高郵凹陷沙—花—瓦地區(qū)阜一段異常高壓成因機(jī)理及分布特征

鄭元財(cái)，吳 燕

(1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.中國石化江蘇石油工程有限公司地質(zhì)測(cè)井處，江蘇 揚(yáng)州 225007)

高郵凹陷沙—花—瓦地區(qū)阜一段異常高壓成因機(jī)理及分布特征

鄭元財(cái)1，吳 燕2

(1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.中國石化江蘇石油工程有限公司地質(zhì)測(cè)井處，江蘇 揚(yáng)州 225007)

異常高壓的存在和油氣分布關(guān)系密切。通過分析高郵凹陷北斜坡沙—花—瓦地區(qū)異常高壓的形成機(jī)制，發(fā)現(xiàn)生烴增壓、粘土礦物脫水增壓是本區(qū)異常高壓主要成因。異常高壓分布范圍在平面上受火成巖影響，只分布于沙埝內(nèi)坡和花瓦內(nèi)坡；縱向上受斷層性質(zhì)影響，只發(fā)育于吳堡期斷層封擋好的層段。

異常高壓 阜一段 油氣成藏 高郵凹陷

高郵凹陷北斜坡一直是油田增儲(chǔ)上產(chǎn)重要區(qū)帶之一，該區(qū)阜寧組三段(E1f3)和阜一段(E1f1)是主要富油層系，尤其在中—外坡勘探程度較高，E1f3已基本實(shí)現(xiàn)連片含油、E1f1也已發(fā)現(xiàn)多個(gè)含油斷塊，而內(nèi)坡深層領(lǐng)域由于埋深較大、儲(chǔ)層物性差等因素勘探進(jìn)展相對(duì)緩慢。但是，隨著中—外坡勘探程度不斷提高，拓展內(nèi)坡深層勢(shì)在必行。隨著近年內(nèi)坡勘探逐漸深入，多口探井在阜寧組(E1f)地層中鉆遇異常高壓，根據(jù)國內(nèi)外成熟探區(qū)的勘探經(jīng)驗(yàn)，異常高壓與深層油氣藏關(guān)系密切，對(duì)于油氣運(yùn)移、儲(chǔ)層物性改善、蓋層保存、油藏類型分布等方面具有一定控制作用[1-2]，異常高壓油藏已成為高勘探程度油田實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的新方向。因此，探討E1f1異常高壓成因機(jī)理，對(duì)內(nèi)坡帶E1f1深層領(lǐng)域油氣勘探具有重要的實(shí)踐意義。

1 地質(zhì)概況

沙—花—瓦地區(qū)位于高郵凹陷斜坡帶的中東部，緊臨內(nèi)坡箕狀烴源灶，整體為兩個(gè)寬緩的鼻狀構(gòu)造。該區(qū)斷層多為吳堡期北傾正斷層，圈閉類型為斷鼻、斷塊，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)含油構(gòu)造(圖1)。該地區(qū)E1f1為三角洲前緣亞相沉積，厚度在600～800 m，砂巖較發(fā)育，巖性主要為棕紅、棕褐和暗色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與棕褐、灰白色細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖呈不等厚互層。其上覆阜二段(E1f2)為一套深—半深湖相暗色泥巖、泥灰?guī)r，厚度在200～300 m。E1f2泥巖為本區(qū)重要烴源巖，并覆蓋于E1f1之上，與之形成良好的生、儲(chǔ)、蓋組合。

2 異常高壓形成機(jī)理

異常高壓指的是在地下某一特定深度范圍的地層中，由于地質(zhì)因素引起高于正常地層靜水壓力趨勢(shì)(壓力系數(shù)大于1.2)的地層流體壓力。通過對(duì)地層中各種不同異常高壓形成機(jī)理的系統(tǒng)分析認(rèn)為，不同的異常高壓形成機(jī)理具有不同的作用對(duì)象和作用范圍，如不均衡壓實(shí)增壓主要存在于泥巖或大套砂巖中，生烴增壓則主要發(fā)生于成熟—高成熟的烴源巖中，流體熱膨脹增壓主要發(fā)生于封閉體系中，這三者具有一定的普遍性；構(gòu)造擠壓作用增壓主要發(fā)生于壓性盆地中，在前陸盆地山前帶具有普遍意義，而對(duì)于拉張背景下的斷陷盆地關(guān)系不大[3-4]。

圖1 沙—花—瓦地區(qū)構(gòu)造綱要(T33)

2.1 不均衡壓實(shí)增壓

不均衡壓實(shí)主要存在于持續(xù)快速的埋實(shí)上覆地層，進(jìn)而快速沉積埋藏，孔隙流體來不及排出，孔隙流體承受部分上部地層的有效壓力，砂巖孔隙和泥巖孔隙偏離正常壓實(shí)曲線、大部分原生孔隙得以保存。欠壓實(shí)導(dǎo)致的異常高壓發(fā)育的砂巖地層中由于孔隙流體承受了部分上覆沉積物的有效壓力，砂巖中會(huì)有很大一部分的原生孔隙得以保存。針對(duì)這一點(diǎn)，集中觀察了研究區(qū)異常高壓發(fā)育層位大量的巖石薄片。在觀察中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)E1f1砂巖中的孔隙類型以次生粒間溶孔、粒內(nèi)溶蝕孔隙、鑄?？诪橹?，原生粒間孔隙所占比例遠(yuǎn)低于次生粒間孔隙，這為研究區(qū)砂巖中異常高壓形成的主控因素不是欠壓實(shí)提供了依據(jù)(圖2、圖3)。

2.2 流體熱膨脹增壓

流體熱膨脹增壓指的是地下流體由于溫度的升高引起體積膨脹，增加封閉地層系統(tǒng)的孔隙流體壓力的作用，其特點(diǎn)就是超壓的層位的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同埋深的常壓的溫度。但是從實(shí)測(cè)的Hua14井的40號(hào)壓力系數(shù)1.319，為超壓層。51號(hào)壓力系數(shù)1.067，從常壓層的實(shí)測(cè)溫度看，40號(hào)超壓層與51號(hào)常壓層的溫度比沒有太大變化，皆為107℃(表1)，這說明流體熱漲膨脹增壓不是異常高壓的成因。

圖2 內(nèi)坡Jia1、ShaX22等井儲(chǔ)層原生孔、次生孔關(guān)系

圖3 內(nèi)坡Jia1、ShaX22等井鏡下鑄體薄片

2.3 構(gòu)造抬升增壓

在構(gòu)造抬升作用下，地下流體在完全封閉系統(tǒng)中，巖石受到的平均應(yīng)力保持原有埋深下的孔隙壓力，從而引起異常高壓。高郵凹陷自成盆之后的斷陷期、坳陷期發(fā)生的吳堡運(yùn)動(dòng)和三垛運(yùn)動(dòng)都造成了斜坡帶區(qū)域性抬升剝蝕。在不考慮抬升造成孔隙體積反彈等影響因素，分析構(gòu)造抬升對(duì)現(xiàn)今壓力系數(shù)的影響，便轉(zhuǎn)化成分析該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成剝蝕量與后期連續(xù)沉積地層厚度之間的大小關(guān)系。

對(duì)于吳堡運(yùn)動(dòng)，在本區(qū)阜四段(E1f4)─E1f2泥頁巖全盆性欠壓實(shí)，并且后期上覆地層又經(jīng)三垛運(yùn)動(dòng)的剝蝕，因此利用聲波時(shí)差等法計(jì)算吳堡運(yùn)動(dòng)造成的剝蝕量數(shù)據(jù)已經(jīng)不可信；但是前人[5-8，12]通過研究高郵凹陷E1f4、E1f2兩套烴源巖的埋藏史、熱史及包裹體測(cè)溫皆表明了烴源巖的成熟度、生排烴期定型于三垛末期；這結(jié)果也從另外角度說明吳堡運(yùn)動(dòng)造成剝蝕量與后期連續(xù)沉積的戴南組加上三垛組(E2d+E2s)地層厚度相比較，小于E2d+E2s厚度，因此吳堡運(yùn)動(dòng)造成的抬升增壓可以完全被E2d+E2s形成的減壓所抵消。

對(duì)于三垛運(yùn)動(dòng)，在本區(qū)其剝蝕量約1 000～1 200 m[9-11]。鹽城組(Ny)的現(xiàn)今埋深也就在800～1 100 m，與剝蝕量的差約為100～200 m。那么在不考慮抬升造成孔隙體積反彈等影響因素，筆者分析了構(gòu)造抬升對(duì)現(xiàn)今壓力系數(shù)的影響，在0.029～0.067之間(表2)。以Hua14井的40號(hào)層為例，現(xiàn)今埋深為3 195.2 m，古埋深約為3 400 m(現(xiàn)今3 195.2 m+與剝蝕量差200 m)，構(gòu)造抬升對(duì)現(xiàn)今的壓力系數(shù)的貢獻(xiàn)為0.06(3 400/3 195.2-1=0.063)，如果再把抬升造成孔隙體積反彈等影響因素考慮進(jìn)去，那這一影響因素將變的更弱；另外，假設(shè)構(gòu)造抬升造成的異常高壓，那么由從內(nèi)坡到中外坡，剝蝕量逐漸變大，其壓力系數(shù)也隨著增大，但實(shí)測(cè)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)不存在這一現(xiàn)象。因此構(gòu)造抬升并不是異常高壓主要成因。

2.4 生烴、粘土礦物脫水增壓

生烴增壓指的是有機(jī)質(zhì)成熟以后形成的油、氣、水的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有機(jī)質(zhì)自身體積，這些流體不斷生成進(jìn)入孔隙中，當(dāng)流體不能及時(shí)排出時(shí)，必然引起孔隙流體的壓力增大。高郵E1f1油氣來源于上覆E1f2烴源巖。斜坡的E1f2泥巖廣泛分布。研究表明其泥巖埋深也達(dá)到成熟烴源巖排烴門限深度(>2 700 m)，成熟度(Ro)大于0.65，屬于成熟烴源巖，具備生烴增壓的條件。

粘土礦物脫水增壓是指粘土礦物中的蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的過程中、釋放層間水和析出結(jié)晶水，增加儲(chǔ)層流體的數(shù)量，引起壓力升高。粘土礦物中的蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的溫度一般在80～120 ℃。從內(nèi)坡Hua14、HuaSX1等井E1f2的實(shí)測(cè)溫度都在100～120 ℃，其E1f2泥巖具備蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的溫度條件。

前人研究表明，高郵凹陷北斜坡地區(qū)Ny沉積前的古埋深大于現(xiàn)今埋深，而且Ny是冷溫層，其地層沉積厚度對(duì)E1f1砂巖的成巖作用和E1f2烴源巖的增熟作用基本沒有影響[12]。因此把Ny沉積厚度去掉發(fā)現(xiàn)在1 500 m處Ro=0.65，去Ny后的1 500 m處為粘土礦物出現(xiàn)第二迅速轉(zhuǎn)化埋深點(diǎn)(圖4)；這表明在E1f2泥巖在達(dá)到1 500 m(去Ny后)，同時(shí)到達(dá)生排烴門限和粘土礦物脫水轉(zhuǎn)換溫度，并大量生排烴、排水、排酸于下伏的E1f1儲(chǔ)層，一方面溶蝕孔隙，一方面促使孔隙流體增壓，因此在內(nèi)坡大于1 500 m(去Ny后)，常見到E1f2烴源巖氣測(cè)異常的地方，其下伏E1f1聲波可見明顯的欠壓實(shí)現(xiàn)象(圖5)。同樣以Hua14井的40號(hào)層為例，礦物脫水增壓、生烴增壓通過計(jì)算貢獻(xiàn)量約為0.259(實(shí)測(cè)壓力系數(shù)1.319-抬升因素貢獻(xiàn)0.06-靜水壓力系數(shù)1=礦物脫水增壓、生烴增壓0.25)，為異常高壓主要成因。通過以上分析，可以得出在高郵北斜坡粘土礦物脫水增壓、生烴增壓是E1f1超壓形成的主要成因，并且在同一時(shí)期共同作用。

表2 Hua14井等井異常高壓成因分析表

圖4 去Ny后Ro-Depth、S%-Depth關(guān)系

圖5 ShaX51、Hua14井聲波與深度關(guān)系

3 異常高壓的形成演化

根據(jù)本區(qū)構(gòu)造的演化特征[9]，進(jìn)一步分析工區(qū)E1f1的壓力演化趨勢(shì)。認(rèn)為工區(qū)E1f1受到上覆E1f2泥巖層的封擋，伴隨著吳堡運(yùn)動(dòng)，地層埋深的逐漸加大、斷層的發(fā)育、壓實(shí)作用的加強(qiáng)，E1f1形成封閉空間；并隨著未熟E1f2泥巖的排液，E1f1開始緩慢增壓；雖然吳堡運(yùn)動(dòng)末期造成的抬升暫時(shí)性增壓，但是其逐漸被連續(xù)沉積E2d+E2s形成的減壓所抵消；在三垛運(yùn)動(dòng)末期，E1f2泥巖達(dá)生排烴門限(去Ny后1 500 m)和粘土礦物轉(zhuǎn)換溫度，并大量生排烴、排水、排酸于下伏的E1f1儲(chǔ)層，一方面溶蝕孔隙，一方面促使孔隙流體迅速增壓，這一時(shí)期是本區(qū)E1f1儲(chǔ)層快速增壓的重要階段。后來在Ny時(shí)期高郵凹陷發(fā)生了構(gòu)造掀斜，但是由于在三垛運(yùn)動(dòng)之前工區(qū)E1f1儲(chǔ)層已達(dá)到了最大埋深，因此后期運(yùn)動(dòng)幾乎不對(duì)超壓產(chǎn)生影響(圖6)。

圖6 北斜坡異常高壓演化模式

4 異常高壓分布特征及控制因素

高郵凹陷北斜坡E1f1超壓來源于E1f2暗色泥巖中粘土礦物脫水轉(zhuǎn)化與生烴增壓。根據(jù)E1f2泥巖埋深1 500 m(去Ny后)的范圍，再結(jié)合實(shí)測(cè)壓力系數(shù)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)在高郵的斜坡帶，平面上只有沙埝內(nèi)坡和花瓦內(nèi)坡為異常高壓發(fā)育的有利地區(qū)。

超壓的賦存需要良好的保存條件，而本區(qū)火成巖、斷層等都影響著這一條件。Sha71、Sha72、Hua35塊E1f2均發(fā)育一套70～90 m的火成巖，上下蝕變帶厚度均在40～50 m，目標(biāo)塊E1f1上部均與火成巖或蝕變帶對(duì)接，破壞了保存條件，因此在平面上火成巖發(fā)育區(qū)其高壓自然不發(fā)育。

縱向上，超壓發(fā)育長度受斷層性質(zhì)所控制。在斜坡影響E1f1保存條件的斷層按期次可劃分有兩類斷層：吳堡期、吳堡—三垛期。通過進(jìn)一步解剖實(shí)例發(fā)現(xiàn)，吳堡—三垛期斷層活動(dòng)期長，超壓不發(fā)育，如FuS1塊，主控?cái)鄬訛閰潜ぁ馄?，?8～40號(hào)層實(shí)測(cè)壓力系數(shù)為0.998；而對(duì)于吳堡期斷層，高壓縱向上受控于斷層的封閉性，如Hua14塊，40號(hào)層與E1f2泥巖對(duì)接，封擋好，高壓發(fā)育，實(shí)測(cè)壓力系數(shù)1.312 9，51號(hào)層與E1f1砂巖對(duì)接，封擋差，高壓不發(fā)育，實(shí)測(cè)壓力系數(shù)為1.067(表3)，這說明縱向上受斷層性質(zhì)影響，超壓只發(fā)育于吳堡期斷層封擋好的層段。

圖7 北斜坡異常高壓有利分布區(qū)

5 結(jié)論

(1)高郵凹陷沙—花—瓦地區(qū)的E1f1砂巖異常高壓主要成因緣于上覆E1f2泥巖的生烴、粘土礦物脫水增壓，并且在同一時(shí)期共同作用。

(2)壓力演化分析表明在三垛運(yùn)動(dòng)末期，E1f2泥巖達(dá)生排烴門限(去Ny后1 500 m)，并成為E1f1儲(chǔ)層快速增壓的重要階段。

(3)異常高壓分布范圍在平面上受火成巖影響，只分布于沙埝內(nèi)坡和花瓦內(nèi)坡；縱向上受斷層性質(zhì)影響，只發(fā)育于吳堡期斷層封擋好的層段。

[1] 陳中紅，查明．東營凹陷超壓流體封存箱與油氣聚集[J].沉積學(xué)報(bào)，2006，24(4):607-615.

[2] 鄭元財(cái)，于雯泉．沙花瓦地區(qū)阜一段超壓封存箱與油氣關(guān)系[J].復(fù)雜油氣藏，2015，8(1):11-14.

[3] 將有錄，查明．石油天然氣地質(zhì)勘探[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006:240-244.

[4] 向才富，馮志強(qiáng)．松遼盆地異常壓力系統(tǒng)及其形成原因探討[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80(11):90-94.

[5] 劉小平，王俊芳．蘇北盆地高郵凹陷熱演化史研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27(1):17-18.

[6] 吳向陽，高德群．蘇北盆地高郵凹陷阜寧組油氣成藏期研究[J].石油地質(zhì)，2011，4(1):37-41.

[7] 唐焰，陳安定．包裹體測(cè)溫資料在蘇北盆地高郵、金湖凹陷油氣成藏期研究中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27(1):19-20.

[8] 陳安定．蘇北第三系成熟演化指標(biāo)與深度關(guān)系的3種模式[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2003，25(1):58-63.

[9] 能源，楊橋．蘇北盆地高郵凹陷晚白堊世-新生代構(gòu)造沉降史分析與構(gòu)造演化[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2009，29(2):25-32.

[10] 徐田武，楊立干．蘇北盆地始新統(tǒng)三垛運(yùn)動(dòng)剝蝕厚度恢復(fù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30(6):56-60.

[11] 劉小平，楊立干．蘇北盆地高郵凹陷始新統(tǒng)剝蝕厚度恢復(fù)[J].新疆石油地質(zhì)，2004，25(2):128-130.

[12] 陳安定，唐焰．蘇北盆地地?zé)崾贰⒙癫厥费芯考捌鋵?duì)南黃海南部盆地油氣勘探的啟示[J].中國海上油氣，2007，19(4):234-239.

(編輯 曹征遠(yuǎn))

Forming mechanism and distribution characteristics of overpressure in the firstmember of Funing Formation in Sha-Hua-Wa area of Gaoyou Sag

Zheng Yuancai1，Wu Yan2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China;2.JiangsuWellLogging，SINOPEC，Yangzhou225007，China)

There is a close relationship between the existence of overpressure and oil-gas distribution.By analyzing the formation mechanism of overpressure in the north slope of Sha -Hua-Wa area，the pressure of hydrocarbon generation and the dehydration of clay minerals were found to be the main causes of overpressure in this area.In the plane，influenced by the igneous rocks，the distribution range of overpressure is only distributed in Shanian slope and Hua-Wa slope.In vertical，affected by the nature of the faults，the overpressure is only developed in the good blocked layers of Wubao fault.

overpressure；the first member of Funing Formation；hydrocarbon accumulation；Gaoyou Sag

2015-09-28；改回日期：2015-10-22。

鄭元財(cái)(1979—)，工程師，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。電話：0514-87761134，E-mail:zhengyc.jsyt@sinopec.com。

中國石化股份公司(P 13113)；江蘇油田分公司(JS 15001)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.001

TE122.1

A