準噶爾盆地腹部地層壓力異常特征與控制因素

吳海生，鄭孟林，何文軍，楊彤遠，陳 磊，郭建辰，楊翼波

(中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

準噶爾盆地是石炭紀以來的多期疊合盆地，盆地在不同地區(qū)的不同層系存在不同程度的地層壓力異常。盆地腹部地區(qū)的鉆井普遍鉆遇明顯超壓地層，分布于白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系等不同的層位。盆地南緣古近系的壓力異常受安集海河組頂面的控制[1]，可能與前陸盆地的膏泥巖欠壓實及擠壓應力有關[2-3]；盆地西北部的瑪湖凹陷三疊系及其以下中-深部地層異常高壓發(fā)育[4]，認識還需要進一步深化。盆地油氣勘探實踐證實，異常高壓分布區(qū)往往是油氣成藏有利區(qū)[5]，也是油氣高產(chǎn)區(qū)。因此，前人對準噶爾盆地超壓異常特征、形成機理及對油氣的控制作用等方面做了許多研究[1,4,6-16]，取得了豐富的成果，推動了盆地的油氣勘探。限于盆地腹部的鉆探主要在侏羅系，對盆地腹部超壓異常的研究多集中在侏羅系的超壓異常帶[7-11]，而對三疊系[4]及以下層系的超壓異常研究很少。相關研究涉及了異常高壓分布特征、成因與機理，異常高壓與碳酸鹽和膠結物含量的關系，以及超壓與油氣分布和油氣成藏等。近年來，隨著油田公司在準噶爾盆地腹部實施鉆井數(shù)量的增加，特別是多口深井的鉆探，不僅揭示了腹部的石炭系和二疊系，也為研究腹部地區(qū)深層壓力結構提供了實測數(shù)據(jù)，為詳細刻畫超壓異?？臻g分布提供了基礎資料。本文根據(jù)準噶爾盆地的勘探研究現(xiàn)狀，以盆地腹部為研究區(qū)，應用鉆井、測井、地震和試油等資料對超壓異常的縱、橫向變化特征以及壓力結構類型及其形成的控制因素等進行了深化研究。研究區(qū)涵蓋了中央坳陷的莫索灣凸起、莫南凸起、達巴松凸起、阜康凹陷的中西部、盆1井西凹陷、沙灣凹陷東北部及瑪湖凹陷等地區(qū)(圖1)。

1 地質(zhì)背景

準噶爾盆地位于新疆北部，盆地周緣被北天山造山帶、西準噶爾造山帶及東準噶爾造山帶(克拉美麗造山帶)所圍限，盆地面積約13×104km2，為賦存于拼合地塊之上的多期疊合盆地[17]。盆地地層發(fā)育齊全，自下而上存在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新生界，發(fā)育二疊系、侏羅系等多套烴源巖層系，油氣資源豐富，是中國西部重要的富油氣盆地。

盆地地層自下而上可劃分為4套巖性組合：一套為石炭系—下二疊統(tǒng)佳木河組的火山巖、火山碎屑巖、碎屑巖組合，包括安山巖、玄武巖、輝綠巖、凝灰?guī)r及火山碎屑巖夾砂、泥巖；第二套巖性組合為下二疊統(tǒng)風城組—中二疊統(tǒng)下烏爾禾組，為一套碎屑巖、湖相碳酸鹽巖組合，主要有礫巖、砂巖、泥巖、含膏泥巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖、砂質(zhì)白云巖、白云質(zhì)砂巖等；第三套巖性組合是上二疊統(tǒng)上烏爾禾組—三疊系—侏羅系，為湖相的含煤碎屑巖組合，為褐灰、灰、深灰、黑色泥巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖、煤層或煤線，盆地邊緣存在礫巖；第四套為白堊系—第四系，為灰綠、棕紅色泥巖、砂巖、礫巖。

準噶爾盆地經(jīng)歷了石炭紀、二疊紀、三疊紀、侏羅紀、白堊紀及新生代等不同時期、不同性質(zhì)的多期疊合演化與后期改造，存在多期斷裂構造和地層不整合。石炭紀經(jīng)歷了伸展斷陷成盆和晚期萎縮消亡的演化過程，形成大套中基性、中酸性火山巖、火山碎屑巖夾海-陸過渡相的碎屑巖[18]。下石炭統(tǒng)滴水泉組泥質(zhì)巖主要分布于陸東地區(qū)和五彩灣凹陷內(nèi)，彩25井以北厚度較大，中心厚度可達1 300 m；上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組主要為火山巖夾炭質(zhì)泥巖，分布于陸東地區(qū)和五彩灣凹陷，由南向北減薄，最大厚度可達1 600 m。莫深1井鉆遇下石炭統(tǒng)凝灰?guī)r，揭示厚度693 m。石炭紀末的構造事件結束了該區(qū)海相盆地的演化歷史，盆地的隆升、剝蝕強烈，導致了二疊系與石炭系的不整合接觸。

圖1 研究區(qū)地理位置及構造單元劃分Fig.1 Location of the study area and division of tectonic units

中-下二疊統(tǒng)是陸內(nèi)盆地演化早期形成的建造，自下而上分為下二疊統(tǒng)佳木河組、風城組及中二疊統(tǒng)夏子街組、下烏爾禾組(平地泉組)；自下而上可劃分為早二疊世和中二疊世兩大沉積旋回，存在瑪湖、盆1井西、沙灣、東道海子、阜康、吉木薩爾和五彩灣-大井等多個沉積中心，主要沉積中心在盆地西部。風城組沉積末期，盆地發(fā)生了一次構造事件，導致西北緣沖斷帶的形成和盆地地層的變形及斷裂的發(fā)育。中二疊世，盆地經(jīng)歷了夏子街組沉積期的砂、泥巖互層建造及下烏爾禾組沉積期的泥巖、砂巖、碳酸鹽巖建造。中二疊世末的構造事件導致了盆地隆升剝蝕，特別是盆地邊緣隆升、剝蝕強烈，西北緣地區(qū)、瑪湖凹陷及夏鹽-達巴松凸起等構造單元上發(fā)育了逆沖斷裂構造。

晚二疊世(上烏爾禾組沉積期)—三疊紀為大型坳陷盆地形成期，盆地沉積范圍擴大，由二疊紀早、中期的多沉積中心向單一沉積中心轉變。盆地北部的烏倫古坳陷和南部的中央坳陷在晚三疊世形成，自下而上劃分為上二疊統(tǒng)上烏爾禾組及三疊系百口泉組、克拉瑪依組和白堿灘組，與下伏中-下二疊統(tǒng)呈區(qū)域角度不整合或平行不整合接觸。上烏爾禾組(梧桐溝組)為一套礫巖和砂、泥巖沉積；百口泉組主要為一套砂巖(礫巖)建造；克拉瑪依組以一套泥巖為主，夾薄層細砂巖、粉砂巖；白堿灘組(東部稱黃山街組—郝家溝組)主要為一套砂、泥巖互層沉積。三疊紀末的構造事件在盆地邊緣表現(xiàn)強烈，瑪湖凹陷和西北緣逆沖斷裂、褶皺構造發(fā)育，東部隆起隆升剝蝕強烈，盆地內(nèi)也普遍發(fā)育了高陡的逆沖斷裂構造，為石炭系-二疊系油氣向上覆地層運移提供了條件。

侏羅紀為大型泛盆演化期，沉積范圍大于三疊系，與下伏三疊系呈區(qū)域性角度不整合或平行不整合接觸，盆地邊緣超覆于不同的老地層之上，自下而上劃分為下侏羅統(tǒng)八道灣組和三工河組、中侏羅統(tǒng)西山窯組和頭屯河組以及上侏羅統(tǒng)齊古組和喀拉扎組。從八道灣組到西山窯組，盆地沉積由底部粗碎屑巖沉積，向上轉變?yōu)槟鄮r、砂巖互層夾煤層建造，是盆地腹部發(fā)育超壓異常的重要層系。西山窯組沉積期末，盆地發(fā)生了一次重要的構造事件，導致盆地車莫古隆起的形成，在盆地東部也形成了北北東向展布的隆起，在隆起高部位地層剝蝕強烈。中-上侏羅統(tǒng)頭屯河組-齊古組在盆地凹陷區(qū)與下伏地層整合接觸，在隆起區(qū)為超覆不整合接觸，為一套砂、泥巖互層建造，沉積厚度一般在200 m左右，在南部沉積中心厚度可達800 m。上侏羅統(tǒng)喀拉扎組僅在南緣山前局限分布。侏羅系沉積后的構造事件結束了盆地的沉積，盆地整體隆升剝蝕。特別是在白堊系沉積前或沉積初，盆地形成了一系列的高陡正斷層，在白家海北部、莫索灣凸起、莫北凸起西緣及滴南凸起的南緣等都形成了由系列正斷層組成的雁列組合構造帶。

白堊系自下而上分為下白堊統(tǒng)吐谷魯群(清水河組、呼圖壁河組、勝金口組、連木沁組)和上白堊統(tǒng)東溝組。下白堊統(tǒng)與下伏侏羅系呈區(qū)域性角度不整合接觸，底部存在一套幾十米至上百米的底礫巖、砂巖，向上巖性變細，為一套泥巖夾砂巖和砂、泥巖互層沉積。白堊紀末的構造事件導致了盆地的整體隆升、剝蝕。

古近紀，盆地首先在南緣山前沉降接受沉積，盆地開始發(fā)生向南的傾伏，與下伏白堊系呈區(qū)域性角度不整合接觸。沉積中心位于盆地南緣石河子-奎屯附近，沉積厚度可達1 200 m，由南向西、北、東3個方向地層厚度逐漸減薄至尖滅，主要為一套泥巖、膏泥巖夾細砂巖、粉砂巖建造，是盆地南緣發(fā)育地層超壓異常的重要層系。中-上新統(tǒng)沙灣組—第四系的沉積范圍擴大到整個盆地，下部地層沉積較細，為砂、泥巖互層；上部地層逐漸變粗，與下伏漸新統(tǒng)在局部地區(qū)呈角度不整合接觸。沉積中心位于南緣山前，最大沉積厚度可達4 000 m，由南向西、北、東3個方向地層厚度逐漸減薄至尖滅。新近紀，受印度板塊向歐亞大陸俯沖擠壓的持續(xù)影響，北天山造山帶復活，在南緣形成三排斷裂-褶皺構造帶，在三排斷裂-褶皺構造帶的北部沿董2井—芳草1井形成由南向北的逆沖斷裂帶，發(fā)育層位主要在侏羅系-白堊系。

2 地層壓力分布特征

2.1 地層超壓異常分布

通過對夏鹽-達巴松凸起、盆1井西凹陷、莫索灣凸起和阜康凹陷的鉆井、測井聲波時差、深感應測井的視電阻率、密度測井、VSP測井和地震速度與地層壓力之間關系的研究，結合探井實測壓力數(shù)據(jù)，對石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系的現(xiàn)今壓力特征進行分析。盆地在莫索灣凸起、莫北、石西、石南、陸南、夏鹽和瑪湖凹陷內(nèi)部均有異常高壓存在，普遍存在于侏羅系、三疊系及以下地層中，白堊系的高壓異常僅出現(xiàn)在中央坳陷南部。

侏羅系在董1井、東道2井和芳3井的頭屯河組出現(xiàn)高壓異常，壓力系數(shù)分別為1.92，1.31～1.72和1.96。普遍出現(xiàn)高壓異常的層系為三工河組和八道灣組。莫索灣凸起三工河組異常高壓達60.8～106.0 MPa,壓力系數(shù)為1.34～1.71；八道灣組最高壓力系數(shù)為2.11(盆參2井八道灣組)。向北東方向至白家海凸起，地層壓力逐漸過渡為正常壓力，壓力系數(shù)為0.90～1.10(彩參2井三工河組、八道灣組)。向北至莫北2井的八道灣組，地層壓力系數(shù)為1.55；石西1井、夏鹽1井、向西至新光1井，八道灣組及以上地層均為正常壓力，地層壓力系數(shù)為0.99～1.06。向南到齊古地區(qū)，三工河組為正常地層壓力，齊009井三工河組地層壓力系數(shù)為1.04；八道灣組出現(xiàn)高壓異常，壓力系數(shù)為1.30。

鉆遇三疊系的探井主要在盆地周緣和瑪湖凹陷；盆地腹部莫索灣凸起的莫深1井鉆遇三疊系，地層壓力系數(shù)分布在1.85～1.90，為超壓異常。盆地腹部三疊系普遍存在高壓異常，向西、西南和北部的瑪4井、瑪東1井和金龍1井地區(qū)，克拉瑪依組及以上地層為正常壓力，壓力系數(shù)分別為1.19，0.97和1.09，而進入百口泉組開始出現(xiàn)高壓異常；達巴松凸起地區(qū)的克拉瑪依組出現(xiàn)高壓異常，達1井和達9井區(qū)壓力系數(shù)分別為2.02和1.93。

二疊系在盆地腹部也普遍存在高壓異常。莫深1井在二疊系的地層壓力系數(shù)為1.85～1.90。石莫1井下烏爾禾組異常壓力為69.587 MPa，壓力系數(shù)為1.49。向北東到石南1井，佳木河組地層壓力系數(shù)為1.40。西部瑪湖凹陷的艾湖1井，下烏爾禾組地層壓力系數(shù)為1.67。西北緣地區(qū)的金龍1井在上烏爾禾組出現(xiàn)高壓異常，地層壓力系數(shù)為1.36；但其下部的佳木河組地層壓力系數(shù)逐漸變小，為1.11。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的鉆井還有白22井和風城1井等，風城1井的風城組在4 307～4 319 m深度的壓力系數(shù)為2.14，在佳木河組5 490～5 542 m深度的地層壓力系數(shù)為1.48。二疊系的地層超壓具有由腹部向盆地邊緣逐漸減小的趨勢，超壓頂面埋深變淺，金龍1井在2 818～2 830 m深度就已經(jīng)開始出現(xiàn)高壓異常。

石炭系與上覆二疊系和三疊系類似，在腹部普遍存在高壓異常。莫索灣凸起的莫深1井石炭系異常壓力為132.932 MPa，壓力系數(shù)為1.90；向北到石西1和石南1井，地層壓力系數(shù)分別為1.53和1.37，超壓異常逐漸減弱；向北東方向的彩25井，地層壓力系數(shù)為1.09，已經(jīng)變?yōu)檎５貙訅毫?；向北西方向的夏鹽2井，地層壓力系數(shù)為1.69。

綜上所述,準噶爾盆地腹部超壓出現(xiàn)的主要地層層位為石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系。超壓的分布縱向上具有明顯的不均衡性。

2.2 超壓形成深度

盆地地層超壓層段的地震速度和聲波測井速度均出現(xiàn)反轉，超壓地層呈現(xiàn)低速異常。前人[19]應用地震資料計算了腹部地區(qū)低速異常帶出現(xiàn)的頂面，限于地震資料的分辨率問題，對超壓異常的頂面的估算與鉆井資料存在一定的偏差。本文對腹部不同構造部位探井地層壓力按照海拔深度進行統(tǒng)計(圖2)，高壓異常出現(xiàn)在海拔4 000 m左右(頂面埋深在4 400 m左右)，不同地區(qū)存在差異。莫索灣凸起各井(如盆參2、盆4、莫1、莫2井)在4 450～4 485 m以淺地層均為正常壓力，其下存在明顯異常高壓，層位是侏羅系及以下地層。達巴松凸起和夏鹽凸起的異常高壓出現(xiàn)深度一般在4 000 m以下，為三疊系及以下地層?，敽枷莸貙映瑝寒惓３霈F(xiàn)層位為三疊系，埋深變淺，在3 500 m左右，但與莫索灣地區(qū)相比，其超壓強度明顯變?nèi)?，埋深也明顯變淺。

圖2 準噶爾盆地腹部地區(qū)典型井地層壓力隨深度的變化Fig.2 Formation pressure vs.depth in typicalwells in central Juggar BasinRFT.重復式地層測試(電纜式地層測試) ；MDT.組裝式地層動態(tài)測試；MFT.小直徑過鉆頭重復式地層測試；LOT.地層漏失試驗

莫南凸起永1井超壓頂界為5 880 m，是西山窯組頂界。永1井5 873.4～5 888.1 m深度細砂巖的實測地層壓力為97.45 MPa，壓力系數(shù)為1.66，為超壓異常。永6井白堊系清水河組5 858.4～5 869.7 m深度的實測地層壓力為107.78 MPa，地層壓力系數(shù)為1.84[11]。這說明自莫索灣凸起向莫南凸起的超壓頂界面與達巴松地區(qū)相比深度是加深的，白堊系的超壓異常在清水河組底部的砂巖層也存在，上面被清水河組上段的泥巖所封蓋。

上述事實說明，準噶爾盆地腹部存在的超壓異常與地層的埋深密切相關，同時地層巖性對超壓異常的形成也具有一定的控制作用。莫索灣凸起向莫南凸起方向發(fā)育的超壓頂界面雖然是一個穿越地層界限的面(圖3)，但超壓頂界深度和溫度與侏羅系的埋深有關，即超壓頂界面順侏羅系頂界或白堊系底界深度分布，超壓帶頂界深度隨侏羅系埋深的增加而增大，壓力異常梯度也隨之增大，這可能與侏羅系巖性密切相關。

董1井位于阜康凹陷，在深度4 871.18 m以淺地層壓力正常，僅在深度為4 871～4 873 m的侏羅系頭屯河組出現(xiàn)高壓異常，其下鉆遇的近1 000 m的地層也屬于正常地層壓力，該井鉆遇最深層位為西山窯組。頭屯河組中的高壓異常特征與其他鉆井的高壓異常是存在差異的，該高壓層段也是高產(chǎn)油氣層位。

2.3 地層壓力結構類型

通過盆地鉆遇地層較為齊全的莫深1、夏鹽1和夏鹽2井以及腹部鉆遇超壓地層的鉆井的綜合研究，可總結為兩種類型。一種類型就是以莫深1井為代表的超壓異常，自侏羅系三工河組開始增壓，超壓異常頂面向深層開始增壓，為正壓力梯度，在八道灣組達到最大，形成超高壓層；隨后在三疊系以下地層超壓強度逐漸降低，為負壓力梯度(圖4)。由于腹部多數(shù)鉆井僅僅鉆遇到侏羅系的上部超壓地層，深層超壓異常應該具有莫深1井類似的特征，這種類型代表了盆地腹部深、淺層壓力異常的差異。在夏鹽凸起的夏鹽1和夏鹽2井以及瑪湖凹陷的瑪18井也具有類似結構，只是存在超壓異常地層層位為三疊系和二疊系。瑪18井在白堿灘組及以淺地層為正常壓力，到百口泉組高壓異常增高到地層壓力系數(shù)為1.74；但在下烏爾禾組雖然仍然為高壓異常，但地層壓力系數(shù)降低為1.35。

另一種類型以董1井為代表，在侏羅系的頭屯河組砂巖儲層中形成高壓異常，其上、下地層均為常壓地層(圖4)。這種局部的高壓異常應該與局部因素相關。

1) 莫深1井

莫深1井是盆地腹部地區(qū)最深的一口預探井，是莫索灣凸起唯一鉆穿三疊系和二疊系、鉆達石炭系的深井。該井從500 m開始進行巖屑錄井，自上而下所鉆地層依次為古近系，白堊系東溝組、吐谷魯群，侏羅系三工河組、八道灣組，三疊系白堿灘組、克拉瑪依組、百口泉組，二疊系上烏爾禾組、下烏爾禾組、夏子街組和石炭系。

莫深1井采用dc指數(shù)法從40～7 500 m進行地層壓力隨鉆監(jiān)測，全井地層壓力梯度呈有規(guī)律的變化(圖4)。在白堊系以淺，井深40～4 360 m，dc指數(shù)在0.26～2.16；dc指數(shù)隨井深增加逐漸增大，但始終屬正常壓力系統(tǒng)，地層壓力系數(shù)在1.05左右。在侏羅系三工河組，自井深4 360 m到4 530 m，在170 m的深度范圍內(nèi)，地層壓力急劇增加，壓力系數(shù)由1.05增大到1.50。從三工河組到八道灣組，自井深4 530 m到4 950 m，dc指數(shù)在0.66～1.01，dc指數(shù)雖然繼續(xù)偏離趨勢線，但壓力增加趨勢隨深度變緩，地層壓力系數(shù)在1.60～1.70。

圖3 準噶爾盆地腹部永6—永1—莫深1—盆8井地層壓力系數(shù)剖面Fig.3 Formation pressure coefficient profiles of Yong6-Yong1-Moshen1-Peng8 wells in central Juggar Basin

圖4 準噶爾盆地腹部莫深1井地層壓力系數(shù)變化綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive column showing formation pressure coefficient variations of well Moshen 1 in central Juggar Basin

在八道灣組中、下部，井深4 950～5 350 m，dc指數(shù)開始急劇偏離趨勢線，地層壓力急劇增加，地層壓力系數(shù)增大到2.10左右。自三疊系到石炭系，dc指數(shù)開始向趨勢線回靠，從井深5 350 m到7 500 m，雖然在三疊系下部到二疊系的5 900～6 900 m深度出現(xiàn)了地層壓力系數(shù)略有增大的地層段(地層壓力系數(shù)1.85～1.90)，但整體表現(xiàn)出了dc指數(shù)開始向趨勢線回靠，地層壓力系數(shù)比上部明顯降低，地層壓力系數(shù)由2.00左右下降到1.80左右。石炭系6 900～7 500 m井段的地層壓力系數(shù)在1.75～1.80。

可見，在三工河組和八道灣組中、下部出現(xiàn)了地層壓力急劇增加的兩個層段，以八道灣組的地層壓力系數(shù)最大達到2.10。三工河組主要以灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉-細砂巖、灰色、深灰色泥巖為特征。八道灣組主要以灰白色泥質(zhì)粉砂巖與灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、厚層灰白色粉-細砂巖為主，夾灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層。三疊系和二疊系也是一套砂、泥巖建造。這種壓力的變化似乎與巖性之間沒有必然的聯(lián)系。

2) 董1井

董1井位于阜康凹陷的中部，自上而下鉆遇地層分別為新近系、古近系、白堊系上統(tǒng)東溝組、白堊系下統(tǒng)吐谷魯群(漣沐沁組、勝金口組、呼圖壁組、清水河組)及侏羅系中統(tǒng)頭屯河組和西山窯組(未穿)(圖5)。

該井鉆至西山窯組4 872 m深度時，泥漿密度從1.19 g/m3突然增至1.68 g/m3，在深度4 873～5 113 m井段泥漿密度增加到1.90～1.95 g/m3，在深度5 120～5 630 m泥漿密度回落到1.19～1.36 g/m3。在深度為4 871.18～4 873.00 m的地層測試結果為異常高壓，壓力為93.62 MPa，壓力系數(shù)為1.92，地溫為110 ℃，滲透率為9.7×10-3μm2。

圖5 準噶爾盆地腹部董1井地層超壓異常特征綜合圖Fig.5 Comprehensive diagram showing formation overpressure anomalies of well Dong 1 in central Juggar Basina.過董1井地震-地質(zhì)解釋剖面；b.地震-地質(zhì)解釋剖面局部放大；c.擠壓構造模式；d單井井段壓力系數(shù)

根據(jù)dc指數(shù)和地層壓力解釋成果，在侏羅系頭屯河組4 850 m深度以淺為正常壓實地層。2 350～4 850 m井段dc指數(shù)在0.75～2.28，地層壓力系數(shù)為1.03～1.20。在4 871 m深度dc指數(shù)突然變小，壓力系數(shù)急劇增大；4 870～4 875 m井段的dc指數(shù)在0.80～1.95，地層壓力系數(shù)為1.28～1.89，為異常高壓地層。本層上覆地層4 847～4 854 m井段為致密泥巖，為下部高壓油氣層的蓋層。鉆過高壓層后，4 875～5 615 m井段為正常壓力地層(圖5d)。

3 超壓異?？刂埔蛩?/h2>

前人研究表明，含油氣盆地中超壓的成因主要有[4,11,20-22]：1)快速沉積導致大套泥質(zhì)沉積物的欠壓實，即高孔隙度；2)粘土脫水-蒙脫石轉化為伊利石；3)熱作用導致的有機質(zhì)的熱演化、油氣生成和流體熱膨脹含水熱增壓等；4)構造應力擠壓。準噶爾盆地存在的超壓異常的成因較為復雜。根據(jù)莫深1井、莊1井和盆參2井的資料，增壓層段以砂巖與泥巖不等厚互層為主，夾薄層粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，莊1井和盆參2井砂巖分別占46.7%和63.8%，巖石組成以砂巖占優(yōu)勢，這與前人對該區(qū)的巖性研究結果基本一致[23]。莫深1井鉆揭的侏羅系三工河組巖性主要為一套灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉-細砂巖，厚353.5 m，其中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、粉-細砂巖、中砂巖厚169.5 m，占組厚47.95%，單層最大厚度36 m，一般2～5 m，測井孔隙度在4.51%～11.22%，一般為5.08%～8.88%，巖石密度2.09～2.62 g/cm3。盆1井西凹陷南部沙1井深度為4 860～5 096 m的巖心孔隙度為6%～8%。盆地腹部超壓層段的實測砂巖樣品物性主要為低-特低孔滲特征[11]，莫深1井、盆參2井和沙1井超壓帶中泥巖的密度屬正常壓實。瑪湖凹陷及其西北部地區(qū)的超壓出現(xiàn)在三疊系百口泉組及以下地層，上部的克拉瑪依組和白堿灘組以泥巖為主的地層基本屬于正常壓力。因此，欠壓實作用在盆地的超壓異常形成中沒有起到主導作用。

3.1 油氣生成導致地層超壓

準噶爾盆地腹部存在二疊系風城組、下烏爾禾組和侏羅系烴源巖已經(jīng)得到勘探、研究證實。下二疊統(tǒng)風城組烴源巖形成于堿湖環(huán)境，在瑪湖凹陷厚度可達200 m，有機質(zhì)豐度高(>1.0%)、類型好(偏腐泥型，Ⅱ1型)、生烴潛量高(>6.0 mg/g)，具有長期生烴的特點[11，24]。該套烴源巖在早二疊世晚期進入生油門限，晚二疊世進入生油高峰。中二疊統(tǒng)烏爾禾組烴源巖機質(zhì)豐度高(殘余有機碳含量在西北緣平均為1.99%，東部平均為3.17%，南緣平均為3.07%)，有機質(zhì)類型為腐泥、偏腐泥型(南緣Ⅰ型，西北緣Ⅱ2，東部Ⅱ1型)，生烴潛量高(南緣平均為3.5 mg/g，東部平均為3.7 mg/g)，烴源巖厚度在100～500 m。通過盆地腹部地區(qū)地層埋藏史和生烴史恢復，該套烴源巖在中二疊世晚期進入生烴門限，晚三疊世達到生油高峰，早侏羅世開始進入生氣階段。三疊系在盆地腹部除底部存在砂巖，白堿灘組和克拉瑪依組以泥巖為主，是盆地重要的蓋層層系。二疊系烴源巖在三疊紀末期大量生成的油氣被三疊系封蓋，充注于二疊系和三疊系儲層中，為超壓形成階段早期。侏羅紀中、晚期，盆地發(fā)生了隆升剝蝕和擠壓變形，盆地內(nèi)車莫古隆起形成，并發(fā)育了深、淺層斷裂構造的溝通，導致了深層高壓系統(tǒng)的泄露，二疊系生成油氣通過斷裂構造充注于侏羅系八道灣組、三工河組和西山窯組，并有油氣散失。隨著白堊系-新生界的沉積，侏羅系及以下地層埋深增大，三工河組成為高壓封閉層，其以下地層壓力增高。

準噶爾盆地中部侏羅系發(fā)育較厚的煤層和暗色泥巖。八道灣組、三工河組和西山窯組的有機質(zhì)豐度平均在1.75%，1.12%和1.39%，干酪根類型以Ⅱ2和Ⅲ型為主。八道灣組烴源巖生油高峰在100 Ma，為早白堊世晚期，在沙灣凹陷和阜康凹陷的生氣強度在300×108m3/km2(圖6)；三工河組和西山窯組烴源巖生烴高峰在80 Ma左右，相當于晚白堊世中、后期。由于侏羅系烴源巖的生烴作用，進一步促進了侏羅系內(nèi)部砂巖儲層超壓異常的發(fā)育。準噶爾盆地腹部八道灣組烴源巖的生烴強度與腹部的超壓等值線具有耦合性(圖6)，顯示二者之間密切相關。

綜上所述，超壓異常與盆地侏羅系和二疊系富含有機質(zhì)的烴源巖有密切關系。需要說明的是，三疊系、二疊系和石炭系的地層超壓異常與侏羅系相比要低，其原因與腹部深層在早期的泄壓有關，也與侏羅系烴源巖后期的生烴增壓相關。

3.2 構造擠壓應力與油氣充注對地層超壓異常形成的影響

阜康凹陷董1井在深度達4 871 m的頭屯河組發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣流，油氣藏壓力系數(shù)1.96；隨后在深度4 955～4 957 m壓力系數(shù)降低至1.47。其油氣來源于下伏的侏羅系八道灣組煤系烴源巖[25]。根據(jù)地震資料，該區(qū)發(fā)育由南向北的逆沖斷層(圖5a—c)，處于準噶爾盆地北天山造山帶向盆地逆沖的前鋒帶。這種擠壓作用形成的局部構造為油氣的充注提供了有利場所。同時，侏羅系烴源巖生烴形成的強超壓引發(fā)水力破裂，烴類沿著水力破裂進行運移，在上覆頭屯河組的圈閉中聚集成藏，形成了傳遞性超壓油氣藏[26]。因此，董1井所揭示的超壓是構造應力擠壓與油氣充注聯(lián)合作用的結果。

圖6 準噶爾盆地侏羅系八道灣組烴源巖生氣強度與壓力系數(shù)疊合平面圖Fig.6 The overlay map of gas generation intensity of source rocks and pressure coefficient of Badaowan formation in Junggar basin

3.3 構造抬升對異常超壓帶的影響

在實際情況下，地層完全封閉的條件很難形成。一方面，砂泥巖沉積中的泥巖封堵只是滲透率極低的相對封閉；另一方面，構造抬升是一個長期而緩慢的過程，其間地層溫度不斷下降，溫度的下降必將導致地層壓力的降低。

地層的剝蝕導致上覆載荷卸載，假如地層中的壓力接近并等于上覆地層壓力時，地層將產(chǎn)生斷裂、裂縫等，地層中流體向上散失，直到壓力逐漸達到新的平衡狀態(tài)。無論是上覆地層卸載，還是地層中流體散失，都將導致地層溫度也逐漸降低，這又進一步導致地層壓力下降。因此，構造抬升是地層流體壓力下降的重要因素[27]。這可能是盆地超壓地層具有穿層性的重要因素。此外，地層抬升活動中，深部地層較淺部地層受到的影響要小，地層中異常高壓保存相對較好。

對于準噶爾盆地而言，白堊系沉積前，盆地腹部存在車莫古隆起[28]，并遭受了較為強烈的剝蝕作用。根據(jù)地層趨勢法恢復的地層剝蝕厚度，莫索灣地區(qū)的莫深1井三工河組被剝蝕40 m，目前殘余厚度353.5 m；西山窯組和頭屯河組被剝蝕殆盡，剝蝕厚度475.2 m。莫索灣南部的永1井在白堊系沉積前處于較低部位，殘余有西山窯組236 m，測試產(chǎn)油72.07 m3/d、產(chǎn)氣10 562 m3/d。在白堊紀以來的盆地演化中，永1井埋藏加大，較莫深1井區(qū)深了1 533 m；永1井超壓頂界埋深5 880 m，為西山窯組頂部。從永1井-莫深1井壓力剖面可以看出，處于莫索灣凸起高部位的莫深1井，整個侏羅系三工河組壓力系數(shù)為1.4～1.6，屬于超壓過渡帶，直到八道灣組時，地層壓力才進入超高壓階段；而處于莫索灣凸起斜坡區(qū)的永1井，整個三工河組異常壓力均持續(xù)高達2.0以上，超壓過渡段遠遠小于莫深1井；再向南的永6井，超壓傳遞到白堊系底部的清水河組砂巖，壓力系數(shù)為1.84[11]；莫索灣凸起上位于構造高部位的盆5井區(qū)，地層壓力小于盆參2井區(qū)。區(qū)域上，達巴松和夏鹽地區(qū)構造高于莫索灣地區(qū)，同樣表現(xiàn)為異常高壓值整體低于莫索灣地區(qū)。

以上事實表明，在盆地腹部的莫索灣地區(qū)，侏羅系被白堊系埋藏前，巖石成巖已經(jīng)達到了具備對超壓異常的封蓋能力，而地層在白堊系-新生界的翹傾埋藏導致莫索灣凸起地層壓力下降。莫南凸起的永6井顯示了超壓傳遞到了白堊系清水河組底部砂巖層，被清水河組泥巖所封蓋，另一方面也說明了莫索灣凸起及莫南侏羅系巖性對超壓異常具有封蓋作用。

由于盆地后期的翹傾作用，盆地北部抬升，導致了莫索灣及以北地區(qū)超壓頂面的壓力梯度明顯小于南部的永1井地區(qū)，說明北部存在后期的泄壓作用。

3.4 超壓頂面碳酸鹽巖膠結帶

碳酸鹽膠結物是碎屑巖中最為常見的成巖自生礦物之一。對于儲層物性而言，碳酸鹽膠結作用是一種破壞性的成巖作用，當砂巖中碳酸鹽膠結物含量超過一定含量時，儲層性質(zhì)迅速變差[29-33]。鄂爾多斯盆地二疊系砂巖的碳酸鹽巖含量超過10%時，孔隙度一般在6%以下[31]，導致砂巖致密，儲層的滲透性變差，成為重要的封隔層。因此，地層中碳酸鹽膠結帶可以作為有效的封隔層[34-35]。

準噶爾盆地腹部鉆井資料統(tǒng)計，高壓異常頂面附近碳酸鹽巖含量急劇增高，存在碳酸鹽膠結帶(圖7)，深度在4 000～4 400 m；埋深達到4 000 m的超壓頂面附近，碳酸鹽巖含量由不到10%急劇增加，最高含量近70%；埋深超過5 000 m后，碳酸鹽巖含量減少到10%以下。碳酸鹽巖含量增大的位置與鉆井超壓異常急劇增加的深度具有耦合性。莫深1井在三工河組深度4 360～4 530 m的170 m的厚度內(nèi)，地層壓力系數(shù)由1.05增大到1.50。盆參2井在三工河組深度4 422～4470 m、厚約48 m的層段，地層壓力系數(shù)由1.05增大到1.49，具有較高的壓力梯度。莊1井在三工河組深度4 400～4 650 m、厚約250 m的層段，地層壓力由略微負壓快速遞增為超壓[26,36]。

對碳酸鹽致密膠結物成分的研究證實[11,33]，以含鐵方解石和含鐵白云石或鐵白云石為主，形成溫度集中分布在100～130 ℃范圍內(nèi)，膠結物中對應的碳、氧離子相當部分來源于深部超壓層內(nèi)，顯示了泄壓環(huán)境中的礦物析出特征。這種泄壓可能與準噶爾盆地古近紀以來的翹傾作用密切相關。

統(tǒng)計盆地腹部侏羅系八道灣組鉆井聲波、密度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在深度3 500 m左右?guī)r石層速度達到4 500 m/s左右，密度達2.6 g/cm3左右。有效孔隙度隨埋深增加快速減小，在4 000 m左右減小值在10%左右，巖層受到充分壓實，這也是能夠形成超壓封隔層的重要因素。

圖7 準噶爾盆地腹部碳酸鹽巖含量隨深度的變化Fig.7 Carbonate rock content vs.depth in central Juggar Basin

4 結論

1) 準噶爾盆地腹部侏羅系及以下地層普遍存在超壓異常。在縱向上，侏羅系超壓異常最高，向下到三疊系、二疊系和石炭系變低。橫向上，地層超壓異常具有穿時性。

2) 超壓異常的分布受多種因素的控制，烴源巖的生烴作用、成巖壓實、地層的抬升剝蝕、構造擠壓和油氣的充注都與超壓異常現(xiàn)今分布密切相關。侏羅系超壓異常的形成除了深層超壓泄壓上竄至侏羅系外，與侏羅系烴源巖后期的生烴增壓也密切相關。

3) 受車莫古隆起形成和后期翹傾抬升作用影響，盆地腹部侏羅系自南向北存在泄壓現(xiàn)象，呈現(xiàn)自南向北地層壓力梯度逐漸變小。

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