高邮凹陷沙—花—瓦地区阜一段异常高压成因机理及分布特征

郑元财，吴 燕

(1.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009；2.中国石化江苏石油工程有限公司地质测井处，江苏 扬州 225007)

高邮凹陷沙—花—瓦地区阜一段异常高压成因机理及分布特征

郑元财1，吴 燕2

(1.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009；2.中国石化江苏石油工程有限公司地质测井处，江苏 扬州 225007)

异常高压的存在和油气分布关系密切。通过分析高邮凹陷北斜坡沙—花—瓦地区异常高压的形成机制，发现生烃增压、粘土矿物脱水增压是本区异常高压主要成因。异常高压分布范围在平面上受火成岩影响，只分布于沙埝内坡和花瓦内坡；纵向上受断层性质影响，只发育于吴堡期断层封挡好的层段。

异常高压 阜一段 油气成藏 高邮凹陷

高邮凹陷北斜坡一直是油田增储上产重要区带之一，该区阜宁组三段(E1f3)和阜一段(E1f1)是主要富油层系，尤其在中—外坡勘探程度较高，E1f3已基本实现连片含油、E1f1也已发现多个含油断块，而内坡深层领域由于埋深较大、储层物性差等因素勘探进展相对缓慢。但是，随着中—外坡勘探程度不断提高，拓展内坡深层势在必行。随着近年内坡勘探逐渐深入，多口探井在阜宁组(E1f)地层中钻遇异常高压，根据国内外成熟探区的勘探经验，异常高压与深层油气藏关系密切，对于油气运移、储层物性改善、盖层保存、油藏类型分布等方面具有一定控制作用[1-2]，异常高压油藏已成为高勘探程度油田实现持续发展的新方向。因此，探讨E1f1异常高压成因机理，对内坡带E1f1深层领域油气勘探具有重要的实践意义。

1 地质概况

沙—花—瓦地区位于高邮凹陷斜坡带的中东部，紧临内坡箕状烃源灶，整体为两个宽缓的鼻状构造。该区断层多为吴堡期北倾正断层，圈闭类型为断鼻、断块，现已发现多个含油构造(图1)。该地区E1f1为三角洲前缘亚相沉积，厚度在600～800 m，砂岩较发育，岩性主要为棕红、棕褐和暗色泥岩、粉砂质泥岩与棕褐、灰白色细砂岩、粉细砂岩呈不等厚互层。其上覆阜二段(E1f2)为一套深—半深湖相暗色泥岩、泥灰岩，厚度在200～300 m。E1f2泥岩为本区重要烃源岩，并覆盖于E1f1之上，与之形成良好的生、储、盖组合。

2 异常高压形成机理

异常高压指的是在地下某一特定深度范围的地层中，由于地质因素引起高于正常地层静水压力趋势(压力系数大于1.2)的地层流体压力。通过对地层中各种不同异常高压形成机理的系统分析认为，不同的异常高压形成机理具有不同的作用对象和作用范围，如不均衡压实增压主要存在于泥岩或大套砂岩中，生烃增压则主要发生于成熟—高成熟的烃源岩中，流体热膨胀增压主要发生于封闭体系中，这三者具有一定的普遍性；构造挤压作用增压主要发生于压性盆地中，在前陆盆地山前带具有普遍意义，而对于拉张背景下的断陷盆地关系不大[3-4]。

图1 沙—花—瓦地区构造纲要(T33)

2.1 不均衡压实增压

不均衡压实主要存在于持续快速的埋实上覆地层，进而快速沉积埋藏，孔隙流体来不及排出，孔隙流体承受部分上部地层的有效压力，砂岩孔隙和泥岩孔隙偏离正常压实曲线、大部分原生孔隙得以保存。欠压实导致的异常高压发育的砂岩地层中由于孔隙流体承受了部分上覆沉积物的有效压力，砂岩中会有很大一部分的原生孔隙得以保存。针对这一点，集中观察了研究区异常高压发育层位大量的岩石薄片。在观察中发现研究区E1f1砂岩中的孔隙类型以次生粒间溶孔、粒内溶蚀孔隙、铸模孔为主，原生粒间孔隙所占比例远低于次生粒间孔隙，这为研究区砂岩中异常高压形成的主控因素不是欠压实提供了依据(图2、图3)。

2.2 流体热膨胀增压

流体热膨胀增压指的是地下流体由于温度的升高引起体积膨胀，增加封闭地层系统的孔隙流体压力的作用，其特点就是超压的层位的温度远远大于相同埋深的常压的温度。但是从实测的Hua14井的40号压力系数1.319，为超压层。51号压力系数1.067，从常压层的实测温度看，40号超压层与51号常压层的温度比没有太大变化，皆为107℃(表1)，这说明流体热涨膨胀增压不是异常高压的成因。

图2 内坡Jia1、ShaX22等井储层原生孔、次生孔关系

图3 内坡Jia1、ShaX22等井镜下铸体薄片

2.3 构造抬升增压

在构造抬升作用下，地下流体在完全封闭系统中，岩石受到的平均应力保持原有埋深下的孔隙压力，从而引起异常高压。高邮凹陷自成盆之后的断陷期、坳陷期发生的吴堡运动和三垛运动都造成了斜坡带区域性抬升剥蚀。在不考虑抬升造成孔隙体积反弹等影响因素，分析构造抬升对现今压力系数的影响，便转化成分析该构造运动造成剥蚀量与后期连续沉积地层厚度之间的大小关系。

对于吴堡运动，在本区阜四段(E1f4)─E1f2泥页岩全盆性欠压实，并且后期上覆地层又经三垛运动的剥蚀，因此利用声波时差等法计算吴堡运动造成的剥蚀量数据已经不可信；但是前人[5-8，12]通过研究高邮凹陷E1f4、E1f2两套烃源岩的埋藏史、热史及包裹体测温皆表明了烃源岩的成熟度、生排烃期定型于三垛末期；这结果也从另外角度说明吴堡运动造成剥蚀量与后期连续沉积的戴南组加上三垛组(E2d+E2s)地层厚度相比较，小于E2d+E2s厚度，因此吴堡运动造成的抬升增压可以完全被E2d+E2s形成的减压所抵消。

对于三垛运动，在本区其剥蚀量约1 000～1 200 m[9-11]。盐城组(Ny)的现今埋深也就在800～1 100 m，与剥蚀量的差约为100～200 m。那么在不考虑抬升造成孔隙体积反弹等影响因素，笔者分析了构造抬升对现今压力系数的影响，在0.029～0.067之间(表2)。以Hua14井的40号层为例，现今埋深为3 195.2 m，古埋深约为3 400 m(现今3 195.2 m+与剥蚀量差200 m)，构造抬升对现今的压力系数的贡献为0.06(3 400/3 195.2-1=0.063)，如果再把抬升造成孔隙体积反弹等影响因素考虑进去，那这一影响因素将变的更弱；另外，假设构造抬升造成的异常高压，那么由从内坡到中外坡，剥蚀量逐渐变大，其压力系数也随着增大，但实测结果已经证实不存在这一现象。因此构造抬升并不是异常高压主要成因。

2.4 生烃、粘土矿物脱水增压

生烃增压指的是有机质成熟以后形成的油、气、水的体积远远大于原有机质自身体积，这些流体不断生成进入孔隙中，当流体不能及时排出时，必然引起孔隙流体的压力增大。高邮E1f1油气来源于上覆E1f2烃源岩。斜坡的E1f2泥岩广泛分布。研究表明其泥岩埋深也达到成熟烃源岩排烃门限深度(>2 700 m)，成熟度(Ro)大于0.65，属于成熟烃源岩，具备生烃增压的条件。

粘土矿物脱水增压是指粘土矿物中的蒙皂石向伊利石转化的过程中、释放层间水和析出结晶水，增加储层流体的数量，引起压力升高。粘土矿物中的蒙皂石向伊利石转化的温度一般在80～120 ℃。从内坡Hua14、HuaSX1等井E1f2的实测温度都在100～120 ℃，其E1f2泥岩具备蒙皂石向伊利石转化的温度条件。

前人研究表明，高邮凹陷北斜坡地区Ny沉积前的古埋深大于现今埋深，而且Ny是冷温层，其地层沉积厚度对E1f1砂岩的成岩作用和E1f2烃源岩的增熟作用基本没有影响[12]。因此把Ny沉积厚度去掉发现在1 500 m处Ro=0.65，去Ny后的1 500 m处为粘土矿物出现第二迅速转化埋深点(图4)；这表明在E1f2泥岩在达到1 500 m(去Ny后)，同时到达生排烃门限和粘土矿物脱水转换温度，并大量生排烃、排水、排酸于下伏的E1f1储层，一方面溶蚀孔隙，一方面促使孔隙流体增压，因此在内坡大于1 500 m(去Ny后)，常见到E1f2烃源岩气测异常的地方，其下伏E1f1声波可见明显的欠压实现象(图5)。同样以Hua14井的40号层为例，矿物脱水增压、生烃增压通过计算贡献量约为0.259(实测压力系数1.319-抬升因素贡献0.06-静水压力系数1=矿物脱水增压、生烃增压0.25)，为异常高压主要成因。通过以上分析，可以得出在高邮北斜坡粘土矿物脱水增压、生烃增压是E1f1超压形成的主要成因，并且在同一时期共同作用。

表2 Hua14井等井异常高压成因分析表

图4 去Ny后Ro-Depth、S%-Depth关系

图5 ShaX51、Hua14井声波与深度关系

3 异常高压的形成演化

根据本区构造的演化特征[9]，进一步分析工区E1f1的压力演化趋势。认为工区E1f1受到上覆E1f2泥岩层的封挡，伴随着吴堡运动，地层埋深的逐渐加大、断层的发育、压实作用的加强，E1f1形成封闭空间；并随着未熟E1f2泥岩的排液，E1f1开始缓慢增压；虽然吴堡运动末期造成的抬升暂时性增压，但是其逐渐被连续沉积E2d+E2s形成的减压所抵消；在三垛运动末期，E1f2泥岩达生排烃门限(去Ny后1 500 m)和粘土矿物转换温度，并大量生排烃、排水、排酸于下伏的E1f1储层，一方面溶蚀孔隙，一方面促使孔隙流体迅速增压，这一时期是本区E1f1储层快速增压的重要阶段。后来在Ny时期高邮凹陷发生了构造掀斜，但是由于在三垛运动之前工区E1f1储层已达到了最大埋深，因此后期运动几乎不对超压产生影响(图6)。

图6 北斜坡异常高压演化模式

4 异常高压分布特征及控制因素

高邮凹陷北斜坡E1f1超压来源于E1f2暗色泥岩中粘土矿物脱水转化与生烃增压。根据E1f2泥岩埋深1 500 m(去Ny后)的范围，再结合实测压力系数点发现在高邮的斜坡带，平面上只有沙埝内坡和花瓦内坡为异常高压发育的有利地区。

超压的赋存需要良好的保存条件，而本区火成岩、断层等都影响着这一条件。Sha71、Sha72、Hua35块E1f2均发育一套70～90 m的火成岩，上下蚀变带厚度均在40～50 m，目标块E1f1上部均与火成岩或蚀变带对接，破坏了保存条件，因此在平面上火成岩发育区其高压自然不发育。

纵向上，超压发育长度受断层性质所控制。在斜坡影响E1f1保存条件的断层按期次可划分有两类断层：吴堡期、吴堡—三垛期。通过进一步解剖实例发现，吴堡—三垛期断层活动期长，超压不发育，如FuS1块，主控断层为吴堡—三垛期，其38～40号层实测压力系数为0.998；而对于吴堡期断层，高压纵向上受控于断层的封闭性，如Hua14块，40号层与E1f2泥岩对接，封挡好，高压发育，实测压力系数1.312 9，51号层与E1f1砂岩对接，封挡差，高压不发育，实测压力系数为1.067(表3)，这说明纵向上受断层性质影响，超压只发育于吴堡期断层封挡好的层段。

图7 北斜坡异常高压有利分布区

5 结论

(1)高邮凹陷沙—花—瓦地区的E1f1砂岩异常高压主要成因缘于上覆E1f2泥岩的生烃、粘土矿物脱水增压，并且在同一时期共同作用。

(2)压力演化分析表明在三垛运动末期，E1f2泥岩达生排烃门限(去Ny后1 500 m)，并成为E1f1储层快速增压的重要阶段。

(3)异常高压分布范围在平面上受火成岩影响，只分布于沙埝内坡和花瓦内坡；纵向上受断层性质影响，只发育于吴堡期断层封挡好的层段。

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(编辑 曹征远)

Forming mechanism and distribution characteristics of overpressure in the firstmember of Funing Formation in Sha-Hua-Wa area of Gaoyou Sag

Zheng Yuancai1，Wu Yan2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China;2.JiangsuWellLogging，SINOPEC，Yangzhou225007，China)

There is a close relationship between the existence of overpressure and oil-gas distribution.By analyzing the formation mechanism of overpressure in the north slope of Sha -Hua-Wa area，the pressure of hydrocarbon generation and the dehydration of clay minerals were found to be the main causes of overpressure in this area.In the plane，influenced by the igneous rocks，the distribution range of overpressure is only distributed in Shanian slope and Hua-Wa slope.In vertical，affected by the nature of the faults，the overpressure is only developed in the good blocked layers of Wubao fault.

overpressure；the first member of Funing Formation；hydrocarbon accumulation；Gaoyou Sag

2015-09-28；改回日期：2015-10-22。

郑元财(1979—)，工程师，现主要从事石油地质综合研究工作。电话：0514-87761134，E-mail:zhengyc.jsyt@sinopec.com。

中国石化股份公司(P 13113)；江苏油田分公司(JS 15001)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.001

TE122.1

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