断陷盆地深部超压研究进展——以东濮凹陷和东营凹陷的探讨为例

梁正中

（天津经济技术开发区博士后科研工作站，天津 300457）中海油非常规技术研究所，天津 300452；中国地质科学院地质力学所，北京 100029

袁波，常利娜 （中石化中原油田分公司勘探研究院，河南 濮阳 457001）

断陷盆地深部超压研究进展
——以东濮凹陷和东营凹陷的探讨为例

梁正中

（天津经济技术开发区博士后科研工作站，天津 300457）中海油非常规技术研究所，天津 300452；中国地质科学院地质力学所，北京 100029

袁波，常利娜 （中石化中原油田分公司勘探研究院，河南 濮阳 457001）

通过实测资料、盆地模拟、声波测井和地震速度计算，精细刻画了断陷湖盆深部流体超压特征。对东营凹陷和东濮凹陷的勘探实例研究表明：泥岩层与砂岩储层的压力分布特征存在一定差异，由于烃源岩层生烃传递作用而导致储层形成超压；深部压力系统演化呈现多期旋回性，晚期油气充注以超压背景为主；超压控制着油气形成与分布。

超压；成藏；压力演化；东濮凹陷；东营凹陷

流体异常压力是含油气盆地一种普遍存在的现象。据不完全统计，世界上发现的180个超压盆地中有160多个富含油气资源。实践勘探表明，含油气盆地超压体系与油气藏关系密切，对油气的生成、运移、储集、保存等各成藏要素及过程有着显著影响［1～5］。20世纪90年代，随着油气勘探的深入和多学科交叉研究，油气成藏动力学迅速发展。研究异常地层压力的成因、分布与油气藏形成及分布之间的关系是成藏动力学的核心内容。

我国各大油田越来越重视对盆地内异常压力的研究。中石化西部勘探指挥部根据准噶尔盆地生产需求，设立了多轮针对腹地超压的综合性研究；中海油加大了对近海珠江口、琼东南等含油气盆地超压的研究力度；中石油东部老区深层勘探将以超压层为重要方向。笔者在总结前人研究成果的基础上，以渤海湾盆地东濮凹陷和东营凹陷为例，讨论了我国断陷盆地深部超压研究进展及其成藏意义。

1 地层流体压力研究和预测方法

异常高流体压力或称超压，是地层孔隙流体所具有的压力超过地层埋藏深度的静水压力。分析地下流体压力场的方法较多，多使用实测压力、声波测井和地震速度等资料进行研究。实测压力是超压研究中反映超压现象的最直接证据，但对于极低渗透率的泥页岩，由于其孔隙流体压力难以实测，需利用声波时差、视电阻率和地震速度等资料对超压响应特征进行预测［6，7］。

等效深度法是目前常用压力预测方法的基础，但其自身却存在一定缺陷。EATON法是通过声波测井或密度测井资料，建立测井参数与压力梯度之间的关系，从而计算异常压力。地震速度计算压力能提供更为全面和丰富的三维结构信息，使压力系统的研究得以在盆地级规模上展开。随着计算机技术和数值分析方法的发展，利用数值盆地模型研究流体压力也越来越广泛。

2 现今地层压力特征

从地质角度来看，地层压力结构体系相当于三维空间的地质体。研究者大多采用从点到线，再从线到面的循序渐进的方式，对地层压力结构体系进行系统剖析［8，9］。多数断陷盆地都为箕状断陷，每个箕状断陷都由缓坡带、深陷带和陡坡带3部分组成，以东濮凹陷和东营凹陷勘探成果为例，重点阐述断陷盆地地层压力分布特征。

2.1 超压系统分布

渤海湾盆地大部分地区，在压力－深度交会剖面上呈现 “二段式”典型结构，东营凹陷的超压主要分布于沙河街组三段中亚段 （Esm3）、下亚段 （EsL3）大套泥岩段和沙河街组四段 （Es4）灰色膏盐段。平面上 整 体 呈 现 环 带 状 结 构［8，9］，内 环 为 超 高 压（压力系数Pc≥1.5）系统，中环为超压 （1.5＞Pc≥1.2）系统，外环为低压－常压 （Pc＜1.2）系统，中环高压系统和内环超高压系统均构成了封闭的巨型超压封存箱复合体。各次级构造区带内，洼陷深陷区压力系数较大，向周围斜坡和构造高部位过渡时逐渐减小，直至正常［10］（图1）。

图1 东营凹陷Es3地层压力场分布图

东濮凹陷Es3超压现象较为突出，异常压力区主要分布于凹陷的中北部，且东、西洼陷的压力系数要高于中央隆起带。该压力带的分布格局与区域构造特征和封盖条件密切相关。

2.2 储层超压流体系统

以往对超压的研究多局限于泥页岩层，而忽略了碎屑岩 （以砂岩为主）储层，但两者往往在形成与分布上具有显著差异［10，11］。东营凹陷泥岩的压力分布特征与储层试油的压力分布特征就存在一定偏差，主要表现为泥岩的异常压力中心一般出现在沉积中心，而储层的异常压力中心一般出现在沉积中心的周边、深大断裂带及被洼陷所夹持的中央背斜带。东濮凹陷Esm3储层最大超压与沉积中心也不一致，北部沉积中心为前梨园洼陷，而储层最大超压分布在洼陷西翼斜坡带（图2）。储层超压流体系统的单独提出是对以往超压研究的细化，将更为直接、有效地揭示盆地储层超压流体系统内部油气运聚的过程。

图2 东濮凹陷Es3现今地层压力场分布图

3 超压形成机制

一般认为，超压是由多种因素互相叠置所造成的，其中包括物理、地质、地球化学和动力学等因素。超压的成因机制又可分成3类：①差异压实和构造挤压引起的应力增加；②温度升高、成岩作用、碳氢化合物的分解及气体裂解引起的流体体积变化；③流体运移作用［12，13］。

断陷盆地由于不存在区域构造挤压背景，不均衡压实作用和生烃作用是形成超压的2种主要机制。其中不均衡压实作用是快速沉降盆地超压发育的主要机制，而生烃作用尤其是生气作用是沉降速率较低的古近系、新近系盆地超压发育的主要机制。普遍认为［8～10］，东营凹陷古近系超压广泛发育主要是由于压实不均衡和生烃作用所导致的，水热增压作用对超压的形成也有一定贡献。由于盆地演化的阶段性差异，不同时期可能存在不同增压机制，总的趋势是更强调深部生烃增压传递作用的影响。东濮凹陷深层泥岩、泥页岩的单层厚度较小，一般为5～10m，最大可达30～40m，另一方面，凹陷沉积速率相对较小，泥岩欠压实所产生的增压现象并不显著。故认为，东濮凹陷深层超压多形成于成熟期烃源岩的生排烃过程［14］。

4 压力演化特征

图3 压力演化波动图

针对流体压力特征及成因机制的研究已相对成熟，但是基于古压力恢复及流体压力演化来进行成藏效应分析的研究则相对较少。沉积盆地的古压力研究方法主要包括流体包裹体法、盆地模拟法，或利用黏土矿物的转变、泥岩声波时差、地震波速度等参数推导。

盆地模拟可以定量描述复杂的地质现象，同时考虑多个因素的作用及其相互间的影响。综合模拟结果，可将渤海湾盆地深层超压演化划分为3个阶段［15］：东营组 （Ed）沉积期及之前为超压早期积累阶段；Ed沉积期末，地层遭抬升、剥蚀导致压力下降，为超压下降调整阶段；Ed沉积晚期，地层压力再次增加，属超压晚期发育阶段 （图3）。利用流体包裹体等资料进一步分析认为，渤海湾盆地东营凹陷油气主要成藏期为Ed沉积末期和馆陶组沉积末期至明化镇组沉积期，且都具有由古流体异常所导致的超压特征。

模拟虽能在盆地尺度上再现压力的演化过程，但难以满足小范围的精度要求。近年来，国内外学者提出利用流体包裹体PVT热动力学计算法来测定捕获压力［16］，为古压力的模拟研究提供了一种相对可靠的对比方法。将该定量模拟技术应用于渤海湾盆地东濮凹陷，所获北部地区古压力演化趋势（图3）表明，深部压力系数呈现一定旋回性，即早期超压积累、中期抬升剥蚀期压力下降、晚期超压发育增强，与盆地模拟结果基本一致。

5 结语

超压与油气聚集的关系不仅仅体现在空间展布上，更体现在形成及演化过程中。东营凹陷和东濮凹陷的实例表明，泥岩与砂岩储层的压力分布特征存在一定差异，储层超压多形成于生烃传递作用；深部压力系统演化呈现一定旋回性，晚期油气充注以超压发育为主。

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［编辑］ 邓磊

Progress of Studying on Deep Overpressure in Faulted Basin——By Taking Dongpu and Dongying Depressions for Example

LIANG Zhengzhong，YUAN Bo，CHANG Lina （First Author' s Address：Postdoctoral Research Working Station of Tianjin Economic-technological Development Area，Tianjin 300457，China；Research Institute of Nonconventional Technology，CNOOC，Tianjin 300457，China；Research Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geology Sciences，Beijing 100029，China）

The characteristics of abnormal fluid pressure in the deep area of faulted basin were depicted through tested data and basin simulation，sonic logging and calculation of seismic velocity.Case study of Dongying and Dongpu Depressions indicates that the distribution of abnormal pressure in mudstone and sandstone has certain difference.The overpressure system is induced by the transfer of hydrocarbon genesis in the reservoir，the evolution of deep pressure system is in multi-stage cyclics，the charging of late oil and gas is in the overpressured background and overpressure controls the formation of oil and gas and their distribution.

overpressure；hydrocarbon accumulation；pressure evolution；Dongpu Depression；Dongying Depression

TE122.1

A

1000-9752（2014）12-0007-03

2014-08-10

国家油气重大专项 （2008ZX05006）；企业博士后创新项目择优资助计划。

梁正中 （1978-），男，2000年大学毕业，工程师，博士 （后），现主要从事石油勘探综合地质研究工作。