渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系異常高壓成因及其與陸相頁(yè)巖油富集的關(guān)系

馬曉瀟，黎茂穩(wěn)，胡克珍，陶國(guó)亮，錢門輝，曹婷婷，劉 鵬，李志明，蔣啟貴，李 政

1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 無(wú)錫 214126；2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 102206；3.加拿大聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局，阿爾伯塔 卡爾加里 T2L 2A7；4.中國(guó)石化 勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015

渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷陸相頁(yè)巖油勘探取得了重要進(jìn)展[1]，勘探目的層為古近系沙河街組沙三下和沙四上亞段的富碳酸鹽泥頁(yè)巖層段。目前勘探的重點(diǎn)在東營(yíng)凹陷和沾化凹陷。沙三下和沙四上亞段泥頁(yè)巖層系在生烴洼陷區(qū)多呈現(xiàn)高壓異常[2]。由于北美海相頁(yè)巖層系異常高壓帶比低壓或常壓帶具有更高的初始頁(yè)巖油產(chǎn)量[3]，厘清異常高壓的成因及其地質(zhì)主控因素是濟(jì)陽(yáng)坳陷陸相頁(yè)巖油勘探地質(zhì)評(píng)價(jià)面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

異常壓力在國(guó)外沉積盆地中極為常見(jiàn)[4-6]，在中國(guó)沉積盆地中也有大量報(bào)道[7-18]。人們常試圖利用測(cè)錄井、地球化學(xué)和鉆完井資料來(lái)識(shí)別異常壓力出現(xiàn)的深度范圍[19-22]。前人的研究成果表明，沉積盆地中異常高壓起源于與應(yīng)力、流體體積增大或流體流動(dòng)及浮力相關(guān)的增壓作用。不均衡壓實(shí)和構(gòu)造應(yīng)力導(dǎo)致與應(yīng)力相關(guān)的增壓作用，流體加熱、干酪根生烴、成巖作用和烴類熱裂解產(chǎn)生與流體體積增大有關(guān)的增壓作用，而壓力傳遞、流體勢(shì)差、油氣水密度差和流動(dòng)性差異可以帶來(lái)與流體流動(dòng)及浮力有關(guān)的增壓作用[23]。由于異常壓力的形成和演化對(duì)油氣分布具有控制作用，異常高壓的形成機(jī)制研究對(duì)指導(dǎo)常規(guī)和非常規(guī)油氣勘探具有重要作用[24-33]。

在中國(guó)中西部前陸盆地，地層流體超壓體系與大規(guī)模天然氣聚集密切相關(guān)，塑性膏鹽層超壓、生烴增壓形成的超壓、喜馬拉雅期隆升剝蝕后的封存超壓、欠壓實(shí)超壓等區(qū)域性超壓機(jī)制是陸相大氣田形成的重要保障[13]。在中國(guó)陸相富油盆地，無(wú)論是裂陷期形成的準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組和渤海灣盆地古近系沙河街組，還是坳陷期形成的鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7段和松遼盆地白堊系青山口組，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層段均具有典型的源—儲(chǔ)一體式結(jié)構(gòu)或紋層狀微觀源—儲(chǔ)二元結(jié)構(gòu)[7,9-12,34-35]。這些優(yōu)質(zhì)烴源巖在淺埋藏階段的不均衡壓實(shí)作用、在中低成熟階段黏土礦物轉(zhuǎn)化、生成的油氣在烴源巖層內(nèi)自生自儲(chǔ)或在烴源巖層間短距離運(yùn)移，都可能形成異常高壓[2,7-9]。這些異常高壓在橫向上展現(xiàn)出一定的“層控”特征，向洼陷邊緣降低至正常壓力，為油氣側(cè)向運(yùn)移提供動(dòng)力；在縱向上，由于不同層段有機(jī)質(zhì)豐度和生烴能力的差異性，層間剩余流體壓力差成為油氣垂向運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?；同時(shí)，陸相泥頁(yè)巖層系的強(qiáng)非均質(zhì)性，也為烴源巖內(nèi)烴類滯留大面積連續(xù)成藏創(chuàng)造了有利條件。

本文對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)和沾化凹陷4口頁(yè)巖油專探井超過(guò)1 000 m巖心樣品開(kāi)展了全巖X-衍射礦物分析、常規(guī)熱解生烴潛力分析和有機(jī)地球化學(xué)系統(tǒng)分析；對(duì)部分重點(diǎn)樣品開(kāi)展了黏土礦物X-衍射分析和鏡質(zhì)體反射率測(cè)定；并將這些地球化學(xué)分析結(jié)果與聲波和密度測(cè)井、鉆錄井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合，應(yīng)用于研究區(qū)異常壓力頂面深度的確定和富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層段異常壓力成因機(jī)制研究。多學(xué)科融合的研究結(jié)果表明，不同類型地球化學(xué)參數(shù)之間看似矛盾的現(xiàn)象，可以用來(lái)揭示不同成巖熱演化階段異常壓力成因機(jī)制。

1 地質(zhì)樣品與實(shí)驗(yàn)研究方法

1.1 研究對(duì)象

本次研究的對(duì)象為濟(jì)陽(yáng)坳陷的4口頁(yè)巖油專探井，共取心1 010.26 m。(1)樊頁(yè)1井：位于東營(yíng)凹陷博興洼陷中部樊頁(yè)1塊，鉆探目的是了解博興洼陷樊頁(yè)1井區(qū)沙三下—沙四上亞段泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性能及含油氣情況，完鉆井深3 622.00 m，完鉆層位為沙四下亞段，在沙三中—沙四上純下亞段(3030.00～3444.44m井段)連續(xù)密閉取心403.63m；(2)利頁(yè)1井：位于東營(yíng)凹陷利津洼陷帶東坡，鉆探目的是了解利津洼陷東坡利頁(yè)1井區(qū)沙三下、沙四上亞段泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性能及含油氣情況兼探沙三中亞段含油氣情況，完鉆井深3 924.00 m，完鉆層位沙四下亞段，在沙三下—沙四上亞段(3 580.00～3 835.21 m井段)共鉆井取心200.05 m。(3)牛頁(yè)1井：位于東營(yíng)凹陷牛莊—六戶洼陷帶西北部牛頁(yè)1砂體較高部位，完鉆井深3 548.00 m，完鉆層位沙四下亞段，鉆探目的是了解牛莊—六戶洼陷較深部位沙三下、沙四上純上亞段泥頁(yè)巖及沙四段砂巖的儲(chǔ)集性能及含油氣情況；該井在沙三下—沙四上純上亞段(3 295.00～3 500.00 m井段)連續(xù)密閉取心185.22m；(4)羅69井：位于沾化凹陷羅家鼻狀構(gòu)造帶，完鉆井深3 390.00 m，完鉆層位沙四下亞段，鉆探目的是了解羅家地區(qū)沙三段下部泥頁(yè)巖段儲(chǔ)集性能及含油氣情況；該井于沙三下—沙四上亞段(2 911.00～3 140.75 m井段)連續(xù)鉆井累積取心221.36 m。研究對(duì)象包括巖心樣品的實(shí)驗(yàn)室地球化學(xué)和有機(jī)巖石學(xué)分析數(shù)據(jù)、收集到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和鉆錄井地層壓力和巖心裂縫觀察數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)分析

本文對(duì)所采集的樣品共開(kāi)展全巖礦物X-衍射分析1 141塊次、黏土礦物X-射線分析364塊次、烴源巖熱解—總有機(jī)碳分析572塊次、干酪根有機(jī)顯微組分分析109塊次和鏡質(zhì)體反射率測(cè)定80塊次。其中，全巖礦物X-衍射分析實(shí)驗(yàn)操作參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X衍射分析方法：SY/T 5163—2010》”。巖石熱解分析采用法國(guó)Rock-Eval 6 熱解儀，實(shí)驗(yàn)流程及分析條件設(shè)置采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖石熱解分析：GB/T 18602—2012》。同時(shí)，選取了部分代表性樣品采用快速法開(kāi)展有機(jī)溶劑萃取—直接進(jìn)樣色譜—質(zhì)譜分析，即采用二氯甲烷浸泡顆粒狀巖石樣品(約0.5 g)，加入正構(gòu)十八烯、d4-膽甾烷和d8-二苯并噻吩作為定量分析的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物，并通過(guò)低溫超聲萃取(約10 min)的方法，快速獲得巖石抽提物，靜置過(guò)夜(經(jīng)氮?dú)饬鞔祾邼饪s后)，直接進(jìn)樣進(jìn)行色譜—質(zhì)譜分析以獲取飽和烴和芳烴生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)[36]。采用安捷倫7890氣相色譜與5975質(zhì)譜聯(lián)用，開(kāi)展巖石抽提物的色譜—質(zhì)譜分析(GC-MS)；頁(yè)巖油樣品用二氯甲烷適度稀釋，直接進(jìn)樣進(jìn)行色譜—質(zhì)譜分析，具體分析條件見(jiàn)文獻(xiàn)[37]，依據(jù)《生物標(biāo)志物色譜—質(zhì)譜分析方法：SY5258/T—91》鑒定甾萜類化合物結(jié)構(gòu)，甾烷和萜烷比值計(jì)算采用m/z217和191色譜圖峰面積，芳烴參數(shù)采用分子離子質(zhì)量色譜圖峰面積進(jìn)行計(jì)算。

1.3 異常流體壓力識(shí)別方法

試油測(cè)壓、重復(fù)地層測(cè)試、地震層速度和測(cè)井資料分析是目前識(shí)別和預(yù)測(cè)異常流體壓力的常用方法。與密度測(cè)井和電阻率測(cè)井相比，聲波測(cè)井受井眼、地層條件的干擾較小，且其縱向分辨率比地震高，加之資料豐富、容易獲取，聲波時(shí)差資料常成為地層壓力定量計(jì)算的首選。結(jié)合試油測(cè)壓數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果一般具有代表性和普遍性。用聲波時(shí)差資料研究泥巖壓實(shí)并計(jì)算地層異常壓力，包括測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的選取、正常壓實(shí)趨勢(shì)的建立、地層流體壓力的計(jì)算等步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。取值時(shí)綜合利用各種測(cè)井曲線和錄井圖，盡可能用相對(duì)純凈的泥巖段。為保證異常壓力頂面深度確定的可靠性，也將聲波速度、密度測(cè)井資料一起納入對(duì)比分析。

地層可鉆性指數(shù)法(DC指數(shù))是利用泥頁(yè)巖壓實(shí)和壓差對(duì)機(jī)械鉆速的影響規(guī)律來(lái)檢測(cè)地層壓力的一種方法[20-22]。其基本工作原理是，隨著地層埋深增加，覆壓增大，泥頁(yè)巖孔隙度減小，巖石變得致密，可鉆性變差，導(dǎo)致機(jī)械鉆速逐漸減小，DC指數(shù)逐漸增大。當(dāng)出現(xiàn)異常壓力層時(shí)，巖石孔隙度增大，井底壓差減小、機(jī)械鉆速增大，DC指數(shù)下降。因此，繪制DC指數(shù)—井深關(guān)系圖版，就可以觀察地層壓力隨埋深的變化，由此可以動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)估算地層壓力。鉆井參數(shù)選擇對(duì)DC指數(shù)法的影響與改進(jìn)方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[20]。利用DC指數(shù)法監(jiān)測(cè)地層壓力的核心技術(shù)是準(zhǔn)確建立地層正常壓力變化趨勢(shì)線。

2 結(jié)果與討論

2.1 泥頁(yè)巖沉積巖相和有機(jī)相

泥頁(yè)巖巖相和有機(jī)相是研究泥頁(yè)巖層系壓力體系與頁(yè)巖油富集關(guān)系的基礎(chǔ)。濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組在泥頁(yè)巖層系獲得了工業(yè)油流，而且主要與特定巖相有關(guān)：大約70%的工業(yè)油流與富有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育的泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖相有關(guān)，30%與厚層和塊狀灰?guī)r和泥巖相有關(guān)[38]。由于沙河街組沉積時(shí)盆地內(nèi)部分布多個(gè)次洼，分割性強(qiáng)，且靠近物源，沙三段—沙四段烴源巖沉積的非均質(zhì)性強(qiáng)，其分布、特征和厚度時(shí)空變化大，主要受距離物源的遠(yuǎn)近和沉積水體深度控制[39]。近期濟(jì)陽(yáng)坳陷沉積環(huán)境和沉積微相的研究成果揭示了3類巖相組合：一是靠近盆地邊緣以陸源碎屑輸入為主的巖相組合；二是靠近洼陷中部以碳酸鹽巖為主的巖相組合；三是介于二者之間的碎屑巖/化學(xué)巖混合沉積組合[1]。

如圖1所示，本次研究的樣品來(lái)源于濟(jì)陽(yáng)坳陷4口頁(yè)巖油專探井，代表了2種主要的巖相類型。利頁(yè)1和牛頁(yè)1井靠近東營(yíng)凹陷半深湖—深湖相沉積中心(見(jiàn)文獻(xiàn)[39]的圖3)，而樊頁(yè)1和羅69井位于靠近東營(yíng)和沾化凹陷邊緣的過(guò)渡相，中間由陳家莊凸起分隔。兩類巖相在巖性上的差異可以從測(cè)井曲線反映出來(lái)。半深湖—深湖相沉積以高伽馬、高聲波時(shí)差、高中子孔隙度、低電阻率、低密度為特征，與邊緣相顯著不同(圖2)。如表1所示，不同層段的全巖礦物組成顯示出一定的差異性。根據(jù)全巖礦物組成、TOC含量、巖石組構(gòu)和構(gòu)造特點(diǎn)，還可以將沙三下—沙四段上亞段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層系大致劃分為低中碳到高富碳不等的薄透鏡狀晶?；?guī)r相、紋層狀泥晶灰?guī)r相、厚層/塊狀灰質(zhì)泥巖相、混合質(zhì)泥頁(yè)巖相和黑色灰質(zhì)頁(yè)巖相等5個(gè)巖相。

前人[39]開(kāi)展了沙三段和沙四段烴源巖地球化學(xué)系統(tǒng)研究，并編制了有機(jī)質(zhì)豐度、類型的平面變化圖件，他們的研究結(jié)果表明利頁(yè)1和牛頁(yè)1井所在區(qū)域烴源巖以Ⅰ類干酪根為主，而樊頁(yè)1井所在區(qū)域以Ⅱ類干酪根為主。羅69井30個(gè)樣品的透射光—熒光干酪根顯微組分鑒定結(jié)果表明，29個(gè)樣品的腐泥組組分在90%以上，屬于Ⅰ型干酪根，只有一個(gè)樣品為Ⅱ1型；樊頁(yè)1井10個(gè)樣品均屬Ⅰ型；牛頁(yè)1井21個(gè)樣品中20個(gè)屬Ⅰ型，1個(gè)屬Ⅱ1型；利頁(yè)1井19個(gè)樣品全屬Ⅰ型。如果考慮沉積巖相與有機(jī)相的關(guān)系，這些富含碳酸鹽礦物的細(xì)粒巖石中干酪根類型實(shí)際上是Ⅰ-S或Ⅱ-S干酪根(圖1)，因此，濟(jì)陽(yáng)坳陷沙三段和沙四段烴源巖的生烴門限深度比正常Ⅰ型和Ⅱ型干酪根淺，熱成熟度低，Ro約0.2%左右[40]。

在所研究的5種泥頁(yè)巖巖相中，厚層/塊狀灰質(zhì)泥巖相在所研究的專探井目的層段占比很低，它們不是本文重點(diǎn)解剖的對(duì)象。值得注意的是，紋層狀泥晶灰?guī)r相、混合質(zhì)泥頁(yè)巖相和黑色灰質(zhì)頁(yè)巖相TOC含量多在2%以上，生烴條件較好，具有典型的源儲(chǔ)一體“二元結(jié)構(gòu)”。同時(shí)，受構(gòu)造沉降、古氣候變化的周期性影響，這些巖相又與儲(chǔ)集物性較好的薄透鏡狀晶?；?guī)r相在縱向上形成多個(gè)巖相韻律組合。富碳酸鹽和富黏土質(zhì)巖相組合以及紋層發(fā)育程度，既反映了從干冷到暖濕的周期性氣候變化，也對(duì)研究區(qū)單井壓力結(jié)構(gòu)和平面分布具有重要影響[1,9]。

2.2 單井壓力結(jié)構(gòu)

欠壓實(shí)造成的相對(duì)高孔隙會(huì)導(dǎo)致聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線，前人根據(jù)聲波時(shí)差曲線普遍認(rèn)為欠壓實(shí)是濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組異常高壓的重要原因[2,7-9]。由于中低成熟階段烴源巖中干酪根生烴作用一般不改變巖石孔隙度，但烴類生成會(huì)降低聲波速度，從而也可以導(dǎo)致聲波時(shí)差偏離正常趨勢(shì)線[41]。因此，可以利用欠壓實(shí)形成的超壓具有低密度特征來(lái)幫助判別超壓的類型。

圖3是4口探井的聲波測(cè)井、密度測(cè)井和部分鉆錄井曲線；表2為這幾口井各層段鉆井DC指數(shù)、地層壓力梯度、破裂壓力梯度、巖石密度、壓實(shí)程度以及裂縫發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)。顯然，這些井都在不同的深度段鉆遇了異常高壓。從單井的壓力結(jié)構(gòu)來(lái)看，聲波曲線偏離了正常壓實(shí)趨勢(shì)線，表現(xiàn)出高壓特征。DC指數(shù)和地層測(cè)試壓力也證實(shí)了圖中標(biāo)示的異常高壓頂面深度位置。

然而，圖3中在異常高壓頂面深度以下的密度曲線隨深度變化趨勢(shì)則較為復(fù)雜：羅69和樊頁(yè)1井基本未偏離正常壓實(shí)曲線，據(jù)此可判斷二者屬于生烴增壓。相反，牛頁(yè)1和利頁(yè)1井密度測(cè)井曲線偏離了正常壓實(shí)曲線。前人對(duì)東營(yíng)凹陷區(qū)域性異常高壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析[8]，發(fā)現(xiàn)從生烴洼陷邊緣到生烴洼陷中心，沙三和沙四段地層壓力系數(shù)從常壓逐漸變化為異常高壓(壓力系數(shù)可達(dá)1.5左右)。因此，欠壓實(shí)和生烴增壓導(dǎo)致的地層超壓可能在一定程度上抑制了這兩口井所處部位沙河街組有機(jī)質(zhì)的生烴演化。

根據(jù)4口探井80個(gè)巖心樣品測(cè)得的鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)(圖4)，每口探井的鏡質(zhì)體反射率值均顯示出規(guī)律性的隨深度變化趨勢(shì)。但在靠近洼陷邊緣的羅69井和樊頁(yè)1井Ro達(dá)到0.6%的深度分別為3 200 m和3 450 m，而靠近洼陷中心的牛頁(yè)1井和利頁(yè)1井，達(dá)到相同Ro的現(xiàn)今埋藏深度分別在3 600 m和3 900 m左右。這些結(jié)果說(shuō)明，從洼陷邊緣到洼陷中心，地層異常壓力的增加部分抑制了有機(jī)質(zhì)成烴演化。因此，沉積巖相、有機(jī)相和地溫梯度的差異性控制了地層異常壓力和有機(jī)質(zhì)成烴演化的差異性。

2.3 有機(jī)質(zhì)成烴轉(zhuǎn)化

熱力作用下干酪根生成烴類有機(jī)質(zhì)是一個(gè)體積漸進(jìn)增大的過(guò)程。因此，生烴作用產(chǎn)生的甲烷及其他低分子量烴類，在較為封閉的系統(tǒng)內(nèi)可成為地層超壓的重要來(lái)源。理論計(jì)算[42]表明，含有1%有機(jī)碳的生油母巖生成液體的體積增量為44～50 m3/t，凈增體積相當(dāng)于孔隙度為10%的泥頁(yè)巖孔隙體積的一半左右，導(dǎo)致泥頁(yè)巖孔隙壓力大幅增加；特別是形成的伴生氣體在地層水中達(dá)到飽和狀態(tài)后會(huì)以游離態(tài)存在，進(jìn)而堵塞孔隙通道并在高溫下發(fā)生膨脹。

由于所研究的4口探井沙三下—沙四上亞段泥頁(yè)巖樣品目前的鏡質(zhì)體反射率Ro多為0.7%～0.9%，其中的有機(jī)質(zhì)多處于低—中成熟成烴演化階段。隨著埋藏深度增加，這些層系的氫指數(shù)和總生烴潛力指數(shù)[(S1+S2)/ω(TOC)]逐漸降低(圖5)。與此同時(shí)，在靠近生烴凹陷中心的牛頁(yè)1和利頁(yè)1井樣品熱釋烴(S1，主要為游離烴)含量顯著增加，導(dǎo)致S1/ω(TOC)和烴產(chǎn)率指數(shù)[S1/(S1+S2)]明顯增加而Tmax值降低，說(shuō)明已經(jīng)生成的烴類在靠近深部的烴源巖中大量滯留，從而為生烴增壓產(chǎn)生異常高壓提供了直接的地球化學(xué)證據(jù)。前人研究[23]表明，烴類生成增壓作用主要存在于生烴凹陷區(qū)，干酪根通過(guò)熱催化、裂解等作用過(guò)程轉(zhuǎn)化為液態(tài)石油、溶解氣和高度芳構(gòu)化不溶殘余物時(shí)會(huì)發(fā)生體積增大，在地下封閉體系內(nèi)會(huì)產(chǎn)生超壓。

值得注意的是，構(gòu)造部位和沉積巖相對(duì)泥頁(yè)巖層系中烴類滯留及其相關(guān)的增壓效應(yīng)具有重要影響(圖5)。隨著氫指數(shù)和總生烴潛力指數(shù)降低，在靠近凹陷邊緣的羅69和樊頁(yè)1井泥頁(yè)巖層系樣品中滯留的游離烴總量明顯低于靠近凹陷中心的牛頁(yè)1和利頁(yè)1井；樊頁(yè)1井高S1和高S1/ω(TOC)值局限于泥頁(yè)巖層系中的砂質(zhì)夾層，而在羅69井則局限于深度在3 000 m左右和3 500 m以下的富碳酸鹽頁(yè)巖裂縫發(fā)育段。

圖6展示的生物標(biāo)志物參數(shù)，也與上述熱解參數(shù)相互呼應(yīng)，顯示出洼陷邊緣與洼陷中心泥頁(yè)巖層系演化的差異性。如18α(H)-/17α(H)-三降藿烷比值[Ts/(Ts+Tm)]、20S/(20S+20R)-和ααα/(ααα+αββ)-C29甾烷比值等參數(shù)隨著埋深的變化趨勢(shì)進(jìn)一步揭示了洼陷中心區(qū)的生烴抑制效應(yīng)。

2.4 黏土礦物成巖轉(zhuǎn)化

黏土礦物成巖轉(zhuǎn)化是一種重要的成巖增壓作用。蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中含有大量層間吸附水，而且其層間吸附水密度大于孔隙自由水，當(dāng)吸附水被排出成為孔隙水時(shí)，會(huì)發(fā)生一定的膨脹作用。同時(shí)，由蒙脫石轉(zhuǎn)化而來(lái)的伊利石也對(duì)孔隙喉道有一定堵塞作用，從而會(huì)影響泥頁(yè)巖層的滲透能力[43]。

以羅69井所在的羅家地區(qū)為例，蒙脫石向伊利石大量轉(zhuǎn)化的深度范圍(圖7a)與該地區(qū)有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生油門限并開(kāi)始大量生烴和異常高壓的深度范圍(圖5d)大致相同。由于蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)變過(guò)程中釋放出的水可達(dá)到原來(lái)孔隙體積的15%左右[44]，在封閉性較好的泥頁(yè)巖層系內(nèi)，蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)變有可能為異常高壓的形成做出重要貢獻(xiàn)。然而，在更高的熱演化和成巖作用階段，在相對(duì)堿性條件下伊利石也可能發(fā)生綠泥石化(圖7b)，從而消耗泥頁(yè)巖層系中能夠獲得的水，在一定程度上降低孔隙流體的壓力，部分抵消蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化對(duì)異常高壓的貢獻(xiàn)[45]。

牛頁(yè)1井在沙四上純下亞段含多層層狀或塊狀含膏泥巖，石膏向硬石膏的轉(zhuǎn)化也可能成為部分富碳酸鹽地層中異常高壓的主要形成機(jī)制之一。但是，此類轉(zhuǎn)化過(guò)程主要發(fā)生在淺部地層中(溫度40～60 ℃，深度一般小于1 km)，39%體積束縛水的釋放會(huì)大大增加孔隙流體壓力，進(jìn)而形成淺部異常高壓[46]。盡管這種成因機(jī)制與深部形成的異常高壓無(wú)關(guān)，但如果該過(guò)程發(fā)生在一個(gè)較好的封閉體系內(nèi)并在深埋時(shí)得以保持，也會(huì)對(duì)深部異常高壓做出貢獻(xiàn)。

由此可見(jiàn)，在大套泥頁(yè)巖層系發(fā)育的富油生烴洼陷區(qū)，異常高壓形成過(guò)程也是早期封閉體系的保持過(guò)程。不同構(gòu)造部位機(jī)械壓實(shí)、黏土礦物轉(zhuǎn)化和有機(jī)質(zhì)成烴演化階段的差異性帶來(lái)異常高壓體系分布的差異性。黏土礦物轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)大量生烴和異常高壓深度范圍的耦合關(guān)系指示生烴增壓是生油洼陷區(qū)異常高壓形成的主要機(jī)制。

2.5 異常高壓與頁(yè)巖油富集的關(guān)系

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[47]表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷壓力系數(shù)大于1.2的超壓層段一般發(fā)育在2 200 m以深，鉆遇超壓地層的頻率隨著埋深增加而增大，超壓層段的剩余壓力也明顯增高，在3 700～3 800 m左右壓力系數(shù)及剩余壓力達(dá)到最高值；地層壓力系數(shù)在生烴洼陷區(qū)較高，而在靠近斷裂帶較低；在東營(yíng)和沾化凹陷2 800～2 900 m以深地層一般發(fā)育與流體體積增大或流動(dòng)相關(guān)的“自源超壓”，而2 800 m以淺地層發(fā)育與生烴洼陷邊緣應(yīng)力相關(guān)的“它源超壓”。同時(shí)，超壓儲(chǔ)層的含油概率明顯高于低壓和常壓儲(chǔ)層。

圖3—圖7中的實(shí)際分析數(shù)據(jù)揭示了研究區(qū)單井異常高壓結(jié)構(gòu)與頁(yè)巖中滯留烴分布的關(guān)系。泥頁(yè)巖樣品的熱解S1參數(shù)可用來(lái)指示泥頁(yè)巖內(nèi)滯留烴量的相對(duì)多少，特別是當(dāng)熱解Tmax值明顯受到滯留烴影響而變低時(shí)，熱解曲線上S1峰和S2前面的肩峰可以用來(lái)指示泥頁(yè)巖中油氣的富集[48]。東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖巖屑熱解S1、地層測(cè)試剩余壓力及地層孔隙度演化剖面對(duì)比[47]，獲得了與本文類似的觀察結(jié)果，因此，濟(jì)陽(yáng)坳陷沙三—沙四段泥頁(yè)巖滯留烴富集段、自源強(qiáng)超壓段及次生孔隙發(fā)育帶對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，泥頁(yè)巖在2 800～2 900 m的深度左右逐漸進(jìn)入滯留烴含量高峰區(qū)間，到3 400 m左右達(dá)到峰值。

前人通過(guò)對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷欠壓實(shí)和烴源巖熱演化史研究，建立了東營(yíng)凹陷超壓增壓模式[8-9]。由于研究區(qū)沙河街組在沉積深埋后于東營(yíng)期末和明化鎮(zhèn)期末發(fā)生過(guò)兩次抬升和上覆地層剝蝕過(guò)程，因而推斷這些抬升剝蝕會(huì)不利于早期欠壓實(shí)作用形成的超壓保持。東營(yíng)凹陷沙三下亞段泥頁(yè)巖的孔隙度演化剖面[47]顯示，對(duì)應(yīng)于高剩余壓力帶的高孔隙度多為次生孔隙，來(lái)源于與烴類生成伴隨的有機(jī)—無(wú)機(jī)酸性流體溶蝕增孔作用和高流體壓力—地應(yīng)力作用導(dǎo)致的微裂縫開(kāi)啟。泥頁(yè)巖生烴能力對(duì)滯留烴含量、次生孔隙發(fā)育和剩余流體壓力具有決定性影響。如圖5、表2所示，與現(xiàn)今泥頁(yè)巖滯留烴富集段所對(duì)應(yīng)的生烴增壓造成的異常高壓，有利于裂縫及微裂縫的開(kāi)啟，不僅增加了頁(yè)巖油儲(chǔ)集空間，也會(huì)為頁(yè)巖油的產(chǎn)出提供天然能量。

3 結(jié)論與建議

(1)生烴增壓是濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系地層超壓的主要來(lái)源，綜合應(yīng)用鉆錄井、測(cè)井和地球化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)成熟泥頁(yè)巖的自源超壓段對(duì)應(yīng)于滯留烴高峰段和次生孔隙發(fā)育段。

(2)由于陸相頁(yè)巖油富集區(qū)與異常高壓帶密切相關(guān)，后續(xù)研究應(yīng)聚焦富碳酸鹽泥頁(yè)巖層系欠壓實(shí)、流體膨脹和不同區(qū)帶構(gòu)造抬升等多種異常高壓成因機(jī)制、判別方法和計(jì)算模型。