1995年以來,在渤中坳陷先后發(fā)現(xiàn)了QHD32-6、NB35-2、PL19V3、CFD11-1、BZ25-1等大、中型油氣田,引起了國內(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(2000)、龔再升和王國純(2001)、龔再升(2004)提出新構(gòu)造運(yùn)動控制油氣晚期成藏理論.米立軍(2001)認(rèn)為上新世—全新世(5.1Ma以來)的新構(gòu)造運(yùn)動對油氣田的形成起了關(guān)鍵作用,并指出渤海海域具有晚期生排烴、晚期成藏的特點(diǎn).郝芳等(2004)進(jìn)一步指出,較強(qiáng)的超壓和強(qiáng)烈的斷裂活動決定了超壓-構(gòu)造活動聯(lián)控型流體流動,進(jìn)而決定了油氣幕式快速成藏過程和油氣分布.因此,對渤中坳陷壓力系統(tǒng)的研究,可加深對該區(qū)油氣晚期快速成藏的理解.本文的目標(biāo)是利用RFT測試壓力資料分析渤中坳陷儲層壓力系統(tǒng)的特征和成因機(jī)制.1儲層超壓異常儲層RFT實(shí)測壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明(圖1a),渤中坳陷儲層孔隙流體超壓發(fā)育.根據(jù)儲層壓力的垂直變化,把盆地從上到下分為3個(gè)儲層壓力系統(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)還存在少量低壓異常.圖1b顯示明化鎮(zhèn)組(Nm)儲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)儲層內(nèi)為正常壓力;東營組(圖1d)儲層超壓集中發(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1e)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)1.60(BZ2221ST);3300m之上零星發(fā)育有超壓異常,最大壓力系數(shù)1.24(CFD14-1-1);中生界(圖1f)儲層壓力測量值比較少,分別在2300m(BZ2911)和4000m(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套儲層超壓系統(tǒng):淺層(明化鎮(zhèn)組-館陶組)儲層超壓系統(tǒng)、中層(東營組-沙河街組-孔店組)儲層超壓系統(tǒng)、基底(中生界及以下地層)儲層超壓系統(tǒng).2沉降機(jī)制所引起的責(zé)任郝芳等(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低滲透率儲層的超壓不均衡壓實(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,也是形成儲層超壓的可行機(jī)制.Magara(1978)認(rèn)為,由于來自相鄰泥巖的流體排入,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)育于東營組一段,分布局限;下部欠壓實(shí)帶發(fā)育于東營組二段下亞段、東三段、沙河街組和孔店組.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),東營組和館陶組分界面以及東二段上、下亞段分界面是兩個(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:3750～3790m儲層壓力系數(shù)為1.54,3971～3989m儲層壓力系數(shù)為1.20.圖2中兩個(gè)不完全超壓釋放段(劉曉峰和解習(xí)農(nóng),2001)正好對應(yīng)了儲層發(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)帶與中層儲層超壓系統(tǒng)相對應(yīng),表明不均衡壓實(shí)作用對儲層超壓的形成貢獻(xiàn)較大.2.2儲層超壓傳遞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.對于儲層超壓系統(tǒng)而言,超壓傳遞是超壓形成的重要機(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)移出來進(jìn)入相鄰的多孔的、高滲透的儲層中,進(jìn)而導(dǎo)致儲層超壓.大量超壓油氣藏的存在是烴類注入導(dǎo)致儲層超壓的直接證據(jù).渤中坳陷東營組下部-沙河街組超壓儲層發(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,儲層處的泥巖欠壓實(shí)顯著降低,表明泥巖具有向相鄰儲層充注油氣的能力.這些點(diǎn)處計(jì)算的砂巖壓力數(shù)值往往小于實(shí)測的壓力數(shù)值.實(shí)測儲層壓力與計(jì)算儲層壓力之差,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)和烴類生成無關(guān).渤中凹陷淺層明化鎮(zhèn)組-館陶組和基底中生界-古生界內(nèi)的儲層超壓就屬此類.QHD324在淺層館陶組和明化鎮(zhèn)組儲層中均出現(xiàn)一些孤立的超壓點(diǎn)(圖3),壓力系數(shù)達(dá)1.2～1.4,屬于傳遞超壓.PL2561井在淺部館陶組1100～1600m段存在許多超壓異常點(diǎn)(圖3),壓力系數(shù)達(dá)1.1～1.24.該井正位于超壓流體釋放帶——?dú)鉄焽韪浇?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超壓傳遞作用儲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(LawandDickinson,1985;Barker,1990).BZ2221ST井4185.5～4348.6m(沙河街組一、二段-中生界)存在油頂氣,測試結(jié)果δ13C1為-37.3‰,δ13C2為25.1‰,δ13C3為-25.5‰,δ13C4為23.9‰,屬于高過成熟裂解氣.裂解氣賦存的儲層孔隙流體為超壓,最大壓力系數(shù)達(dá)到1.60.儲層內(nèi)裂解氣的存在必然會導(dǎo)致超壓增強(qiáng).目前渤中坳陷鉆井大多分布在坳陷邊緣,推測坳陷中心由裂解氣導(dǎo)致的儲層超壓會更發(fā)育.綜合以上分析,渤中坳陷淺層(明化鎮(zhèn)組-館陶組)儲層超壓的形成機(jī)制是超壓傳遞作用;中層(東營組-沙河街組-孔店組)儲層超壓的形成機(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)儲層超壓可能是超壓傳遞作用和裂解氣生成作用的綜合.3通說的儲層超壓與成藏機(jī)理渤中坳陷存在3套儲層超壓系統(tǒng):淺層明化鎮(zhèn)組