邱貽博

( 中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院 ）

東營(yíng)凹陷作為濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)重要的富油凹陷之一，發(fā)育復(fù)雜的超壓環(huán)境及成藏組合。自20世紀(jì)60年代營(yíng)4井在東營(yíng)凹陷沙三段首次發(fā)現(xiàn)異常高壓油氣藏以來(lái)，該區(qū)異常壓力及其對(duì)油氣成藏的研究一直是眾多學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[1-10]。歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面認(rèn)識(shí)：①具有超壓特征，超壓分布的主體為洼陷帶的沙四段和沙三段；②烴源巖生烴增壓和泥巖欠壓實(shí)是該地區(qū)主要的超壓成因機(jī)制；③油氣成藏具有“高壓驅(qū)動(dòng)”“幕式排烴”的特征。盡管東營(yíng)凹陷普遍存在著異常高壓，但實(shí)際勘探表明，不同層系、不同洼陷以及不同構(gòu)造部位在壓力及成藏方面具有差異性，這種差異性體現(xiàn)在壓力分布、超壓強(qiáng)度以及對(duì)油氣的控制等方面。為此，本文利用大量的鉆井、測(cè)井、錄井、試油等資料，對(duì)東營(yíng)凹陷的實(shí)測(cè)地層壓力、泥巖測(cè)井聲波時(shí)差響應(yīng)特征、地震速度譜超壓特征及其控制因素開展了更為深入的分析，詳細(xì)地剖析了東營(yíng)凹陷超壓結(jié)構(gòu)的差異性及其控制因素，以期為濟(jì)陽(yáng)坳陷其他盆地超壓結(jié)構(gòu)的研究提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營(yíng)凹陷位于濟(jì)陽(yáng)坳陷南部，是典型的北斷南超的箕狀斷陷盆地，由利津、牛莊、博興、民豐4個(gè)洼陷及北部陡坡帶、中央隆起帶和南部斜坡帶組成，以“盆地形態(tài)開闊舒展、二級(jí)構(gòu)造特征鮮明”所著稱（圖1）。古近紀(jì)為斷陷湖盆的鼎盛期，東營(yíng)凹陷盆地內(nèi)沉積了巨厚的以沙河街組為主的地層，縱向上發(fā)育兩套烴源巖層系（沙三段、沙四段），這兩套烴源巖普遍具有地層厚度大、沉積速率高、埋藏深度大、生烴能力強(qiáng)的特點(diǎn)，為研究區(qū)異常壓力的形成提供了良好的條件。東營(yíng)凹陷經(jīng)歷了50多年的勘探開發(fā)過程，具有豐富的實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)，同時(shí)也積累了大量的壓力預(yù)測(cè)所需的測(cè)井、地震資料，為超壓結(jié)構(gòu)的研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料。

圖1 東營(yíng)凹陷區(qū)域構(gòu)造單元分區(qū)圖

2 實(shí)測(cè)地層壓力特征

圖2 東營(yíng)凹陷不同層系、不同構(gòu)造帶壓力系數(shù)與深度關(guān)系

實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)是研究地層壓力最為直接可靠的資料[11]，根據(jù)東營(yíng)凹陷1000余口井2500多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)測(cè)地層壓力統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知（圖2），東營(yíng)凹陷超壓現(xiàn)象非常普遍，但不同深度、不同層系、不同構(gòu)造帶壓力的分布有很大差異。從深度上看，2200m以上地層主要發(fā)育常壓，而明顯的超壓出現(xiàn)在2200m以下地層，3000～4000m超壓幅度達(dá)到最強(qiáng)，到4500m以下超壓幅度又有明顯減弱，逐漸過渡為常壓；從層系上來(lái)，東營(yíng)凹陷沙二段及以上地層、孔店組及以下地層主要發(fā)育常壓，沙三段、沙四段出現(xiàn)明顯超壓現(xiàn)象，隨著埋深的增大，地層壓力系數(shù)有明顯增大趨勢(shì)，沙三段和沙四段壓力系數(shù)最高可達(dá)1.99；從構(gòu)造帶來(lái)看，利津洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷、民豐洼陷是超壓發(fā)育的主體范圍，北部陡坡帶和南部斜坡帶主要發(fā)育常壓。

由于實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)數(shù)量有限，且在縱、橫向上分布的連續(xù)性較差，難以滿足建立高精度壓力場(chǎng)的需要。為了獲取豐富的地層壓力數(shù)據(jù)，充分利用測(cè)井聲波時(shí)差和地震速度譜資料實(shí)現(xiàn)了地層壓力在二維和三維空間上的預(yù)測(cè)。

3 聲波時(shí)差超壓響應(yīng)特征

單井泥巖聲波時(shí)差能夠很好地反映超壓在縱向上的發(fā)育特征[12-13]。Eaton提出的利用聲波時(shí)差計(jì)算地層壓力的方法，其基本原理是基于巖石的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系在測(cè)井曲線上的響應(yīng)，利用聲波時(shí)差偏離正常趨勢(shì)線的大小來(lái)反映異常壓力的強(qiáng)弱。在超壓特征的識(shí)別過程中，考慮到洼陷帶和盆緣斜坡區(qū)超壓發(fā)育的差異性，分別從東營(yíng)凹陷利津洼陷的深洼區(qū)逐步向西部盆緣區(qū)選取了5口井進(jìn)行聲波時(shí)差超壓測(cè)井響應(yīng)特征的分析。整體上來(lái)看，從盆內(nèi)到盆緣、從淺部到深部，東營(yíng)凹陷地層壓力的分布具有明顯的差異性，橫向上和縱向上具有分帶性特點(diǎn)。

橫向分帶性，是指從盆地的深洼區(qū)到盆緣，泥巖聲波時(shí)差曲線發(fā)生明顯變化（圖3）。利67井、利57井位于利津洼陷深洼區(qū)，從這兩口井的泥巖聲波時(shí)差曲線來(lái)看，高聲波時(shí)差出現(xiàn)在3000～4000m深度段，曲線非常明顯地偏離了正常壓實(shí)趨勢(shì)線，反映出異常超壓的特征。梁75井位于利津洼陷深洼區(qū)的邊緣，該井的泥巖聲波時(shí)差曲線與利67井、利57井相比有所差異，首先是高聲波時(shí)差出現(xiàn)在2700～3500m深度段，深度有所變淺；其次是聲波時(shí)差偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線的幅度有所變小，反映出超壓有所減弱。濱408井、濱418井位于利津洼陷西部斜坡，這兩口井的泥巖聲波時(shí)差曲線為一單斜的形態(tài)，與正常壓實(shí)趨勢(shì)線相一致，表現(xiàn)出常壓的特征。可見，從盆地的深洼區(qū)到盆緣地帶，單井泥巖聲波時(shí)差曲線由“大肚子曲線”（偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線）逐漸向正常壓實(shí)趨勢(shì)線轉(zhuǎn)變，同時(shí)也反映了地層壓力由異常超壓逐漸向常壓過渡。

圖3 盆緣、深洼區(qū)泥巖聲波時(shí)差與深度的關(guān)系曲線

縱向分帶性，是指盆地深洼區(qū)單井壓力曲線從淺到深呈現(xiàn)“低—高—低”的變化趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)著正常壓力、異常高壓和正常壓力3個(gè)不同的區(qū)帶。從利67井的泥巖聲波時(shí)差曲線來(lái)看（圖4），縱向上沙二段以上的地層泥巖聲波時(shí)差為正常壓實(shí)曲線，計(jì)算的泥巖壓力為正常壓力。泥巖的高聲波時(shí)差出現(xiàn)在沙三段，計(jì)算的泥巖壓力也證實(shí)泥巖高聲波時(shí)差段為強(qiáng)超壓帶，壓力系數(shù)最大可達(dá)到1.8。超壓帶的頂界深度約在3000m，為沙三上亞段中部的暗色泥巖、砂質(zhì)泥巖段，超壓帶的主體即強(qiáng)超壓范圍發(fā)育在沙三中、下亞段，厚度約為700m，是烴源巖主要發(fā)育帶，其間沒有明顯的封隔層。到沙四段，隨深度增加，泥巖聲波時(shí)差曲線逐漸降低，地層壓力曲線逐漸向靜水壓力曲線接近?？梢姡诳v向上，盆地深洼區(qū)的地層壓力從淺到深可劃分為上部的常壓系統(tǒng)、中部強(qiáng)超壓系統(tǒng)以及底部的常壓系統(tǒng)，顯示為一典型超壓封存箱特征[14]。

圖4 利67井聲波時(shí)差超壓響應(yīng)曲線特征

4 地震資料超壓特征

單井泥巖聲波時(shí)差超壓響應(yīng)能夠了解井孔的壓力結(jié)構(gòu)，而利用地震資料來(lái)預(yù)測(cè)地層壓力，其優(yōu)勢(shì)是可以極大地增強(qiáng)壓力在縱、橫向的連續(xù)性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在三維空間壓力場(chǎng)的可視化。利用地震資料預(yù)測(cè)地層壓力的方法主要是通過地震速度譜的信息來(lái)求取地層壓力（Fillippone公式）[15-17]，其關(guān)鍵步驟是通過疊加速度譜來(lái)獲取地震層速度，通過地震層速度預(yù)測(cè)地層壓力，其中地震層速度、預(yù)測(cè)地層壓力要經(jīng)過VSP速度和實(shí)測(cè)地層壓力的校正。在地震速度計(jì)算超地層壓力的過程中，考慮到能夠更好地反映盆地的超壓特征，選取了一條橫穿利津洼陷和牛莊洼陷的剖面來(lái)進(jìn)行地震速度超壓剖面特征的分析，同時(shí)選取4000m深度的地震速度超壓數(shù)據(jù)體水平切片來(lái)進(jìn)行超壓平面特征的分析。

4.1 地震速度超壓剖面特征

L2991測(cè)線是一條橫穿東營(yíng)凹陷南北向的地震速度超壓預(yù)測(cè)剖面（圖5），從南向北依次經(jīng)過南坡斜坡帶、牛莊洼陷、中央隆起帶、利津洼陷、北部陡坡帶。從圖5可以看出，東營(yíng)凹陷主要發(fā)育沙三段—沙四段一個(gè)超壓系統(tǒng)，向上從沙二段開始地層壓力逐漸過渡為常壓，向下逐漸過渡為常壓。超壓帶的主體主要分布在北部的利津洼陷，超壓幅度較大，預(yù)測(cè)壓力系數(shù)可達(dá)1.7以上；南部的中央隆起帶和牛莊洼陷超壓幅度有所減弱，預(yù)測(cè)壓力系數(shù)在1.4～1.6之間；南部斜坡帶和北部陡坡帶主要發(fā)育常壓。

圖5 東營(yíng)凹陷L2991測(cè)線壓力系數(shù)剖面（剖面位置見圖1）

4.2 地震速度超壓平面特征

在研究區(qū)11000多個(gè)地震速度譜點(diǎn)地層壓力預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)地震速度三維空間超壓數(shù)據(jù)體。從反演的結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)超壓主要分布在2500～4500m深度范圍內(nèi)，從東營(yíng)凹陷4000m深度的壓力系數(shù)數(shù)據(jù)體的水平切片（圖6）可以看出，東營(yíng)凹陷的超壓具有發(fā)育規(guī)模大、分布范圍廣、超壓幅度大的特點(diǎn)。超壓帶主體位于盆地北部的利津洼陷、牛莊洼陷和民豐洼陷，3個(gè)洼陷的超壓范圍基本連為一體，其中利津洼陷的超壓幅度最大，民豐洼陷、牛莊洼陷的超壓幅度次之；中部的中央隆起帶對(duì)3個(gè)洼陷的超壓起到一定的分割作用；而南部的博興洼陷相對(duì)獨(dú)立，超壓的幅度也最弱。整個(gè)南部斜坡帶和北部陡坡帶發(fā)育常壓。

圖6 東營(yíng)凹陷壓力系數(shù)數(shù)據(jù)體水平切片

5 超壓結(jié)構(gòu)差異性的控制因素

超壓的存在是多種因素控制的結(jié)果，從東營(yíng)凹陷不同構(gòu)造單元地層壓力分布特征來(lái)看（圖5、圖6），超壓的分布明顯受構(gòu)造格局、烴源巖分布、熱演化程度以及斷裂活動(dòng)的影響[17-22]。

5.1 凸洼相間的構(gòu)造格局控制了壓力場(chǎng)空間變化

東營(yíng)凹陷發(fā)育了一陡、一坡、一隆、四洼的構(gòu)造格局：即北部的陡坡帶、南部的斜坡帶、中央隆起帶以及利津、牛莊、博興、民豐4個(gè)洼陷。從構(gòu)造與壓力分布特征的關(guān)系分析，東營(yíng)凹陷凸洼相間的構(gòu)造格局與壓力場(chǎng)的空間變化具有很好的相關(guān)性。凹陷北部的陡坡帶、南部的斜坡帶主要位于常壓區(qū)，而利津、牛莊、博興、民豐4個(gè)洼陷分別對(duì)應(yīng)著4個(gè)超壓區(qū)，洼陷內(nèi)部的中央隆起帶在一定程度上分割了利津洼陷、牛莊洼陷及民豐洼陷等超壓中心。從構(gòu)造對(duì)地層壓力的控制作用來(lái)看，一方面是不同區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的差異性導(dǎo)致盆地形成多凸多洼的格局，控制了沉降中心，從而影響壓力場(chǎng)的空間展布；另一方面是長(zhǎng)期構(gòu)造活動(dòng)所形成的繼承性大斷層控制了壓力系統(tǒng)邊界。

5.2 烴源巖分布及熱演化程度控制了超壓的分布和幅度

東營(yíng)凹陷超壓主要發(fā)育在盆地的中心，層系上主要在沙三段、沙四段，分布在深洼陷2200～4500m深度范圍內(nèi)，超壓帶主體處于成熟烴源巖發(fā)育區(qū)。根據(jù)前人的研究，泥頁(yè)巖的生烴是形成異常壓力的最重要因素[18-24]。超壓發(fā)育的幅度與烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)熱演化程度具有較大的關(guān)聯(lián)性。東營(yíng)凹陷深洼區(qū)沙三段—沙四段烴源巖厚度可達(dá)1000m，同時(shí)隨著埋深增大，烴源巖熱演化程度會(huì)越來(lái)越高，大量生排烴所形成的超壓幅度也會(huì)越來(lái)越大，這一現(xiàn)象在利津洼陷、民豐洼陷及牛莊洼陷的深洼區(qū)表現(xiàn)非常明顯。東營(yíng)凹陷中壓力系數(shù)大于1.6的范圍主要分布在利津洼陷、民豐洼陷及牛莊洼陷深洼區(qū)，相應(yīng)的鏡質(zhì)組反射率大于0.8%；博興洼陷超壓幅度相對(duì)較弱，相應(yīng)的鏡質(zhì)組反射率在0.6%～0.8%之間；壓力系數(shù)小于1.4的范圍主要位于盆地的斜坡區(qū)和盆緣，相應(yīng)的鏡質(zhì)組反射率小于0.6%。

5.3 長(zhǎng)期、繼承性大斷層控制了超壓體系的邊界

斷裂對(duì)超壓的保存和分布有著重要的影響，斷層既可作為壓力釋放的一種通道，又可作為高壓流體的封閉體[25-26]。東營(yíng)凹陷發(fā)育的邊界斷裂和洼陷內(nèi)部的油源斷層對(duì)超壓系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①油源斷裂連通深層超壓流體封存箱與淺層常壓區(qū)，成為超壓垂向泄壓和流體大規(guī)模運(yùn)移的通道。東營(yíng)凹陷的沙三段—沙四段具有典型流體封存箱的特點(diǎn)，其中沙三中—沙四上亞段是超壓流體封存箱的主體，封存箱的頂界面與沙三上亞段的大套塊狀深灰色泥巖及三角洲體系厚層砂巖有關(guān)，而封存箱的底界面可能與沙四下亞段發(fā)育的多套膏鹽層有關(guān)。凹陷內(nèi)油源斷裂，尤其是中央隆起帶附近的辛鎮(zhèn)斷裂、河125斷裂作為凹陷內(nèi)的主要油源斷裂，斷裂活動(dòng)使得斷裂帶附近超壓封存箱發(fā)生驟然的變化，箱內(nèi)高壓流體運(yùn)移到箱外成藏，從而控制了該區(qū)縱向多層系含油（圖7）。②長(zhǎng)期繼承性邊界大斷層控制了超壓體系的邊界，斷裂帶內(nèi)部的斷層角礫巖、泥巖涂抹等作用，都可形成超壓封存箱的側(cè)向封閉，遮擋油氣。例如博興洼陷西部的高青—平方王斷裂帶、利津洼陷北部的陳南斷裂控制了超壓系統(tǒng)的邊界，斷層的下降盤主要發(fā)育超壓，而上升盤為常壓；同時(shí)盆地內(nèi)的一些大斷層則主要起到一定分割壓力中心的作用，例如辛鎮(zhèn)斷裂帶、河125斷層分割了利津洼陷、牛莊洼陷和民豐洼陷3個(gè)超壓中心。

圖7 東營(yíng)凹陷超壓流體封存箱與油氣分布

6 結(jié)論

（1）東營(yíng)凹陷壓力場(chǎng)縱向上具有3層結(jié)構(gòu)，2200m以上地層主要發(fā)育常壓，2200～4500m地層發(fā)育超壓，4500m以下地層又發(fā)育常壓；平面上，超壓主要分布在利津、牛莊、民豐、博興4個(gè)洼陷，北部陡坡帶、南部斜坡帶主要發(fā)育常壓。

（2）東營(yíng)凹陷超壓結(jié)構(gòu)受構(gòu)造格局、烴源巖分布、熱演化程度以及斷裂活動(dòng)的影響較大。平面上，東營(yíng)凹陷“一陡、四洼、一斜坡”的構(gòu)造格局控制了4個(gè)超壓中心的分布；層系上，東營(yíng)凹陷沙三段—沙四段烴源巖是超壓發(fā)育的主要層系，烴源巖熱演化程度越高，超壓幅度越大；凹陷內(nèi)長(zhǎng)期、繼承性的大斷裂控制了超壓系統(tǒng)的橫向邊界。

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