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。它是一個獨立的一級負向構(gòu)造單元，由三個錯誤（秦南凹陷、遼中凹陷和遼東凹陷）和五個突出（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,它們的成因機制成為人們探索的焦點.龔再升等(2000)、龔再升和王國純(2001)、龔再升(2004)提出新構(gòu)造運動控制油氣晚期成藏理論.米立軍(2001)認為上新世—全新世(5.1Ma以來)的新構(gòu)造運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.郝芳等(2004)進一步指出,較強的超壓和強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)的特征和成因機制.1儲層超壓異常儲層RFT實測壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明(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,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1.64(BZ2221ST);在2500m附近存在零星的超壓異常,最大壓力系數(shù)達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沉降機制所引起的責(zé)任郝芳等(2004)認為,渤中坳陷較強的超壓是快速沉降引起的壓實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種機制綜合引起的,即不均衡壓實、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不僅僅是快速埋藏的低滲透率層序形成超壓的可行機制,也是形成儲層超壓的可行機制.Magara(1978)認為,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,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)也認為由于在細粒的、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導(dǎo)致的超壓.20口鉆井的聲波時差資料的綜合分析表明,渤中拗陷存在2套欠壓實帶:上部欠壓實帶發(fā)育于東營組一段,分布局限;下部欠壓實帶發(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欠壓實的頂界.BZ1311井(圖2)顯示,泥巖欠壓實出現(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)育強的欠壓實,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的.渤中坳陷泥巖和砂巖欠壓實帶與中層儲層超壓系統(tǒng)相對應(yīng),表明不均衡壓實作用對儲層超壓的形成貢獻較大.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移出來進入相鄰的多孔的、高滲透的儲層中,進而導(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.這些點處計算的砂巖壓力數(shù)值往往小于實測的壓力數(shù)值.實測儲層壓力與計算儲層壓力之差,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)育在欠壓實層、烴源巖層范圍之外,而與欠壓實和烴類生成無關(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(圖3),壓力系數(shù)達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(圖3),壓力系數(shù)達1.1～1.24.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)達到1.60.儲層內(nèi)裂解氣的存在必然會導(dǎo)致超壓增強.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)儲層超壓的形成機制是不均衡壓實作用、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理渤中坳陷存在3套儲層超壓系統(tǒng):淺層明化鎮(zhèn)組