东营凹陷西部沙四上亚段超压成因及增压模式.docx

东营凹陷西部沙四上亚段超压成因及增压模式王国庆（中国石化胜利油田分公司西部新区研究院，山东东营 ）摘要：滩坝砂岩是东营凹陷西部沙四上亚段的重要 沉 积 储 层，超压对滩坝砂岩油气成藏具有明显的控制作用。 利用测井参数对超压的响应特征建立了超压成因的判别方法并对超压成因进行了分析，认为东营凹陷沙四上亚段深 湖相沉积物的快速沉积埋藏使得欠压实成为超压形成重要因素；沙四上亚段优质烃源岩的广泛发育及热演化使得 生烃增压成为超压形成的另一个重要原因。 建立了东营凹陷西部增压模 式，将 超压的演化分为 正 常 压 实 阶 段、欠 压实及早期生烃增压阶段以及大量生、排烃增压三个阶段，在超压发育的不同阶段，欠压实与生烃增压先后成为最 重要的因素。关键词：东营凹陷；滩坝砂岩；生烃增压；增压模式中图分类号：文献标识码：超压是 地 层 压 力 大 于 静 水 压力的地层流体状 态。 它在油气成藏过程中扮演着重要角色，影响油 气成藏“生、储、盖、圈、运、保”的 各 个 阶 段。 勘 探实践表明，超压对东营凹陷滩坝砂岩油藏的油气 分布、油藏类型、油气充满度及含油饱和度均具有重 要控制作用。 因此，深入分析超压成因，建立超压增 压模式是进一步解剖超压控藏作用的重要前提。东营凹陷西部是指利津洼陷、博兴洼陷及其周 缘区域，勘探面积约 。 沙四下亚段沉积时 期滨浅湖滩坝砂岩广泛发育，分布范围可达研究区 以上的面 积。 滩 坝 砂 岩 成 藏 条 件 优 越，现 已 上 报探明储量超过 亿吨，为胜利油田实现“东部硬稳 定”提供了重要的储量保障。 研究区沙三中、下亚段 及沙四上亚段为深湖相泥岩、灰质泥岩沉积，是一套 优质、成熟烃源岩，其超压特征十分明显，控制了滩 坝砂岩油气成藏。式中： 为 声 波 时 差，； 为 密 度， ；为深度，。可以看出，正常压力条件下，泥岩声波时差随深 度变化曲线与泥岩密度随深度 变 化 曲 线 成 镜 像 关 系。 超压条件下，高流体压力会造成有效应力的相 对减小，导致岩石传播速度相对较低，从而使得 声波时差值偏大，镜像关系被打破。 此时，如果密度 值也偏离正常压实趋势线相对变小则表明欠压实在 超压形成过程中起到了重要作用；如果密度值没有 偏离正常压实趋势线则判定为生烃成因超压。欠压实增压欠压实是指沉积物在快速沉积埋藏过程中，由 于孔隙水排出受阻或不能及时排出而阻止岩石被正 常压实，孔隙体积不能随上覆负荷的增加正常减小， 地层流体承担部分上覆岩层压力，导致岩石颗粒之 间保持相对低的有效应力，沉积物孔隙流体则具有 高于其相应深度静水压力的异常高压。 快速连续埋 藏（沉积速率 ）和低渗透率是产生压实 不均衡现象的主要条件，因此压实不均衡一般出现 在快速连续埋藏的厚层泥岩、页岩等渗透性较差的 沉积地层中。研究区内沙四上亚段主要由灰质泥岩、油页岩超压成因分析超压成因判别方法正常压力条件下，泥岩声波时差与密度随着深度的增加 均 会 按 照 一 定 的 规 律 增 加。 在 研 究 工 区内，综合考虑 余口井的测井声波、密度与地层压 力测试数据，提取正常压实的纯泥岩测井参数响应 数值，拟合了东营凹陷西部泥岩声波时差与密度随 深度的变化规律（图）。 收稿日期：；改回日期：作者简介：王国庆， 年生， 年毕业于中国石油大学 （华 东）矿产普查与勘探专业，从事油气勘探研究工作。基金项目：国家科技重大专项“渤海湾盆地东营凹陷勘探成熟区 精细评价”（）示范工程。图 单井压力分析图图 东营凹陷西部泥岩声波时差与密度随深度变化规律王国庆东营凹陷西部沙四上亚段超压成因及增压模式 组成，加之上覆沙三中、下亚段巨厚深湖相暗色泥岩覆盖，形成了良好的封闭环境。 受古近纪边界断层 强烈活动的影响，东营凹陷主要断陷期（沙四晚期 沙三）沉积、沉降速率较高，计算结果显示可达 以上，极 易 产 生 欠 压 实 作 用。 此 外，统 计 数据显示东营凹陷西部地层压力在有机质尚未达到生、排烃高峰时就已达到了超压的范围，表明欠压实导致了超压的形成。 从滨 井的测井响应来看， 该井在 附近泥岩声波时差开始偏离正常压 实趋势线，显示超压特征，与之对应，密度值也偏离 正常趋势线相对变小，据此可知欠压实在该井超压 形成过程中起到了重要作用（图）。生烃增压生烃增压是指高密度的有机质转化成低密度的 油或气时，孔隙流体增加，如果生烃作用增加的流体 体积大于由于渗漏等因素释放的流体体积则产生异 常高压。 烃源岩在大量生烃过程中，源岩中干 酪根（固态）逐 渐 向 液 态 或 气 态 的 石 油 及 天 然 气 转 化，但岩石的孔隙度会增加，如果增加的流体不能有 效排出，原来由固体颗粒承担的上覆岩层压力就会 部 分转移到新增加 的孔隙流体 上从 而产生超 压。 根 据 （，）计 算， 干酪根体积占 的烃源岩在热转化过程中，消耗 一半的干酪根可产生 的超压。烃类生成能否成为超压的主要成因机制取决于烃源岩有机质的丰富程度、类型以及热史。 沙四上 烃源岩以深灰色泥岩与暗色油页岩为主，该套烃源岩型干酪根质量分数超过 ， 型干酪根质量 分 数 超 过 。 有机碳质量分数一般 大 于 ，高者可达 ，生烃潜力（）主要范围 在 。 统计东营西部镜质体反射率特征 可以发现，镜质体反射率在 时达到 ， 进入生油门限， 左 右时进入原油裂解 生 气 阶段，为生烃增压提供物质基础（图）。 此外，通过 对东营凹陷有机碳含量（）、氯仿沥青“”、总烃（）含量等地球化学参数的统计，发现这些地球化 学参数特征与异常压力的演化趋势具有较好的对应 性，也表明生烃作用是超压形成的主要机制。分析 樊井 热 演 化 史 图 （图）可 以 看 出 ，在 左右时，镜质体反射率达到 ，进入生 烃门限， 左右，镜质体反射率达到 ，进 入大量生烃阶段，油气生成成为超压发育的原因，抬石 油地质 与 工 程 年 第 期 升剥蚀，随着埋深的增加，烃源岩再次大量生烃，成为超压的主要贡献者。 分析该井测井参数响应特征（图）可看出，声波时差偏离正常值，表现为超压， 而密度值仍沿正常趋势线分布，表明有机质生烃是 该井超压形成的重要原因。超压增压模式通过对超压形成条件及典型井测井参数响应特 征的分析，明确了泥岩欠压实和生烃作用是东营凹 陷沙四上亚段超压形成的主要机制；通过详细分析 研究区 余口探井资料的基础结合东营凹陷构造 演化历史、埋藏史、生烃史，建立了东营凹陷西部 超压增压模式。 东营凹陷西部超压增压模式主要包 括以下三个演化阶段（图）。图东营凹陷西部镜质体反射率变化图樊 井埋藏史、热史图图东营凹陷西部异常压力增压模式正常压实阶段此阶段主要指盆地发育的早期，一方面沉积沉 降速率相对较慢，另一方面上覆沉积物较少，沉积负 荷增大引起的孔隙体积减小与孔隙流体排放处于平 衡状态，这种压实状态为正常压实。 在此状态下，孔 隙流体压力保持静水压力梯度增长。 ），地层埋藏速率较快时，沉积负荷压力的增大（孔隙体积的减小）与孔隙流体的排出不能达到平 衡，厚层泥岩开始出现欠压实，盆地开始发育超压； 此时，如果埋深达到生烃门限，烃源岩开始生烃，孔 隙流体膨胀，也对超压的发育起到积极作用。 在此 阶段，超压的形成应该以欠压实增压为主。 东营凹 陷西部主要断陷期（沙四晚期 沙三）沉积沉降速率 较快，欠压实在超压形成过程中起到了最重要的作欠压实及早期生烃阶段随 着 沉 降 、沉 积 的 不 断 进 行 和 埋 深 的 加 大 （王国庆东营凹陷西部沙四上亚段超压成因及增压模式 用，沙二段沉积时期，沙四上亚段烃源岩开始进入生烃阶段，对超压建造起到了一定作用。岩盖层 封闭性综合评价 地球科学与环境学 报，（）：张兆辉，刘化 清，苏 明 军岐 口 凹 陷 滨 海斜坡下第三系 异常压力分析西南石油大学学报 （自 然 科 学 版），（）：刘景东，蒋有录东濮凹陷中央隆起带北部古近系异常 高压与 油气成藏的关系 天 然 气 工 业，（）：房新娜济阳坳陷纯梁地区沙四上亚段油藏的 形 成 机 制与控制因素石油地质与工程，（）：冯福平，李召 兵，刘 小 明基 于 岩 石 力 学理论的测井地 层压力预测石油地质与工程，（）： 艾池，冯福平，李 洪 伟地层压力预测 技术现状及发展 趋势石油地质与工程，（）：大量生、排烃阶段随着烃源岩埋深的进一步加大（ ），生 烃作用不断增强，到达生、排烃高峰后，超压进一步 增强，附近输导层开始出现超压。 生烃增压成为盆 地超压最主要的形成机制。 东营凹陷西部烃源岩在 东营组沉积时期进入生烃高峰，东营组沉积末期，由 于地层抬升遭受剥烛，前期形成的异常压力遭到释 放，进入馆陶组沉积时期后又一次进入生烃高峰期， 在生烃高峰期以及现今超压的发育过程中，生烃增 压起到了最重要的作用。结论（）东营凹陷西部沙四上亚段主要发育灰质泥 岩、油页岩，东营凹陷主要断陷期（沙四晚期 沙三） 沉积、沉降速率较高，欠压实是超压形成的一个重要 原因。（）东营凹陷西部沙四上亚段烃源岩有机质含 量高、主要为 型干酪根并且在东营组沉积时 期、馆陶组沉积时期两次进入大规模生烃阶段，生烃 增压是超压形成的另一个重要原因。（）欠压实增压与生烃增压在时空上相互配合， 共同形成了东营凹陷西部超压。 东营凹陷西部增压 模式主要包括正常压实、欠压实及早期生烃增压阶 段以及大量生、排烃增压三个演化阶段，不同的阶段 的压力状态不同，主要增压模式亦不同。， ， （ ） ， ， ： ：，： 解习 农，李 思 田，刘 晓 峰异 常压力盆地流体动力学 武汉：中国地质大学出版社，田在艺，张庆 春中国含油气沉积盆地论 北 京：石油工业出版社，曹华，龚晶晶，汪贵锋超压的成因及其与油气成藏的 关系天然气地球科学，（）：高岗，黄志龙，王 兆 峰，等地 层异常高压形成机理研 究西 安 石 油 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），（）：参考文献 ， ： ，：谢泰俊，朱俊章论 油 气 成 藏 系 统 中 国 石 油 勘 探，（）：郝芳，姜建群，邹华耀，等超压对有机质热演化的差异 抑制作用及 层 次 中 国 科 学 （ 辑 ），（）：刘传虎地质新认识带来的油气勘探新突破 以 准 噶 尔盆地 中国石化区块勘探为例 中 国 石 油 勘 探，（）：冯冲，黄志龙，童传新，等莺歌海盆地莺歌海组二段泥马中远，黄苇，蒋 海 军，等塔 中西北部奥陶系异常压 力成因及地质意义西安石油大学学报（自然科学 版），（）：蒋 有 录，刘 华，张 乐，等东营凹陷油气成藏期分析 石油与天然气地质