準(zhǔn)噶爾盆地腹部超壓控制烴、儲(chǔ)演化與油氣充注過(guò)程

譚紹泉，曾治平，宮亞軍，閔飛瓊，陳雪

（中國(guó)石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營(yíng)257200）

0 引言

經(jīng)典成烴演化理論認(rèn)為，溫度與時(shí)間是烴源巖成烴演化的2 大基本要素，且兩者之間相互彌補(bǔ)［1］。隨著含油氣盆地勘探程度的逐漸增強(qiáng)，盆地洼陷深部?jī)?chǔ)層油氣勘探日趨重要。深洼區(qū)烴源巖的成烴演化與經(jīng)典成烴理論發(fā)生了一些矛盾［2-5］，而這種現(xiàn)象往往伴隨地層超壓的出現(xiàn)。然而，超壓對(duì)烴類(lèi)演化是否具有內(nèi)在的影響作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者之間的觀點(diǎn)存在較大差異［1，4-6］。

準(zhǔn)噶爾盆地腹部中生界地層發(fā)育多套含油層系，儲(chǔ)層內(nèi)異常高壓普遍發(fā)育，反映油氣運(yùn)移充注過(guò)程伴隨著異常高壓的演化過(guò)程。古地層壓力恢復(fù)結(jié)果證實(shí)，在不同成藏關(guān)鍵期，油氣的運(yùn)移充注與地質(zhì)歷史時(shí)期地層壓力的積累和釋放呈現(xiàn)幕式演化規(guī)律。同時(shí)，儲(chǔ)層原油地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果也反映有機(jī)質(zhì)成烴演化過(guò)程受到異常高壓演化的影響。筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)東部超壓盆地研究方法，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地深層超壓在成烴成藏過(guò)程的影響作用進(jìn)行探討。

1 現(xiàn)今地層壓力特征

準(zhǔn)噶爾盆地昌吉凹陷普遍發(fā)育深層超壓系統(tǒng)［7-9］，所有探井在深層都鉆遇了超壓（壓力系數(shù)大于1.2）。DST 實(shí)測(cè)壓力、測(cè)井資料和地震信息數(shù)據(jù)綜合分析表明：盆地腹部4 個(gè)區(qū)塊中生界地層現(xiàn)今3 800～5 500 m深度上開(kāi)始發(fā)育超壓，最大壓力系數(shù)達(dá)2.1，接近于靜巖壓力（見(jiàn)圖1a），不同區(qū)塊超壓頂界面深度存在較大的差異，但在深度剖面上，壓力均可劃分出淺層常壓、壓力過(guò)渡帶和深層超壓3 層結(jié)構(gòu)； 超壓頂界面在區(qū)域上近似于一個(gè)向南傾斜的穿層曲面（見(jiàn)圖1b），與區(qū)域地層的產(chǎn)狀一致，但小于地層的傾斜幅度，從各個(gè)地區(qū)超壓頂界面深度范圍來(lái)看，沙窩地地區(qū)超壓頂界面對(duì)應(yīng)層位是三工河組（J1s），莫西莊地區(qū)對(duì)應(yīng)層位是八道灣組（J1b），征沙村地區(qū)對(duì)應(yīng)層位是三工河組（J1s），而永進(jìn)地區(qū)對(duì)應(yīng)層位是西山窯組（J2x）；中2、中4 區(qū)塊地層超壓頂界面對(duì)應(yīng)層位是八道灣組（J1b），反映超壓頂界面主體在中生界侏羅系中下段開(kāi)始發(fā)育。

2 異常高壓與烴類(lèi)演化

有機(jī)質(zhì)成烴演化是不可逆的一個(gè)過(guò)程。隨著埋藏深度增大，地層溫度逐漸升高，其鏡質(zhì)體反射率Ro逐漸增大，由低熟進(jìn)入成熟，再進(jìn)入高熟階段，直至干氣階段。在實(shí)際自然條件下，經(jīng)常發(fā)生構(gòu)造抬升，受沉積間斷地層剝蝕，鏡質(zhì)體反射率保持穩(wěn)定，但不能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。隨著越來(lái)越多的盆地的油氣勘探，地層超壓與油氣分布關(guān)系日益受到重視。超壓對(duì)烴源巖成烴演化過(guò)程的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者存在3 種不同的觀點(diǎn)：一是認(rèn)為超壓對(duì)烴類(lèi)演化過(guò)程起到抑制作用［2，6］；二是認(rèn)為超壓對(duì)烴類(lèi)演化過(guò)程起到促進(jìn)作用，即超壓的存在加速了烴類(lèi)演化［5］；三是認(rèn)為超壓的發(fā)育對(duì)烴類(lèi)演化過(guò)程沒(méi)有明顯影響［4-5］。

準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今為典型的冷盆，地溫梯度低（腹部約22.7 ℃/km）。成1 井巖心樣品分析顯示，4 912.5 m的Ro值為0.77%，而依據(jù)傳統(tǒng)熱演化模式計(jì)算該深度對(duì)應(yīng)的Ro值為0.80%，反映異常高壓對(duì)鏡質(zhì)體反射率的影響沒(méi)有明顯的響應(yīng)特征。但從熱解峰溫與深度的變化特征來(lái)看，異常高壓頂界面以下有機(jī)質(zhì)熱解峰溫變化小，主要集中在435～445 ℃，其變化規(guī)律難以說(shuō)明超壓是否對(duì)烴類(lèi)演化產(chǎn)生影響。利用地球化學(xué)生標(biāo)參數(shù)的演化，可以較為明顯地說(shuō)明異常高壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化反應(yīng)過(guò)程的影響作用［2-3］（見(jiàn)圖2）。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地腹部實(shí)測(cè)壓力剖面與超壓頂界面特征

在正常的地質(zhì)歷史演化過(guò)程中，生標(biāo)參數(shù)∑C21-/∑C22+和C21+22/C28+29在深度剖面上具有相似的變化特征，即隨著深度增大，其值表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。而在實(shí)際地質(zhì)條件下，對(duì)比地層壓力在深度的變化特征表明：在淺層常壓環(huán)境下，生標(biāo)參數(shù)與傳統(tǒng)生烴演化過(guò)程具有一致性；在超壓背景下，生標(biāo)參數(shù)出現(xiàn)異常，即隨著深度增大，參數(shù)值逐漸增大，與有機(jī)質(zhì)的正常熱演化趨勢(shì)恰恰相反。這說(shuō)明異常高壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱反應(yīng)過(guò)程可能存在一定的抑制作用。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地成1 井地層壓力與生標(biāo)參數(shù)剖面

3 異常高壓與儲(chǔ)層成巖演化

在成烴演化過(guò)程中，地層壓力發(fā)生規(guī)律性變化，隨著有機(jī)質(zhì)成烴演化過(guò)程的展開(kāi)，油氣隨著壓力的變化逐漸向外排放，儲(chǔ)層也可能受到異常高壓的影響。目前國(guó)內(nèi)外較為統(tǒng)一的觀點(diǎn)認(rèn)為，早期超壓的形成過(guò)程會(huì)對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生保護(hù)作用，即在超壓作用下，儲(chǔ)層砂巖可以較好地保存孔滲條件，對(duì)于油氣的輸導(dǎo)、儲(chǔ)集具有非常重要的實(shí)際意義［10-11］。

正常條件下，隨著深度增加，成巖作用逐漸增強(qiáng)，黏土礦物的轉(zhuǎn)化表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，儲(chǔ)層砂巖的孔滲條件也表現(xiàn)出類(lèi)似規(guī)律，即隨著深度增加，伊利石逐漸減少，孔隙度逐漸減小。盆地腹部淺層成巖特征表現(xiàn)為正常演化特征，進(jìn)入異常高壓層段，黏土礦物的轉(zhuǎn)化出現(xiàn)異常，同時(shí)對(duì)應(yīng)層段的儲(chǔ)層砂巖物性也明顯變好（見(jiàn)圖3）。在超壓層段，儲(chǔ)層砂巖的物性存在較大變化空間，說(shuō)明深部超壓環(huán)境下儲(chǔ)層砂巖依然具有較好的孔滲條件［12-14］（見(jiàn)圖3）。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地成1 井地層壓力與成巖作用的關(guān)系

異常高壓對(duì)于儲(chǔ)層的改造作用實(shí)際上包含了早期超壓對(duì)儲(chǔ)層原始孔隙的保護(hù)和保存，同時(shí)也包括了晚期超壓封存箱內(nèi)有機(jī)質(zhì)熱演化反應(yīng)形成的有機(jī)酸持續(xù)對(duì)儲(chǔ)層的改造形成的次生孔隙，最終形成現(xiàn)今的儲(chǔ)層孔滲特征。而這種現(xiàn)今孔滲條件較好的深部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，則是腹部深層油氣勘探的首要目標(biāo)［15-16］。

4 異常高壓演化與油氣充注過(guò)程

4.1 地層壓力演化與成藏關(guān)鍵期油氣充注的配置

要明確超壓與油氣充注過(guò)程的關(guān)系，首先要明確地層壓力在地質(zhì)歷史時(shí)期的演化規(guī)律，以及關(guān)鍵成藏期油氣充注過(guò)程地層壓力的變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比同期鹽水包裹體與烴類(lèi)包裹體計(jì)算古地層壓力方法，恢復(fù)地史時(shí)期地層壓力演化趨勢(shì)，明確劃分了早期超壓積累階段、中期超壓釋放階段和晚期超壓積累階段。

結(jié)合前文埋藏史、排烴史分析結(jié)果，地史時(shí)期地層壓力演化的3 個(gè)階段與盆地腹部早二疊系P1f 烴源巖油氣充注、中二疊系P2w 烴源巖油氣充注和侏羅系烴源巖生烴演化過(guò)程的3 個(gè)階段完全吻合。這從另一個(gè)方面說(shuō)明了地層壓力特別是異常高壓在成烴演化和油氣充注過(guò)程中的重要作用： 早二疊系P1f 烴源巖受快速沉積作用影響，在高溫條件下快速成烴，在侏羅系早中期開(kāi)始向外排放，壓力逐漸釋放； 但隨后中二疊系P2w 烴源巖也進(jìn)入生烴門(mén)限，延緩了地層壓力的減小幅度，隨著中二疊統(tǒng)烴源巖進(jìn)入生烴高峰，在早白堊紀(jì)晚期—晚白堊紀(jì)早期進(jìn)入排烴高峰，地層壓力迅速釋放后減小，表現(xiàn)出地層壓力對(duì)油氣充注過(guò)程的控制作用。新近紀(jì)晚期，隨著侏羅系烴源巖的成熟度增加，進(jìn)入生烴門(mén)限，在上部封閉層的作用下，地層壓力逐漸增加，最終形成現(xiàn)今盆地腹部地層壓力分布特征。

4.2 超壓與隱性輸導(dǎo)通道形成條件

準(zhǔn)噶爾盆地腹部地層埋藏厚，油藏埋深大（3 500 m 以上），且大部分處于超壓背景下。深部二疊系烴源巖形成的油氣如何穿過(guò)近3 000 m 厚的蓋層在侏羅系儲(chǔ)層聚集成藏［12，14，17］的問(wèn)題，一直是準(zhǔn)噶爾盆地腹部油氣勘探的難點(diǎn)。通過(guò)古地層壓力的恢復(fù)（見(jiàn)圖4），建立目的層不同時(shí)期地層壓力的演化特征，利用流體勢(shì)方法，計(jì)算深部不同地層的超壓強(qiáng)度，對(duì)比不同地層的破裂壓力值，建立深部?jī)?chǔ)層裂縫地質(zhì)模型，從而明確不同超壓強(qiáng)度與裂縫發(fā)育之間的相關(guān)性。

腹部地區(qū)地層普遍發(fā)育超壓—強(qiáng)超壓，如成1 井在5 036.5～5 328.5 m，地層壓力達(dá)88.520～97.250 MPa，壓力系數(shù)為1.78～1.86；董2 井在5 328.9～5 335.6 m 層段發(fā)育超壓108.174 MPa，壓力系數(shù)高達(dá)2.07。這樣的壓力條件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地層的破裂壓力，容易在上覆地層的薄弱區(qū)塊形成一系列垂向裂縫，成為油氣垂向運(yùn)移通道，在淺層斷層與連通性砂體溝通作用下，在深部?jī)?chǔ)層形成一系列巖性為主的隱蔽油氣藏［18-21］。但超壓引起的天然水力破裂縫發(fā)育局限，隨著壓力的快速釋放，裂縫容易閉合，在超壓發(fā)育過(guò)程中，表現(xiàn)為幕式特征，這種裂縫隱蔽性強(qiáng)，在地震上識(shí)別難度較大。

4.3 超壓頂面與現(xiàn)今油氣分布

超壓頂界面上下多是油氣藏聚集的有利區(qū)域。近年來(lái)，超壓對(duì)油氣分布的控制作用得到了廣泛重視，關(guān)注的焦點(diǎn)之一是不同壓力環(huán)境油氣的相對(duì)豐度，即特定超壓盆地中油氣田數(shù)或油氣儲(chǔ)量在不同成藏組合中的分布。隨著超壓盆地油氣勘探的深入，一些沉積盆地超壓與油氣的分布表現(xiàn)出一定的規(guī)律。

圖4 盆地腹部侏羅系地層壓力地史演化趨勢(shì)

準(zhǔn)噶爾盆地腹部已鉆探井45 口，通過(guò)對(duì)比部分探井含油層系與超壓頂界面距離的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今油氣分布主要集中在超壓頂界面上、下200 m 附近，這與斷裂發(fā)育程度、儲(chǔ)層物性發(fā)育程度、超壓頂界面壓力釋放均存在密切聯(lián)系。結(jié)合這個(gè)規(guī)律，準(zhǔn)中地區(qū)可以集中于超壓頂界面上下的有效儲(chǔ)層優(yōu)先勘探，這對(duì)該區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)具有直接的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)論

1）準(zhǔn)噶爾盆地勘探目的層系普遍發(fā)育異常高壓，從現(xiàn)今勘探程度上，可以將壓力系統(tǒng)劃分為上部的靜水壓力系統(tǒng)，主要為白堊系及以上地層，油氣顯示情況較差；中部的壓力過(guò)渡帶，侏羅系頂，壓力系數(shù)在1.4～1.6；下部的強(qiáng)超壓系統(tǒng)，壓力系數(shù)大于1.7，油氣顯示豐富，也是腹部主要勘探層段。

2）腹部深層異常高壓環(huán)境烴源巖成烴演化受到一定程度的抑制作用，而在超壓背景下，生標(biāo)參數(shù)出現(xiàn)異常，即隨著深度的增大，參數(shù)值逐漸增大，與有機(jī)質(zhì)的正常熱演化趨勢(shì)恰恰相反。

3）腹部深層往往存在儲(chǔ)層物性明顯較好的層段，對(duì)比異常高壓形成演化過(guò)程，早期超壓對(duì)深部?jī)?chǔ)層物性具有較好的保護(hù)作用，且晚期超壓封存箱內(nèi)有機(jī)質(zhì)熱演化反應(yīng)形成的有機(jī)酸持續(xù)對(duì)儲(chǔ)層的改造形成的次生孔隙。

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