宋 亮，張營(yíng)革，牟 敏，王 楠，張秀娟，2，張 鵬

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）資源與信息學(xué)院，北京102249）

陸相斷陷盆地超壓系統(tǒng)下的油氣運(yùn)聚
——以車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)為例

宋 亮1，張營(yíng)革1，牟 敏1，王 楠1，張秀娟1，2，張 鵬1

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）資源與信息學(xué)院，北京102249）

為進(jìn)一步探討陸相斷陷盆地超壓系統(tǒng)與油氣運(yùn)聚的關(guān)系，以車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)為例，在明確超壓系統(tǒng)分布特征的基礎(chǔ)上，對(duì)超壓系統(tǒng)在影響排烴模式、提供運(yùn)移動(dòng)力和決定油氣聚集等方面的重要作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，車(chē)西地區(qū)的超壓系統(tǒng)可劃分為弱、中、強(qiáng)超壓3層結(jié)構(gòu)，其圍繞生烴中心呈環(huán)帶狀分布。研究區(qū)超壓系統(tǒng)下存在超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴和超壓凸面幕式排烴2種模式，超壓是油氣初次運(yùn)移和油氣倒灌的主要?jiǎng)恿?，超壓系統(tǒng)的平面分布和縱向配置控制了超壓盆地的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移方向及聚集規(guī)模。根據(jù)研究成果，建立了陸相斷陷盆地超壓源離心泵式油氣運(yùn)聚模式，超壓系統(tǒng)內(nèi)部的有利壓力配置區(qū)、有利泄壓區(qū)域與超壓下部有效儲(chǔ)層的合理配置區(qū)為油氣成藏的潛力區(qū)帶。

陸相斷陷盆地超壓系統(tǒng)油氣運(yùn)聚超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴超壓凸面幕式排烴車(chē)鎮(zhèn)凹陷

車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)洼陷部位的巨厚烴源巖中存在異常高壓，構(gòu)成了欠壓實(shí)超壓系統(tǒng)，已有車(chē)66、車(chē)古25等多口井在超壓層段獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。中外的勘探實(shí)踐也證明，超壓系統(tǒng)與油氣成藏具有十分緊密的聯(lián)系。全世界已發(fā)現(xiàn)超壓盆地180多個(gè)，其中160多個(gè)為富含油氣盆地［1］，超壓油氣田約占全球油氣田的30%［2-3］。在中國(guó)的渤海灣、四川、鶯—瓊和塔里木等盆地也相繼發(fā)現(xiàn)了很多超壓油氣田。近年來(lái)，隨著陸相斷陷盆地的勘探不斷向深層擴(kuò)展，積累了大量的關(guān)于超壓系統(tǒng)與油氣運(yùn)聚成藏的研究成果，在陸相斷陷盆地的成藏動(dòng)力學(xué)研究、油氣成藏機(jī)理分析和勘探目標(biāo)優(yōu)選等方面發(fā)揮了重要作用［4-11］。為此，以車(chē)西地區(qū)為例，探討超壓系統(tǒng)與油氣運(yùn)聚的關(guān)系，進(jìn)一步明確超壓系統(tǒng)下的油氣運(yùn)聚模式，對(duì)于確定車(chē)西地區(qū)油氣成藏潛力區(qū)帶，拓展油氣勘探領(lǐng)域具有重要意義，同時(shí)對(duì)其他陸相斷陷盆地的油氣勘探也具有借鑒意義。

1 勘探概況

車(chē)西地區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷車(chē)鎮(zhèn)凹陷的西部，南、北分別為無(wú)棣—義和莊凸起和埕子口凸起，西鄰慶云凸起，東接大王北洼陷，東西長(zhǎng)約46 km，南北寬約16～18 km，勘探面積約為1 100 km2。研究區(qū)自南向北可依次劃分為南部斜坡帶、中部斷階帶、中央洼陷帶和北部陡坡帶。其古近系呈北斷南超的半地塹型結(jié)構(gòu)，具有典型陸相斷陷盆地的沉積特點(diǎn)。中央洼陷帶發(fā)育巨厚的暗色泥巖沉積，在平面上主要分為車(chē)西和套爾河2個(gè)生油洼陷，縱向上發(fā)育沙三段下亞段、沙三段中亞段和沙一段3套烴源巖。車(chē)西地區(qū)油藏類型豐富，以構(gòu)造、巖性、構(gòu)造-巖性和潛山油藏為主，油氣主要分布于古潛山（套爾河、富臺(tái)油田）、沙四段（東風(fēng)港油田）和沙二段［11-13］。

2 超壓系統(tǒng)的分布特征

由于車(chē)西地區(qū)的超壓系統(tǒng)以非均衡壓實(shí)作用為主要成因，因此采用目前較常用的測(cè)井資料研究地層的壓實(shí)情況，進(jìn)而預(yù)測(cè)地層壓力的變化。通過(guò)對(duì)車(chē)西地區(qū)40余口探井的聲波時(shí)差曲線進(jìn)行分析，擬合出較為合理的泥巖正常壓實(shí)趨勢(shì)線，應(yīng)用等效深度法［14-15］進(jìn)行地層壓力預(yù)測(cè)，并結(jié)合實(shí)際的測(cè)壓資料，對(duì)研究區(qū)超壓系統(tǒng)的分布特征進(jìn)行分析。

2.1 結(jié)構(gòu)劃分

借鑒東營(yíng)凹陷地層壓力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［16］，將車(chē)西地區(qū)的地層壓力劃分為4類，分別為正常壓力、弱超壓、中超壓和強(qiáng)超壓，其壓力系數(shù)分別為0.9～1.1, 1.1～1.2,1.2～1.5和大于1.5。據(jù)此將研究區(qū)的超壓系統(tǒng)劃分為弱、中和強(qiáng)超壓3層結(jié)構(gòu)，且不同洼陷略有不同，其中車(chē)西洼陷為弱—中—強(qiáng)超壓結(jié)構(gòu)，套爾河洼陷為中—中—強(qiáng)超壓結(jié)構(gòu)。

2.2 空間展布

車(chē)西地區(qū)的超壓系統(tǒng)在平面上被車(chē)3鼻狀構(gòu)造帶分隔為2部分，其空間展布與車(chē)西和套爾河2個(gè)生油洼陷基本一致，具有圍繞生烴中心呈環(huán)帶狀分布的特點(diǎn)（圖1）。在洼陷沉降中心，地層壓力最大；在洼陷邊緣和構(gòu)造高部位，隨著埋深變淺、砂巖含量增加以及斷層的切割，地層壓力逐漸減小直至消失。在研究區(qū)縱向的超壓演化過(guò)程中，亦具有不同的特點(diǎn)，其中套爾河洼陷自沙四段上亞段至沙三段中亞段，超壓逐漸減小，而車(chē)西洼陷的超壓則不斷增強(qiáng)，于沙三段下亞段達(dá)到最大。

圖1 車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)沙三段下亞段地層壓力系數(shù)平面分布

3 超壓對(duì)油氣運(yùn)聚的作用

3.1 影響排烴模式

前人將地下流體的流動(dòng)方式分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)2種。穩(wěn)態(tài)流為一種連續(xù)滲流過(guò)程，瞬態(tài)流是指地下流體突然快速流動(dòng)并短期終止的流動(dòng)過(guò)程［17-19］。據(jù)此建立了超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴和超壓凸面幕式排烴2種排烴模式。

圖2 陸相斷陷盆地2種超壓凸面幕式排烴模式

3.1.1 超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴模式

超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴模式是一個(gè)連續(xù)、穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)流過(guò)程。當(dāng)烴源巖埋深達(dá)到生油門(mén)限時(shí)，由于其內(nèi)部能量高、連通性差，而砂巖能量低、連通性好，導(dǎo)致生成的油氣向砂巖層進(jìn)行垂向充注。同時(shí)，驅(qū)使砂巖中的孔隙水沿垂直于流體等勢(shì)線、油氣充注量小的方向進(jìn)行側(cè)向排替，并產(chǎn)生礦物沉淀，形成側(cè)向封隔層。位于車(chē)西和套爾河洼陷生烴中心的濁積扇體均為該種排烴模式成藏，例如車(chē)66井深水濁積扇和車(chē)古25井滑塌濁積扇等。

3.1.2 超壓凸面幕式排烴模式

超壓凸面幕式排烴模式是一個(gè)突然流動(dòng)、短期終止的瞬態(tài)流過(guò)程。根據(jù)Hunt提出的流體壓力封存箱理論［1］，在盆地沉積時(shí)期，當(dāng)超壓系統(tǒng)中的烴源巖大量生烴或構(gòu)造（壓力、抬升）作用使得系統(tǒng)中的壓力增至接近箱緣封隔層巖石的破裂極限壓力時(shí)（巖石破裂極限壓力通常為0.8～0.9倍的巖石壓力），將導(dǎo)致封隔層發(fā)生局部破裂，混相流體沿裂隙通道穿過(guò)封隔層涌出并進(jìn)入鄰近儲(chǔ)層，壓力得到部分釋放；當(dāng)壓力系數(shù)降至1.2～1.3時(shí)，裂縫重新閉合或被方解石脈所充填，因此構(gòu)成了超壓系統(tǒng)幕式壓裂、排烴的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程［20］。

超壓系統(tǒng)頂、底界面凸起處的地層壓力與破裂壓力之差較小，易發(fā)生地層破裂，產(chǎn)生的油氣以混（溶）相涌流的形式進(jìn)入上部或下部系統(tǒng)的巖性圈閉，為間歇、脈沖式過(guò)程，可分為倒灌式和上排式2種模式（圖2）。其中，倒灌式為上覆超壓系統(tǒng)的壓力大于下伏超壓系統(tǒng)，油氣受地層壓差驅(qū)使，向下呈聚集狀運(yùn)移；此時(shí)運(yùn)移動(dòng)力弱，油氣與下部圈閉的接觸面積較小，運(yùn)聚效率較低（圖2a）。上排式為上覆超壓系統(tǒng)的壓力小于下伏超壓系統(tǒng)，油氣受地層壓差和浮力驅(qū)使向上呈發(fā)散狀運(yùn)移，此時(shí)運(yùn)移動(dòng)力充足，油氣與上部圈閉的接觸面積較大，運(yùn)聚效率較高（圖2b）。

3.2 提供油氣運(yùn)移動(dòng)力

在超壓系統(tǒng)內(nèi)部，異常高壓是油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?。油氣由高?shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，主要沿物性最好的沉積相帶進(jìn)行充注，因此儲(chǔ)層出現(xiàn)非油即干的現(xiàn)象。例如在車(chē)西地區(qū)沉積于沙三段下亞段的各類濁積扇體，主要沿物性最好的內(nèi)扇和中扇成藏，而外扇一般均為干層。同時(shí)，在超壓系統(tǒng)的最大剩余壓力界面下部，存在油氣向下運(yùn)移的壓差勢(shì)能，超壓是發(fā)生油氣倒灌的主導(dǎo)因素。如車(chē)西地區(qū)沙四段的灘壩砂油藏和車(chē)古20潛山油藏，其缺少直接的油源條件，由于超壓導(dǎo)致了油氣倒灌成藏［20］。

3.3 控制油氣聚集規(guī)模

在超壓盆地中，油源區(qū)與圈閉的平面壓力分布、儲(chǔ)層與蓋層的縱向壓力配置是控制油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移方向以及聚集區(qū)帶的重要因素，控制了油氣能否成藏及其聚集規(guī)模。

3.3.1 油源區(qū)與圈閉的平面壓力分布

單一超壓系統(tǒng) 在單一超壓系統(tǒng)中，油氣在三維地質(zhì)構(gòu)造的約束下，主要遵循勢(shì)能（主要與地層壓力有關(guān)）降低梯度最大的方向進(jìn)行運(yùn)聚成藏。車(chē)西地區(qū)的構(gòu)造形態(tài)屬于典型的長(zhǎng)條形不對(duì)稱盆地樣式，根據(jù)勢(shì)能降低梯度和接觸烴源巖的面積，其油氣運(yùn)聚方向應(yīng)以緩坡最為有利，陡坡相對(duì)較好，而兩翼則為次要成藏區(qū)帶。目前車(chē)西地區(qū)的勘探實(shí)踐證實(shí)，南部緩坡帶已發(fā)現(xiàn)的油氣資源較多，相繼發(fā)現(xiàn)了東風(fēng)港和套爾河油田，上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量亦最多；車(chē)西洼陷東、西兩翼發(fā)現(xiàn)的油氣資源次之，主要為東翼富臺(tái)油田，已上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量少于南部緩坡帶；而在車(chē)西北部陡坡帶的砂礫巖體中僅有20余口井見(jiàn)到油氣顯示或工業(yè)油流，未上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量，表明該區(qū)帶仍具有較大的勘探潛力。

多超壓系統(tǒng) 橫向上，多個(gè)不同油源區(qū)超壓強(qiáng)度的差異會(huì)導(dǎo)致不同的油氣聚集方向，并對(duì)圈閉的油氣成藏產(chǎn)生不同的影響。在不考慮超壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化的基礎(chǔ)上，若凸起處發(fā)育有效圈閉，其兩側(cè)的生烴凹陷均為超壓系統(tǒng)，則圈閉中油氣的聚集主要表現(xiàn)為，地層壓力相對(duì)較大的超壓系統(tǒng)（生烴凹陷）提供油氣運(yùn)移的動(dòng)力，地層壓力相對(duì)較小的超壓系統(tǒng)（生烴凹陷）則成為油氣運(yùn)移的阻力，最終圈閉主要接收來(lái)自地層壓力相對(duì)較大的超壓系統(tǒng)（生烴凹陷）的油氣；反之亦然。例如車(chē)西地區(qū)富臺(tái)油田的油氣聚集成藏即屬于2個(gè)超壓系統(tǒng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)演化的結(jié)果，富臺(tái)油田位于車(chē)古20潛山、車(chē)西與套爾河2個(gè)生油洼陷之間，為大型的洼中隆構(gòu)造；在油氣成藏過(guò)程中，車(chē)古20潛山發(fā)育的圈閉可接收來(lái)自車(chē)西和套爾河2個(gè)超壓系統(tǒng)提供的油源，是油氣運(yùn)聚的長(zhǎng)期指向區(qū)，成藏條件極為有利。

3.3.2 儲(chǔ)層與蓋層的縱向壓力配置

在深層超壓環(huán)境下，油氣成藏與儲(chǔ)、蓋層的巖性配置有關(guān)，且儲(chǔ)、蓋層的縱向壓力配置對(duì)油氣成藏也具有重要的影響。幕式排烴理論認(rèn)為［21-22］，當(dāng)?shù)貙訅毫_(dá)到巖石破裂極限壓力時(shí)，將導(dǎo)致巖石破裂，引發(fā)油氣的幕式成藏或逸散。根據(jù)蓋層是否破裂，將常見(jiàn)的儲(chǔ)、蓋層壓力配置關(guān)系分為儲(chǔ)層壓力大于蓋層破裂壓力和儲(chǔ)層壓力小于蓋層破裂壓力2種，其油氣成藏條件截然不同。當(dāng)儲(chǔ)層壓力大于蓋層破裂壓力（為靜巖壓力的85%）時(shí)，不利于油氣成藏；如車(chē)663井4 125～4 270 m井段（圖3a），其底部4 254～4 256 m井段薄層砂巖的平均地層壓力系數(shù)為1.58，4 194～4 252 m井段上覆蓋層的平均地層壓力系數(shù)為1.53，當(dāng)蓋層破裂時(shí)，油氣發(fā)生逸散；因此，油氣在底部的超壓儲(chǔ)層中未能成藏，僅見(jiàn)到熒光顯示，頂部的泥巖由于裂縫較發(fā)育，僅殘留部分油氣，試油結(jié)果為油水同層，產(chǎn)油量為0.44 t/d。當(dāng)儲(chǔ)層壓力小于蓋層破裂壓力（為靜巖壓力的85%）時(shí)，有利于油氣成藏；如車(chē)古25井4 337～4 375 m井段（圖3b），其4 338～4 368 m井段礫巖儲(chǔ)層和4 328～4 337 m井段上覆蓋層的平均地層壓力系數(shù)分別為1.19和1.45，儲(chǔ)、蓋層的縱向壓力配置合理，因此有利于油氣聚集成藏，試油產(chǎn)油量為22 t/d。

圖3 車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)巖性和地層壓力系數(shù)剖面

4 油氣運(yùn)聚模式

根據(jù)陸相斷陷盆地的沉積地質(zhì)條件，結(jié)合車(chē)西地區(qū)的實(shí)際勘探情況，明確了超壓系統(tǒng)下的油氣運(yùn)聚特點(diǎn)，建立了超壓源離心泵式油氣運(yùn)聚模式（圖4）。在該運(yùn)聚模式中，具有超壓的烴源巖是核心和物質(zhì)基礎(chǔ)，產(chǎn)生的異常高壓可作為油氣運(yùn)移的動(dòng)力。其作用類似于離心泵，將生成的油氣向周?chē)娜S地質(zhì)空間周期性排出，通過(guò)斷層、不整合面和輸導(dǎo)巖層等優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道的溝通，使油氣呈環(huán)帶狀圍繞超壓烴源巖聚集成藏。按空間位置、壓力和運(yùn)聚方式的不同，又可分為內(nèi)部超壓接觸式、下部高壓倒灌式和上部常壓上排式3種子模式。

圖4 車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)超壓源離心泵式油氣運(yùn)聚模式

4.1 內(nèi)部超壓接觸式

該模式主要分布于車(chē)西和套爾河洼陷的中心部位，呈泥包砂結(jié)構(gòu)，油氣輸導(dǎo)條件優(yōu)越，油氣運(yùn)移動(dòng)力主要為砂、泥巖之間的地層壓力差，儲(chǔ)、蓋層之間合理的壓力配置是其油氣成藏的關(guān)鍵。對(duì)于濁積扇，構(gòu)造低部位扇體的油氣運(yùn)移動(dòng)力大，油氣會(huì)優(yōu)先注入并成藏；在同一扇體的構(gòu)造高部位，由于超壓的傳遞作用，可能會(huì)導(dǎo)致蓋層破裂，形成泥巖裂縫油藏；對(duì)于近岸扇，油氣優(yōu)先注入物性較好的扇中和扇端部位，而扇根存在側(cè)向封堵，可形成巖性上傾封堵油藏。例如位于洼陷中心部位、主探沙三段下亞段深水濁積扇的車(chē)66和車(chē)660井均于沙三段下亞段試油獲得高產(chǎn)工業(yè)油流；向南至斜坡高部位的車(chē)662井，同樣為深水濁積扇，但由于扇體上部發(fā)育泥巖裂縫，可能發(fā)生地層破裂造成油氣逸散，對(duì)沙三段下亞段的濁積扇和泥巖段合試，僅獲得5.8 t/d的低產(chǎn)油流；北部的車(chē)661井位于近岸扇體的扇端部位，于沙三段下亞段僅見(jiàn)熒光顯示，其高部位的扇中部位可能更有利于油氣成藏。因此，對(duì)于內(nèi)部超壓接觸式油氣運(yùn)聚模式，有利的壓力配置區(qū)即超壓內(nèi)部相對(duì)低壓區(qū)為油氣成藏的潛力區(qū)帶。

4.2 下部高壓倒灌式

該模式主要分布于車(chē)西地區(qū)南坡臨近洼陷的沙四段上亞段中，通常為中弱超壓地層。其油氣向下倒灌運(yùn)移的動(dòng)力主要為上、下地層之間的壓力差，泄壓區(qū)位置與有效儲(chǔ)層的合理配置控制其油氣成藏。主要形成2種油藏類型：一種為通過(guò)溝通上部油源的斷層進(jìn)行輸導(dǎo)，主要形成油氣在構(gòu)造高部位優(yōu)先成藏的構(gòu)造-巖性油藏；另一種為通過(guò)上部超壓系統(tǒng)的幕式排烴產(chǎn)生的微裂縫進(jìn)行輸導(dǎo)，主要形成巖性上傾尖滅油藏。例如車(chē)25和車(chē)254井沙四段上亞段的灘壩油藏。對(duì)于下部高壓倒灌式油氣運(yùn)聚模式，有利泄壓區(qū)域與超壓下部有效儲(chǔ)層的合理配置區(qū)為油氣成藏的潛力區(qū)帶。

4.3 上部常壓上排式

該模式的超壓系統(tǒng)上部多為常壓地層，靠近洼陷處，部分儲(chǔ)層由于油氣注入而具有弱超壓。油氣上排的主要?jiǎng)恿楦×?，通過(guò)斷層和滲透性地層進(jìn)行輸導(dǎo)，有效儲(chǔ)層的分布控制其油氣成藏，主要形成構(gòu)造、構(gòu)造-巖性和巖性油藏。例如車(chē)西地區(qū)沙二段灘壩油藏和遠(yuǎn)離洼陷的沙四段上亞段灘壩油藏。

5 結(jié)論

車(chē)鎮(zhèn)凹陷車(chē)西地區(qū)的超壓系統(tǒng)具有弱、中、強(qiáng)超壓3層結(jié)構(gòu)，其演化過(guò)程和空間展布復(fù)雜多變，整體與生烴中心一致，呈環(huán)帶狀分布。陸相斷陷盆地的超壓系統(tǒng)對(duì)油氣運(yùn)聚影響顯著。在超壓系統(tǒng)中，存在超壓內(nèi)部穩(wěn)態(tài)排烴和超壓凸面幕式排烴2種排烴模式；異常高壓是油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?，以及發(fā)生油氣倒灌的主導(dǎo)因素；超壓盆地中，油源區(qū)與圈閉的平面壓力分布、儲(chǔ)層與蓋層的縱向壓力配置是控制油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移方向以及聚集區(qū)帶的重要因素，決定了油氣能否成藏及其聚集規(guī)模。根據(jù)建立的陸相斷陷盆地超壓源離心泵式油氣運(yùn)聚模式，認(rèn)為超壓內(nèi)部的有利壓力配置區(qū)、有利泄壓區(qū)域與超壓下部有效儲(chǔ)層的合理配置區(qū)是油氣成藏的潛力區(qū)帶。

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編輯鄒瀲滟

歡迎訂閱2014年《石油鉆探技術(shù)》

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TE111.1

A

1009-9603（2014）01-0028-05

2013-12-01。

宋亮，男，工程師，碩士，從事石油勘探綜合研究。聯(lián)系電話：（0546）8791622，E-mail：songliang623.slyt@sinopec.com。

中國(guó)石化科研攻關(guān)項(xiàng)目“濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖油氣富集區(qū)地震預(yù)測(cè)技術(shù)研究”（P12039）。