高郵凹陷北斜坡阜寧組異常高壓發(fā)育特征

錢詩(shī)友，鄭元財(cái)，吳　峰，李純?nèi)?/p>

(1.中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(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430074)

含油氣盆地通常發(fā)育異常高壓[1]，異常高壓與油氣成藏具有十分密切的關(guān)系[2-3]。蘇北盆地是我國(guó)東部重要含油氣盆地之一，已發(fā)現(xiàn)油藏多為正常地層壓力，長(zhǎng)期以來被冠以常壓盆地[4]。近年，隨著勘探逐漸向深層拓展，多口井在高郵、海安等富油凹陷阜寧組(E1f)鉆遇異常高壓，尤其在高郵凹陷北斜坡內(nèi)坡地區(qū)E1f異常高壓現(xiàn)象普遍。根據(jù)東部其它富油盆地的勘探經(jīng)驗(yàn)，異常高壓對(duì)于深層油氣運(yùn)移、儲(chǔ)層物性改善、油氣分布等方面具有一定控制作用[5-7]。因此，蘇北盆地E1f異常高壓現(xiàn)象逐漸引起重視，這兩年也陸續(xù)見到關(guān)于蘇北盆地異常高壓研究報(bào)道[8-10]。但是，目前的研究局限于個(gè)別區(qū)帶或油藏。現(xiàn)今異常高壓分析缺乏對(duì)異常高壓的形成、演化、分布及控藏作用等方面系統(tǒng)研究，一定程度束縛了對(duì)異常高壓的總體認(rèn)識(shí)，制約了深層油氣勘探。本文以蘇北盆地異常高壓重點(diǎn)發(fā)育區(qū)——高郵凹陷北斜坡為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)E1f異常高壓發(fā)育特征開展系統(tǒng)研究，闡明異常高壓形成、演化及分布特征，并探討異常高壓成因機(jī)制及其與油氣成藏之間關(guān)系，以期對(duì)該區(qū)E1f深層勘探指明方向。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

高郵凹陷北斜坡是蘇北盆地主要油氣富集區(qū)帶之一，已發(fā)現(xiàn)碼頭莊、韋莊、沙埝、花莊、瓦莊五個(gè)產(chǎn)油區(qū)(圖1)，石油探明地質(zhì)儲(chǔ)量95%分布于E1f儲(chǔ)層。E1f自下而上分為阜一段(E1f1)、阜二段(E1f2)、阜三段(E1f3)和阜四段(E1f4)，其中E1f1和E1f3主要為砂巖，儲(chǔ)層發(fā)育，是主力含油層；E1f2和E1f4主要為泥巖，烴源巖發(fā)育，也是良好的區(qū)域蓋層。此外，E1f2在北斜坡西部地區(qū)底部發(fā)育砂巖儲(chǔ)層，與下伏E1f1頂部砂巖為連續(xù)沉積，共同形成一套含油層系，統(tǒng)稱為E1f2+1油藏。E1f2+1油藏主要分布于北斜坡中、外坡，內(nèi)坡尚無探明油藏發(fā)現(xiàn)。E1f3油藏主要分布在北斜坡中東部沙埝、花莊、瓦莊，內(nèi)、中、外坡都有分布。

圖1高郵凹陷北斜坡E1f油藏分布及地層綜合圖

2　現(xiàn)今地層壓力結(jié)構(gòu)特征

不同學(xué)者曾提出多種異常壓力分類標(biāo)準(zhǔn)[11]，參考中國(guó)東部其它箕狀斷陷盆地異常壓力劃分方案[12]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際地層壓力特征，本次研究采用壓力系數(shù)為0.9、1.1和1.5作為界限值，將地層壓力劃分為低壓(壓力系數(shù)小于0.9)、常壓(壓力系數(shù)介于0.9～1.1)、異常高壓(壓力系數(shù)介于1.1～1.5)和超高壓(壓力系數(shù)大于1.5)這4種基本類型。

針對(duì)現(xiàn)今地層壓力特征，主要應(yīng)用實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)，來源于砂巖儲(chǔ)集層實(shí)際試油、測(cè)試資料，其壓力反映油氣藏壓力大小。考慮到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的局限性，在此基礎(chǔ)上，再利用單井的測(cè)井響應(yīng)開展地層壓力的刻畫、利用聲波時(shí)差開展地層壓力的計(jì)算。綜合分析實(shí)測(cè)、計(jì)算及預(yù)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)揭示研究區(qū)E1f現(xiàn)今地層壓力縱向及平面特征。

2.1　縱向分布特征

根據(jù)單井E1f不同層段多次試油獲得的實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)(表1)，可以看出地層壓力縱向分布上具有一定規(guī)律性。例如，花X33井E1f1由淺至深，壓力系數(shù)值從1.34變化到1.09，呈由大到小變化，由異常高壓到常壓，且花X33 井E1f3壓力系數(shù)為1.02。花14井具有類似特征，E1f1頂部發(fā)育異常高壓，距E1f1頂越深逐漸過渡為常壓。但是，E1f3壓力系數(shù)縱向分布特征相反，如花深X1-1井E1f3底部壓力系數(shù)高達(dá)1.3，向上逐漸降低。此外，在沙埝、花莊地區(qū)多口井E1f3異常高壓發(fā)育層段均分布在中下部。研究區(qū)實(shí)測(cè)地層壓力系數(shù)最高值位于花莊地區(qū)花X28井E1f2泥巖，達(dá)1.42。綜合以上幾點(diǎn)，可以看出研究區(qū)E1f地層壓力縱向總體呈現(xiàn)以E1f2泥巖為超壓中心，向上、向下逐漸過渡為常壓系統(tǒng)的特征。

在實(shí)測(cè)地層壓力分析基礎(chǔ)上，讀取泥巖聲波時(shí)差[13-15]，通過Eaton法開展地層壓力預(yù)測(cè)[16-17]，應(yīng)用實(shí)測(cè)地層壓力校正后得到單井縱向地層壓力預(yù)測(cè)圖。根據(jù)連井地層壓力預(yù)測(cè)(圖2)，同樣反映出E1f現(xiàn)今地層壓力結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以E1f2泥巖為超壓中心，向上、向下逐漸過渡為常壓系統(tǒng)的特征，并且呈頂?shù)状?、不等深的分布特征?/p>

表1　高郵凹陷北斜坡典型井E1f 實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)

圖2高郵凹陷北斜坡E1f壓力結(jié)構(gòu)連井剖面

2.2　平面分布特征

利用實(shí)測(cè)壓力值，結(jié)合聲波時(shí)差計(jì)算所得的預(yù)測(cè)壓力數(shù)據(jù)對(duì)E1f四個(gè)段進(jìn)行壓力平面分布特征研究。其中，砂巖儲(chǔ)集層主要應(yīng)用實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)，泥巖層段實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)較少，則主要應(yīng)用聲波時(shí)差計(jì)算壓力數(shù)據(jù)。具體特征如下：

E1f4泥巖現(xiàn)今異常高壓主要發(fā)育在研究區(qū)中部花莊南地區(qū)(圖3a)，以花X40井為中心，向南輻射至富深X1井區(qū)，沙埝南、卸甲至車邏地區(qū)也發(fā)育異常高壓，但幅度較低。

E1f3現(xiàn)今異常高壓同樣分布在研究區(qū)中東部?jī)?nèi)坡地區(qū)(圖3b)，但較E1f4范圍擴(kuò)大，并呈多個(gè)異常高壓中心，且主要集中在兩個(gè)區(qū)帶。一是主要分布在花莊至富民地區(qū)，異常高壓幅度最大，壓力系數(shù)在1.3以上；二是分布在沙埝南地區(qū)，以沙X51井區(qū)為中心，但是該井以南無探井資料，是否發(fā)育幅度更大異常高壓有待鉆井揭示。

E1f2泥巖異常高壓分布范圍最廣、幅度最大(圖3c)，中、內(nèi)坡大部分范圍均為異常高壓分布，集中發(fā)育在富深X1—花X40—花X33—花14—瓦17及其以東的廣泛區(qū)域，壓力系數(shù)高達(dá)1.4以上；車邏以南至沙埝南地區(qū)也發(fā)育微幅異常高壓。

E1f2+1砂巖儲(chǔ)集層異常高壓(圖3d)分布范圍略小于E1f2泥巖，發(fā)育于花X14—花X33—花X40—沙X51—沙X74井一線，涵蓋沙埝中部以南及整個(gè)花莊地區(qū)，其中以花X14—花X33—花X40井區(qū)為異常幅度最大區(qū)域，但比E1f2泥巖略小。

總體來看，研究區(qū)E1f現(xiàn)今存在異常高壓發(fā)育，但均局限在中東部中、內(nèi)坡范圍之內(nèi)，尤其在沙埝—花莊南至富民地區(qū)異常高壓分布最為集中。同時(shí)，各段異常高壓展布范圍、幅度有所不同，E1f2泥巖范圍最廣、幅度最大；E1f4范圍次之，但幅度較小；E1f2+1砂巖儲(chǔ)集層異常高壓廣泛分布于沙埝和花莊南地區(qū)，幅度略小于E1f2；E1f3異常高壓局限在花莊南地區(qū)，零星分布，范圍最小。

圖3高郵凹陷北斜坡E1f現(xiàn)今地層壓力系數(shù)平面分布預(yù)測(cè)

3　古壓力恢復(fù)及演化特征

3.1　古壓力恢復(fù)

流體包裹體作為古流體的原始樣品，保存了地質(zhì)歷史時(shí)期的溫壓條件等豐富信息，因而被用來恢復(fù)古壓力[18-21]。本文采用流體包裹體熱動(dòng)力學(xué)模擬的方法[18,22]，也即通過檢測(cè)含烴類包裹體(如油包裹體)及其同期的鹽水包裹體，利用VTFLINC軟件，重建被包裹烴類的相包絡(luò)線及等容線，利用同期鹽水包裹體的均一溫度與其等容線的交點(diǎn)，獲取捕獲時(shí)的壓力條件。

以富深X1井樣品(3 949 m)為例(圖4)，共獲得4個(gè)油包裹體及其同期鹽水包裹體“數(shù)據(jù)對(duì)”。通過熱動(dòng)力學(xué)模擬，重構(gòu)了這4個(gè)“數(shù)據(jù)對(duì)”的P-T相圖以及這4個(gè)油包裹體在P-T空間的等容線，從而利用對(duì)應(yīng)的同期鹽水包裹體均一溫度與該等容線相交一次獲得其最小捕獲壓力，也即流體包裹體捕獲時(shí)的地層古壓力。

圖4富深X1井E1f1(3 949 m)流體包裹體古壓力熱動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果

3.2　壓力演化特征

對(duì)25口井的59塊E1f樣品檢測(cè)，通過對(duì)每一流體包裹體組合的油包裹體(或含烴鹽水包裹體)及其同期鹽水包裹體的熱動(dòng)力學(xué)模擬，獲得了不同地質(zhì)歷史時(shí)期的50個(gè)流體包裹體組合的古壓力熱動(dòng)力學(xué)模擬數(shù)據(jù)。結(jié)合包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與精細(xì)埋藏史，獲得包裹體捕獲時(shí)的古埋深，從而換算出各古壓力所對(duì)應(yīng)的壓力系數(shù)[22]，將壓力系數(shù)隨時(shí)間演化的形式更為直觀地顯示出異常高壓及其演化特征(圖5)。

圖5高郵凹陷北斜坡E1f地層壓力系數(shù)隨時(shí)間演化史

從地層壓力演化史(圖5)可以看出，E1f不同層系的異常高壓發(fā)生、發(fā)展和演化歷程總體經(jīng)歷了早期快速增壓、中期降壓和晚期緩慢升壓過程，但晚期的緩慢升壓并未能完全恢復(fù)到地質(zhì)歷史時(shí)期的異常高壓水平。結(jié)合沉積、構(gòu)造演化特征[23-32]分析可知，由于戴南組、三垛組沉積期處于盆地演化的強(qiáng)烈斷陷期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，造成異常高壓的保持比較困難，表現(xiàn)出早期異常高壓形成后快速釋放而下降，三垛沉積末期又遭遇抬升剝蝕，異常高壓進(jìn)一步遭到破壞，從而形成了快速降壓的特征。在早期的降壓過程中，E1f1、E1f2和E1f3表現(xiàn)出一定差異。由于E1f1和E1f3以滲透性砂巖儲(chǔ)層為主，降壓的速率相對(duì)較快，又因E1f3埋深較淺，壓降速率更是快于E1f1；而E1f2以非滲透性泥巖為主，其異常高壓遭受破壞降壓的速率相對(duì)較慢。晚期抬升剝蝕過后，整體接受鹽城組沉積，在厚達(dá)1 500 m左右地層的加載之下，地層壓力緩慢回升，但由于部分?jǐn)鄬永^承性活動(dòng)，異常高壓整體上未能完全恢復(fù)地質(zhì)歷史時(shí)期的異常高壓幅度。

4　異常高壓成因分析

4.1　泥巖異常高壓成因

前人研究認(rèn)為不均衡壓實(shí)、生烴作用、粘土礦物脫水是泥巖異常高壓的主要成因[10-11]。研究區(qū)E1f2和E1f4主要為泥巖，其中，E1f2是主力烴源巖層，是異常高壓分布范圍最廣、幅度最大的層系。研究區(qū)E1f2泥巖具有以下幾方面特征：①E1f泥巖異常高壓帶中測(cè)井曲線無明顯欠壓實(shí)成因密度降低和孔隙度增大現(xiàn)象；②現(xiàn)今異常高壓以E1f2烴源巖為中心，向上、向下儲(chǔ)集層逐漸過渡為正常壓力；③E1f2泥巖古壓力降低過程與主成藏期油氣充注時(shí)間相對(duì)應(yīng)；④E1f2泥巖生烴增壓量計(jì)算可形成強(qiáng)超壓，分布范圍與現(xiàn)今泥巖異常高壓范圍相一致。綜合以上特征分析，研究區(qū)泥巖異常高壓成因主要為生烴增壓作用。

4.2　砂巖異常高壓成因

研究區(qū)E1f1、E1f3為砂巖儲(chǔ)集層，是主要含油層系。滲透性較好的儲(chǔ)層中異常高壓成因主要為異常高壓傳導(dǎo)及欠壓實(shí)[11]。巖石薄片觀察及孔隙統(tǒng)計(jì)分析表明，E1f砂巖中孔隙類型以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？诪橹?，原生孔隙較少，有悖于欠壓實(shí)保存大量原生孔隙的理論[10]。因此，本區(qū)砂巖儲(chǔ)集層異常高壓為高壓烴類流體注入引起的傳遞型高壓，現(xiàn)今壓力縱向結(jié)構(gòu)特征也反映出以E1f2烴源巖為異常高壓中心，向上、向下砂巖儲(chǔ)集層逐漸傳遞的特征。

異常高壓傳導(dǎo)存在兩類模式：一類是E1f2異常高壓層產(chǎn)生的高壓流體(烴類)直接注入緊鄰的砂巖儲(chǔ)層中，導(dǎo)致砂巖孔隙流體壓力增大(圖6a)；另一類是E1f2異常高壓層產(chǎn)生的高壓流體通過斷裂輸導(dǎo)，注入斷裂兩側(cè)的砂巖儲(chǔ)層中形成異常高壓(圖6b)，由于斷裂垂向良好溝通能力，異常高壓向上、向下傳遞往往較遠(yuǎn)。研究區(qū)E1f斷裂十分發(fā)育，整體規(guī)模較大，多數(shù)斷裂斷穿E1f4-E1f2+1地層，對(duì)異常高壓流體縱向遠(yuǎn)距離輸導(dǎo)起到重要作用。因此，第二類異常高壓傳遞模式在研究區(qū)較為普遍。

圖6E1f2泥巖生烴增壓及壓力傳導(dǎo)模式

5　異常高壓與油氣運(yùn)聚

由于異常高壓的存在，不同壓力系統(tǒng)下油氣運(yùn)聚特征具有一定差異性(圖7)：

(1)異常高壓系統(tǒng)下超壓驅(qū)動(dòng)—斷層垂向輸導(dǎo)油氣運(yùn)聚模式：主要分布在研究區(qū)內(nèi)坡壓力系數(shù)大于1.3的超壓系統(tǒng)內(nèi)。內(nèi)坡帶E1f3底部、E1f2+1頂部油氣運(yùn)移的阻力很大，烴源巖生成油氣后，在異常高壓作用下沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移，當(dāng)油氣運(yùn)移至異常高壓系統(tǒng)邊緣時(shí)，由于地層壓力的迅速降低，地層異常高壓所提供的油氣運(yùn)移動(dòng)力很快與地層的阻力達(dá)到平衡，油氣便停止運(yùn)移、在超壓系統(tǒng)邊緣的圈閉中聚集成藏。該成藏模式具有如下特點(diǎn)：地層壓力大(壓力系數(shù)大于1.3)，油源斷層作為油氣運(yùn)移的主要通道，油氣以垂向運(yùn)移為主，幾乎不發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，在超壓系統(tǒng)邊緣、鄰近油源斷層的圈閉中成藏，形成長(zhǎng)含油井段、多油水系統(tǒng)層狀油藏。

(2)過渡壓力系統(tǒng)下超壓—浮力雙驅(qū)階梯式運(yùn)聚模式：主要分布在中坡帶地層壓力系數(shù)在1.1～1.3的過渡壓力系統(tǒng)內(nèi)。中坡地層阻力依舊較大，單靠此處地層油氣浮力都無法克服地層阻力驅(qū)動(dòng)油氣運(yùn)移。油氣自烴源巖生成后，在超壓-浮力的聯(lián)合作用下，油氣沿?cái)?砂輸導(dǎo)體系階梯式側(cè)向運(yùn)移，最終聚集成藏，形成多油水系統(tǒng)層狀油藏。

(3)正常壓力系統(tǒng)下浮力驅(qū)動(dòng)階梯式運(yùn)聚模式：主要分布在外坡地區(qū)、地層壓力系數(shù)在1.0左右的正常壓力系統(tǒng)內(nèi)。由于地層埋藏淺、物性好、油氣運(yùn)移的阻力較小、地層異常高壓不發(fā)育，僅僅依靠浮力為油氣運(yùn)移提供動(dòng)力，油氣主要沿砂體以側(cè)向階梯式運(yùn)移為主，形成含油井段小、統(tǒng)一油水界面層狀油藏。

圖7高郵凹陷北斜坡E1f不同壓力系統(tǒng)下油氣運(yùn)聚模式

6　結(jié)論

(1)高郵凹陷北斜坡E1f現(xiàn)今異常高壓異常幅度小，分布局限?？v向上呈以E1f2為異常高壓中心，頂?shù)状?、不等深分布特征；平面上總體分布在內(nèi)坡帶，且E1f2分布范圍最廣。

(2)E1f在地質(zhì)歷史時(shí)期已發(fā)育異常高壓，且經(jīng)歷早期快速升壓、中期平穩(wěn)降壓和晚期緩慢升壓過程，但晚期的升壓未能恢復(fù)到地質(zhì)歷史時(shí)期異常高壓水平。E1f泥巖異常高壓主要為生烴增壓成因，砂巖儲(chǔ)集層的異常高壓為高壓烴類流體注入引起的傳遞型高壓。

(3)不同壓力系統(tǒng)下，油氣運(yùn)聚方式及成藏特征具有明顯差異，異常高壓對(duì)源下儲(chǔ)層成藏起到重要作用。