车镇凹陷不同洼陷压力结构分析

车镇凹陷不同洼陷压力结构分析

车辆城凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷北部的一次塌陷。这是一个细长的“s”型弯曲盆地，由北断和南部断裂带组成，面积2990km2。由西向东有车西、套尔河、大王北及郭局子洼陷等4个次级沉积单元。目前,在西部的车西以及中部的大王北洼陷均在不同层位发现了不同规模的油气田,如东风港油田、大王北油田,而在套尔河与郭局子洼陷却没有较大进展。车西与套尔河洼陷在沙河街组均发现不同程度的异常高压,且车66井在沙三段下亚段试油获110t/d的高产油流,产油量下降太快,在临近相同构造、地质背景下的车664、车73等井在对应层位却没有获得较好的试油效果,均为干层或低产油层。套尔河洼陷车66块为沉积中心,沉积了巨厚的烃源岩,生烃潜力大,且沙四段上亚段—沙三段中下亚段烃源岩的镜质体反射率大于1.0%,处于生烃高峰,这与目前勘探成果相距甚远,详细研究超压系统的分布特征对于深入认识超压环境油气成藏规律有着举足轻重的作用。从地质角度来看,地层压力结构体系为三维空间的地质体。笔者采用从点到线,从线再到面的循序渐进的方式,对地层压力结构体系进行了系统研究。1地层压力分布特征试油实测地层压力在一定程度上代表现今地层原始压力。从车镇凹陷试油实测地层压力与深度的关系可以看出(图1),车镇凹陷地层压力可分为正常压力(压力系数为0.8～1.1)和异常高压(压力系数大于1.1)。凹陷边缘或构造突起部位地层压力为正常压力,而凹陷内部或中心部位普遍存在超压,地层压力为异常高压或强超压(压力系数大于1.73)。车镇凹陷地层异常高压顶界面在3500m附近(图1),在不同洼陷其超压顶界面存在差异,套尔河洼陷和车西洼陷的超压顶界面分别在3600和4000m附近。钻井泥浆的密度在一定程度上能定性表明地层压力的分布状态。车镇凹陷不同洼陷泥浆密度存在差异,异常高压分布区域泥浆密度较大。以车镇凹陷套尔河洼陷为例,南北向洼陷不同部位泥浆密度不同:洼陷南部斜坡带车68井泥浆密度为1.1～1.3g/cm3,表明其地层压力为正常压力;车66井浅层沙三段中亚段—东营组的泥浆密度为1.0～1.3g/cm3,反映其地层压力为正常;沙四段上亚段—沙三段下亚段泥浆密度减小,为1.5～1.8g/cm3,说明地层压力异常。邻近的车660井也呈现类似特征。泥岩声波时差与深度的关系曲线可以反映地层埋藏过程中地层压力的演化。压实过程的差异体现2种压力结构,即正常压力型与异常压力型。正常压力型的单井压实曲线在半对数坐标系中呈一直线,即压实程度随深度变化基本符合Rubey等所提出的指数关系。流体压力曲线基本趋于静水压力梯度线。代表井为车古201井和大54井等。该压力结构类型主要分布在凹陷的边缘。此外,在断裂带之中亦存在正常压力型。异常压力型的单井压实曲线可区分为截然不同的上、下2段(图2):上段属正常压实型,下段偏离了正常压实趋势线,出现了欠压实(图2a)。对应的泥岩密度在深度剖面上也反映了类似特征,在浅层正常压实过程中,泥岩密度随深度的增加而增大,进入超压顶界面后,泥岩密度在欠压实层段变化较小或不变(图2b)。与声波时差以及泥岩密度曲线相对应,地层压力曲线也呈现出“箱式”结构,即分为上部静水压力系统、中部异常高压(强超压)系统和底部常压系统(图2c)。异常压力的顶界面在凹陷的不同地区有差异,但大多在沙三段中下亚段的洪泛面附近。除了在洼陷内部存在较大幅度的异常高压外,洼陷之间构造高部位的浅层也存在低幅度的异常压力,其压力系数为1.06～1.27,为弱超压。这部分异常高压主要是在沟通深层超压层位的断裂疏导作用下,形成他源异常高压。2超压封装箱结构套尔河洼陷及其周缘地区的地层压力在垂向上具有明显特征,在深度剖面上,可以划分为上部静水压力系统、中部超压系统(中部强超压系统)和底部常压系统。不同构造部位其超压分布特征存在差异。为了更准确地研究套尔河洼陷内地层压力结构在地质体内的特征,笔者根据套尔河洼陷的走向及其与构造之间的关系,以近洼陷走向剖面为例(图3),通过对二维剖面上压力结构特征的研究,确定了凹陷内地层压力在三维地质体内的现今压力结构特征。根据单井试油实测地层压力资料以及声波时差曲线计算的地层压力分布,以车镇凹陷车66块为例,从车镇凹陷近洼陷走向的二维压力结构剖面可以看出(图3),车66块地层压力在垂向上的分布特征类似于一维单井压力结构,但是对于箱式结构的超压体系,地层压力表现为环状压力体系,即外环常压系统(压力系数小于1.1)、中环异常高压系统(压力系数为1.1～1.73)与内环强超压系统(压力系数大于1.73)。外环常压系统正常压力系统分布在沙三段中亚段的洪泛面之上,至浅层第四系均表现为静水压力。套尔河洼陷常压系统内未发现含油气层系,在凹陷边缘构造凸起部位,由于存在沟通深部超压层系的断裂疏导系统,局部地区在沙二段发现含油气层系。中环异常高压系统按照超压幅度的不同,不同区域存在不同程度的异常高压,洼陷内普遍存在较高幅度的异常高压,如车660井在沙三段中亚段底部存在压力系数为1.68的异常高压,而在车西和车古20块,中环异常高压幅度则明显较低,压力系数为1.1～1.5。内环强超压系统该系统主要发育在沙三段底部以及沙四段顶段。试油资料显示,在车660井的沙三段底部附近测得了压力系数为1.72的强超压。笔者结合前人对封存箱的研究成果,认为车镇凹陷地层压力也存在类似超压封存箱型的特征,但是从一维以及二维剖面上来看,其又区别于东营凹陷,车镇凹陷各个洼陷形成于生烃层段的超压封存箱在整体上未能形成统一的压力结构系统,而是各个洼陷独立形成小型的封存箱,各个封存箱之间的压力结构特征相差甚远。不同压力系统及超压结构特征的生油单元,其超压环境内油气的生成、成藏规律以及成藏模式具有明显的差异。3期沉积时期车镇凹陷地层压力超压层段主要局限在沙四段上亚段—沙三段中亚段底部。在超压层段内,地层压力呈现环状或箱式特征。依据试油实测地层压力资料对计算压力进行标定,利用声波时差进行地层压力计算,对车镇凹陷沙三段下亚段和沙三段中亚段的地层压力进行平面划分。在沙三段中亚段早期沉积时期,在沉积中心开始发育异常高压,地层超压幅度较低,处于常压—弱超压(压力系数为1.0～1.27)阶段。同一时期内,车镇凹陷车西、大王北以及郭局子洼陷均处于常压阶段。随着深度的增加,沙三段中亚段的异常高压逐渐增大,且在洼陷中心内超压幅度明显增大,至沙三段底,这一特征尤为明显(图4)。在套尔河洼陷内,地层压力平面上呈环带状分布,洼陷边缘地区为常压环境,靠近洼陷中心,地层压力逐渐增大,位于沉积中心的车66和车661井附近地层压力系数最大,压力系数普遍大于1.5,最高可达1.98。纵观车镇凹陷各个洼陷地层压力平面分布特征,凹陷中段的套尔河洼陷发育较强的异常高压系统,且平面上呈环带状分布。凹陷西部的车西洼陷也发育异常高压系统,平面上也呈环带状分布,大王北洼陷发育常压系统。平面上,发育异常高压地区的超压结构为独立系统,在洼陷边缘的构造高部位发育他源的低幅异常压力系统。4超压盆地压力发育的地质意义全球超压盆地普遍发育,其中富含油气的占全球油气田的30%,可见超压与油气运聚成藏密切相关。超压环境内油气的生成、运移、聚集成藏研究是目前中外地质学家研究的重点。郝芳对中国不同超压背景的超压盆地有机质热演化进行过详细论述。解习农等对济阳坳陷东营凹陷超压环境油气运聚成藏也进行了阐述,说明了超压与油气的生成、运聚成藏具有内在的联系,要解决这些问题,首先要明确盆地内超压地层压力结构特征,而对于不同地质背景下的超压盆地,其地层压力结构的影响因素也存在较大的差异。车镇凹陷位于济阳坳陷的北端,北靠埕宁凸起,多个超压成因形成的超压体系使得车镇凹陷地层压力结构体具有独特的特点。4.1沙三宜源岩地层压力分布及特征沉积作用对地层压力结构的控制作用主要体现在沉积环境、沉积厚度、岩性及岩性组合上。第一,车镇凹陷超压分布与生烃灶有很好的对应关系。以套尔河洼陷为例,车66块超压分布与沙三段中亚段底部烃源岩成烃有密切的关系,该区烃源岩沉积厚度高达3000m,有机质热演化进入高峰期(Ro>1.0%)。好的烃源岩以及巨厚烃源层是该地区地层压力结构形成的物质基础。第二,该区地层压力系统的分布与地层也存在很好的对应关系。车66块异常压力顶界面在沙三段中亚段中部洪泛面之下,超压顶界面平行洪泛面。第三,封闭层的存在对压力结构有影响。Tigert等认为压力封闭层均是低渗透的,能够圈闭异常压力的包壳并将其划分为底、顶和侧向3类。从岩性而言,膏盐层、压实的泥岩等均可作封闭层。该区异常高压顶界封闭层主要是区域沉积的沙三段顶部钙质泥岩。封闭层的存在为该区超压封存箱的形成提供了必要条件。第四,不连续沉积分布的砂砾岩体是超压释放的主要区域,也是形成超压油气藏的主要积聚场所。4.2断裂对压力系统的作用断层对于超压的形成及保存有着重要的影响。然而由于断层本身的两面性——导通的和非导通的,以及断裂与其他地质因素的紧密联系,很难确切地描述断裂在压力系统分布中的作用。断裂对研究区压力系统的影响主要体现在沟通深层超压带,在浅部地层形成低幅异常高压,进而形成浅层油气聚集场所。而另外一个作用主要体现在断裂带的泥岩涂抹,形成超压封存箱的侧向封闭。5车镇凹陷压力系统设计的指导意义超压环境内油气的勘探是目前