断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制_以渤海湾盆地东营凹陷为例

2008年1月地　质　科　学CH I N ESE JOURNAL OF GE OLOGY 43(1):50—64断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制

———以渤海湾盆地东营凹陷为例

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陈中红　查　明

(中国石油大学地球资源与信息学院山东东营　257061)摘　要　东营凹陷的超压分布于沙河街组三段中2下亚段大套泥岩和沙四段灰色膏盐岩段中,常压—低压系统发育于上部层段,包括沙二段上亚段、东营组、馆陶组、明化镇组和更新统,形成二元结构。这些发育程度不同的超压体系可以构成不同级别的超压封存箱系统,控制着油气的运移和聚集。超压封存箱的形成是一个地球化学自组织过程,与系统内的流体对流运动及成岩作用密切相关。超压体系构成了准封闭的超压封存箱型自源油气成藏动力学系统,同时也可以通过幕式排放为浅层的新近系及古近系的沙三段上亚段至东营组常压开放性它源油气成藏动力学系统提供油源及成藏动力。超压不但是油气运聚的主要动力,而且在其产生与演化的过程中能形成微裂缝型油气运聚隐蔽输导体系,是形成岩性等隐蔽油气藏的重要条件。超压和断裂形成陆相断陷湖盆断—压双控流体流动机制。断裂是超压体系卸压的重要渠道,也是幕式排放的主要途径;与断裂沟通的砂岩体及构造背斜等是有利的勘探目标,超压泥岩体周围的透镜状砂体是隐蔽油气藏的潜在目标。

关键词　超压　断—压双控　流体流动机制　油气成藏　自组织　断陷湖盆　东营凹陷

中图分类号:TE122文献标识码:A 文章编号:0563-5020(2008)01-050-15　3国家“十五”重点科技攻关项目(编号:2001BA605A 209221)。

陈中红,男,1976年12月生,博士,油气地质与勘探专业。e 2mail:hongczh@https://www.wendangku.net/doc/d918519774.html,

2007-01-16收稿,2007-04-25改回。

东营凹陷是中国东部陆相箕状断陷湖盆的典型代表,暗色泥岩主要发育于沙河街组四段(简称沙四段)上亚段、沙河街组三段(简称沙三段)下亚段及沙三段中亚段(朱光有等,2005)。已有研究表明东营凹陷广泛存在欠压实现象(郑和荣等,2000),尤其在主力烃源岩层系(沙三段下亚段和沙四段上亚段)中普遍发育超压。这些发育程度不同的超压体系形成不同级别的超压封存箱,控制了油气的成藏作用。超压封存箱从系统结构组成(李令喜等,2004)、地质—地球化学行为(陈中红等,2005)、油气运移机制(陈中红等,2004;周兴熙,2004)和压力形成与演化上(李鹤永等,2006;吴孔友等,2006)与常压系统有着显著的区别。深刻认识超压封存箱对油气成藏的控制机制不仅有着重要的理论意义,也有着积极的实践意义。本文以东营凹陷为例(图1),对陆相断陷湖盆超压封存箱形成机理、油气成藏机制与勘探意义进行探索。

1　超压分布

东营凹陷的烃源岩具有沉积速度快、连续沉积厚、有机质含量高(沙三段下亚段和沙四段上亚段烃源岩中有机碳含量一般为2%～5%,高的甚至达到12%以上)、高地温梯

1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———

以渤海湾盆地东营凹陷为例图1　东营凹陷区域构造地质概况图

F 1.永胜断裂带;F 2.梁家楼—现河断裂带;F 3.陈家庄—王家岗断裂带;F 4.八面河断裂带;

F 5.纯化—乐安断裂带;F 6.博兴断裂带;F 7.平南—高青断裂带

Fig .1　A si m p lified map showing structural characteristics of the Dongying Sag

度、高热流(沙三段中亚段和沙三段下亚段地温达到106～148℃)的特征,因此东营凹陷烃源岩具有压实不均衡和生烃作用的双向增压效应,使得其中广泛发育超压(陈中红等,2004)。压力系统的平面分布呈现环状结构,内环为超高压系统,中环为高压系统,外环为低压—常压系统,并且中环高压系统和内环超高压系统构成了封闭的巨型超压封存箱复合体,且在部分封存箱内产生压力分隔现象,形成了若干个由压力输导系统联系的次级超压封存箱(刘晓峰等,2003)。在超高压系统内局部存在相对高压带和常压带,是输导系统卸压作用的结果。超压系统的分布具体表现为:东营凹陷的利津洼陷、牛庄洼陷和民丰洼陷的中央部位沙三段下亚段、沙四段及孔店组发育区域性超压,压力系数可达113～118;利津洼陷沙三段中亚段发育局部超压,压力系数为112～115,在利津洼陷中央地带,压力系数可达118。

在剖面上,东营凹陷的超压主要分布于沙河街组三段中2下亚段的大套泥岩和沙四段灰色膏盐岩段中,常压—低压系统发育于上部层段,包括沙二段上亚段、东营组、馆陶组、明化镇组和更新统(图2)。根据超压封存箱宏观内幕结构在剖面的形态显示,可将东营凹陷古近系超压封存箱分为3类:Ⅰ类,单超压层封存箱系统,代表井有梁213井、利12井等;Ⅱ类,双超压层封存箱系统,代表井有梁207井、梁208井等;Ⅲ类,多超压层封存箱系统,如梁19井、梁39井和梁47井等显示为三超压层封存箱系统。由于受较强烈的断层活动和地层的抬升剥蚀影响,超压封存箱下部深层基本为常压系统,部分地区为低压系统。

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图2　东营凹陷流体动力学系统纵向分布

Fig .2　D istributi on of fluid dyna m ic system s in the Dongying Sag

2　超压封存箱形成机制———流体与矿物的自组织过程

地质系统总体上是远离平衡、时空延展的复杂耗散系统,“复杂系统”是由大量不同且非线性相互作用的组成单元构成的系统,是自组织的结果(於崇文,1998,2000)。封存箱内的矿物质及流体是如何运动及相互作用的?Wood and Surda m (1979)和Wood and He wett (1984)曾提出对流和扩散模式,但一直未被人们充分重视。De wers and O rt oleva (1988)发展了这一模式,他们认为既然封存箱内部普遍含有次生孔隙带(潜在的油气储层),因此在箱内失去的物质必然给四周的致密层提供了部分成岩物质,并且封存箱的“盒形”几何形状反映了对流单元的形态(图3)。

De wers and O rt oleva (1988)提出引起对流的机制有:1)当流体物质密度的垂直梯度发生变化时(压溶、温度、溶解度和有机地球化学反应也相应地发生变化),如果Rayleigh 数超过临界值时,将发生对流;2)流体密度的侧向扰动也可产生对流。

沙三段和沙四段的超压体系可以看成一个巨型封存箱,其上部存在80～200m 的过渡带,部分井资料显示其底部及边缘部位也存在过渡带。上部过渡带一般为中2厚层暗色泥岩夹钙质泥岩及薄层砂岩,钙质泥岩可以在压实排液过程中形成致密的“壳”,在超压

泥岩体四周和底部也可能存在这种“壳”(胡济世,1989),这些“壳”即成为超压封存箱良

好的物性封隔层。这些封隔层的形成与早期沉积及沉积后的成岩作用有很大关系。成岩作用有自组织、自加速的过程,产生成岩作用后,沉积物会显得越来越非均质性和各向异性。在封隔层形成的过程中,泥质岩中粘土矿物的转化和成岩作用可产生多方面效应,释放的Si 、Ca 、Fe 和Mg 等离子富集于泥岩表面形成封闭。

封存箱的形成是一个地球化学自组织过程,也是自然界复杂物质运动的表现。东营

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1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———

以渤海湾盆地东营凹陷为例图3　流体对流单元及成岩物质再分配示意图(据De wers and O rt oleva,1988)

图B 中虚线为断层,点层为渗透层

Fig .3　Hydr o 2convecti on cell and the redistributi on of diagenetic substance (after De wers and O rt oleva,1988)

凹陷深部封存箱的地质及地球化学特征显示出的地球化学自组织过程,是在非平衡状态下地下应力场、温度场、化学场和压力场4场相互耦合并综合控制下形成矿物的成核、生长、增生、扩散、对流、溶解、沉淀和反应等过程与外界环境耦合的自组织现象。深部活跃的热流体活动为封存箱内矿物质的溶解、对流、沉淀和胶结等活动创造了良好的动力条件。上、下两套区域性封隔层如伯纳德实验中的上、下两个平板(Prigogine and N icolis,1989),中间的矿物随流体做对流性的自组织运动,其结果通常导致箱缘附近矿物质聚集。如:东营凹陷古近系地层水中Ca 2+含量在井深2200m 附近显示高峰值,泥岩全岩分析结果也表明Ca 、Mg 含量在2200m ±出现高峰值,与封隔层的位置恰好对应。根据物质守恒原理,封隔层附近矿物质的聚集必然导致其内矿物质的减少,其结果是随着地球化学自组织过程加速性的发生,封隔层内某些位置矿物质不断得到溶解,出现次生孔隙带,同时在原始沉积作用形成的“壳”层基础上形成了新的钙质“壳”层,而封存箱内流体的幕式排放更加剧了这种地球化学自组织作用(图4)。这与De wers and O rt oleva (1988)的封存箱对流机制观点十分吻合。东营凹陷古近系孔隙度经历了由原生到次生的演化过程,在不同地区、不同井段次生孔隙发育的程度有所不同,其总体趋势是由北向南次生孔隙发育的深度有所增大,但发育程度明显减弱。次生孔隙带一般在2000m 深度以下出现,集中分布在2000～3000m 。孔隙度和渗透率两参数与碳酸盐含量之间明显的负相关性表明孔隙带形成与碳酸盐中矿物质的溶解密切相关。

东营凹陷沙三段中2下亚段广泛发育巨厚的泥岩,其中夹有大量的浊积砂体。该砂体经过周围泥岩有机酸的溶蚀作用,形成箱内次生孔隙带。这些孤立的、横向上缺乏联系的小砂体,一旦与外界隔绝或有烃类的注入,都可使其内的次生溶解作用受到抑制,并形成系统内部孔隙的再分配。这种包裹于周围泥岩中的次生孔隙带不仅是封隔层形成的重要物质来源,也是有利的油气聚集区,如牛庄油田的沙三段中2下亚段油气藏、渤南和梁家楼沙三段中亚段浊积扇油气藏和营11断块沙三段中亚段深水浊积砂油藏等。

箱缘的砂岩也可以为封隔层提供矿物质。东营凹陷沙三段上部的砂岩便为其下的

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图4　东营凹陷超压封存箱地球化学自组织作用原理示意图(参考胡济世,1989,修改)

1.泥岩;

2.砂岩;

3.原始钙质泥岩“壳”层;

4.自组织作用新形成的“壳”层;

5.矿物质流动方向;

6.流体(油气)运移方向;

7.压裂或构造作用在“壳”中形成的裂缝;

8.砂岩中形成的次生孔隙带;a .沉积作用形成的大套泥岩层,其中含原始“壳”层、薄层砂岩及透镜体状浊积岩;b .封存箱中的泥岩进入成熟门限后,生成大量烃类流体,导致箱内流体压力增大,同时释放出的有机酸运移到砂岩体内,使砂岩体的部分矿物质得到溶解;c .由于箱内烃类流体的不断生成,流体压力不断积累,最终超过封隔层破裂强度,或由于构造运动的张裂作用,使壳层中形成许多裂缝,烃类流体得到幕式排放,砂体中溶解的矿物质迅速向原始壳层迁移;d .箱内流体释放后,流体压力恢复正常,壳层中的裂缝重新闭合,在原始壳层附近形成新的壳层,砂岩中形成次生孔隙带;e .流体压力再次积累,进入下一次幕 式排放过程;f .新的幕式排放过程形成新的壳层和次生孔隙带

Fig .4　A sketch showing mechanis m of geoche m ical self 2organizati on about

for mati on of over p ressure compart m ent in the Dongying Sag

封隔层提供了成岩矿物质的来源。东营凹陷在经历了沙三段早期的湖相沉积发展鼎盛时期后普遍接受了三角洲沉积,随着沉积物的逐渐埋藏,沙三段中2下亚段封存箱内的烃源岩不断释放出有机酸和二氧化碳,该酸性流体部分进入上覆地层,使上覆地层中的酸溶性物质发生溶解。由于该三角洲砂体分布面积广,且拥有良好的孔渗性,流体可以大规模地运动,使得其中的砂岩可以形成较大规模的次生孔隙带,为下伏封隔层提供充足的物质来源,如胜坨油田沙三段上亚段砂岩次生孔隙带即发育于压力封存箱的顶部。

在压力封存箱侧向封闭的同生断层的外侧,由水下扇或浅水滩相组成的断阶带通常也有次生孔隙发育带,为断层内及断层附近的成岩胶结作用提供矿物质来源。巨大的断层落差必然在断层两侧造成沉积物性质、厚度和埋藏条件诸方面的巨大差异,因而位于外侧的储集岩体在地质发展的进程中有机会与内侧的多套生油层系相遇,形成次生孔隙。多期性和阶段性是此类次生孔隙带的明显特点,其规模除了受下降盘一侧生油层系

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55 1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———以渤海湾盆地东营凹陷为例

发育程度的制约外,储集岩体本身的孔隙性亦有很大的影响。断层附近的破碎带可以诱导其次生孔隙的形成及发育,如东营凹陷的平方王油田沙四段上亚段油气藏即形成于该类次生孔隙发育带。

超压封存箱内欠压实泥岩的孔隙度一般较大,可达17%～30%(胡济世,1989),较高的温度、压力及水中溶解一定量烃类使得封存箱内具备较好的流体流动条件。封存箱的封闭条件受到破坏会加速箱内的地球化学自组织过程。由于与静水压力连通,在靠近压裂和断裂附近的那部分欠压实带内流体将会发生快速流动,同时也将带动箱内其它地方的流体发生对流式运动。当盐层和欠压实泥岩由于拱张而产生裂缝和断层时,欠压实泥岩体内的流体将会向拱张方向流动。济阳坳陷的多数古潜山都是通过“油源断裂”从附近超压封存箱内获取油源,因此箱内流体的对流式运动形成的侧向流动,是油气聚集成藏的重要条件。

3　超压封存箱与油气成藏

(1)超压的生烃效应

尽管沉积和早期成岩环境的变化可引起镜质体反射率异常(Price and Barker,1985; Hao Fang and Chen J ianyu,1992),但镜质体反射率仍被认为是有机质热演化的最有效指标。镜质体是沉积岩中最常见的固体形态有机质,其反射率随热演化程度增加而增大,但不会因热演化程度减弱而减小,因此该不可逆性使得镜质体反射率(R o)作为一种地质温度计被广泛应用于研究烃源岩成熟度和沉积盆地的热演化历史,成为沉积盆地能源体系研究中的一个重要参数或指标。从东营凹陷R o剖面上看,对应2400m深度以下的超压层,东营凹陷R o分布偏离正常演化趋势,出现显著的负异常(2400m以下R o正常演化趋势线右侧未出现负异常的数据点仅见于梁古1井石炭2二叠系,其余的2400m以下数据点皆为古近系数据点),其超压体系中,宏观上与超压分布一致,表明两者密切相关(图5),永551井R o分布就明显反映了这一点(图6)。

盆地中出现R o负异常可能是多种因素的共同作用,如高含量的壳质组、腐泥组中富集氢也可能导致R o出现抑制现象。东营凹陷沙四段发育优质烃源岩,烃源岩母质类型好,因此东营凹陷出现R o负异常并不排除受母质类型的影响。但从R o分布与超压有良好的对应关系看,压力应该起了很大作用。

东营凹陷超压对有机质热演化的抑制作用与东营凹陷持续伴有超压及后期良好的保存条件有关。模拟结果显示:东营凹陷古近系沉积期是断陷湖盆发育期,在快速和连续沉积大套泥岩的过程中,相继产生剩余压力;不过此时剩余压力相对较低,不超过2MPa,且随东营组沉积末期的构造抬升运动,剩余压力得到释放和减弱。但馆陶组沉积后期又继续产生新生超压,并且一直保留至今,因此东营凹陷在有机质沉积、成熟和生排烃过程中持续伴有超压(图7)。从东营凹陷现今压力分布看,中2深层发育强超压2超压系统,剩余压力强度高,部分压力系数达到115～210,持续的强压导致R o出现明显的抑制状态。东营凹陷新近系断裂不发育,后期构造活动弱,沙三段中2上部的中2厚层暗色泥岩夹钙质泥岩形成压力封存箱的顶界面,沙四段和孔店组致密的盐膏层底界面形成压力封存箱的底界面,周边为幕式活动的大断层封闭,超压系统的封闭程度均比较好。东营

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图5　东营凹陷R o 、地温、流体压力和压力系数分布剖面

Fig .5　Vertical distributi on of R o,geote mperature,fluid p ressure and p ressure coefficient in the Dongying Sag 凹陷由于细粒沉积物快速充填和新近系断裂不发育,古近系下部地层中发育超压并长期保持准封闭流体系统;在相对封闭的系统中,超压地层中较丰富的地层水可以明显降低粘土矿物的催化作用,有利于促进超压对有机质热演化的抑制。此外,封闭2半封闭流体系统不仅保证地层长期处于强超压状态,增大超压的有效作用时间,而且导致有机质热演化产物的滞留,强化超压对有机质热演化的抑制作用(郝芳等,2004a )。从东营凹陷压力系数与R o 异常值(R o 预测值—实测值)分布关系看,总体上两者分布趋势一致,压力系数大,对应的R o 异常值高(图8)。

然而,压力对生烃产生明显的抑制效应需要达到一个压力门限值(Price and W enger,1992)。同处于渤海湾盆地济阳坳陷的沾化凹陷和车镇凹陷,其古近系下部地层中亦发育超压,但因压力系数相对较小,R o 未出现负异常,烃源岩热演化未受明显影响。限于篇幅,这里不作详细介绍。

由于较高的压力延缓了有机质的成熟作用,抑制了原油与干酪根的裂解作用,使烃源岩的R o 值明显降低,故在相同温度下,较高的压力使产气率下降,产油率上升。这表明在盆地的深部由于高温高压的作用,可能还保存着大量的液态烃,即超压的生烃效应延伸了“石油窗”的分布区间。

(2)成藏机制

在盆地的不同部位,由于流体动力学环境的差异形成了不同的油气成藏动力学机制。东营凹陷新近系及古近系的沙三段上亚段至东营组为常压开放性流体动力学系统,油气来自古近系的沙三段下亚段和沙四段,故形成了典型的常压开放性它源油气成藏动力学系统;古近系沙三段中2下亚段及沙四段封存箱系统具有典型的自生自储和超压特

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1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———

以渤海湾盆地东营凹陷为例图6　东营凹陷永551井R o 剖面分布Fig .6　Vertical distributi on of R o of the W ell Yong 2551in the Dongying Sag

征,为超压封存箱型自源油气成藏动力学

系统;同时,超压封存箱通过幕式排放为

浅层的新近系及古近系的沙三段上亚段至

东营组常压开放性它源油气成藏动力学系

统提供油源及成藏动力(图9)。

超压封存箱型自源油气成藏动力学系

统中,油气来自于本系统的泥质烃源岩,储

集砂体多见异常高压,形成自生自储型的

生储配置关系。油气除了依靠油源断裂及

微裂缝等进行幕式排放外,烃源岩在剩余

压力的作用下向相邻储集层不断进行排烃

和充注。在该系统中油气多在厚层泥质烃

源岩包裹的浊积砂体中形成透镜状砂体岩

性油气藏(李勇等,2006;刘震等,2006),

如在牛庄—六户地区发育很多高压岩性油

气藏(王明明等,1990;李春光,1992)。以

牛庄油田为例(该区为典型的异常高压岩

性油气藏富集区),对沙三段中2下亚段沉

积相的研究表明:牛庄地区具有4种成因

类型的砂岩体,即:沙三段中亚段上部的三

角洲前缘—前三角洲砂岩体,沙三段中亚

段下部的滑塌浊积砂岩体及近岸水下冲积

扇砂岩体,沙三段下亚段的深水扇浊积砂

岩体。其中,沙三段中亚段下部的滑塌浊积砂岩体是主要的砂岩体,其含油性与砂岩体内部流体压力的大小有关,压力系数高的砂岩体具有较高的油充满度,压力系数较低的砂岩体的油气仅分布在物性较好的部分部位。发育在牛庄洼陷沙三段中亚段下部欠压实泥岩中的牛25砂岩体是牛庄油田发现最大的含油砂岩体,其内的流体压力系数达到1168。钻探实践确证:砂体除边缘部位因为物性变差而不含油外,内部全部含油,无边水和底水,充满度接近1;而位于六户洼陷东部单斜上的王70井区沙三段中2下亚段的滑塌浊积砂岩体,内部流体压力不高(压力系数仅为1114),其油气也仅分布在砂体东部的高部位,西部为边水区,充满系数在014±(王明明等,1990)。这表明虽然砂岩透镜体的成藏条件受其自身结构、物性等因素制约,但透镜体周围的超压与砂岩体内部的压力不均衡是形成高压岩性油气藏重要的成藏动力条件,一旦这种内、外压力达到平衡,超压烃源岩中的油气向其包裹的砂体内的充注过程将很难进行。

超压体系还可以通过幕式排放向浅层输送油气。由于这种幕式排烃行为较常压稳流具有更高的能量,油气在剩余能量的驱动下,可以进入常态下无法进入的圈闭内,为浅层油气成藏提供了动力条件。在东营凹陷边部的新近系馆陶组上部和明化镇组下部河

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图7　东营凹陷FS1井沙四段底模拟地层流体压力及剩余压力分布

E s 4、E s 3、E s 2、E s 1、E d 、N 1g 、N 2m 和N 3p 分别表示沙四段、沙三段、沙二段、

沙一段、东营组、馆陶组、明化镇组和平原组地层的沉积阶段

Fig .7　D istributi on of fluid p ressure and excessive p ressure of the bott om of the 4th Me mber,

Shahejie For mati on in the W ell FS1of the Dongying Sag

漫滩相泥质岩系包裹的部分砂岩透镜体中,形成了岩性油气藏。油源分析表明:其油气来源于下部沙三段下亚段及沙四段上亚段。实测资料表明:在沙二段及其以上地层的一些油气藏中存在高压异常,统计分析后认为这些高压油气藏是沙三段和沙四段高压油气沿断层运移至浅层断块圈闭中形成的次生油气藏。这种超压传递现象是超压沉积盆地中较为普遍的一种现象(刘晓峰,2002)。

东营凹陷油气成藏动力学特征决定了油气特殊的分布规律,并且油气分布与地层压力分布有密切联系。当埋深为1000m ±时,压力系数小于110,饱和压力大于10MPa,油中溶解气基本游离出来,进入新的圈闭,形成浅层气藏。当油藏埋深在1500～1800m 时,压力系数为110～1103,饱和压力为715～10MPa,溶解气部分从石油中游离出来,形成气顶气。埋深超过1800m 时,压力系数为1103～1179,饱和压力小于715MPa,天然气完全以溶解状态存在。当压力继续增加,天然气含量越来越高,甚至出现全部为甲烷的纯气藏。以东营凹陷的东辛油气田为例,下部的沙河街组三段和二段为低饱和油藏,沙河街组一段和东营组以高饱和油藏、油气藏为主,浅层馆陶组出现重油油藏,明化镇组出现纯气藏。油藏的这种分布与油气的排运方式有关。东营凹陷烃源岩体中形成了多个不同规模的超压封存箱,易于形成周期性或脉冲式的幕式排烃。这种突发式的烃类排运机制将烃源岩内的烃类以较高的气、油比进入中2浅层圈闭,随着温度、压力的下降,含烃流体逐渐发生分异,使得从深向浅溶解气逐步从油中分离出来,油气藏中气的丰度升高,甚至在浅部形成纯气藏(阎福礼等,1999),从而形成从上到下依次出现“高饱和纯气藏”、“饱和油气藏”、“低饱和油藏”的特征(蒋有录,1998)。

地层压力对油气分布的影响造成了东营凹陷天然气藏的环状平面分布模式(图10)。

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1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———

以渤海湾盆地东营凹陷为例图8　东营凹陷压力系数与R o 异常值分布

Fig .8　D istributi on of p ressure coefficient and abnor mal value of R o in the Dongying

Sag

图9　东营凹陷中央背斜带油气成藏系统分布

Fig .9　D istributi on of hydr ocarbon accumulati on system s in the central anticline zone in the Dongying Sag

从凹陷中央到凹陷边缘古近系、新近系天然气藏呈4个环形带(李春光,1995)。内环带是沙四段超压封存箱内部的深层原生天然气藏带,这些气藏是深层生油岩进入生气门限后,由于受到良好的封盖和保存,在封存箱内形成原生的深盆气藏,一般位于沙河街组四

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地　质　科　学2008年段。溶解气藏处于凹陷的中2内环带,是由于油藏中存在较强的地层压力,溶解了一部分天然气的结果,一般位于封存箱内的沙河街组三段。气顶气藏分布于凹陷的中2外环带,这种气藏实质上是气顶油气藏中的气顶,主要位于超压封存箱外的沙河街组二段、沙河街组一段和东营组的它源油气成藏系统内,是由于埋深变浅、地层压力变小,天然气从油藏中脱离出来的结果。浅层纯气藏则见于凹陷与凸起之间的外环带内,主要位于超压封存箱外的新近系中新统馆陶组和上新统明化镇组,多为小透镜体状砂岩含气,其形成是盆地内部油气沿地层不整合面及断层侧向运移、分异的结果。这种地层压力的降低导致油气藏分异的另一结果是在凹陷边缘外环带出现稠油油藏,如永87、盐9、郑31、郑家、单家寺、林樊家、高青、金家、乐安和草古100等油藏,主要位于箱外的东营组和馆陶组,多在地层超覆圈闭中形成。其形成的一个重要原因是凹陷边缘油藏埋藏浅,出现了油藏的原始地层压力等于或小于油藏的饱和压力,使溶解气在油层内脱出,其轻质组份严重散失的缘故(李春光,1996)

。

图10　东营凹陷天然气藏、稠油油藏环状平面分布模式

1.钻井;

2.边界断层;

3.溶解气藏;

4.气顶气藏;

5.浅层纯气藏;

6.深盆气藏;

7.稠油油藏;8.沙河街组四段上亚段底界面压力系数

Fig .10　D istributi on model of gas reservoirs and heavy crude oil reservoirs in the Dongying Sag

(3)勘探意义

在沉积盆地超压体系中,超压可以引起未变形地层的水力破裂和超压流体的初次排放(郝芳等,2004a,2004b ),因此超压不但是油气运聚的主要动力,而且在其产生与演化的过程中能形成微裂缝型油气运聚隐蔽输导体系。对于东营凹陷深部油气藏的勘探,应注意寻找隐蔽输导体系和泥岩裂缝油气藏(童亨茂等,2007)。东营凹陷胜坨油田砂砾岩

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1期陈中红等:断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制———以渤海湾盆地东营凹陷为例

油气藏的形成提供了一个有意义的实例。坨143砂体和坨74砂体位于沙三段中亚段泥岩中,为透镜体岩性油藏;油源对比表明:原油以沙四段上亚段烃源岩贡献为主,但目前三维地震未发现砂体与下部烃源岩有断层沟通,因而推测砂体与深部油源之间必然有小断层或裂缝等隐蔽输导体系相连(卓勤功,2005)。

超压流体的二次排放受超压和断裂特征的共同控制,即断—压双控流体流动机制,超压的成藏物质效应和能量效应决定了新构造运动(或晚期构造运动)控制下的油气快速成藏(郝芳等,2004a,2004b)。东辛等断块油气藏的地层水矿化度显示:在切割超压烃源岩体的油源断层附近,浅层地层水的矿化度显著增高,达到背景值的2～3倍,并且高矿化度地层水的分布趋势及油气藏的分布均与油源断层的走向一致(蒋有录等, 1999),说明断层是超压封存箱体内的流体向外排放的重要通道。据此认为:在沟通超压体系的断裂带、底辟构造带、拱张性盐构造带及附近地区具备更良好的油气成藏条件。油气在被断层切割的砂体中可以形成断层—岩性复合油气藏,在斜坡带沿不整合面形成地层油气藏,或在背斜构造带形成构造油气藏(邱隆伟等,2006)。

总之,超压体系构成了准封闭的超压封存箱型自源油气成藏动力学系统,同时也可以通过幕式排放为浅层的新近系及古近系的沙三段上亚段至东营组常压开放性它源油气成藏动力学系统提供油源及成藏动力。断裂是超压体系卸压的重要渠道,也是幕式排放的主要途径。因此,与断裂沟通的砂岩体及构造背斜等是有利的勘探目标,超压泥岩体周围的透镜状砂体是隐蔽油气藏的潜在目标。

4　结束语

东营凹陷古近系下部地层烃源岩中发育强超压—超压系统,构成不同级别的超压封存箱系统,控制着油气的运移和聚集。东营凹陷超压封存箱的形成是一个地球化学自组织过程,与系统内的流体对流运动及成岩作用密切相关。超压抑制了有机质的热演化,扩展了生油窗的分布区间。超压不但是油气运聚的主要动力,而且在其产生与演化的过程中能形成微裂缝型油气运聚隐蔽输导体系,是形成岩性等隐蔽油气藏的重要条件。超压和断裂形成陆相断陷湖盆断—压双控流体流动机制。与断裂沟通的砂岩体及构造背斜等是有利的勘探目标,超压泥岩体周围的透镜状砂体是隐蔽油气藏的潜在目标。

致谢　衷心感谢两位审稿专家提出的宝贵修改意见!

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Chen Zhonghong　Zha M ing

(College of Earth R esources and Infor m ation,China U niversity of Petroleum,D ongying,Shandong　257061)

Abstract

The over p ressure in the Dongying Sag was distributed in mudst ones of the m iddle and l ow2 er parts of3rd Me mber,Shahejie For mati on and gyp sum2salt layer of the4th Me mber,Shahe2 jie For mati on.The nor mal and l ower p ressure devel oped in the above strata,and the both made up a binary structure.The over2p ressured syste m s for med over2p ressured fluid compart2 ments(OPC)in varied levels,which contr olled hydr ocarbon m igrati on and accumulati on.The geoche m ical characteristics of OPC de monstrated the geoche m ical self2organized course,and it included the phenomena of nucleus f or mati on,gr owth,diffuse,convecti on,diss oluti on,depo2 siti on,and ce mentati on under a situati on of non2equilibriu m.These courses were contr olled under the coup ling of stress,te mperature,che m istry and p ressure field.The active heat fluid in the deep for mati on p r ovided dyna m ical conditi on f or the functi ons.The t w o series of seals were distributed at the dep th of2200m and4000m res pectively,corres ponding t o the abnor2 mal high content of Ca2+.W ith an excep ti on of the stagnant fluid dyna m ic syste m there were t w o kinds of fluid dyna m ic syste m s in the Dongying Sag:nor mal2p ressured opening fluid dy2 na m ic syste m and OPC fluid dyna m ic syste m,which resulted in t w o accumulati on dyna m ic mechanis m s:one was self2s ourced and sealed dyna m ic mechanis m,another was out w ard2 s ourced and opened mechanis m,and the f or mer p r ovided the oil2gas s ource and drived f or hy2 dr ocarbon accu mulati on.Faults and rup ture were i m portant path way for ep is odic hydr ocarbon2 expulsi on,s o the sandst one bodies communicated by faults and conf or mati on2anticlines were fa2 vorable p r os pects f or exp l orati on,and the lens2shaped sandbodies ar ound the over p ressured s ource r ocks were potential targets for the exp l orati on of subtle trap reservoirs.

Key W ords　Over p ressure,Over p ressure2fault contr olling,Mechanis m of fluid fl ow, Hydr ocarbon accu mulati on,Self2organizati on,Faulted2basin,The Dongying Sag