惠州凹陷地層壓力特征及演化史

張 洋，陳景陽，王 柯，黃勝兵，吳 娟

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學，四川 成都 610059)

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惠州凹陷地層壓力特征及演化史

張 洋1，陳景陽1，王 柯1，黃勝兵1，吳 娟2，3

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學，四川 成都 610059)

珠江口盆地惠州凹陷是已證實的富烴凹陷，但與油氣成藏密切相關的地層壓力場研究較少。以惠州凹陷現(xiàn)今壓力場特征及單井超壓演化歷史的研究為基礎，應用2D盆地模擬方法，對惠州凹陷地層壓力演化進行了模擬恢復，探討了壓力演化與構造運動的關系。研究結果表明：惠州凹陷地層壓力經(jīng)歷了2.5個“增壓—泄壓”旋回，包括始新世末(44.0～34.0 Ma)旋回、早漸新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚漸新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回?，F(xiàn)今地層在深層恩平組及文昌組泥巖發(fā)育超壓帶，構造演化導致壓力演化的旋回性。揭示與油氣成藏關系密切的壓力特征有利于該區(qū)勘探目標的優(yōu)選。

壓力演化；盆地模擬；構造運動；惠州凹陷；珠江口盆地

0 引 言

超壓(異常高壓)現(xiàn)象在含油氣盆地中普遍發(fā)育[1]，且與油氣成藏關系密切[2-4]。截至目前，在全世界范圍內(nèi)識別出超壓的含油氣盆地超過180個。超壓的演化歷史和現(xiàn)今發(fā)育特征是成藏動力學的重要內(nèi)容[5-6]，通過現(xiàn)今壓力場發(fā)育特征分析及其演化歷史的恢復，有助于揭示超壓在油氣成藏過程中的作用，對發(fā)育超壓的含油氣盆地勘探具有重要意義。

前人曾對惠州凹陷的構造特征、烴源評價和成藏規(guī)律等做過較為詳細的研究[7-13]，但對與油氣成藏關系密切的壓力場演化特征還未進行深入研究，制約了凹陷油氣深部超壓油氣藏勘探。目前，地層壓力恢復的方法主要有Fillippone法、流體包裹體法、黏土礦物法、聲波時差法、泥巖壓實法及盆地模擬法等。盆地模擬法是在建立綜合地質(zhì)模型的基礎上，基于實測地層壓力數(shù)據(jù)進行正演模擬，該方法可以重建從一維(鉆井)到二維(剖面)的壓力演化歷史，是當前廣泛應用的壓力恢復方法?；诼暡〞r差、泥巖密度測井及單井壓力值，對惠州凹陷現(xiàn)今壓力特征進行了分析，用盆地模擬法恢復了剖面的壓力演化史，揭示了研究區(qū)地層壓力演化與油氣生成、運聚的密切關系。

1 基本地質(zhì)特征

珠江口盆地是中國南海北部NE—SW向展布的中新生代沉積盆地，是發(fā)育于復雜基底上的典型被動大陸邊緣裂陷盆地。盆地包括珠Ⅰ、珠Ⅱ和珠Ⅲ坳陷，其中以珠Ⅰ坳陷最大，劃分為恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陸豐凹陷、陸豐凸起、韓江凹陷和東沙隆起帶7個次級構造單元。惠州凹陷位于珠Ⅰ坳陷中部，面積為10 000 km2，是珠江口盆地最重要的富烴凹陷(圖1)。

惠州凹陷發(fā)育于中生代基底上，沉積厚度為8 km，新生界地層自上而下依次為第四系(Q)，上新統(tǒng)萬山組(N2w)，中心統(tǒng)珠江組(N1zj)、韓江組(N1h)和粵海組(N1y)，漸新統(tǒng)恩平組(E3e)和珠海組(E3zh)，始新統(tǒng)文昌組(E3w)，古新統(tǒng)神狐組(E3s)。其中，文昌組及恩平組湖相泥巖為凹陷主要烴源巖，珠海組、珠江組和韓江組碎屑巖為凹陷主要儲層。

凹陷構造演化可以分為3個階段：古新世—早漸新世的裂陷階段、晚漸新世—中中新世的裂后拗陷階段和晚中新世至今的斷層活動階段。在結構上具有典型的斷拗雙層結構。凹陷經(jīng)歷了珠瓊運動I幕、Ⅱ幕、南海運動及東沙運動等多期區(qū)域性運動，發(fā)生了多期的沉降埋藏與抬升剝蝕的旋回。凹陷構造活動強烈，斷裂發(fā)育，斷層走向為NE向，均為拉張應力背景形成的正斷層。

圖1 惠州凹陷構造位置

2 現(xiàn)今壓力場特征

2.1 地層壓力特征

基于32口鉆井228個地層壓力實測數(shù)據(jù)，分析了地層壓力、地層壓力系數(shù)與深度關系。實測數(shù)據(jù)類型包括鉆桿測試(DST)及電纜測試(RCI、FMT、RFT)結果。

根據(jù)壓力系數(shù)可以將壓力劃分為低壓(小于0.96)、常壓(0.96～1.06)、弱超壓(1.06～1.27)及強超壓(大于1.27)。惠州凹陷地層壓力整體表現(xiàn)為常壓及弱超壓。從層位上來看，實測壓力數(shù)據(jù)主要分布在漸新統(tǒng)及以上地層，壓力系數(shù)分布范圍較廣，從異常低壓到弱超壓均有分布，以常壓和弱超壓為主。始新統(tǒng)文昌組是主力烴源巖，儲層不發(fā)育，取樣及測壓點十分有限，僅收集到鉆遇始新統(tǒng)2口井的3個測壓點，其中2個點為弱超壓。另外，恩平組有1個測壓點壓力系數(shù)大于1.2。雖然深層數(shù)據(jù)樣本有限，但是明確地揭示了其弱超壓特征。由于凹陷內(nèi)的鉆井基本分布在洼陷邊緣及隆起區(qū)，推測凹陷中心區(qū)的始新統(tǒng)及漸新統(tǒng)下部地層可能具有更明顯的超壓特征。

2.2 測井超壓響應

選取了凹陷內(nèi)6口井的聲波時差測井數(shù)據(jù)進行分析(圖2)。研究表明，凹陷淺部泥巖整體上表現(xiàn)為正常壓實特征，中深部存在一個泥巖欠壓實帶，泥巖欠壓實帶頂面深度有差異，e井所在區(qū)域欠壓實帶頂面深度約為2 500 m，其余井欠壓實帶頂面深度為3 000～3 500 m。從層位上來看，作為凹陷主要烴源巖的始新統(tǒng)文昌組及漸新統(tǒng)恩平組超壓響應明顯，這與泥巖的欠壓實及生烴作用有關。

3 地層壓力演化史恢復

基于鉆井實測壓力值、測井泥巖密度、聲波時差、三維地震及其解釋成果等資料，利用BasinMod模擬軟件選用“耦合流體流動壓實模型”對研究區(qū)的鉆井及剖面壓力演化歷史進行了恢復。

3.1 參數(shù)選取

地層壓力恢復是指對剖面(二維)進行壓力恢復，剖面壓力恢復需要建立二維地質(zhì)模型，涉及到眾多參數(shù)的選擇及有效性分析。

(1) 地層剝蝕厚度?；葜莅枷萁?jīng)歷了3次區(qū)域構造運動，形成了多個區(qū)域不整合面，其中以珠瓊運動及南海運動造成的剝蝕范圍和厚度最大。現(xiàn)今壓力場分析表明，超壓主要分布在中深層，采用“地層對比法”重點恢復了與超壓密切相關的始新統(tǒng)文昌組及漸新統(tǒng)恩平組的剝蝕厚度。

圖2 惠州凹陷泥巖聲波時差測井數(shù)據(jù)

(2) 地層砂泥巖含量。根據(jù)鉆井巖性資料，統(tǒng)計出各層砂泥巖含量(表1)。由于研究區(qū)鉆遇文昌組、恩平組的鉆井較少，且井位基本分布于凹陷邊緣及隆起區(qū)，采用沉積相類比法對2套地層的泥巖含量進行了校正。

表1 研究區(qū)巖性統(tǒng)計

(3) 斷層參數(shù)。二維模擬的建立需要分析斷層屬性參數(shù)，包括斷層屬性及活動性。通過斷層屬性識別、斷層生長指數(shù)計算等方法對斷層活動性進行分析。

3.2 模擬結果

對3條剖面的模擬結果表明，凹陷地層壓力演化總體上表現(xiàn)為2.5個“增壓—泄壓”旋回，以Line1剖面為代表對研究區(qū)的地層壓力演化過程進行分析(圖3)。

(1) 第1個旋回(44.0～34.0 Ma)。從44.0 Ma起，超壓持續(xù)增加，至41.0 Ma時，凹陷底部超壓最大值達到8.5 MPa；在此之后，超壓開始持續(xù)釋放，至35.0 Ma時，凹陷底部剩余壓力峰值僅為2.0 MPa。

(2) 第2個旋回(34.0～23.8 Ma)。在34.0～31.0 Ma，凹陷底部超壓再次快速增加至7.3 MPa；31.0～23.8 Ma期間，超壓又經(jīng)歷了明顯的釋放過程，期間剖面最大剩余壓力為4.2 MPa。

(3) 第3個為半旋回(23.8～0.0 Ma)。從23.8 Ma起，凹陷底部超壓又開始重新積累，10.0 Ma至今，增壓速率較之前稍微有所降低，增壓持續(xù)至今，最大值達24.8 MPa。

4 模擬結果分析

4.1 壓力演化與構造運動關系

在凹陷發(fā)育早期，由于文昌組的快速沉積-沉降，在文昌組沉積結束時形成了一定的剩余壓力。始新世末期的珠瓊運動II幕導致文昌組遭受抬升剝蝕，致使剩余壓力被大量釋放；恩平組沉積之后，再次形成約8 MPa的剩余壓力，漸新世中期的南海運動造成地層被抬升剝蝕，剩余壓力也得到再次釋放，剖面剩余壓力最大值降為4 MPa左右。而后凹陷進入穩(wěn)定沉降階段，地層壓力也逐漸增大，至漸新世晚期達22 MPa，現(xiàn)今達26 MPa(圖4)。

圖3 惠州凹陷Line1剖面超壓演化史(測線位置見圖1)

總體而言，惠州凹陷在裂陷早期由于快速沉降形成了剩余壓力，這可能與欠壓實作用相關，這部分剩余壓力在珠瓊運動和南海運動中被完全釋放。穩(wěn)定沉降期，在深部普遍形成較大剩余壓力，累積至今達到26 MPa。

惠州凹陷超壓演化具有明顯的旋回性，該特征與構造運動的時間旋回耦合，區(qū)域性構造旋回導致了壓力演化的旋回。超壓在構造穩(wěn)定期逐漸積累，在構造活躍期得到釋放，超壓流體排放的主要通道是構造運動所形成的斷裂系統(tǒng)。

4.2 準確性分析

以參與模擬的c井為例進行模擬精度分析(表2)。對比統(tǒng)計表明，該壓力模擬值與實測值較為接近。模擬絕對誤差均值為1.00～2.00 MPa，平均相對誤差為5.16%，說明該模擬具較高的精度和可信度。

圖4 惠州凹陷文昌組剩余壓力峰值演化史(測線位置見圖1)

5 結 論

(1) 惠州凹陷現(xiàn)今地層壓力以常壓—弱超壓為主，中深層的漸新統(tǒng)恩平組和始新統(tǒng)文昌組泥巖普遍發(fā)育欠壓實帶，揭示凹陷深部異常高壓的存在。

(2) 對3條剖面、6口鉆井進行了壓力演化模擬。剖面壓力演化特征一致，鉆井模擬絕對誤差均值為1.00～2.00 MPa，平均相對誤差為5.16%，模擬結果可信。

(3) 凹陷地層壓力經(jīng)歷了2.5個“增壓—泄壓”旋回，包括始新世末(44.0～44.0 Ma)旋回、早漸新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚漸新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回。區(qū)域構造運動造成了地層壓力的釋放，構造運動的旋回性導致了壓力演化的旋回性。

表2 c井地層壓力模擬精度分析

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編輯 黃華彪

20151117；改回日期：20160310

國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術”(2011ZX05023)

張洋(1987-)，男，工程師，2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(武漢)資源勘查工程專業(yè)，2011年畢業(yè)于該校能源地質(zhì)工程專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)與構造分析方面研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.015

TE122.3

A

1006-6535(2016)03-0066-05