1、異常壓力成因及其與油氣成藏關系匯報提綱匯報內容異常地層壓力形成機制異常高壓與油氣成藏關系一、異常地層壓力形成機制異常地層壓力形成機制基礎概念靜巖壓力是指覆蓋在某一深度地層以上的地層基巖和巖石孔隙中流體的總重量所造成的對這個地層的壓力。地層壓力是指作用于巖層孔隙空間內流體上的壓力叫做地層壓力，它又稱為孔隙流體壓力。靜水壓力是指與巖石表面及地表連通的開放體系下的水柱壓力。有效應力是指作用在地層巖石骨架顆粒上的應力。壓力系數Pp為實測地層壓力；Ph為靜水壓力。當p1 時，流體壓力就稱為異常流體壓力異常地層壓力形成機制異常壓力分類異常壓力在中國盆地的分布（據郝芳等，2007） 世界上有180多個沉積盆

2、地的油氣分布與異常高壓有關，高壓油氣田約占全球油氣田的30%。異常地層壓力形成機制異常地層壓力形成機制1、異常低壓成因機制 一般認為，異常低壓主要發育于一些致密氣層砂巖和發生較強烈剝蝕的盆地。地下深部地層的低壓系統也是密閉系統，由于地層受構造拉伸或其他作用使孔隙空間擴容，流體壓力下降，但同時由于體系的封閉性，其他含水系統中的流體又補充不過來，就形成了低壓。（1）上覆地層的抬升和剝蝕（2）不同熱效應（3）地下水流動的不平衡（4）封閉層的滲漏（5）巖石擴容作用（6）濃度差作用（7）氣體飽和儲集層的埋藏成因機制2、異常高壓成因機制（1）欠壓實；（2）生烴作用；（3）構造擠壓；（4）斷層作用；（5）底

3、辟作用；（6）水熱增壓；（7）粘土礦物轉化；（8）滲透作用；（9）壓溶作用；（10）超壓傳遞。成因機制異常地層壓力形成機制 但對具體盆地而言，起主導作用的往往是其中幾個因素甚至一兩個因素。 從世界范圍看，異常高壓的成因機制類型及分布范圍都要超過異常低壓，而且異常高壓對鉆井的危害也要勝過異常低壓，所以對高壓的研究程度遠遠超過低壓。因此，超壓的研究占主要地位。異常高壓形成機制（1）欠壓實 含有大量粘土礦物的沉積物在快速沉積埋藏過程中，沉積物的欠壓實就可能發生（Rubey and Hubbert，1959；Wilson等，1977）。兩個條件：細粒沉積物 ，快速沉積實例： 廊固凹陷始新世和漸新世經歷

4、了一次快速沉積作用,平均沉積速率為0.35mm/a，快速的沉積導致孔隙流體排出受阻,形成異常高壓，厚層泥巖的封閉使異常高壓得以保持（據王志宏等，2008）。 瓊東南盆地晚中新世以后,盆地大幅度沉降,在鶯-黃組沉積過程中,陵水組地層埋深迅速增大,產生壓實排液不均衡。直至陵水組埋深達3486m時，Ro達0.7%左右，地溫達150,出現了異常地層超壓（據王敏芳，2003）。異常高壓形成機制特征：高孔隙度、低密度異常高壓形成機制（2）生烴作用 在新沉積的泥巖中占有大部分比例的有機質（或干酪根）在成巖和后生作用過程中轉化為液態或氣態烴。在轉化過程中生成的流體排出可能會產生或加劇正在壓實的粘土沉積物的超壓

5、、欠壓實狀態：（1）通過增加孔隙壓力；（2）通過二次氣-液相態的形成進一步阻止粒間孔隙水排出。 Jennifer Hansom等人通過對美國Delaware 盆地建模研究，發現生油可產生超壓（大約425atm）超過壓實作用產生的（大約300atm）40%。油和甲烷氣同時生成的區域的超壓最大值（大約750atm）超過壓實作用產生的150%。實例： Mark R. P. Tingay等人對東南亞Malay盆地的研究表明該地區地層中的超壓有1/2到2/3是由于干酪根成熟生氣形成的，剩下的超壓由同時發生的欠壓實作用形成。異常高壓形成機制特征：低孔隙度、 高密度 相比于欠壓實，而對于由生烴作用形成的超壓

6、地層，巖石顆粒間的垂直有效應力雖然減小，但孔隙度卻不會變大，密度也不會變小。 郭小文，何生等（2011）用東營凹陷豐富的測井、測試和地質資料綜合分析超壓成因，在確定超壓泥巖和砂巖均屬于正常壓實的基礎之上，提出生油作用為超壓的主要成因機制，烴源巖生油使孔隙流體膨脹，壓力增加。異常高壓形成機制（3）構造擠壓 構造作用可使異常高壓快速聚集（Osborne 和Swarbrick, 1997）。造山帶的側向擠壓會造成異常高孔隙壓力。實例： 北懷俄明（美國）白堊系泥巖遭受側向擠壓而變形，變形使得層內流體通過滲透性地層排出，地層孔隙度降低，封閉帶內地層壓力增高（Rubey和Hubbert，1959）。 羅曉

7、容（2004）利用數值盆地模型模擬了構造應力直接作用于沉積地層之上對地層壓力的影響.他們發現,在地層完全封閉條件下作用于地層的構造應力的30%50%可轉化為地層流體壓力;隨構造壓力的增加,整個地層巖石柱的重量因孔隙度整體的減小而增加,平均的上覆靜巖壓力系數可達2.4以上;而隨地層異常流體壓力的增加,地層孔隙度相對增加,表明構造應力對沉積地層作用的方式與重力相似,是一種側向上的壓實作用。異常高壓形成機制（4）斷層作用 在美國路易斯安娜和德克薩斯州Gulf Coast地區的一些高壓帶明顯是源于與斷塊伴生的同生沉積與壓實作用的模式。該模式形成側向封堵，連同覆蓋在超壓帶上的巨厚的頁巖，阻止了壓實和別的

8、成巖作用過程期間沉積物中孔隙流體的散失。地層水穿過粘土流動的阻力是壓實過程中孔隙度和滲透率降低的結果。在高壓環境中，泥巖中水的滲透率是微乎其微的，粘土層可以覆蓋在超壓地層上達百萬年之久而沒有因流體穿過粘土層釋放壓力。條件：存在厚泥巖封閉層，側向封堵，伴隨壓實過程 當開啟斷裂所連通的地層內超壓程度不同時,這些地層間的流體壓力就迅速調整,達到平衡,構成新的壓力系統（羅曉容，2000）。異常高壓形成機制(1)為正常地層壓力;(2)中油藏因斷層和剝蝕作用而抬高變淺,但由于此斷層是封閉性的,故油藏仍保持原來的深度時的壓力,這就形成了超壓現象;(3)中油藏因斷層和沉積作用而下降變深,但此斷層的封閉性使其中

9、的地層壓力仍保持原狀,這就形成了低壓異常。異常高壓形成機制（5）底辟作用 在高壓和高溫條件下，鹽體呈塑性，像粘稠的塑膠一樣流動。當上覆沉積的密度大于鹽體的密度時，鹽體的低密度和低強度促使鹽丘發育。鹽丘在形成過程中，鹽被向上擠壓，刺穿上覆沉積構造，在部分鹽丘的周圍形成柔軟的泥頁巖鞘。 在美國Gulf Coast地區鹽丘的形成與沉積作用是同時發生的（右圖）。實例：異常高壓形成機制 郝芳，董偉良等通過研究認為鶯歌海盆地底辟構造帶埋藏深度小于1500m的地層發育較強的超壓,實際上是底辟構造引起的深部強超壓再分配的結果。 廊固凹陷古近紀時期有火成巖侵入體，在廊固凹陷內的牛北斜坡、柳泉構造帶、河西務構造帶

10、及鳳河營構造帶鉆井證實在沙四段上部普遍夾有玄武巖和輝綠巖，如柳泉構造帶曹4井在沙四上段的玄武巖層達15層，累計厚度87 m。巖漿的侵入一方面使得孔隙流體溫度升高,由于孔隙容積并不擴大，從而使孔隙流體壓力增加；另一方面,巖漿的侵入，也使得烴源巖層段成熟度普遍增高，促進了油氣的生成,從而進一步增加了孔隙流體壓力（王志宏、柳廣弟，2008）。異常高壓形成機制（6）水熱增壓 當溫度升高時,如果巖石系統處于一個近似完全封閉或維持在一個固定的體積時就會產生熱液壓力（Osborne 和 Swarbrick, 1997）。如果流體不能排出，則有效應力減小，孔隙壓力增大；因此孔隙流體壓力承擔了更多的上覆巖層壓力

11、。（7）粘土礦物轉化 許多學者已經證明，地層埋深壓實期間，隨深度增加地溫增加的同時，也發生蒙脫石向伊犁石，高嶺石向綠泥石的成巖轉化。 蒙脫石向伊利石的轉化發生在80到120之間，同時釋放出總量等于其一半體積的水（Powers，1967）。 杜彬等人認為蒙脫石轉化為伊利石時，有三方面的因素可引起孔隙流體壓力的增加:一是伊利石對孔隙孔道產生堵塞，從而增加了泥質巖的非滲透性;二是伴隨這個過程有大量的水脫出，三是蒙脫石層間吸附水的密度一般高于自由孔隙水。異常高壓形成機制（8）滲透作用 當離子濃度不同的兩種溶液被半滲透膜隔開時，溶劑會從較稀的一側通過滲濾作用穿過半滲透膜進入較濃的一側，形成滲透壓力。直到

12、半滲透性膜兩邊的擴散化學潛能相等以后，滲透流才停止。因此，如果溶劑持續進入一個濃度更高的封閉空間中時，其壓力就會增加（下圖）。 然而， Swarbrick 和Osbome （1998） 計算發現在北海巖石中，即使礦化度差異高達35%（質量分數）NaCl當量時，也只能形成約3MPa （435psi） 的滲透壓力。異常高壓形成機制（9）壓溶作用 壓溶作用會進一步減小沉積物孔隙體積和孔隙度，增加巖石的密度和強度，降低滲透率，形成成巖封閉。 Agus M. Ramdhan等人在對印尼Peciko油田的研究中發現，該地區形成的超壓主要是生烴作用與壓溶作用成因。通過對井資料的分析該地區的超壓頂界位于化學壓

13、實區，化學壓實形成成巖封閉，下部生成的烴類得不到有效排除，從而產生異常壓力。 沉積物隨埋藏深度的增加，當上覆層的應力超過孔隙水所能承受的靜水壓時，或者受較強的構造應力作用時，顆粒接觸處的應力和溶解度增高而導致的晶格變形和溶解作用的稱壓溶作用。壓溶作用是一種復雜的物理-化學成巖作用，亦稱化學壓實作用。常常作為一種輔助增壓作用。異常高壓形成機制（10）超壓傳遞 地下剩余孔隙壓力的重新分布稱為超壓傳遞（Swarbrick 和Osbome ，1998）。超壓傳遞本身并不是產生超壓的主要機制，但是它對地下許多孔隙壓力剖面的形成有著重要影響，且可能導致下伏超壓的成因機制難以識別。 超壓的水動力學現象在超壓

14、傳遞的時候是一個重要的因素。由欠壓實或流體膨脹產生的超壓和后來的保存需要流體的有效封閉，因為超壓本質上是不穩定的并且總是努力回到靜水壓力平衡狀態（Neuzil, 1995）。因此，高級別的超壓一般認為出現在產生超壓的沉積物內部或者臨近層系（Swarbrick and Osborne, 1998; Lee and Deming, 2002）。然而，另外一個方面的超壓（狹義上并不是一種超壓形成機制）是在一個或者更多水力連通的壓力分隔體中的可能的超壓傳遞（Traugott, 1997; Tingay et al., 2007）。超壓在傾斜，孤立的儲層中重新分配來保持一個類似靜水壓力梯度，導致超壓橫向

15、轉移到構造高峰，這已被很好的證實（Traugott, 1997;Yardley and Swarbrick, 2000）。一些學者也已經證實如果超壓分隔體與另一個更小并且孤立的壓力分隔體存在水力連通（通過蓋層裂縫和活動斷層），那么超壓可能發生垂直傳遞（Grauls and Baleix,1994; Finkbeiner et al., 2001; Tingay et al., 2007）。異常高壓形成機制產生異常高壓的類型有許多。其中，欠壓實和生烴（氣）作用是可獨立產生盆地規模超壓的主要機制。其它的一些成因機制一般對盆地內超壓的形成起輔助作用。 小結：匯報提綱匯報內容異常地層壓力形成機制異常高

16、壓與油氣成藏關系異常高壓與油氣成藏關系（1）異常高壓對油氣生成的影響1） 壓力的增大抑制有機質熱演化和生烴作用;2） 壓力的增大促進有機質的轉化；3） 壓力對有機質熱演化和生烴作用無明顯影響。主要觀點： McTavish首先報道了北海盆地超壓地層內鏡質體演化受到抑制的現象,隨后，Price等相繼報道了在超深井Ro=2.0%-5.0%的地層中仍有中-高濃度的液態烴（C15+）存在，即使當Ro高達7.0%-8.0%時，仍可檢測到有液態烴（C15+）存在。超壓抑制有機質的轉化異常高壓與油氣成藏關系 郝芳等人通過對鶯歌海盆地、瓊東南盆地和渤海灣盆地東濮凹陷不同壓力系統有機質熱演化的綜合對比分析, 識別

17、出超壓抑制有機質熱演化的4 個層次:（1） 超壓抑制了有機質熱演化的各個方面, 包括不同干酪根組分的熱降解（生烴作用）和烴類的熱演化; （2） 超壓僅抑制了烴類的熱演化和富氫干酪根組分的熱降解, 而對貧氫干酪根組分的熱演化不產生重要影響, 因此鏡質體反射率未受到抑制; （3） 超壓抑制了烴類的熱裂解, 而對干酪根的熱降解未產生明顯影響; （4） 超壓對有機質熱演化的各個方面均未產生可識別的影響。 認為超壓對有機質熱演化的抑制作用層次取決于超壓發育后有機質熱演化反應的體積膨脹效應、產物濃度變化速率及超壓的發育特征。異常高壓與油氣成藏關系超壓促進有機質的轉化卓勤功通過研究認為超壓對富硫干酪根生烴起

18、促進作用,而對貧硫干酪根生烴起抑制作用。他在研究濟陽凹陷時發現，對富硫的沙四上亞段烴源巖而言,流體超壓有利于有機質的轉化，沙三中下亞段烴源巖因為貧硫,超壓對有機質生烴起抑制作用,烴類的轉化速率減緩。異常高壓與油氣成藏關系（2）異常高壓對儲集性能的影響超壓對儲層物性的改善主要體現在以下幾個方面：（1）超壓有利于原生孔隙保存（2）超壓有利于次生孔隙形成（3）超壓有利于微裂縫發育（4）超壓抑制儲層膠結物的形成歌海盆地DF1-1井儲層物性隨深度變化特征異常高壓與油氣成藏關系廊固凹陷異常壓力分布與孔隙度分布疊合圖（據王志宏等）異常高壓發育區帶與高孔隙分布區帶相吻合。異常高壓與油氣成藏關系（3）異常高壓對

19、蓋層封閉性的影響 泥巖發育超壓可明顯提高封閉能力，形成“壓力封閉”。壓力封閉不僅可以封閉游離相態的油氣,而且還可以封閉住水溶相態的油氣。它將油氣阻止于泥巖層的下方,從而形成烴類聚集。 正常條件下油氣能通過的各類巖石,在高溫高壓條件下可能成為封蓋層。因為高溫高壓條件下的含烴（尤其是氣）儲集層的熱導率大大低于含水儲集層,在其邊界處會出現負熱動力梯度,此時覆蓋氣藏的巖層就成為“熱”蓋層（據查明等）。 如，鶯歌海盆地超壓泥巖層亦是良好的蓋層，毛細管壓力與壓力封閉疊加，進一步增加了蓋層封閉的有效性。（4）異常高壓對油氣運移的影響異常高壓與油氣成藏關系改善運移通道 TissotandWelte（1984）

20、指出,如果巖石內部的流體壓力,或孔隙內的局部壓力大于周圍靜水壓力的1.42-2.40倍時,則將產生微裂縫。提供運移動力異常高壓與油氣成藏關系（5）異常高壓對油氣聚集和保存的影響在超壓流體封存箱外，異常高壓對油氣具有封堵作用，影響油氣的聚集在超壓流體封存箱內，異常高壓改善儲集空間，利于油氣儲存過高的壓力會造成油藏的破壞和漏失 根據傳統的生烴模式，C15+液態烴在Ro=0.9%左右時開始發生熱裂解，在Ro=2.0%左右時，液態烴和C2-C5重烴氣基本被降解。但在一些深埋超壓地層中，實測鏡質組反射率已達到4%-5%，卻仍發育較高豐度的液態烴（C15+）。異常高壓延緩了有機質向油氣的轉化，從而提高了液

21、態窗的地溫區間。 大港油田分公司勘探開發技術研究中心曾對黃驊坳陷中部歧北地區內C10井和T20井干酪根類型不同的兩塊樣品進行了相同溫度不同壓力、相似壓力不同溫度條件下的油氣產率對比分析熱壓模擬實驗（下表）。實驗表明：異常超壓抑制了歧北地區深部液態烴的高溫裂解,以致液態烴能在較高溫度下保存下來,使該區深部液態烴成藏成為可能。異常高壓與油氣成藏關系（6）異常高壓對油氣分布的影響 在一個超壓盆地中，油氣的分布與超壓體系有著直接或間接的聯系。超壓體是油氣運移的動力、封存力,也是一個大的油氣資源庫。如：墨西哥灣陸架區內,油氣田和油氣儲量集中分布在超壓面附近,處于壓力過渡帶內;土庫曼凹陷內,油氣儲量的89%分布在壓力系數為1.1-1.4的壓力帶內;南里海盆地,大多數烴類聚集在壓力系數為1.3以上的壓力帶內。異常高壓與油氣成藏關系廊固凹陷剩余壓力等值線及油氣分布圖 王志宏，柳廣弟通過對廊固凹陷的研究發現大多數第三系油氣層都發育在超壓帶,且主要分布在高壓流體釋放帶內以及鄰近超壓帶的儲集層中。平面上油氣藏主要分布在廊東、柳泉曹家務等異常高壓發育區,