辽西低凸起及辽中凹陷压力场特征与油气分布关系

周东红，李建平，郭永华

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

辽西低凸起及辽中凹陷压力场特征与油气分布关系

周东红，李建平，郭永华

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

辽西低凸起及辽中凹陷古近系广泛发育超压，异常高压主要分布在东营组二段下部至沙河街组一段和沙河街组三段。主力烃源岩生成的油气，在超压的强动力驱动下，沿断层、砂体、不整合面等输导体系侧向传递到辽西低凸起及凹陷两侧斜坡带等有利圈闭中聚集成藏。天然气藏主要分布于异常高压带的内部，油藏主要分布于异常高压带内部或异常高压带边缘（常压带或过渡压力带），少数岩性油气藏或封闭条件优越的凝析气藏位于超压区内，若油气藏上覆有压力和泥岩的双重封堵，则油气聚集量明显加大。

等效深度法；压力场；油气分布；辽西低凸起；辽中凹陷

据不完全统计，世界上已发现有180多个超压盆地，中国也已发现30多个区域或盆地具有超压层系［1］。特别是自20世纪90年代“流体压力封存箱”概念提出以来，地层压力与油气分布关系的研究已受到国内外学者的重视，并且随着近些年来在北海盆地及墨西哥湾盆地的超压层系内找到了大量的油气，且勘探成功率不断提高，探讨超压盆地油气运聚及分布规律已成为当前石油地质学界的前沿课题［2-3］。

辽西低凸起及辽中凹陷位于渤海东北部海域的辽东湾地区，且均呈北东—南西向展布。其中，辽中凹陷是辽东湾地区面积最大的凹陷，古近系沉积厚度超过6 000 m，是辽东湾地区主力生烃凹陷，呈东断西超的构造格局，该凹陷由北向南又可细分为北、中、南3个次洼。辽西低凸起南北长约174 km，东西宽8～9 km，总体几何形态西陡东缓、南高北低，东以斜坡与辽中凹陷紧邻，西以辽西1、2、3号断层为界与辽西凹陷相望，具有“凹中隆”的特点，是油气聚集的有利地带。目前所发现的大中型油气田多位于此带，如JZ20-2、JZ25-1S、SZ36-1等油气田［4］。辽西低凸起及辽中凹陷古近系广泛发育超压，地层超压与油气分布存在密切关系，为此，探讨两者的耦合关系可为研究区下一步油气勘探提供科学依据。

1 等效深度法的原理及应用

对于现今压力场的建立，主要是从单井出发，采用等效深度法。所谓等效深度，是指在超压层段中A点与其上部正常压实层段B点的Δt（泥岩声波时差值）相等的那一点所对应的深度hB（hB为正常压实层段的深度）。从物理意义上讲，因声波时差相等，可以设想该两深度点具有相同的骨架应力σ，如图1所示，正常压实点B与泥岩超压点A具有相同的骨架应力。

假设A点岩石骨架所受的上覆地层压力为pAma，B点岩石骨架所受的上覆地层压力为pBma，则由等效原理可知：

由于B点是位于正常压实层段上的点，其上覆地层的压力为pBov，则

式中：pBf为B点的地层压力，即为B点处的静水压力，MPa。

同理，对于超压层段中的A点，其上覆地层的压力pAov为

式中：pAf为A点的地层压力，MPa。

联立式（1）—式（3）得

上覆地层压力pov是指上覆岩石骨架和其孔隙中流体总重量所构成的压力，其表达式为

式中：ρ为上覆岩层的平均密度，g/cm3；h为岩柱的垂直高度，m；φ为上覆岩层的平均孔隙度；ρma为上覆岩层骨架的密度，g/cm3；ρf为岩层孔隙中流体的平均密度，g/cm3。

由于正常声波时差值Δt满足式（6），可由B点的声波时差求出B点深度。

式中：Δt0为地表声波时差，μs/m；C为与泥岩压实有关的常数。

联立式（4）—式（6），即可得到：

考虑到上覆岩层的平均密度ρ随深度的变化不大，所以可由式（6）、式（7）得

式中：ΔtB为B点声波时差，μs/m。

计算过程中，首先要提取单井泥岩段的声波时差数据，在正常压实情况的单对数坐标系中，泥岩声波时差与深度一般呈线性关系，即 ln（Δt）=-Ch+ln（Δt0）如图1中蓝色线所示。因此，确定正常压实趋势线并根据曲线的斜率及其与时间轴的截距来确定C及Δt0的值是计算地层压力的关键。通常，C和ln（Δt0）可根据不同的深度h和所对应的声波时差的自然对数值，用线性回归的方法求得。

图1 等效深度法原理示意

2 现今压力场纵向分布特征

采用上述方法及原理恢复了辽西低凸起及辽中凹陷6个构造20多口井的纵向压力剖面，在此从研究区的北、中、南凸起和凹陷区各选取1口井或1个含油气构造进行压力场纵向分布特征分析。

2.1 北区（JZ20-2-1和JZ21-1-1井）

JZ20-2-1井位于辽西低凸起北部，由图2a可以看出，从N1mL开始到N1g底部地层压力为正常表现，自N1g底部地层开始出现异常高压，并一直延续到K上部。在异常高压段内，E3d1地层压力系数高达1.80。从E3d1底部地层压力开始回落，至E3d2U压力系数已降至1.32。从E3d2U底部地层压力又继续增大，在E3d2L下部压力系数达到最大值1.85。在E3d3底部地层压力再次降低，至K上部压力系数已小于1.30。在2 141.3 m实测的压力系数为1.62，拟合计算的地层压力与实测值基本吻合。

图2 辽东湾北区典型超压井地层压力剖面

JZ21-1-1井位于辽中凹陷北部，由图2b可以看出，从N1mL开始到E3d2L上部地层为正常压力。自E3d2L中部地层开始出现异常高压，并一直延续到井底，压力系数最大值为1.70。在2 017.4 m井段实测的地层压力为19.7 MPa，在2 549.7 m井段实测的地层压力为40.1 MPa，拟合计算的地层压力结果与实测值一致。

2.2 中区（JZ25-1S-2井和JX1-1油田）

图3 辽东湾中区典型超压井（油田）地层压力剖面

图3a为 JZ25-1S-2井压力剖面图，从 N1mL到E3d2U中部，地层压力在静水压力值附近变化，属于正常压力段。从E3d2U中部开始，地层压力逐渐增大，进入异常压力段，异常压力一直持续到E3d3底部。进入E2s1以后，地层压力逐渐回落，并在E2s2上部趋于静水压力，E2s2内部实测压力 16.25～16.29 MPa，压力系数1.024～1.041，计算的压力系数在1.05～1.06。计算值与实测值基本一致。进入E2s3以后，地层压力又逐渐增大至异常高压。

JX1-1油田全部使用实测数据恢复了该构造的综合压力剖面（见图3b）。由剖面可见，从E3d2L开始到E3d3中下部地层压力为正常压力。自E3d3下部（深度为2 650 m）地层压力开始升高，至E2s3M地层压力系数大于1.30，达到异常高压。在E2s3M中部压力系数达到最大异常值1.53。在E2s3L顶部，压力系数回落至1.33。

2.3 南区（SZ36-1油田和LD27-2-1井）

南区的SZ36-1油田及LD27-2-1井，从N1g开始到基底，地层压力均为正常压力，无异常高压。

3 现今压力场平面分布特征

利用等效深度法恢复出的单井压力系数及DST、RFT测试压力系数值，结合前人的研究成果［4］，绘制出了辽西低凸起及辽中凹陷东营组二段下至沙河街组一段压力系数平面展布特征图（见图4）。

图4 东二段下—沙一段压力系数平面展布特征

图中粉红色透明区域为使用声波时差值计算的东二段下超压分布范围，包括JZ20-2气田、JZ21-1油气田、JZ25-1、JZ25-1S及JZ31-6油气田等。JZ20-2-1井东二段下超压幅度最大，地层压力系数高达1.80。JZ25-1-2、JZ20-2-13、JZ21-1-1、JZ25-1S-2、JZ31-6-1、JZ31-6-3井东二段下超压幅度稍小，在1.50左右变化。东三段—沙一段异常高压主要分布在南、北 2个地区。JZ25-1S油气田以北基本为异常高压区，超压范围广、幅度大，压力系数最高可达1.70，平均剩余压力达19.5 MPa；中段基本无超压分布，例如SZ36-1油田、JX1-1油田等；辽中南洼超压分布范围、幅度比北洼缩小，最高压力系数1.40。

4 异常地层压力与油气分布关系

异常高压的存在具有重要的石油地质意义，主要表现是：在压实、欠压实和生烃作用下产生的地层压力差驱动油气从高势区向低势区运移聚集成藏［5-7］。这种压差在油气初次运移过程中十分重要，当烃源岩层的异常压力超过岩石破裂压力时，产生微裂缝，形成幕式排烃，从而完成油气的初次运移；同时，异常高压层对油气具有良好的压力封闭作用，它将油气阻止于泥岩层的下方，从而形成烃类聚集［8］；另外，利用储层孔隙压力与上覆封堵层最小主应力进行对比，可用于判定圈闭的完整性［9］。异常高压控制的油气分布有多种形式［10-15］：油气在超压层内部成藏；油气突破封隔层在其上的砂岩储集层中成藏；油气紧邻“压力封闭层”之下成藏。在此，对超压发育幅度较大的北区JZ20-2凝析气田进行剖析，探讨地层压力与油气分布的耦合关系。

JZ20-2气田位于辽西低凸起的北部，其东一段、东二段下—基底都呈现异常高压。南高点的JZ20-2-1井E3s1、E3s2测试有气层，中高点的JZ20-2-3井E3s1、E3s2和Pre-Camb测试有气层或油层，北高点的JZ20-2-5井E3s1、E3s2测试有气层（见表1）。所有气层或油层都处于异常高压带内，其上部有超压泥岩的封堵。JZ20-2气田其余井的产层都处于异常高压带内，储层岩性为白云岩、生物灰岩、凝灰岩、花岗岩（基底）等，盖层为上部E3d2L—E3d3超压泥岩。

JZ20-2气田E3d2L—E3d3为优质烃源岩，但其埋深较浅，没有达到大量生气门限，因此，E3s1、E3s2、K、Pre-Camb中的天然气可能来自东部辽中北洼E2s3烃源岩，上部有E3d2L—E3d3超压泥岩的封盖。而E3d2U油藏可能是本区或辽中北洼E3d2L—E3d3烃源岩中的原油在异常高压的驱动下，沿断层或裂缝运移至E3d2U的常压储层中，上部有超压泥岩封盖，原油在圈闭中聚集成藏，属于油气在超压带内成藏。

表1 JZ20-2气田部分井超压油气层测试成果

5 结论

1）辽西低凸起及辽中凹陷异常高压主要分布在东营组二段下至沙河街组一、三段。从北至南，超压出现层位由新变老，出现深度由浅变深，超压幅度由大变小直至常压。辽西低凸起与辽中凹陷的异常压力发育紧密相连，尤其是北区的JZ20-2构造超压发育幅度非常大，而构造本身缺乏自源超高增压的形成机制，则是辽中凹陷北洼发育的强超压流体侧向传递的结果。

2）从油气藏的纵向分布看，天然气藏主要分布于异常高压带的内部，油藏主要分布于异常高压带内部或异常高压带边缘（常压带或过渡压力带）。从油气藏的平面分布来看，东营组和沙河街组油气藏，均主要位于超压区的边缘或常压区，少数岩性油气藏或封闭条件优越的凝析气藏位于超压区内。若油气藏上覆有压力和泥岩的双重封堵，则油气聚集量明显加大。

3）辽中凹陷及辽西低凸起北部幅度大、范围广的东二段下—沙一段超压体系，封盖条件极为优越，沙三段烃源岩生成的丰富油气难以突破此套封盖层，被封存其下，油气在沙三段异常高压的强力驱动下沿断层-砂体-不整合面组成的输导系统向辽西低凸起及凹陷两侧斜坡带等有利圈闭中聚集成藏，使沙一段、沙二段及潜山成为主要的含油层系；辽中凹陷中、南部地区东三段超压范围、幅度变小，在辽西低凸起和斜坡区缓降为正常压力，封盖能力变差，沙河街组油气丰度降低或油气藏遭致破坏。为此，辽中凹陷及辽西低凸起北部东二段下—沙一段超压封盖层下仍是今后的重点勘探目标区。

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（编辑 王淑玉）

Characteristics of pressure field and its relationship with hydrocarbon distribution in Liaoxi Low Uplift and Liaozhong Sag

Zhou Donghong,Li Jianping,Guo Yonghua
(Tianjin Branch of CNOOC,Tianjin 300452,China)

The phenomenon of overpressure extensively exists in Liaoxi Low Uplift and Liaozhong Sag.The abnormal overpressure mainly distributes from lower Ed2to Es1and Es3members.The hydrocarbons generated from the main hydrocarbon source rocks in Liaozhong Sag which is driven by the strong power of overpressure are delivered to the favorable traps in Liaoxi Low Uplift and the slope belt of Liaozhong Sag,then,gather together as reservoirs along the transferring systems(fault,sand body and unconformity, etc).Gas is mainly accumulated in abnormal overpressure belt and oil is mainly accumulated in abnormal overpressure belt or the edge of it(normal pressure belt or transitional pressure belt).A few lithologic reservoirs and condensate gas reservoirs with the superior sealing conditions are located in overpressure zone.If there is double sealing of overlying mudstone and pressure in the reservoir,the accumulation quantity of oil and gas is obviously increased.

equivalent depth method;pressure field;hydrocarbon distribution;Liaoxi Low Uplift;Liaozhong Sag

国家科技重大专项“辽中凹陷油气成藏规律与勘探方向研究”（2008ZX05023-001-004-001）

TE121.3

：A

1005-8907（2012）01-0065-05

2011-06-21；改回日期：2011-11-20。

周东红，男，1968年生，高级工程师，从事地球物理勘探研究。E-mail：zhoudh@cnooc.com.cn。

周东红，李建平，郭永华.辽西低凸起及辽中凹陷压力场特征与油气分布关系［J］.断块油气田，2012，19（1）：65-69. Zhou Donghong，Li Jianping，Guo Yonghua.Characteristics of pressure field and its relationship with hydrocarbon distribution in Liaoxi Low Uplift and Liaozhong Sag［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：65-69.