歧口凹陷歧深地區(qū)古近系多層超壓體系特征

毛凱楠,解習(xí)農(nóng),肖敦清,杜學(xué)斌,雷振宇＊

(1.中國地質(zhì)大學(xué),湖北 武漢 430074; 2.中油大港油田分公司,天津 大港 300280)

歧口凹陷歧深地區(qū)古近系多層超壓體系特征

毛凱楠1,解習(xí)農(nóng)1,肖敦清2,杜學(xué)斌1,雷振宇1＊

(1.中國地質(zhì)大學(xué),湖北 武漢 430074; 2.中油大港油田分公司,天津 大港 300280)

通過鉆井實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力、測(cè)井資料計(jì)算泥巖壓力以及地震資料計(jì)算的地層壓力的分析,查明了歧深地區(qū)超壓體系空間展布。研究結(jié)果表明:縱向上,地層壓力結(jié)構(gòu)可劃分為靜水壓力體系、上部超壓體系和下部超壓體系;平面上,在北大港東翼、歧口凹陷及部分板橋凹陷均顯示超壓,且在凹陷深部出現(xiàn)明顯的 2個(gè)超壓體系;超壓體系的出現(xiàn)不僅有效抑制了深層砂體的壓實(shí)作用,而且對(duì)深部油氣藏運(yùn)移和聚集起到有效的控制作用。準(zhǔn)確地識(shí)別歧深地區(qū)超壓體系的展布對(duì)該區(qū)油氣勘探具有重要的指導(dǎo)作用。

超壓體系;油氣聚集;古近系;歧深地區(qū);黃驊坳陷

引 言

超壓體系廣泛發(fā)育于中國東部近海新生代含油氣盆地。沉積盆地中超壓研究己經(jīng)成為盆地分析與研究中不可缺少的組成部分,在油氣資源勘探與遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)中起著越來越重要的作用[1]。沉積盆地中油氣的生成、運(yùn)移、聚集乃至油氣藏的形成與破壞等都與盆地的壓力條件及演化歷史密切相關(guān)[2-8]。

近年來,在岐口凹陷深陷帶揭露出更為復(fù)雜的異常超壓結(jié)構(gòu)。本文通過鉆井實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力、測(cè)井資料計(jì)算泥巖壓力以及地震資料計(jì)算的地層壓力的綜合分析,闡明岐深地區(qū)地層壓力結(jié)構(gòu)特征及其平面展布規(guī)律,進(jìn)而查明異常壓力體系與油氣聚集關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

歧口凹陷位于黃驊坳陷中部,是黃驊坳陷內(nèi)的富油氣凹陷之一[9]。本文研究范圍為歧深地區(qū),北到濱北斜坡帶,南接歧北斷階帶,西至大張坨斷裂帶,東向渤海海域傾沒,總面積約有 1 000 km2。該區(qū)主要包括歧口凹陷、南大港和北大港斷裂帶及部分板橋凹陷,其中歧口凹陷是歧深地區(qū)的主體,該凹陷沉降深度大,勘探程度比較低,具備良好的石油地質(zhì)條件[9]。

歧深地區(qū)沙三段沉積期的構(gòu)造單元可以劃分出北大港潛山、南大港潛山、歧北凹陷、板橋凹陷 4個(gè)三級(jí)構(gòu)造帶。北大港潛山與板橋凹陷以大張坨斷層為分界,北大港潛山與歧北凹陷以港西斷層為分界。研究區(qū)內(nèi)各個(gè)構(gòu)造單元大致呈 NE向排列。

2 超壓系統(tǒng)特征

2.1 單井壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

通過對(duì)歧深地區(qū) 10余口探井的地層壓力計(jì)算結(jié)果可以看出,歧深地區(qū)的地層壓力系統(tǒng)在縱向上可分為靜水壓力體系、上部超壓體系和下部超壓體系(圖 1)。

靜水壓力體系主要位于盆地的淺層,而其底界深度在不同井上是不一樣的,歧深 A井約為 2 470 m,歧深 B井為 2 570 m。雖然不同井靜水壓力帶的底界深度不同,但可以認(rèn)為歧口凹陷靜水壓力體系底界深度大致為 2 500 m。靜水壓力體系在層位上主要位于明化鎮(zhèn)組、館陶組和部分東營組,壓力系數(shù)小于 1.2。

圖 1 歧深A(yù)井泥巖聲波時(shí)差與計(jì)算壓力隨深度變化關(guān)系

上部超壓體系位于靜水壓力體系之下,發(fā)育于東營組中下部和沙一段,包括 2個(gè)超壓體即東營組超壓體和沙一段超壓體。歧深 A井深度范圍為 2 470～3 870 m,歧深 B井為 2 570～3 770 m,壓力值約為 40 MPa,壓力系數(shù)在 1.2～1.4之間。

下部超壓體系主要發(fā)育于沙三段,其底界深度由于井深的限制不能確定,壓力值在 40～60 MPa之間,有些井最大壓力可以達(dá)到 80 MPa,如歧深 A井和歧深 B井,深度達(dá)到 5 000 m時(shí),壓力值超過80 MPa。壓力系數(shù)為 1.3～1.6,最大可達(dá) 1.7。

與上部超壓體系相比,下部超壓體系的壓力值和壓力系數(shù)都較大,平面分布范圍更廣,是歧口凹陷深層勘探的主要范圍和研究對(duì)象。上部超壓體系不是普遍存在的,只出現(xiàn)在地層埋深大、沉積速率較高的凹陷中心部位。

2.2 超壓體系空間展布特征

圖 2 歧口凹陷地層壓力剖面

從壓力剖面結(jié)構(gòu)來看(圖 2),超壓分布明顯受地層和巖性控制。該剖面的走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向,依次穿過了歧深地區(qū)主要構(gòu)造單元板橋凹陷、北大港潛山構(gòu)造帶和歧口凹陷。剖面中上部超壓體系整體上從東營組(Ed)開始出現(xiàn),壓力系數(shù)介于1.2～1.4,超壓頂界面在不同構(gòu)造帶也不一致,由歧口凹陷中心向邊緣超壓頂界面抬升,其深度在凹陷帶為 2 500 m,在潛山帶為 2 000 m。

超壓體系在不同構(gòu)造帶存在著較大的差異。整體上來看,沙三段各亞段壓力系數(shù)的平面分布趨勢(shì)基本一致,均表現(xiàn)為向西南方向逐漸降低,板橋凹陷和歧口凹陷在整個(gè)沙三期都處于超壓狀態(tài),而北大港潛山帶分為 2個(gè)部分,北大港東翼處于超壓狀態(tài),而中部和西翼處于靜水壓力狀態(tài)。

歧口凹陷在垂向上的 3個(gè)壓力體系結(jié)構(gòu)十分顯著,東營組中部及以上地層顯示常壓,上部超壓體系發(fā)育于東營組中下部和沙一段,包含東營組和沙一段 2個(gè)超壓體,壓力系數(shù)為 1.2～1.6,下部超壓體系發(fā)育于沙三段,壓力系數(shù)比上部超壓體系大。只有在凹陷中心的井才會(huì)出現(xiàn) 2個(gè)超壓體系。

沙三段各亞段壓力系數(shù)的變化很有規(guī)律性,沙三中亞段壓力系數(shù)最大,歧口凹陷平均壓力系數(shù)最高達(dá) 1.6以上,其中歧深 A井甚至達(dá)到 1.7;板橋凹陷和北大港潛山帶平均壓力系數(shù)最高達(dá) 1.5以上。沙三下亞段次之,歧口凹陷平均壓力系數(shù)最高達(dá) 1.6以上,但大于 1.6的區(qū)塊明顯比沙三中亞段小;板橋凹陷和北大港潛山帶平均壓力系數(shù)最高達(dá)1.4以上。沙三上亞段壓力系數(shù)最小,歧口凹陷平均壓力系數(shù)最高達(dá) 1.5以上,板橋凹陷和北大港潛山帶平均壓力系數(shù)最高達(dá) 1.4以上。

3 超壓體系與油氣聚集關(guān)系

3.1 超壓改善了深層儲(chǔ)集層的物性

按正常的壓實(shí)狀況,深部儲(chǔ)集層處于成巖作用的晚成巖階段,孔隙度小于 10%。而歧深地區(qū)在 3 500 m以下的孔隙度最大可達(dá)到 25.4%,平均值約為 15.18% (表 1)。

表 1 深部儲(chǔ)集層孔隙度數(shù)據(jù)

究其原因,一方面是高壓層阻止了泥巖層的進(jìn)一步壓實(shí),同時(shí)減緩了對(duì)下伏儲(chǔ)集層的壓實(shí)強(qiáng)度。歧深地區(qū)超壓現(xiàn)象明顯,孔隙流體承擔(dān)部分壓力,阻止了機(jī)械壓實(shí)作用,使部分被超壓孔隙流體充填的原生孔隙不被繼續(xù)壓實(shí),從而在相對(duì)較深的部位出現(xiàn)孔隙度仍較高的砂巖層。另一方面是由于異常高壓改變成巖環(huán)境及其成巖作用。如隨著烴類的生成,使得地層壓力進(jìn)一步增大,同時(shí)大量的有機(jī)酸釋放并溶解在孔隙水中,形成酸性環(huán)境,這種酸性的水介質(zhì)使碳酸鹽礦物和長石的溶解作用十分顯著,從而在超壓段內(nèi)產(chǎn)生大量的次生孔隙。

3.2 超壓封存箱對(duì)下伏油氣具有良好的封閉作用

蓋層封閉油氣主要有 3種機(jī)制,即物性封閉、超壓封閉和烴濃度封閉。不同地區(qū)蓋層具有不同的封閉機(jī)理。而歧深地區(qū)沙一段中部沉積了很厚的區(qū)域性欠壓實(shí)泥巖,其本身也是較好的烴源巖,這 3種機(jī)制兼而有之,比一般蓋層具更好的封閉性,尤其是超壓封閉機(jī)制,為沙一段下部油氣的聚集提供了十分有利的壓力封閉,限制了儲(chǔ)集層流體的垂向流動(dòng)。

歧深地區(qū)存在 2個(gè)超壓體,沙三段超壓體中強(qiáng)超壓發(fā)育,規(guī)模比東營組和沙一段超壓體都要大。由于超壓體之間封閉層的存在,有效地阻止了下伏油氣向上運(yùn)聚。如歧深 A井,沙三段超壓體將生成的氣封閉在下部超壓體內(nèi),從而導(dǎo)致早期生成的石油可以運(yùn)移到上覆沙一段和東營組,而晚期生成天然氣由于封閉層的隔檔,僅分布于沙三段超壓體內(nèi)。

3.3 異常超壓系統(tǒng)與油氣賦存關(guān)系

超壓作為排烴動(dòng)力,對(duì)油氣運(yùn)聚起著控制作用。若圈閉中超壓的形成早于油氣的充注,則對(duì)油氣成藏不利;若圈閉中超壓的形成晚于或與油氣充注同期,則有利于油氣成藏。從流體勢(shì)上看,油氣富集在低勢(shì)區(qū),當(dāng)強(qiáng)超壓引起地層破裂時(shí)能改善油氣運(yùn)移通道。此外,由于“壓力封閉”的存在,區(qū)別于常規(guī)的圈閉,當(dāng)壓力突破封存箱頂時(shí),能在箱外或箱緣成藏;不能突破時(shí)則在箱內(nèi)成藏[10-11]。由于超壓的不穩(wěn)定性,油氣勘探的重點(diǎn)是超壓封存箱的箱外或箱緣成藏即壓力的過渡帶成藏。

4 結(jié) 論

(1)歧深地區(qū)的地層壓力結(jié)構(gòu)特征在縱向上可以劃分為靜水壓力體系、上部超壓體系和下部超壓體系。靜水壓力體系位于盆地的淺層,主要位于明化鎮(zhèn)組,壓力系數(shù)小于 1.2;上部超壓體系發(fā)育于東營組中下部和沙一段,壓力系數(shù)為 1.2～1.4;下部超壓體系主要發(fā)育于沙三段,壓力系數(shù)為 1.3～1.6,最大可達(dá)到 1.7左右。

(2)岐深地區(qū)超壓分布明顯受地層和巖性控制,整體上超壓從東營組開始出現(xiàn),超壓頂界面在不同構(gòu)造帶是不同的,其深度在凹陷帶為 2 500 m,在潛山帶為 2 000 m。平面上,超壓分布特征很明顯,在北大港中部及西翼沙三段主要為正常壓力,而在北大港東翼、歧口凹陷及部分板橋凹陷是超壓,且歧口凹陷中心壓力系數(shù)最大。

(3)歧深地區(qū)超壓體系空間展布與油氣賦存具有很好的相關(guān)性。早期生成的石油可以運(yùn)移到上覆沙一段和東營組,而晚期生成天然氣由于封閉層的隔檔,僅分布于沙三段超壓體內(nèi)。因此,岐深地區(qū)超壓體系的準(zhǔn)確識(shí)別可以有利于油氣藏賦存預(yù)測(cè)。

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編輯 孟凡勤

TE121.3

A

1006-6535(2010)06-0038-04

20100705;改回日期:20100811

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“松遼盆地北部異常高壓和異常低壓環(huán)境成巖響應(yīng)對(duì)比研究”(40872076)和湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“異常壓力盆地流體動(dòng)力學(xué)及其聚集關(guān)系研究”(2008CDA095)

毛凱楠 (1987-),男,2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué) (武漢)資源勘查工程專業(yè),現(xiàn)為該校海洋地質(zhì)在讀碩士研究生＊參加此項(xiàng)研究工作的還有張亮。