王子嵩, 劉 震*, 王振峰, 孫志鵬, 王 兵, 劉 鵬,陳宇航, 曹 尚

1)中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249;2)中海油(中國(guó))有限公司湛江分公司, 廣東湛江 524057

瓊東南盆地深水區(qū)中央坳陷帶異常壓力分布特征

王子嵩1), 劉 震1)*, 王振峰2), 孫志鵬2), 王 兵1), 劉 鵬1),陳宇航1), 曹 尚1)

1)中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249;2)中海油(中國(guó))有限公司湛江分公司, 廣東湛江 524057

異常地層壓力是現(xiàn)今瓊東南盆地深水區(qū)油氣勘探面臨的一個(gè)重要地質(zhì)問(wèn)題。運(yùn)用最新構(gòu)建的基于孔隙性巖石靜力平衡方程的地層壓力預(yù)測(cè)模型, 確定了中央坳陷帶異常地層壓力分布特征, 并分析了不同凹陷超壓發(fā)育特征存在差異的原因。研究表明: (1)中央坳陷帶單井壓力剖面存在常壓型、單段超壓型、超壓囊型和旋回超壓型4種類(lèi)型; (2)超壓頂界面埋深從陸架向深海、從西向東逐漸增大; (3)縱向上, 從淺水區(qū)到深水區(qū)、由西向東超壓跨越層位逐漸增多, 從淺層到深層超壓強(qiáng)度逐漸增大, 但樂(lè)東、寶島和北礁凹陷具有“雙層式”超壓結(jié)構(gòu); 平面上, 以樂(lè)東、陵水、松南和寶島4個(gè)凹陷為強(qiáng)超壓中心, 超壓強(qiáng)度向南北兩側(cè)(低)凸起逐漸降低?？傮w上中央坳陷帶超壓分布具有一定規(guī)律性, 但是不同凹陷間超壓分布特征又具有差異性。這種差異主要受到晚期快速沉降速率、泥巖發(fā)育特征、烴源巖成熟度和斷裂發(fā)育特征等因素的影響。關(guān)鍵詞: 差異性; 分布特征; 異常地層壓力; 中央坳陷帶; 深水區(qū); 瓊東南盆地

地層壓力直接影響沉積盆地油氣生成、運(yùn)移和聚集, 在油氣勘探、開(kāi)發(fā)及資源評(píng)價(jià)中的意義日益受到重視(郭志峰等, 2011)。地層壓力是影響流體勢(shì)的重要因素, 而流體勢(shì)分布又是判斷油氣運(yùn)移方向和聚集區(qū)域的直接證據(jù)。一般情況下, 超壓作為油氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿χ? 能夠促進(jìn)油氣的運(yùn)移, 而儲(chǔ)層中早期形成的高壓也能夠阻止后期生成油氣的充注, 同時(shí)盆地內(nèi)超壓體系的上部或下部的壓力過(guò)渡帶可以成為油氣聚集的良好場(chǎng)所。近年來(lái)發(fā)現(xiàn),地層壓力預(yù)測(cè)對(duì)保護(hù)儲(chǔ)層尤其是天然氣儲(chǔ)層也具有特別重要的意義(郝芳等, 2004; 徐兆輝等, 2011)。由此可見(jiàn), 沉積盆地超壓體系與油氣藏的關(guān)系密不可分, 超壓體系油氣藏是未來(lái)油氣勘探的重要方向之一(蘇龍等, 2012)。

我國(guó)南海北部陸坡深水區(qū)油氣資源前景廣闊,勘探潛力巨大, 具備形成大中型油氣田的基本地質(zhì)條件(何家雄等, 2008; 李祥輝等, 2009; 雷超等,2011), 因此加快該區(qū)勘探勢(shì)在必行。瓊東南深水區(qū)位于南海北部陸坡深水區(qū)西部, “高溫高壓”是本區(qū)一個(gè)重要地質(zhì)特征(楊計(jì)海, 1999; 朱光輝等,2000; 王敏芳, 2003; 李緒深等, 2005; 祝建軍等,2011), 而強(qiáng)超壓是油氣勘探過(guò)程中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題, 弄清超壓分布特征及其成藏意義至關(guān)重要。瓊東南盆地內(nèi)超壓對(duì)油氣成藏的積極作用體現(xiàn)在: 超壓保存深部?jī)?chǔ)層部分孔隙度, 提高了儲(chǔ)層物性(肖軍等, 2007); 超壓蓋層更利于封蓋油氣(如YC13-1大氣田梅山組超壓泥巖蓋層); “低壓脊”利于超壓區(qū)內(nèi)油氣的運(yùn)聚(胡忠良等, 2005); 超壓流體上竄形成氣煙囪(王秀娟等, 2008), 成為油氣垂向運(yùn)聚的良好通道; 高溫高壓為凝析氣藏形成創(chuàng)造了條件(L13-C凝析氣藏)。超壓對(duì)油氣成藏的消極作用體現(xiàn)在: 早期形成的儲(chǔ)層超壓阻礙后期油氣的充注(胡忠良等, 2005); 強(qiáng)烈的儲(chǔ)層超壓有可能導(dǎo)致上覆蓋層壓裂, 致使油氣散失(王敏芳, 2002; 胡忠良等, 2005)。瓊東南盆地已鉆遇高壓儲(chǔ)層大多以失敗告終, 因此必須對(duì)高壓背景下油氣成藏機(jī)理給予足夠的重視。

前人研究成果(劉福寧等, 1994; 楊計(jì)海, 1999;朱光輝等, 2000; 李純?nèi)? 2002; 王敏芳, 2003; 李緒深等, 2005; 肖軍等, 2007; 祝建軍等, 2011; 蘇龍等, 2012)主要集中在盆地西部或僅限于淺水區(qū), 少數(shù)在深水區(qū)的研究主要針對(duì)超壓形成機(jī)制, 對(duì)超壓分布特征研究較為籠統(tǒng), 尤其是對(duì)不同凹陷間超壓具體分布特征及超壓與油氣成藏關(guān)系缺乏深入研究和總結(jié)。本文基于深水區(qū)最新勘探進(jìn)展和研究成果,著重預(yù)測(cè)分析了深水區(qū)中央坳陷帶地層壓力分布,并探討了不同凹陷超壓分布具有差異性的原因以及超壓對(duì)油氣成藏的影響, 以期為瓊東南深水區(qū)高壓背景下油氣勘探提供理論指導(dǎo)和幫助。

瓊東南盆地位于海南省與西沙群島之間海域,總體呈北東展布, 是一個(gè)位于南海北部大陸架上的新生代典型被動(dòng)陸緣盆地, 其西以 1號(hào)走滑斷裂帶與鶯歌海盆地分開(kāi), 東北以神狐隆起與珠江口盆地相隔。依基地?cái)嗔押凸沤o(jì)地層展布, 盆地可劃分為北部坳陷帶、中部隆起帶、中央坳陷帶、南部隆起帶和南部坳陷帶 5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元, 組成“三坳夾兩隆”的構(gòu)造格局(許懷智等, 2012)(圖 1)。瓊東南深水區(qū)(水深＞500 m)包括中央坳陷帶、南部坳陷帶和南部隆起帶, 其中, 中央坳陷帶又可以分為樂(lè)東凹陷、陵水凹陷、松南凹陷、寶島凹陷、長(zhǎng)昌凹陷和北礁凹陷共6個(gè)凹陷以及陵南低凸起和松南低凸起2個(gè)低凸起。

盆地經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷期、早—中新世熱沉降期和晚中新世以來(lái)的新構(gòu)造期3大構(gòu)造演化階段。在裂陷階段, 盆地依次沉積了始新統(tǒng)陸相嶺頭組、下漸新統(tǒng)海陸過(guò)渡相崖城組、上漸新統(tǒng)濱-淺海相陵水組; 進(jìn)入新近紀(jì)坳陷階段, 盆地接受了從濱淺海相到深海相的連續(xù)沉積, 海水深度逐漸加深, 沉積地層包括下中新統(tǒng)三亞組、中中新統(tǒng)梅山組、上中新統(tǒng)黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組。

1 基于靜力平衡的地層壓力計(jì)算模型

目前, 多數(shù)地層壓力計(jì)算模型都是基于有效應(yīng)力理論構(gòu)建, 本次研究從孔隙性巖石靜力平衡方程出發(fā), 建立靜力平衡地層壓力計(jì)算模型, 以減少模型變量, 提高預(yù)測(cè)精度。

1.1 孔隙性巖石靜力平衡方程

當(dāng)巖石處于受力平衡狀態(tài)時(shí), 孔隙性流體壓力可以表示為:

其中: POV為測(cè)壓點(diǎn)上覆總負(fù)荷應(yīng)力, MPa; σ為有效應(yīng)力, MPa; Pf為孔隙流體壓力, MPa。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig. 1 Tectonic division of the Qiongdongnan Basin

1.2 深水區(qū)地層壓力計(jì)算模型構(gòu)建

(1)上覆負(fù)荷求取

地層上覆負(fù)荷可以表示為密度函數(shù)對(duì)深度的積分, 在瓊東南盆地深水區(qū)可以表示為:

其中, h為海底以下埋深, m; h0為計(jì)算點(diǎn)在海底以下的深度, m; g為重力加速度, N/Kg; ρw為海水密度, 1.05 g/cm3; H0為計(jì)算點(diǎn)上覆海水深度, m。

(2)有效應(yīng)力求取

有效應(yīng)力求取是建立靜力平衡地層壓力計(jì)算模型的關(guān)鍵, 需要尋找有效應(yīng)力與地球物理參數(shù)之間的計(jì)算模型。

利用修正和改進(jìn)的Athy模型(Smith, 1971), 孔隙度和有效應(yīng)力存在以下關(guān)系:

其中, φ0為地表孔隙度, 深水區(qū)對(duì)應(yīng)海底孔隙度; k為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)常數(shù); σ為有效應(yīng)力。該式可以改寫(xiě)為有效應(yīng)力表達(dá)式:

深水區(qū)鉆測(cè)井資料缺乏, 地震資料相對(duì)較多,因此地層速度就成為在地層壓力預(yù)測(cè)時(shí)的一個(gè)很好的地球物理參數(shù), 須想辦法建立有效應(yīng)力與地層速度的關(guān)系。

利用時(shí)間平均方程得到深水區(qū)地層孔隙度計(jì)算公式:

其中, φ為地層孔隙度, △t、△tf和△tm分別為飽含流體的地層、孔隙流體和巖石骨架的聲波時(shí)差,單位μs/m。深水區(qū)孔隙流體聲波時(shí)差629 μs/m, 泥巖骨架聲波時(shí)差 182 μs/m, 砂巖骨架聲波時(shí)差 164μs/m。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中, 考慮到巖石膠結(jié)或壓實(shí)程度, 需要對(duì)時(shí)間平均方程加入經(jīng)驗(yàn)型校正因子CP。

將式(5)代入式(4)可得:

上式中, k、△tf、△tm、φ0和CP都是地區(qū)經(jīng)驗(yàn)性常數(shù), 令:

然后擬合深水區(qū)有效應(yīng)力計(jì)算模型。由于缺乏實(shí)測(cè)有效應(yīng)力數(shù)據(jù), 可以在實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上, 通過(guò)式(1)得到有效應(yīng)力, 然后擬合有效應(yīng)力與對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差的關(guān)系, 最終得到深水區(qū)泥巖有效應(yīng)力計(jì)算模型:

其中, △t為計(jì)算泥巖點(diǎn)聲波時(shí)差, 單位μs/m。可以看出, 有效應(yīng)力僅為聲波時(shí)差的函數(shù), 這樣減少了變量, 有助于提高預(yù)測(cè)精度。另外, 在進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)時(shí), 利用附近單井實(shí)測(cè)壓力計(jì)算出的有效應(yīng)力對(duì)上式算出的有效應(yīng)力進(jìn)行校正, 可以進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(3)靜力平衡地層壓力計(jì)算模型建立

結(jié)合式(1)、(2)和(9)便可以得到深水區(qū)地層壓力計(jì)算模型:

其中, λ為具體的有效應(yīng)力校正系數(shù)。由此, 在已知某泥巖點(diǎn)深度、上覆海水深度和地層速度的情況下, 就可以求出該點(diǎn)地層壓力。最后利用實(shí)測(cè)壓力值對(duì)預(yù)測(cè)壓力值進(jìn)行系統(tǒng)校正以得到更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。

1.3 地震絕對(duì)速度合成

地震絕對(duì)速度包含低頻速度分量和中頻速度(相對(duì)速度)分量。通過(guò)地震速度譜資料建立低頻速度模型, 然后利用有色反演方法從地震資料中提取相對(duì)速度, 最后將這兩個(gè)速度分量疊加可以合成高質(zhì)量的地震絕對(duì)速度(郭志峰等, 2012)。

將合成的地震絕對(duì)速度代入式(10), 即可以求出該點(diǎn)的地層壓力。

1.4 應(yīng)用效果

選取中央坳陷帶內(nèi)部 10口探井(圖 1), 利用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)了地層壓力(圖2)。由預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出, 預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合較好, 說(shuō)明該方法在深水區(qū)可行性較高。

圖2 中央坳陷帶單井地層壓力剖面Fig. 2 Formation pressure profiles of wells in central depression belt

2 異常壓力分布特征

2.1 單井壓力特征

根據(jù)淺水區(qū)單井壓力剖面類(lèi)型(李純?nèi)? 2002;蘇龍等, 2012), 中央坳陷帶單井地層壓力剖面分為四種類(lèi)型: 常壓型(W10井)、單段超壓型(W2、W3、W4、W5和 W7井)、超壓囊型(W6和 W9井)和旋回超壓型(W1和W8井)(圖2)。

2.2 二維剖面壓力特征

在深水區(qū)中央坳陷帶內(nèi)部選取兩條典型二維地震剖面進(jìn)行地層壓力預(yù)測(cè), 從剖面上揭示中央坳陷帶超壓分布特征(圖3)?？傮w上, 超壓強(qiáng)度表現(xiàn)為從淺層到深層逐漸增大, 超壓跨越層位從淺層到深層、從西向東逐漸減少。

沿壓力系數(shù)剖面 A, 從西向東超壓頂界埋深逐漸增大、所處層位逐漸變老, 由樂(lè)東凹陷樂(lè)東組底部逐漸過(guò)渡到北礁凹陷三亞組內(nèi)部, 最后在長(zhǎng)昌凹陷切割陵水組和崖城組。在超壓發(fā)育強(qiáng)度和規(guī)模上,從西向東同樣逐漸降低和減小。樂(lè)東—陵水凹陷為統(tǒng)一的強(qiáng)超壓中心, 該中心規(guī)模大、強(qiáng)度高(2.0以上), 主要分布在黃流組及其以下地層中, 且向西逐漸增大增強(qiáng)過(guò)渡到鶯歌海盆地強(qiáng)超壓區(qū), 向東或東南超壓強(qiáng)度逐漸降低, 同時(shí)該強(qiáng)超壓中心又具有陵水組和始新統(tǒng)兩個(gè)相對(duì)高值區(qū)。陵南低凸起處于強(qiáng)超壓區(qū)中心邊緣, 超壓強(qiáng)度明顯降低, 壓力系數(shù)約為1.3～1.5, 且相對(duì)高值區(qū)主要分布在三亞組—陵水組。北礁凹陷超壓強(qiáng)度和范圍明顯減小, 總體上超壓分布表現(xiàn)為“雙層式”, 淺層超壓對(duì)應(yīng)三亞組—陵水組, 深層超壓對(duì)應(yīng)崖城組—始新統(tǒng)。長(zhǎng)昌凹陷超壓僅小范圍分布在凹陷最深處, 壓力系數(shù)分布在1.2～1.4之間。

圖3 中央坳陷帶壓力系數(shù)剖面分布特征Fig. 3 Vertical distribution characteristics of pressure coefficients in central depression belt

在壓力系數(shù)剖面B中, 松南凹陷陸架部分超壓開(kāi)始于鶯歌海組頂部, 向深海過(guò)渡超壓頂界面發(fā)育層位快速變老變深, 到寶島凹陷超壓頂界面穩(wěn)定在三亞組。從超壓發(fā)育強(qiáng)度和規(guī)模上看, 該剖面以松南凹陷為強(qiáng)超壓中心, 向兩側(cè)逐漸減弱。松南凹陷壓力系數(shù)高達(dá) 2.0, 強(qiáng)超壓區(qū)分布在三亞組及其以下層位, W7井實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)證明了該強(qiáng)超壓的存在。從松南凹陷向?qū)殟u凹陷過(guò)渡的陸坡區(qū), 相同層位的壓力系數(shù)快速降低, 進(jìn)入寶島凹陷中部, 形成一個(gè)小規(guī)模的超壓高值區(qū), 對(duì)應(yīng)三亞組底部—陵水組頂部, 壓力系數(shù)高達(dá)1.7。

需要指出, 大陸坡折處淺層出現(xiàn)壓力系數(shù)上拱的異?，F(xiàn)象, 而深層地層壓力和壓力系數(shù)相對(duì)正常。淺層異常的原因是該處地震速度譜低速異常,導(dǎo)致反演出的地層絕對(duì)速度低速異常, 從而使得預(yù)測(cè)壓力系數(shù)相對(duì)較高。瓊東南盆地大陸坡折處沉積物具明顯垮塌現(xiàn)象, 導(dǎo)致地層相對(duì)疏松, 地層速度明顯低于周?chē)貙? 這可能是導(dǎo)致壓力系數(shù)上拱的原因。另外, 地震資料的前期處理不當(dāng)也可能導(dǎo)致地層速度偏低。

2.3 壓力平面特征

基于多條壓力預(yù)測(cè)剖面, 確定了中央坳陷帶超壓頂界面埋深分布特征(圖 4)以及三亞組一段和陵水組三段2套最重要儲(chǔ)集層壓力系數(shù)的平面分布特征(圖 5)。

總體上, 超壓頂界面從陸架向深海、從西向東埋藏深度逐漸增加, 但具體到不同凹陷, 埋深存在差異。超壓頂界面埋深最淺處位于樂(lè)東凹陷與鶯歌海盆地接壤處, 深度小于1800 m, 最深處位于長(zhǎng)昌凹陷內(nèi)部。在樂(lè)東、陵水、松南凹陷, 超壓頂界埋深較淺, 等值線形成明顯的低值區(qū), 在南部陵南低凸起和北礁凹陷, 頂界埋深差別較小, 等值線較為稀疏, 而從松南凹陷向長(zhǎng)昌凹陷, 埋深迅速加深,等值線較為密集。

據(jù)壓力系數(shù)等值線分布特征可以看出, 以樂(lè)東、陵水、松南和寶島凹陷為強(qiáng)超壓中心, 超壓強(qiáng)度向南北兩側(cè)凸起或低凸起逐漸降低, 但不同層段的超壓強(qiáng)度和規(guī)模存在差異。

圖4 中央坳陷帶超壓頂界面埋藏深度分布特征(構(gòu)造名稱(chēng)見(jiàn)圖1)Fig. 4 Top depth distribution characteristics of overpressure in central depression belt(for tectonic units, see Fig.1)

中央坳陷帶三亞組一段超壓主要分布在樂(lè)東、陵水、松南、寶島 4個(gè)凹陷, 超壓強(qiáng)度和規(guī)模從西向東依次降低, 4個(gè)凹陷分別具有單獨(dú)的強(qiáng)超壓中心。以這四個(gè)凹陷為超壓中心, 由凹陷向兩側(cè)(低)凸起壓力系數(shù)以不同速率逐漸降低。在坳陷帶北部,陵水、松南和寶島凹陷由于 2號(hào)斷裂長(zhǎng)期發(fā)育, 造成斷裂上下盤(pán)同層位壓力系數(shù)差別較大, 尤其是松南寶島凹陷, 可見(jiàn)到凹陷內(nèi)部發(fā)育強(qiáng)超壓, 而松濤凸起為常壓。在坳陷帶南部, 低凸起與凹陷之間并沒(méi)有發(fā)育大型斷裂, 地勢(shì)變化相對(duì)緩慢, 因此壓力系數(shù)降低較慢, 直到陵南低凸起和松南低凸起仍然發(fā)育弱幅超壓。

相對(duì)三亞組一段, 陵水組三段超壓強(qiáng)度和規(guī)模明顯增大, 樂(lè)東—陵水凹陷壓力系數(shù)高達(dá) 2.2以上, 松南凹陷壓力系數(shù)也達(dá)到 2.0, 而寶島凹陷超壓強(qiáng)度增加不明顯, 但超壓平面范圍明顯增大。該層段與三亞組一段最明顯的不同是長(zhǎng)昌凹陷也在中心部位發(fā)育壓力系數(shù)為1.3左右的弱幅超壓。由于該層段壓力系數(shù)較高, 所以坳陷帶邊緣的壓力梯度明顯大于三亞組一段。同時(shí), 低凸起上發(fā)育很多明顯的“低壓脊”(壓力系數(shù)等值線伸向高值區(qū)的突起), 為凹陷內(nèi)部生成油氣向兩側(cè)低凸起運(yùn)移提供了良好的動(dòng)力條件。

圖5 中央坳陷帶壓力系數(shù)平面分布特征Fig. 5 Planar distribution characteristics of pressure coefficients in central depression belt

3 超壓分布差異的原因

瓊東南盆地超壓系統(tǒng)可以劃分為上、下兩個(gè)超壓系統(tǒng)(朱光輝等, 2000), 兩個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)今發(fā)育超壓的形成時(shí)間一致, 均在中中新世(梅山組)以后(朱光輝等, 2000; 郝芳等, 2006)。新構(gòu)造期(10.5 Ma)以來(lái)的快速沉降導(dǎo)致的欠壓實(shí)作用是盆地超壓形成的主要機(jī)制(蘇龍等, 2012)。快速沉降造成了后期巨厚泥巖的發(fā)育, 這使超壓具有了良好的保存條件, 同時(shí)快速沉降也加速了深部烴源巖成熟, 一定程度上加劇了超壓發(fā)育。另外, 中央坳陷帶內(nèi)各凹陷斷裂發(fā)育特征差異明顯, 這也是造成超壓強(qiáng)度不同的一個(gè)原因。

不同區(qū)域晚期沉降速率不同, 產(chǎn)生的欠壓實(shí)程度不同。樂(lè)東、陵水、松南3個(gè)凹陷晚期由于物源充足, 沉積了巨厚的地層(圖6a), 凹陷內(nèi)部構(gòu)造、沉積沉降速率均較高, 如處于陸架部分的 W2井和W7井黃流組沉積以來(lái)的沉積沉降速率和構(gòu)造沉降速率高于處于陸坡以下W6井和W10井(圖6b), 由此在古近系和新近系產(chǎn)生的欠壓實(shí)程度也較大, 超壓發(fā)育強(qiáng)烈, 而長(zhǎng)昌凹陷及其相鄰的寶島凹陷東部晚期地層薄, 沉降速率小, 則欠壓實(shí)程度相對(duì)較低,超壓強(qiáng)度較弱, 甚至新近系基本上不發(fā)育超壓。同時(shí), 晚期巨厚地層內(nèi)部同樣發(fā)育欠壓實(shí), 使超壓頂界面埋深相對(duì)較淺, 這在中央坳陷帶陸架部分體現(xiàn)得尤為明顯(圖3)。從保存角度考慮, 泥巖厚度越大,越有利于超壓的保存。中央坳陷帶內(nèi)部6口單井晚期泥巖發(fā)育程度均較高, 各層泥巖百分含量基本超過(guò)60%, 但處于陸架部分的W2和W7井晚期泥巖總厚度高于其他四口井(圖 6d), 說(shuō)明樂(lè)東、陵水、松南三個(gè)凹陷超壓保存條件好, 而陸坡以下區(qū)域保存條件欠佳。另外, 泥巖越發(fā)育也越容易產(chǎn)生欠壓實(shí)。

圖6 中央坳陷帶不同凹陷超壓差異原因分析圖Fig. 6 Analysis of differences of overpressures in different sags of central depression belt

晚期漸新統(tǒng)烴源巖成熟加快, 截至現(xiàn)今, 樂(lè)東—陵水凹陷絕大部分和松南—寶島凹陷深洼部分進(jìn)入過(guò)成熟階段(Ro＞2.1%)(圖 6c), 該階段主要為石油和重質(zhì)氣態(tài)烴發(fā)生裂解生成甲烷, 而長(zhǎng)昌凹陷和北礁凹陷現(xiàn)今成熟度僅達(dá)到中高成熟, 主要處于干酪根降解生油或裂解生氣階段。原油裂解成氣的生氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干酪根降解生油氣(趙文智等, 2005),在欠壓實(shí)階段, 烴類(lèi)排出較為困難, 因此推測(cè)前四個(gè)凹陷生烴作用對(duì)超壓的加劇作用明顯超過(guò)后兩個(gè)凹陷。另外, 樂(lè)東—陵水凹陷過(guò)成熟范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)松南—寶島凹陷, 導(dǎo)致前者生烴增壓的作用范圍遠(yuǎn)超后者, 這可能也是前者強(qiáng)超壓中心規(guī)模大于后者的原因之一。

斷裂可以成為超壓良好的泄露通道。由圖 6a可以看出, 樂(lè)東、陵水和松南凹陷以及寶島凹陷西部斷裂不甚發(fā)育, 貫穿古近系和新近系的斷裂較少,而寶島凹陷東部以及長(zhǎng)昌凹陷發(fā)育多條貫穿多個(gè)層位的斷層, 它們穿過(guò)重大不整合面 T60, 成為下部超壓向上泄壓的良好通道。從寶島凹陷中部向長(zhǎng)昌凹陷陵三段壓力系數(shù)逐漸降低可以印證這一點(diǎn)。另外, 北礁凹陷內(nèi)部斷裂同樣發(fā)育, 情況可能與長(zhǎng)昌凹陷相似。需要指明一個(gè)現(xiàn)象, 即: 樂(lè)東—陵水凹陷內(nèi)部斷裂不發(fā)育, 超壓強(qiáng)度大, 超壓規(guī)模大, 且與鶯歌海盆地超壓系統(tǒng)連片, 而長(zhǎng)昌凹陷及周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)部斷裂發(fā)育, 超壓強(qiáng)度小, 超壓規(guī)模也小, 這與珠江口盆地深水區(qū)相似, 由此瓊東南盆地中央坳陷帶似乎處于一個(gè)“過(guò)渡帶”上, 把鶯歌海盆地的大規(guī)模高超壓逐漸過(guò)渡到珠江口盆地的小范圍低超壓。鶯歌海盆地內(nèi)部斷裂不發(fā)育, 而珠江口盆地深水區(qū)斷裂十分發(fā)育, 中央坳陷帶從西向東斷裂逐漸由不發(fā)育轉(zhuǎn)為較為發(fā)育, 三個(gè)地區(qū)斷裂的這種發(fā)育特征可能是造成超壓發(fā)育特征的原因之一。

綜上所述, 晚期較快的沉降速率以及不同的泥巖厚度、烴源巖成熟度和斷裂發(fā)育特征共同影響了超壓的發(fā)育, 造成了不同凹陷超壓特征的不同。

4 結(jié)論

(1)基于孔隙性巖石靜力平衡方程的地層壓力鉆前預(yù)測(cè)方法適用于瓊東南盆地深水區(qū)。

(2)中央坳陷帶單井地層壓力剖面分為超壓型、單段超壓型、超壓囊型和旋回超壓型 4種類(lèi)型; 中央坳陷帶超壓頂界面從陸架向深海、從西向東逐漸加深, 樂(lè)東、陵水和松南凹陷超壓頂界面埋深明顯較淺, 長(zhǎng)昌凹陷超壓頂界面埋深最大; 縱向上, 由淺水區(qū)向深水區(qū)、由西向東超壓跨越層位逐漸增多,樂(lè)東、陵水、松南和寶島凹陷超壓縱向跨越層位多,同時(shí)從淺層到深層, 超壓強(qiáng)度整體逐漸增大, 但樂(lè)東、寶島和北礁凹陷發(fā)育“雙層式”超壓; 平面上,以樂(lè)東、陵水、松南和寶島凹陷為強(qiáng)超壓中心, 超壓強(qiáng)度向南北兩側(cè)凸起或低凸起逐漸降低, 其中,樂(lè)東—陵水凹陷為統(tǒng)一的強(qiáng)超壓中心, 超壓強(qiáng)度和規(guī)模最大, 其次為松南—寶島凹陷超壓強(qiáng)度, 而最小為北礁和長(zhǎng)昌凹陷。

(3)中央坳陷帶各凹陷超壓發(fā)育特征存在差異,造成這種差異的原因主要有 4方面: ①晚期不同的沉降速率導(dǎo)致的欠壓實(shí)程度不同, 超壓強(qiáng)度、規(guī)模不同; ②晚期泥巖發(fā)育程度不同, 超壓保存條件不同; ③晚期漸新統(tǒng)烴源巖成熟度不同, 對(duì)超壓的加劇程度不同; ④斷裂發(fā)育程度不同, 泄壓程度不同。

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Distribution Characteristics of Abnormal Pressure in Central Depression Belt,Deepwater Area, Qiongdongnan (Southeast Hainan) Basin

WANG Zi-song1), LIU Zhen1)*, WANG Zhen-feng2), SUN Zhi-peng2), WANG Bing1), LIU Peng1),CHEN Yu-hang1), CAO Shang1)
1)Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing102249;2)Zhanjiang Branch of CNOOC Co., Ltd., Zhanjiang, Guangdong524057

Abnormal formation pressure is currently an important phenomenon in the petroleum exploration of deepwater area in Qiongdongnan Basin. The distribution of abnormal formation pressure in the central depression belt was determined by using the new formation pressure predicting model based on the equation of balanceable stress in the pore-rock, and the factors responsible for different distributions of abnormal pressure in different sags were detected. Some conclusions have been reached: (1) The well profiles of pressure in the central depression belt could be divided into four types, i.e., normal pressure, one segment overpressure,overpressure compartment, and cycling overpressure; (2) The top of the overpressure area becomes deeper and deeper from the continental shelf to the deep sea and also from the west to the east. (3) In the longitudinal direction, from the shallow water area to the deep water area and from the west to the east, the overpressure strides more and more formations, and its intensity becomes higher and higher from the shallow part to the depth;nevertheless, Ledong sag, Baodao sag and Beijiao sag have overpressure structures of “double-layer type”. In the plane, the mighty overpressure area is distributed in Ledong-Lingshui sag and Songnan-Baodao sag, and the overpressure intensity is generally reduced from the center composes of the four sags to both the north and the south (low) uplifts. The distribution of the overpressure in the central depression belt shows regularity on the whole, but the distribution characteristics of the overpressure in different sags are different, which is caused by the terminal high subsidence rate, the characteristics of the mud, the maturity of the source rock and the features of the faults.

differences; distribution characteristics; abnormal pressure; central depression belt; deepwater area;Qiongdongnan Basin

TE122.2; TE121.2

A

10.3975/cagsb.2014.03.11

本文由“十二五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(編號(hào): 2011ZX05025-002-05)資助。

2013-08-19; 改回日期: 2014-01-08。責(zé)任編輯: 閆立娟。

王子嵩, 男, 1986年生。博士研究生。主要從事油氣成藏機(jī)理與分布規(guī)律的研究。通訊地址: 102249, 北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào)。E-mail: wangzisong1986@163.com。

*通訊作者: 劉震, 男, 1963年生。教授, 博士生導(dǎo)師。主要從事地震地層學(xué)及油氣成藏機(jī)理方面的研究。E-mail: liuzhenjr@163.com。