鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组泥岩压实系数与古压力特征

杨 超，贺永红，雷裕红，史 鹏

（1.中国地质调查局，北京，100037；2.陕西延长石油（集团）有限责任公司 研究院，陕西，西安710065；3.中国科学院 地质与地球物理研究所，北京100722）

0 引 言

鄂尔多斯盆地油气资源丰富，经过多年的勘探，油气当量已达到6 000万t/a，但是盆地南部油气当量所占比例较少。这也是南部特殊的地理位置和地质环境所决定的，虽然针对盆地南部也做了大量研究，但是部分基础地质认识还不够系统化［1-14］。如真对盆地南部泥岩压实和古压力的恢复文献相对较少，且研究还不够详细［15-21］。以盆地南部的富县、黄陵、旬邑地区为例，利用钻井、录井、测井等数据资料对研究区泥岩压实系数和古压力进行深入研究和剖析，总结其特征，为后期的盆地模拟和油气勘探决策提供重要的理论支撑。

1 泥岩压实系数

压实系数是反演盆地埋藏过程重要参数，考虑压实作用可以更为准确地恢复地层的埋藏演化历史［22-26］，也是准确获取正常压实段泥岩压实系数，计算泥岩最大埋深古压力的前提。

大量研究证实，声波时差能够更加有效地反映地层孔隙度信息，碎屑岩固结地层的孔隙度与声波时差存在良好的线性关系［1，3，5，7］。通常情况下可表示为（1）的形式

式中 Δt为深度为Z处声波时差，μs/m；Δt0为地表声波时差，μs/m；C为压实曲线斜率；Z为埋藏深度，m.

在单井压实特征分析的基础上，可根据式（1）估算单井的泥岩压实系数。为了获得每段具代表性的压实系数，对全区前面所述65口单井正常压实段的孔-深关系进行了回归拟合，获得了不同地区泥岩压实系数（表1）。

从研究区正常压实曲线的压实系数来看，沉积速率相当，沉积速度较快，压实系数平均为2.867×10-4.不同地区泥岩压实系数略有差别，富县地区压实系数最大，平均3.338×10-4，旬邑地区压实系数次之，平均为3.157×10-4，黄陵地区压实系数最小，平均为2.102×10-4.

从泥质含量和压实系数相关性曲线上可知，泥岩的压实系数与泥质含量具有较好的正相关性（图1）。研究区泥岩压实相对发育程度由砂泥岩配置决定，砂泥岩的配置取决于沉积相对岩性分布的控制。一般条件下，离湖盆越近，泥岩更为发育，而伴随泥质沉积物增多。从研究区泥岩厚度分布可以看到，富县地区长7段及长9段泥岩都是最发育的，而旬邑地区和黄陵地区长9段泥岩不发育。根据统计泥质含量结果表明，富县地区泥质含量最高为0.52，其次为旬邑地区，泥质含量为0.43，黄陵地区泥质含量较低，为0.39（表1）。由以上分析可以看出，富县地区泥岩压实系数最大，其次为旬邑地区，黄陵地区压实系数较小。

图1 泥质含量和泥岩压实系数关系Fig.1 Relation of mud content and mud compaction coefficient

2 泥岩最大埋深古压力

在不考虑烃源岩的影响下，获得泥岩流体压力的常用方法一般为泥岩压实曲线的等效深度法，该方法计算的压力代表了最大埋深时期的古压力。但是越来越多的研究表明，干酪根具有高声波时差特性，压实曲线在烃源岩段往往表现为异常高值，不能够有效的反应储层孔隙变化特征。在利用声波时差数据进行泥岩压实研究过程中，当富含有机质的烃源岩段在压实曲线上表现为高声波时差异常时，定性的分析无法判断多少增量是烃源岩有机质的贡献［27］。前人研究一般不考虑有机质的影响，全部归结为泥岩欠压实作用［28-29］。本次研究利用了李超等（2016）泥岩压实研究的岩石体积模型，对研究区的泥岩古压力进行了校正［27］。该方法对Wyllie方程的岩石体积模型进行修正，将有机质引入烃源岩体积模型。依据Wyllie公式，在对烃源岩声波时差进行理论推导的基础上，提出有机质引起的声波时差增量的校正公式。ΔtTOC=Δt+

式中 φ为孔隙度，%；Δt为声波时差，μs/m；Δtfm为骨架声波时差，μs/m；Δtf为孔隙流体声波时差，μs/m；ν为有机质含量（体积百分比），%；Δtma为岩石骨架声波时差，μs/m；Δtom为有机质声波时差，μs/m；ρ为泥岩密度，g/cm3；ρom为有机质密度，g/cm3；k为有机质转换系数，一般取值为1.25.

表1 不同地区泥岩压实系数统计（10-4）Table 1 Compaction coefficient of mudstone in different areas（10-4）

由于长7段及长9段油页岩发育，有机质含量高达10%，在测井曲线上呈现声波时差异常，因此必须对有机质导致的声波时差异进行校正。通过分别计算有机质校正前后泥岩最大埋深时期古压力，清晰表明，经过有机质校正后，尽管单井压力体系整体没有发生根本性改变，但是泥岩最大埋深古压力明显不同于原始古压力（图2）。富县地区，异常压力从长7顶部开始发育，长7中下部及长9中部过剩压力达到最大，长8段压力有所降低，长7-长9组成一个完整的压力系统。校正之前最大过剩压力为15.8 MPa，与其他研究人员研究结果基本一致［29］。

图2 典型井最大埋深古压力及有机质校正结果Fig.2 Maximum buried paleopressure and remediation of organic matter in typical single well

通过图2（a）可以看到，经过有机质校正之后，长7～长9段声波时差明显降低，欠压实幅度显著减小，计算的地层压力也相应减小。校正之后计算获得的最大压力仅为10 MPa，相较于校正之前，减小非常明显。类似的，对研究区内所有压实曲线进行了有机质校正，重新计算了泥岩最大埋深古压力。结果表明，富县地区过剩压力介于8～10 MPa，黄陵地区过剩压力主要发育在长7段泥岩内，介于4～6 MPa，旬邑地区过剩压力最小，仅为3～5 MPa.因而，在利用等效深度法计算鄂尔多斯盆地泥岩异常压力时，由于未考虑有机质的影响，可能过高地估计了长7段古超压的幅度。

在单井最大埋深古压力计算的基础上，绘制了不同地区内泥岩过剩压力连井剖面图及平面分布图（图3，4），通过对比可以明显发现，研究区不同地区过剩压力略具差异，其中富县地区泥岩厚度大，沉积速率快，从而更有利于形成欠压实，因此过剩压力最大，介于8～10MPa，其次为旬邑地区，最大埋深时期泥岩剩余压力为6～8 MPa，而黄陵地区，由于泥岩厚度较薄，沉积速率相对缓慢，因此异常压力也较低，介于4～5 MPa.

图3 泥岩剩余压力剖面Fig.3 Residual pressure profile of mudstone in study area

图4 泥岩剩余压力平面分布Fig.4 Plan of residual pressure of mudstone in study area

3 结 论

1）泥岩的压实系数明显受到泥质含量及矿物组成的影响。泥质含量和压实系数具有很好的正相关性。富县地区泥岩压实系数最大，其次为旬邑地区，黄陵地区压实系数较小。

2）通过对有机质导致的声波差异的校正，认为早期研究可能高估了长7段古超压的幅度。结果表明，富县地区过剩压力最大，介于8～10 MPa，其次为旬邑地区，最大埋深时期泥岩剩余压力为6～8 MPa，而黄陵地区，由于泥岩厚度较薄，沉积速率相对缓慢，因此异常压力也较低，介于4～5 MPa.