準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)超壓成因及其油氣成藏效應(yīng)

李軍，唐勇，吳濤，趙靖舟，吳和源，吳偉濤，白玉彬

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710065；3.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷是中國(guó)陸上油氣勘探熱點(diǎn)之一，已建成全球最大的礫巖大油區(qū)，主要產(chǎn)層為下三疊統(tǒng)百口泉組和二疊系上、下烏爾禾組?？碧綄?shí)踐表明，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)具有儲(chǔ)集層物性較差、油藏大面積穩(wěn)定分布、超壓廣泛發(fā)育[1-10]等特征，總體為低滲透—致密礫巖大油區(qū)。與常見(jiàn)的源儲(chǔ)鄰近一體型致密油氣不同，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)在垂向上源儲(chǔ)分離，含油氣層系百口泉組和烏爾禾組與主力烴源巖下二疊統(tǒng)風(fēng)城組相距1 000～4 000 m。對(duì)于低滲透—致密油氣成藏，如此長(zhǎng)距離的油氣垂向跨層運(yùn)移比較罕見(jiàn)，其動(dòng)力學(xué)機(jī)制成為成藏過(guò)程及富集規(guī)律研究亟待解決的問(wèn)題之一。

隨著勘探和研究程度的加深，發(fā)現(xiàn)源上礫巖大油區(qū)的油氣分布與超壓關(guān)系密切[2-4,6-7]，暗示超壓可能是油氣長(zhǎng)距離跨層運(yùn)移的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，但目前關(guān)于超壓的成因及其成藏效應(yīng)還不清楚，具體表現(xiàn)為：①超壓成因判識(shí)主要采用傳統(tǒng)方法，測(cè)井曲線組合分析法[11-15]、鮑爾斯法（加載-卸載曲線法）[16]、聲波速度-密度交會(huì)圖法[17-20]、孔隙度對(duì)比法[14,21]、壓力計(jì)算反推法[22]等國(guó)際上近年廣泛應(yīng)用并使得超壓成因認(rèn)識(shí)取得重要進(jìn)展[14,20,22-30]的實(shí)證判識(shí)方法未見(jiàn)應(yīng)用；②不同壓實(shí)模式背景下超壓成因?qū)嵶C判識(shí)方法存在差異，線性兩段式壓實(shí)模式及其背景下的超壓成因判識(shí)未見(jiàn)分析；③就超壓形成機(jī)制而言，僅個(gè)別學(xué)者應(yīng)用聲波時(shí)差曲線、盆地模擬法等進(jìn)行了分析，限于資料等原因認(rèn)為超壓主要由不均衡壓實(shí)作用引起，生烴增壓作用貢獻(xiàn)小，斷裂活動(dòng)對(duì)凹陷邊緣斷裂帶附近超壓的形成具有重要貢獻(xiàn)[2]；④目前認(rèn)為超壓是油氣富集與高產(chǎn)的主控因素之一[2-4,6-7]，但超壓形成演化及其在油氣成藏過(guò)程中的作用機(jī)制和耦合關(guān)系未見(jiàn)深入分析。

不同成因的超壓其形成演化過(guò)程與油氣藏形成及調(diào)整改造過(guò)程的耦合關(guān)系不同，對(duì)于油氣藏形成與分布的作用不同，油氣藏成藏模式及富集規(guī)律亦存在差異[11,25,28,30-33]。本文通過(guò)深入研究瑪湖凹陷超壓成因及其油氣成藏效應(yīng)，不僅為下步勘探部署提供地質(zhì)依據(jù)，也為同類地質(zhì)背景地區(qū)超壓和油氣成藏研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)位于盆地西北緣斷裂帶東南側(cè)，整體呈北東—南西向展布，面積約6 800 km2，是準(zhǔn)噶爾盆地最富油氣的凹陷之一[1,4-7]（見(jiàn)圖1）?，敽枷莸[巖大油區(qū)主力儲(chǔ)集層為下三疊統(tǒng)百口泉組（T1b）砂礫巖，以及中二疊統(tǒng)下烏爾禾組（P2w）和上二疊統(tǒng)上烏爾禾組（P3w）砂礫巖，物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，為典型的低滲透—致密儲(chǔ)集層。蓋層為中三疊統(tǒng)克拉瑪依組（T2k）和上三疊統(tǒng)白堿灘組（T3b）厚層泥質(zhì)巖。

瑪湖凹陷發(fā)育4套可能的烴源巖，分別位于石炭系、下二疊統(tǒng)佳木河組和風(fēng)城組、中二疊統(tǒng)下烏爾禾組，但油源對(duì)比研究表明，源上礫巖大油區(qū)油氣主要來(lái)源于風(fēng)城組烴源巖[3-4,6-7]。風(fēng)城組烴源巖是迄今為止發(fā)現(xiàn)的全球最古老的堿湖烴源巖，厚約50 m，富含細(xì)菌、藻類母質(zhì)，有機(jī)質(zhì)豐度高、以Ⅱ1型為主、生烴能力強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)[7,34]。海西期以來(lái)形成的逆斷層、走滑斷層有效溝通烴源巖和儲(chǔ)集層，尤其是凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育的走滑斷層是油氣垂向運(yùn)移的重要通道[1,3-7]。

2 壓力分布特征與超壓成因

2.1 壓力分布特征

目前鉆探結(jié)果表明，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)超壓分布十分廣泛且規(guī)律顯著?？v向上，超壓多發(fā)育于3 000 m以深的地層，主要包括百口泉組以及上、下烏爾禾組，壓力系數(shù)以1.20～1.60為主，最高可達(dá)1.93（見(jiàn)圖2），白堿灘組是由正常壓力向超壓過(guò)渡的壓力轉(zhuǎn)換帶。平面上，上、下烏爾禾組目前勘探成果主要集中在瑪湖凹陷西南部，受勘探范圍的影響，目前超壓的分布亦主要以西南部為主；百口泉組在靠近準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷裂帶一側(cè)的瑪湖凹陷邊緣地區(qū)主要為常壓，向瑪湖凹陷西斜坡及中心地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑝?，東部達(dá)巴松凸起、夏鹽凸起局部壓力系數(shù)超過(guò)1.8，總體上以超壓為主（見(jiàn)圖1）。

2.2 瑪湖凹陷泥頁(yè)巖正常壓實(shí)模式

超壓點(diǎn)是否落在正常壓實(shí)趨勢(shì)是應(yīng)用各種方法判識(shí)超壓成因的重要依據(jù)[11-16]。因此，就某一地區(qū)的超壓成因判識(shí)而言，必須首先厘清研究區(qū)的正常壓實(shí)趨勢(shì)及壓實(shí)模式，再據(jù)此選擇相應(yīng)壓實(shí)模式下的超壓成因判識(shí)方法。通過(guò)對(duì)瑪湖凹陷100余口探井測(cè)井曲線特征分析和20余口重點(diǎn)探井泥頁(yè)巖壓實(shí)剖面圖的編制，總結(jié)出指數(shù)式和線性兩段式兩種正常壓實(shí)模式。

2.2.1 夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起指數(shù)壓實(shí)模式

泥頁(yè)巖指數(shù)壓實(shí)模式是最常見(jiàn)的正常壓實(shí)模式，即正常壓實(shí)情況下，隨著埋深的增加，泥頁(yè)巖孔隙度呈指數(shù)降低。夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起泥頁(yè)巖壓實(shí)特征符合典型的指數(shù)壓實(shí)模式。泥頁(yè)巖壓實(shí)剖面顯示，從地表至埋深約3 500 m的八道灣組中部，隨著埋深的增加泥頁(yè)巖孔隙度、聲波時(shí)差呈指數(shù)降低，密度呈指數(shù)增加，電阻率亦增加；白堿灘組、克拉瑪依組、百口泉組及上、下烏爾禾組等隨著埋深的增加，聲波時(shí)差、電阻率和密度測(cè)井曲線表現(xiàn)為不同程度偏離正常壓實(shí)曲線趨勢(shì)而出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，并伴隨著超壓的發(fā)育（見(jiàn)圖3）。

圖1 研究區(qū)基本概況

2.2.2 西斜坡及中心區(qū)線性兩段式壓實(shí)模式

與東部地區(qū)不同，瑪湖凹陷西斜坡及凹陷中心區(qū)泥頁(yè)巖壓實(shí)呈現(xiàn)兩段式特征。第1段主要分布在埋深為2 000～2 500 m的八道灣組中下部以上地層，隨著埋深的增加，泥頁(yè)巖孔隙度、聲波時(shí)差呈線性降低，密度呈線性增加，電阻率正常增加；第2段主要分布在埋深為2 000～2 500 m的八道灣組中下部至下烏爾禾組，隨著埋深的增加，泥頁(yè)巖孔隙度、聲波時(shí)差、密度基本不變或保持恒定。超壓多發(fā)育于3 000 m以深的克拉瑪依組、百口泉組以及上、下烏爾禾組（見(jiàn)圖4），超壓頂界面通常低于泥頁(yè)巖第2壓實(shí)階段頂界面500～1 000 m。

線性兩段式壓實(shí)模式也是沉積盆地泥頁(yè)巖正常壓實(shí)的一種重要模式[35-37]，即泥頁(yè)巖的壓實(shí)分為深部和淺部?jī)蓚€(gè)埋藏階段：淺部埋藏階段，隨著埋深的增加，泥頁(yè)巖孔隙度以及聲波速度、密度呈線性遞減；深部埋藏階段，泥頁(yè)巖孔隙度以及聲波速度、密度保持不變。20世紀(jì)30年代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種壓實(shí)模式，20世紀(jì)90年代Hunt等[36-37]詳細(xì)討論了美國(guó)灣岸地區(qū)泥頁(yè)巖的線性兩段式壓實(shí)模式，并認(rèn)為其發(fā)育主要與頁(yè)巖石英含量高有關(guān)。數(shù)百個(gè)頁(yè)巖樣品的X衍射和元素分析表明，粒徑小于4 μm的黏土級(jí)礦物中石英含量占74%、黏土礦物含量占26%，其中含有內(nèi)表面積小的細(xì)粒石英和碳酸鹽礦物的頁(yè)巖在孔隙度3%左右時(shí)停止壓實(shí)作用，而含有內(nèi)表面積大的如蒙脫石和伊利石的頁(yè)巖在孔隙度10%左右停止壓實(shí)。部分學(xué)者認(rèn)為中國(guó)瓊東南盆地泥頁(yè)巖孔隙度以及聲波速度、密度恒定段的出現(xiàn)與黏土礦物轉(zhuǎn)化及組合有關(guān)[38]。

圖2 瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)壓力系統(tǒng)特征

按照傳統(tǒng)的指數(shù)壓實(shí)模式，線性兩段式壓實(shí)模式的第2階段（孔隙度恒定段）很容易被誤認(rèn)為不均衡壓實(shí)作用發(fā)生的表現(xiàn)，繼而認(rèn)為不均衡壓實(shí)超壓的存在。事實(shí)上，線性兩段式壓實(shí)模式第2階段同樣屬于正常壓實(shí)階段，是機(jī)械壓實(shí)作用停止的體現(xiàn)，代表了化學(xué)壓實(shí)占主導(dǎo)的階段，與超壓形成無(wú)關(guān)[11,37]，不能簡(jiǎn)單將其作為不均衡壓實(shí)超壓發(fā)育的依據(jù)。

瑪湖凹陷西斜坡及中心區(qū)泥頁(yè)巖壓實(shí)特征符合線性兩段式壓實(shí)模式，地表至埋深2 000～2 500 m為第1階段孔隙度線性遞減階段，埋深2 000～2 500 m以深為第2階段孔隙度恒定階段（見(jiàn)圖4）。該區(qū)與夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起區(qū)壓實(shí)模式的差異可能與兩個(gè)地區(qū)的沉積物源差異有關(guān)?，敽枷菸餍逼录爸行膮^(qū)沉積物主要來(lái)自西部物源，而夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起則來(lái)自東部物源，以百口泉組為例，東部夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起相對(duì)西部斜坡及凹陷中心區(qū)粒度更細(xì)，分選更好，泥質(zhì)含量更高[39-40]。

鑒于瑪湖凹陷西斜坡及中心區(qū)與夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起存在不同的正常壓實(shí)模式，超壓成因?qū)嵶C判識(shí)方法存在差異，因此本文應(yīng)用多種方法分別討論兩個(gè)地區(qū)超壓成因，西斜坡及凹陷中心區(qū)以MH2井和M18井為例，夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起以D9井和YB2井為例。

2.3 夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起超壓成因

2.3.1 測(cè)井曲線組合分析

測(cè)井曲線組合分析是沉積盆地超壓成因判識(shí)的基本且較為可靠的方法，至少需應(yīng)用聲波時(shí)差、電阻率、密度3條測(cè)井曲線的組合特征[11-15]：①若超壓段聲波時(shí)差、電阻率、密度測(cè)井發(fā)生同步大幅度反轉(zhuǎn)，則超壓屬不均衡壓實(shí)成因；②反之三者反轉(zhuǎn)不同步或者密度不變/略有減小，則代表生烴增壓等流體膨脹成因或者壓力傳導(dǎo)成因；③三者均不發(fā)生反轉(zhuǎn)則超壓可能為構(gòu)造擠壓成因。

夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起超壓段測(cè)井曲線表現(xiàn)出明顯的反轉(zhuǎn)不同步的特征，密度曲線反轉(zhuǎn)深度滯后于聲波時(shí)差和電阻率曲線。如D9井聲波時(shí)差和電阻率曲線的反轉(zhuǎn)深度在3 800 m，密度曲線的反轉(zhuǎn)深度則在4 100 m；YB2井聲波時(shí)差和電阻率曲線的反轉(zhuǎn)深度在3 300 m，密度曲線反轉(zhuǎn)深度則在3 800 m（見(jiàn)圖3）。

據(jù)此可判斷瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)百口泉組及上、下烏爾禾組為主的儲(chǔ)集層中的超壓應(yīng)屬流體膨脹或者壓力傳導(dǎo)成因。

2.3.2 鮑爾斯法和聲波速度-密度交會(huì)圖分析

鮑爾斯認(rèn)為超壓段聲波速度和垂向有效應(yīng)力的變化規(guī)律圖版（即加載-卸載曲線圖版）可以用來(lái)判識(shí)超壓的成因[16]。該圖版被廣泛應(yīng)用于超壓成因研究，并且取得了良好的應(yīng)用效果，獲得了普遍認(rèn)同[16,41-50]。為了有效判識(shí)超壓的成因，在應(yīng)用鮑爾斯法時(shí)，需結(jié)合聲波速度-密度交會(huì)圖版和有效應(yīng)力-密度關(guān)系圖版[17-20,24,43,47]。目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)學(xué)者使用該方法對(duì)松遼盆地青山口組超壓[11]和鄂爾多斯盆地上古生界古超壓[40]成因進(jìn)行研究并取得了較好的效果。

本文應(yīng)用Tingay等[48]上覆地層壓力計(jì)算方法和Terzaghi方程對(duì)瑪湖凹陷重點(diǎn)探井的垂向有效應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，并編制了聲波速度-有效應(yīng)力、聲波速度-密度交會(huì)圖版和有效應(yīng)力-密度關(guān)系圖版。在垂向有效應(yīng)力-聲波速度（鮑爾斯法）和垂向有效應(yīng)力-密度交會(huì)圖中，夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起區(qū)超壓點(diǎn)均落在了卸載曲線上（見(jiàn)圖5），表明超壓為流體膨脹/壓力傳導(dǎo)成因。

圖3 達(dá)巴松凸起D9井（a）和夏鹽凸起YB2井（b）泥頁(yè)巖壓實(shí)特征及地層壓力剖面對(duì)比

在密度-聲波速度交會(huì)圖中，研究區(qū)超壓點(diǎn)落在加載曲線之外的流體膨脹/壓力傳導(dǎo)等非不均衡壓實(shí)成因超壓區(qū)域（見(jiàn)圖5）。在聲波速度-密度圖版中，非不均衡壓實(shí)作用成因超壓均會(huì)偏離加載曲線，但不同成因的非不均衡壓實(shí)成因超壓的分布有差異：①流體膨脹/壓力傳導(dǎo)成因超壓表現(xiàn)為隨著超壓強(qiáng)度的增加，聲波速度小幅降低，密度保持恒定或微弱減小[43]；②蒙脫石伊利石化等黏土礦物轉(zhuǎn)化成因超壓表現(xiàn)為隨著超壓強(qiáng)度的增加，密度增加，聲波速度保持恒定或微弱減小[19,24]；③負(fù)荷轉(zhuǎn)移成因超壓以及復(fù)合成因超壓表現(xiàn)為隨著超壓強(qiáng)度增加，聲波速度減小而密度增大[11]。綜合分析認(rèn)為，夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起超壓為傳導(dǎo)型超壓。

2.3.3 孔隙度對(duì)比分析

Bowers和Katsube[49]研究表明，不均衡壓實(shí)作用通常會(huì)使大量原生孔隙得到保存而導(dǎo)致巖石的體積屬性發(fā)生顯著改變，流體膨脹/傳導(dǎo)型超壓層位有效應(yīng)力的減小一般只可導(dǎo)致反映連通屬性的孔隙變寬。鑒于此，可應(yīng)用超壓層位連通型孔隙和儲(chǔ)集型孔隙的變化差異（孔隙度對(duì)比法）判識(shí)超壓成因。

圖5 夏鹽凸起YB2井和達(dá)巴松凸起D9井鮑爾斯法和聲波速度-密度交會(huì)圖法超壓成因判識(shí)圖

泥頁(yè)巖的實(shí)測(cè)孔隙資料較少。Hermanrud等[14]、Bowers[17]、Bowers和Katsube[49]研究認(rèn)為中子和密度測(cè)井反映的是體積屬性，而聲波速度與電阻率測(cè)井則反映的是巖石的傳導(dǎo)屬性。因此可以應(yīng)用測(cè)井資料計(jì)算超壓段不同類型孔隙的大小，并通過(guò)對(duì)比分析確定超壓成因。前人使用該方法取得很好的應(yīng)用效果[14,21-22,47]。

本文應(yīng)用Tingay等[22]方法分別計(jì)算了反映巖石傳導(dǎo)屬性的聲波孔隙度和體積屬性的密度孔隙度，并編制了其隨深度變化圖版。夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起超壓段泥頁(yè)巖密度計(jì)算孔隙度基本符合正常壓實(shí)趨勢(shì)，表明超壓未顯著改變巖石的體積屬性；聲波速度計(jì)算孔隙度偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)（見(jiàn)圖6），可能由于壓力系數(shù)較高（D9井百口泉組壓力系數(shù)大于1.8），較大的剩余壓力導(dǎo)致喉道及微裂縫等連通孔隙寬度顯著增加，導(dǎo)致小幅的擴(kuò)容效應(yīng)。據(jù)此認(rèn)為研究區(qū)超壓應(yīng)為流體膨脹/壓力傳導(dǎo)成因。

圖6 D9井孔隙度對(duì)比法超壓成因判識(shí)圖

2.4 西斜坡及中心區(qū)超壓成因

2.4.1 測(cè)井曲線組合分析

與夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起不同，西斜坡及中心區(qū)泥頁(yè)巖符合線性兩段式壓實(shí)模式。應(yīng)用測(cè)井曲線組合法分析這種模式的超壓成因，目前國(guó)內(nèi)外均少有報(bào)道。

2.4.1.1 線性兩段式壓實(shí)模式下不同成因超壓測(cè)井曲線組合特征

根據(jù)不同成因超壓形成機(jī)制和已有文獻(xiàn)[36-37]，結(jié)合泥頁(yè)巖指數(shù)壓實(shí)模式下不同成因超壓測(cè)井曲線組合特征及判識(shí)方法[11-15,40]，建立泥頁(yè)巖線性兩段式壓實(shí)模式下不同成因超壓的測(cè)井曲線組合判識(shí)圖版（見(jiàn)圖7），以完善超壓成因判識(shí)方法體系，并指導(dǎo)研究區(qū)超壓成因判識(shí)。

圖7 泥頁(yè)巖線性兩段式壓實(shí)模式下不同成因超壓測(cè)井曲線組合特征及成因判識(shí)模式圖版（A—孔隙度線性遞減段與恒定段轉(zhuǎn)換點(diǎn)；B—不同成因超壓開(kāi)始發(fā)育深度；B′—非不均衡壓實(shí)成因超壓密度反轉(zhuǎn)滯后深度；C—正常壓實(shí)/常壓點(diǎn)；D—不均衡壓實(shí)等效深度）

對(duì)于不均衡壓實(shí)成因超壓而言，由于大量孔隙度得到保存，即超壓段孔隙度應(yīng)明顯大于正常壓實(shí)段，超壓段應(yīng)表現(xiàn)為聲波時(shí)差顯著增加或聲波速度、電阻率、密度顯著降低。

對(duì)于非不均衡壓實(shí)成因超壓而言，由于流體膨脹（生烴增壓）/壓力傳導(dǎo)成因超壓主要改變巖石的孔隙連通屬性（如喉道等變寬），而對(duì)體積屬性無(wú)影響或者影響很小，因此可能導(dǎo)致聲波時(shí)差增加，而密度略有降低或不變、或其降低深度明顯滯后于聲波時(shí)差增大的深度（即二者不同步反轉(zhuǎn)）；構(gòu)造擠壓發(fā)生時(shí)，壓實(shí)作用多已停止，側(cè)向加載造成的壓實(shí)效應(yīng)弱或者無(wú)，因此構(gòu)造擠壓成因超壓表現(xiàn)為聲波時(shí)差、電阻率和密度曲線符合正常壓實(shí)趨勢(shì)或者相對(duì)正常壓實(shí)略強(qiáng)的壓實(shí)趨勢(shì)；蒙脫石-伊利石轉(zhuǎn)化成因超壓則表現(xiàn)為聲波時(shí)差增大或速度降低，密度增大。

2.4.1.2 西斜坡及中心區(qū)超壓段測(cè)井曲線組合特征及超壓成因判識(shí)

西斜坡及凹陷中心區(qū)超壓主要發(fā)育于第2正常壓實(shí)階段（埋深3 000 m以下）的克拉瑪依組至下烏爾禾組，超壓段除了電阻率曲線存在小幅降低之外，聲波時(shí)差和密度測(cè)井曲線基本保持不變或者略偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)（見(jiàn)圖4）。此種測(cè)井曲線組合特征與上文分析的流體膨脹/傳導(dǎo)型超壓特征相似，而與不均衡壓實(shí)成因超壓明顯不符。

2.4.2 鮑爾斯法和聲波速度-密度交會(huì)圖分析

對(duì)不同成因超壓形成機(jī)制[15-16,19-20,24,43]的差異對(duì)比分析表明，線性兩段式壓實(shí)模式下的加載曲線由兩段組成，第1段與指數(shù)壓實(shí)模式相似，隨著聲波速度的增加，垂向有效應(yīng)力、密度增加；第2段表現(xiàn)為隨著垂向有效應(yīng)力的增加，聲波速度保持恒定，出現(xiàn)了一個(gè)“平臺(tái)”，在聲波速度-密度交會(huì)圖版中則表現(xiàn)為聲波速度、密度停滯在線性遞減段與恒定段的轉(zhuǎn)換點(diǎn)及其附近（見(jiàn)圖8）。

圖8 泥頁(yè)巖線性兩段式壓實(shí)模式下加載-卸載曲線特征及超壓成因判識(shí)圖版（A—孔隙度線性遞減段與恒定段轉(zhuǎn)換點(diǎn)；B—不同成因超壓開(kāi)始發(fā)育深度；C—正常壓實(shí)/常壓點(diǎn)；D—不均衡壓實(shí)等效深度）

由于不均衡壓實(shí)作用會(huì)導(dǎo)致地層孔隙大量保存、聲波速度顯著降低，因此盡管不均衡壓實(shí)成因超壓出現(xiàn)在第2階段，但其垂向有效應(yīng)力-聲波速度、密度-聲波速度交會(huì)點(diǎn)會(huì)位于加載曲線的第1階段而不會(huì)位于第2階段。流體膨脹/傳導(dǎo)型等成因超壓仍然位于卸載曲線上，需要注意的是，在正常壓實(shí)的第2階段卸載曲線與加載曲線往往十分接近，甚至完全重合，很容易將位于第2階段卸載曲線上的非不均衡壓實(shí)成因超壓誤判為不均衡壓實(shí)成因（見(jiàn)圖8）。流體膨脹/傳導(dǎo)型等非不均衡壓實(shí)成因超壓在卸載曲線上的位置取決于超壓的強(qiáng)度，當(dāng)剩余壓力與AC段靜水柱壓力之和小于AC段產(chǎn)生的地層負(fù)荷壓力時(shí)，超壓點(diǎn)便會(huì)落在正常壓實(shí)的第2階段。在聲波速度-密度交會(huì)圖版中，流體膨脹/傳導(dǎo)型等非不均衡壓實(shí)成因超壓與指數(shù)壓實(shí)模式相似，密度基本保持恒定，聲波速度視超壓成因不同而發(fā)生不同程度的降低（見(jiàn)圖8）。

以位于西部斜坡區(qū)的MH2井和凹陷中心區(qū)的M18井為例，在垂向有效應(yīng)力-聲波速度（鮑爾斯法）和垂向有效應(yīng)力-密度交會(huì)圖中，超壓點(diǎn)落在與正常壓實(shí)的第2階段（孔隙度恒定段）加載曲線十分接近，甚至完全重合的卸載曲線段（見(jiàn)圖9）。根據(jù)前文論述的超壓判識(shí)依據(jù)，MH2井和M18井判識(shí)為流體膨脹/傳導(dǎo)成因超壓，而非不均衡壓實(shí)成因。在密度-聲波速度交會(huì)圖中，MH2井和M18井超壓點(diǎn)落在了加載曲線之外的流體膨脹/傳導(dǎo)成因超壓趨勢(shì)上（見(jiàn)圖9）。綜合分析認(rèn)為西斜坡及凹陷中心區(qū)超壓為傳導(dǎo)型超壓。

圖9 西斜坡MH2井及中心區(qū)M18井鮑爾斯法和聲波速度-密度交會(huì)圖法超壓成因判識(shí)圖

2.4.3 孔隙度對(duì)比分析

分析結(jié)果表明，西斜坡及中心區(qū)超壓并未顯著改變所發(fā)育層位泥頁(yè)巖及儲(chǔ)集層的體積屬性，僅對(duì)傳導(dǎo)屬性進(jìn)行了較明顯的改變，因此孔隙度對(duì)比法判識(shí)結(jié)果亦證實(shí)西斜坡及中心區(qū)超壓為流體膨脹/壓力傳導(dǎo)成因（見(jiàn)圖10）。

3 超壓成因、控制因素與油氣成藏效應(yīng)

綜觀上述實(shí)證方法判識(shí)結(jié)果，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)主要含油氣層系超壓為壓力傳導(dǎo)成因。對(duì)于壓力傳導(dǎo)成因超壓而言，查明壓力傳導(dǎo)來(lái)源（生壓機(jī)制）十分重要[11,25,32]。前人研究表明，瑪湖凹陷所在的準(zhǔn)噶爾盆地可能的超壓來(lái)源主要為不均衡壓實(shí)、構(gòu)造擠壓和生烴作用[2,7,33]。本文從這3方面進(jìn)一步分析超壓成因及其形成的控制因素，在此基礎(chǔ)上討論油氣成藏效應(yīng)。

3.1 不均衡壓實(shí)與超壓關(guān)系

大量原生孔隙得到保存從而導(dǎo)致孔隙度異常是不均衡壓實(shí)作用存在的重要證據(jù)?，敽枷葜攸c(diǎn)探井泥頁(yè)巖壓實(shí)剖面分析結(jié)果顯示，超壓段密度測(cè)井曲線及其計(jì)算孔隙度均無(wú)明顯偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)的特征（見(jiàn)圖3、圖4）。儲(chǔ)集層特征分析表明，百口泉組及上、下烏爾禾組儲(chǔ)集層物性差，為低滲透—致密儲(chǔ)集層，儲(chǔ)集空間中次生孔隙占較大比例[3-5,7]。因此瑪湖凹陷不存在不均衡壓實(shí)作用導(dǎo)致的高孔隙度異常證據(jù)。

圖10 M18井孔隙度對(duì)比法超壓成因判識(shí)圖

目前常用的平衡深度壓力預(yù)測(cè)法主要基于不均衡壓實(shí)理論建立。徐寶榮等[51]應(yīng)用平衡深度法對(duì)瑪南斜坡區(qū)二疊系和三疊系超壓進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)壓力誤差大，尤其是在上三疊統(tǒng)白堿灘組以下主要超壓分布層系，預(yù)測(cè)壓力系數(shù)遠(yuǎn)大于實(shí)測(cè)壓力系數(shù)。這一預(yù)測(cè)結(jié)果充分說(shuō)明瑪湖凹陷超壓的形成與分布不符合不均衡壓實(shí)規(guī)律。

不均衡壓實(shí)成因超壓通常形成于沉積沉降快的中新生代細(xì)粒沉積物中。瑪湖凹陷不均衡壓實(shí)作用產(chǎn)生的高沉積沉降速率條件也不充分。凹陷中心的MH3井沉積速率為50～170 m/Ma[2]，凹陷斜坡及邊緣沉積速率更低，明顯低于鶯歌海盆地[52]、渤海灣盆地[53]等典型不均衡壓實(shí)作用發(fā)育盆地的沉積速率。即使是在這些高沉積速率盆地，近年來(lái)的實(shí)證法分析結(jié)果也表明其超壓并非完全由不均衡壓實(shí)作用導(dǎo)致[44]。

綜上所述，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)儲(chǔ)集層超壓由不均衡壓實(shí)增壓傳導(dǎo)而致的可能性很小。

3.2 構(gòu)造擠壓與超壓關(guān)系

構(gòu)造擠壓形成的側(cè)向加載也是一種重要的增壓機(jī)制[11,25-26,28,50]。綜合分析表明，盡管瑪湖凹陷所在的準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地區(qū)存在較強(qiáng)的構(gòu)造擠壓，但瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)百口泉組以及上、下烏爾禾組儲(chǔ)集層超壓由構(gòu)造擠壓成因超壓傳導(dǎo)而致的可能性亦很小。首先，前文實(shí)證方法已經(jīng)證實(shí)不存在構(gòu)造擠壓型超壓；其次，實(shí)測(cè)壓力系數(shù)分布規(guī)律與構(gòu)造擠壓強(qiáng)度分布規(guī)律相反。構(gòu)造擠壓強(qiáng)度在西北緣斷裂帶最強(qiáng)，由西北緣斷裂帶向瑪湖凹陷邊緣、斜坡區(qū)逐漸減弱，凹陷中心構(gòu)造擠壓最弱。主力產(chǎn)油層百口泉組壓力系數(shù)由西北緣斷裂帶及瑪湖凹陷邊緣向瑪湖凹陷中心逐漸增大，如斜坡邊緣MH2井壓力系數(shù)1.35，斜坡區(qū)MH1井壓力系數(shù)1.53，凹陷中部M18井壓力系數(shù)大于1.6。

3.3 生烴作用與超壓關(guān)系

3.3.1 超壓發(fā)育深度與烴源巖大量生排烴深度一致

風(fēng)城組是瑪湖凹陷主力烴源巖，下烏爾禾組局部也具有一定生烴潛力[7,34]。風(fēng)城組普遍比百口泉組深1 000 m，最深可達(dá)4 000 m，超壓頂界面與烴源巖大量生排烴深度一致。以瑪北斜坡為例，百口泉組超壓頂界面位于埋深3 000 m左右，對(duì)應(yīng)的烴源巖埋深大于4 000 m。烴源巖成熟度剖面顯示，埋深4 000 m左右對(duì)應(yīng)的Ro值為1.0%左右（見(jiàn)圖11），表明烴源巖已經(jīng)處于大量生烴階段，反映超壓的發(fā)育可能與烴源巖的大量生烴過(guò)程有關(guān)。

圖11 瑪北斜坡超壓頂界面與烴源巖成熟度對(duì)比

3.3.2 超壓強(qiáng)度主要受烴源巖成熟度控制

對(duì)超壓分布與風(fēng)城組主力烴源巖關(guān)系的深入分析表明，超壓強(qiáng)度主要受烴源巖厚度、成熟度等因素控制，尤以成熟度的控制作用最為明顯，即地層壓力系數(shù)隨著烴源巖成熟度的增加而增加。需要說(shuō)明的是，瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖由于埋深大，目前大部分鉆井未鉆遇，無(wú)法獲得凹陷內(nèi)部及中心區(qū)風(fēng)城組烴源巖的實(shí)測(cè)成熟度資料。但是百口泉組氣油比、原油密度、黏度等成熟度參數(shù)（與烴源巖的分布和熱演化趨勢(shì)一致，次生改造較小）與超壓強(qiáng)度分布具有較好的一致性，東部及東南部凸起區(qū)烴源巖成熟度高，油質(zhì)輕，壓力系數(shù)大[3,7]，反映超壓強(qiáng)度和烴源巖分布及熱演化程度密切相關(guān)。另一方面，盆地模擬結(jié)果顯示，從西部斜坡區(qū)向凹陷中心區(qū)和東部凸起區(qū)，烴源巖由成熟向高—過(guò)成熟轉(zhuǎn)變，百口泉組剩余壓力由小于20 MPa逐漸增加到50 MPa左右[2]。

3.3.3 超壓分布與主成藏期通源斷裂分布密切相關(guān)

瑪湖凹陷發(fā)育3期3種類型斷層，分別為海西期—印支期逆斷層、印支期—喜馬拉雅期走滑斷層、中燕山期正斷層[5,54]。海西期—印支期逆斷層主要控制古凸起和臺(tái)階展布，斷開(kāi)層位為石炭系至三疊系，主要分布在盆地西北緣逆沖斷裂帶和夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起。受盆緣山前海西期—喜馬拉雅期，尤其是印支期—喜馬拉雅期逆沖推覆作用的影響，瑪湖凹陷發(fā)育一系列具有調(diào)節(jié)性質(zhì)，近東西向、北西—南東向的走滑斷層[5]，這些走滑斷層斷距不大，斷面陡傾，大多斷開(kāi)二疊系—三疊系百口泉組；斷裂數(shù)量較多，平面上成排、成帶發(fā)育，與主斷裂相伴生，直接溝通下部烴源巖，是瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖生成油氣垂向運(yùn)移進(jìn)入上、下烏爾禾組、百口泉組儲(chǔ)集層的主要通道[4-7,55]。中燕山期形成的正斷層主要控制侏羅系油氣運(yùn)移聚集，對(duì)二疊系—三疊系油氣藏形成與分布的影響較小。

不同類型斷裂相關(guān)的油氣藏壓力系統(tǒng)分析結(jié)果顯示，超壓的分布與印支期—喜馬拉雅期形成的近東西向、北西—南東向展布的走滑斷裂的分布關(guān)系十分密切（見(jiàn)圖12），反映這類斷裂可能不僅是風(fēng)城組油氣垂向運(yùn)移進(jìn)入上、下烏爾禾組、百口泉組儲(chǔ)集層的主要輸導(dǎo)通道，還是風(fēng)城組烴源巖生烴增壓的垂向壓力傳導(dǎo)通道，亦是生烴增壓作為油氣垂向沿?cái)嗔堰\(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力的重要體現(xiàn)。

圖12 不同類型斷裂相關(guān)油氣藏壓力系統(tǒng)特征

由此可知，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)百口泉組以及上、下烏爾禾組儲(chǔ)集層超壓的形成最可能與生烴作用有關(guān)。

3.4 油氣成藏效應(yīng)與勘探意義

綜上所述，瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)傳導(dǎo)型超壓的來(lái)源主要為烴源巖生烴增壓。超壓的形成是油氣在烴源巖生烴增壓驅(qū)動(dòng)下向儲(chǔ)集層運(yùn)移并聚集成藏的地質(zhì)響應(yīng)，超壓的發(fā)育與該地區(qū)油氣充注成藏的關(guān)系十分密切，較大壓力系數(shù)反映一個(gè)地區(qū)經(jīng)歷了較強(qiáng)的油氣充注且聚集的油氣得到了較好的保存。如瑪南斜坡區(qū)百口泉組勘探實(shí)踐顯示，超壓的MH1井測(cè)試日產(chǎn)油39.4 t、氣2 500 m3，相鄰的MH2井也存在油氣充注成藏的證據(jù)，而常壓的MH3井油氣顯示差，分析認(rèn)為油氣充注強(qiáng)度低甚至尚未充注是MH3井鉆探失利的主要原因[3,55]?，敽枷菰囉统晒@示，隨著壓力系數(shù)的增加，油氣藏水油比逐漸降低，地層壓力系數(shù)大于1.4時(shí)，測(cè)試基本不產(chǎn)水（見(jiàn)圖13），表明儲(chǔ)集層含油氣豐度隨著超壓及油氣充注強(qiáng)度的增加而增加。

圖13 瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)油藏壓力系數(shù)與水油比關(guān)系圖

本文研究成果將有助于突破以往致密油氣“源儲(chǔ)一體”大面積成藏模式認(rèn)識(shí)，創(chuàng)建源上跨層大面積致密油氣成藏模式，拓展致密油氣勘探領(lǐng)域。多期發(fā)育的通源斷裂是溝通深部烴源巖與源上儲(chǔ)集層的高效運(yùn)移通道，生烴成因超壓是油氣向上跨層運(yùn)移的重要?jiǎng)恿?，因而?lái)自二疊系主力烴源巖的油氣在超壓驅(qū)動(dòng)下得以向源上跨層強(qiáng)力運(yùn)移，并在源上廣覆式分布的扇三角洲沉積儲(chǔ)集層中大面積成藏。研究成果為在富烴凹陷通源斷裂發(fā)育區(qū)源上尋找規(guī)模儲(chǔ)量提供了依據(jù)，也使得烴源巖深埋凹陷區(qū)中淺層效益勘探成為可能。預(yù)計(jì)瑪湖凹陷除下三疊統(tǒng)百口泉組與上二疊統(tǒng)上烏爾禾組等主力含油層外，中二疊統(tǒng)下烏爾禾組等其他源上層系也具有較大勘探潛力。研究成果也為準(zhǔn)噶爾盆地其他富烴凹陷以及其他盆地源上油氣成藏研究提供了借鑒；對(duì)于類似的源外油氣成藏研究與勘探開(kāi)發(fā)，查明超壓成因及其分布規(guī)律可能是一個(gè)關(guān)鍵。

4 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)泥頁(yè)巖正常壓實(shí)特征在不同地區(qū)存在差異，至少可識(shí)別出兩種正常壓實(shí)模式。夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起符合常見(jiàn)的指數(shù)壓實(shí)模式；西斜坡及凹陷中心區(qū)符合線性兩段式壓實(shí)模式?？偨Y(jié)提出了線性兩段式壓實(shí)模式下不同成因超壓的判識(shí)方法，包括測(cè)井曲線組合分析法、鮑爾斯法和聲波速度-密度交會(huì)圖法。

瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)儲(chǔ)集層中發(fā)育的超壓主要為壓力傳導(dǎo)成因，超壓源為主力烴源巖二疊系風(fēng)城組生烴膨脹形成的超壓。超壓的形成與分布主要受烴源巖厚度和成熟度以及印支期—喜馬拉雅期通源走滑斷裂控制。烴源巖生成的油氣在生烴增壓驅(qū)動(dòng)下沿?cái)嗔训韧ǖ肋\(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層聚集，從而形成三疊系和二疊系超壓油氣藏。

超壓是瑪湖凹陷礫巖大油區(qū)源儲(chǔ)大跨度分離型油藏油氣運(yùn)移的主要?jiǎng)恿Γ瓷嫌蜌獠氐男纬膳c分布與超壓發(fā)育密切相關(guān)。