A. 渤南窪陷現今壓力模擬及其與油氣分布的關系
趙利傑
（中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島 266555）
作者簡介：趙利傑，男，在讀博士研究生，主要從事油氣地質及勘探研究，E-maill：zhaolijiesmart1985＠163.com。
摘 要：超壓是含油氣盆地中存在的普遍現象，在世界范圍內有將近90％的含油氣盆地中存在超壓體與 油氣分布的成因聯系。渤南窪陷是一個位於濟陽坳陷沾化凹陷中部的三級負向構造單元，目前發現古近系、 新近系等多套含油層系，其中Es3、Es4s等含油氣層存在明顯的超壓現象。渤南窪陷及其周邊地區作為勘探老 區，具有較多的實測壓力數據，鑒於此，本文在實測數據的基礎上，綜合利用地球物理測井、錄井和分層等 資料，採用等效深度法對渤南窪陷及其周邊的地層壓力進行了預測，並結合現今油氣展布，研究了壓力與油 氣分布的關系。結果表明：研究區發育常壓帶、過渡帶和超壓帶三種壓力環境，縱向上從Es2x開始出現低幅 度的高壓異常並隨深度增加逐漸增強，在Es3x和Es4s異常幅度達到最大，壓力系數可達1.8及以上，平面上 高壓異常主要在窪陷中心發育，向周緣逐漸變弱至常壓，沙一段和沙二上亞段基本上為常壓環境，沙三上和 沙三中亞段壓力系數明顯增大並在沙三下和沙四上亞段達到最大；異常高壓作為油氣運移的主要動力，在剩 余壓差的作用下，油氣圍繞窪陷中心呈環狀展布，主要分布在常壓和過渡帶壓力環境下。應用等效深度法與 實測壓力數據相結合的方法，較准確的建立了渤南窪陷壓力預測模型，並研究了超壓與油氣分布的關系，以 期指導研究區未知地區的油氣勘探。
關鍵詞：渤南窪陷；等效深度法；壓力環境；油氣分布
Current Pressure Simulation and its Relationship with the Oil and Gas Distribution in Bonan Sag
Zhao Lijie
（School of Geosciences，China University of Petroleum，Qing 166555，China）
Abstract：Overpressure is a common phenomenon existing in Oil and gas basins，there are nearly 90％ of Oil and gas basins show that overpressure associated with the hydrocarbon distribution in the worldwide.Bonan sag is located in the middle of Zhanhua depression，multiple sets of oil and gas bearing exist overpressure phenomenon such as Es3 and Es4s.In this paper，equivalent depth method was used to predict the formation pressure of Bonan sag and the surroundings on the basis of measured pressure data.geophysical logging.logging.layered and other informaion，and the relationship between pressure and hydrocarbon distribution was studied by the present distribution of oil and gas.The results showed that：there are three pressure environment-atmospheric pressure，the transition zone and overpressure，in the vertical，low-amplitude abnormal high pressure began to emerge from Es2x and increased with depth graally，the biggest exception appeared in Es3 and Es4s，where the pressure coefficient up to 1.8 or above，in the plane，high abnormal pressure developed mainly in the central sag and became weaker to the margin until atmospheric pressure；abnormal pressure acts as the main driver of hydrocarbon migration，and the resial pressure leads to the hydrocarbon's zonary distribution around sag center，in the transition zone and overpressure environment mainly.By means of the combination of the equivalent depth method and the measured pressure data.we established a more accurate pressure prediction model in Bonan sag，and also studied the relationship between the distribution of hydrocarbon and overpressure，to guide the oil and gas exploration in the unknown region.
Key words：Bonan sag；equivalent depth method；pressure environment；hydrocarbon distribution
超壓是含油氣盆地中存在的普遍現象［1～5］。據統計，在世界范圍內已知有180個沉積盆地發育超 壓地層，其中超壓體與油氣分布有成因聯系的沉積盆地約160個［6～9］，因此壓力的研究在油氣藏勘探 與開發中占據著舉足輕重的地位。本文使用等效深度法，並通過實測壓力數據校正，建立了渤南窪陷壓 力預測模型，以期深入認識研究區壓力發育特徵。
圖1 研究區構造位置圖
1 研究區概況
渤南窪陷是濟陽坳陷沾化凹陷中部的一個北陡南緩向 北掀斜的箕狀斷陷盆地，北以埕南斷裂帶與埕東凸起相 接，南鄰陳家莊凸起斜坡帶，東以孤西斷層與孤北窪陷、 孤島凸起相鄰，東南以墾西地壘與三合村窪陷、孤南窪陷 相接（圖1）。窪陷內壓力特徵復雜，發育常壓帶、過渡 帶及超壓帶三種壓力環境。
2 等效深度法壓力預測模型
2.1 等效深度法原理
在晚期快速沉降的中、新生代斷陷盆地中，欠壓實作用常常成為主要的增壓機制，厚層泥岩是形成 異常高壓的主要場所。Athy 1930年提出地層孔隙度隨壓實程度和埋深的增加而降低，在半對數坐標中，地層孔隙度與深度呈線性關系。由Wyllie公式可知，地層孔隙度和聲波時差具有較好的相關關系，因 此，在半對數坐標中，聲波時差和深度具有線性關系，即聲波時差的對數隨著深度的增加而逐漸減 小［10～13］，此即等效深度法的基本原理，而且它還假設超壓帶上任意點聲波時差相同於正常趨勢線上的 點，反映兩點孔隙結構特徵相同，壓實程度相同，具相同有效應力［14～18］。對於本研究區，可以將聲波 時差參數與深度近似地看作直線關系，正常泥岩壓實段的聲波時差隨深度減小；當出現異常壓力時，聲 波時差會偏離正常趨勢線，偏離越遠，異常值越高。
2.2 參數確定及模型建立
通過研究區渤深4、墾761、墾斜627、義65、義127、義107、義285、義601、義123等9口 井的泥岩聲波時差值，綜合考慮正常壓實段的聲波時差資料，通過線性回歸建立了渤南窪陷及其周 邊地區泥岩正常壓實趨勢線方程：ln（△t）＝-0.0003H＋6.4706，式中：H為地層埋深，m；△t為 泥岩聲波時差，μs/m。選取渤702、渤深5、義120、羅14井的密度測井數據，以20m為步長計算 加權平均值，回歸得到地層密度與埋深的線性關系方程ρ＝0.0002H＋1.8472，從而平均密度為： ρ平均＝（ρ0 ＋ρH）/2。
在正常壓實帶，孔隙流體壓力即靜水壓力：P＝ρw×g×H，式中：P為地層流體壓力，10-3；ρw 為地層水密度，g/cm3（1.1g/cm3）；g為重力加速度，g/cm2；H為地層埋深，m。在欠壓實帶，根 據等效深度法原理，可用Magara（1968）介紹的公式計算地層流體壓力：P＝ρw×g×He＋ρbw×g×（H-He），式中：ρbw為上覆岩層的平均密度，g/cm3；He為孔隙度與H處相當的正常壓實線上對應 點的深度，m。
根據 g/cm3；C為不同深度點泥岩正常趨勢線斜率；△t0為地 表聲波時差μs/m（646μs/m）；△t為實測聲波時差，μs/m。
通過模型計算出的壓力往往與實測壓力存在一定的 誤差，因此需要進行校正。經對比發現，實測壓力與計 算壓力之間存在指數關系（圖2），校正公式如下： P校正＝9.6409e0.0346×P計算，經校正後相對誤差基本 控制在5％以內，說明通過該方法計算所得壓力數值，可以較准確的預測地層壓力。
圖2 計算壓力校正圖
3 壓力分布特徵
3.1 縱向壓力分布特徵
根據渤南窪陷實測壓力數據，繪制了壓力系數與深度交匯圖（圖3）。從圖中可看出，研究區壓 力在縱向上基本可分為四個帶三種環境：壓力系數0.9～1.06為常壓帶，1.06～1.27為過渡帶，1.27以上為超壓帶。當地層埋深小於2300m時，地層壓力基本保持與靜水壓力相當，壓力系數多集 中在1.0左右，屬常壓環境；隨著深度的增加，在2300～3000m范圍內，部分地層壓力逐漸偏離靜 水壓力開始出現超壓，壓力系數增大到1.35左右，屬過渡帶環境；在3000～4100m的深度段內異常 高壓十分明顯，地層壓力普遍在50MPa以上最大可達70MPa，壓力系數最高達1.8，屬超壓環境；在 4100m深度以下又趨於正常壓實回歸至常壓環境。其中異常高壓點多出現在渤南深窪區、義和庄及羅家 的部分地區。
圖3 渤南窪陷區不同構造帶、不同層系地層壓力系數-深度交匯圖
3.2 平面壓力分布特徵
由於渤南窪陷及其周邊地區的實測壓力數據不足已在各層系展布成圖，因此壓力的平面分布特徵主 要藉助實測壓力和等效深度法計算壓力相結合的方法，對沙一段、沙二上亞段、沙二下亞段、沙三上亞 段、沙三中亞段、沙三下亞段和沙四上亞段進行了研究。
沙一段和沙二上亞段基本上為常壓環境，壓力系數絕大部分分布在0.8～1.15之間，僅有窪陷區的 個別井壓力系數突破了1.2；窪陷區自沙二下亞段開始進入過渡帶壓力環境，壓力系數超過1.2的范圍 逐漸擴大；沙三上和沙三下亞段壓力系數明顯增大，超過1.2有的甚至高達1.5，主要分布在深窪區，研究區呈現出常壓帶環繞過渡帶的壓力特徵；沙三下亞段作為研究區重要的烴源岩層系，泥岩厚度大，且埋藏深，窪陷區已進入超壓環境，壓力系數有的高達1.8，全區自窪陷向周邊呈現超壓帶-過渡帶- 常壓帶的環狀特徵（圖4）；沙四上亞段也是該區重要的烴源岩層，與沙三下亞段的壓力特徵類似，窪 陷中心壓力系數高達1.9。
圖4 渤南窪陷Es3下段壓力系數等值線圖
4 壓力與油氣分布的關系
異常高壓作為油氣運移的主要動力，油氣分布受壓力特徵影響明顯［19，20］。渤南窪陷及其周邊地區 具有Nm-Ek及前第三系多套含油層系並呈現出不同的分布規律。通過各層系油藏分布與相應層系壓力 系數疊合對比發現，Es3作為研究區的主力含油層，與異常高壓發育有著密切聯系。
壓力環境決定油藏分布，Es3油藏圍繞窪陷中心呈環狀發育，主要分布在壓力系數為0.9～1.4的 常壓帶和過渡帶壓力環境中，並不是壓力系數越高越有利於油氣聚集（圖5）。Es3x亞段是研究區超壓 環境最發育的層系，油氣在壓力差作用下，由超壓帶向過渡帶和常壓帶運聚成藏，對現今油藏分布起著 重要作用。
圖5 渤南窪陷 壓力系數與Es3油藏分布疊合圖
5 結論
渤南窪陷及其周邊地區發育常壓帶、過渡帶和超壓帶三種壓力環境，縱向上從Es1開始出現低幅度 的高壓異常並隨深度增加逐漸增強，在Es3和Es4s異常幅度達到最大，壓力系數可達1.8及以上，平面 上高壓異常主要在窪陷中心發育，向周緣逐漸變弱至常壓。
壓力環境決定油藏分布，異常高壓作為油氣運移的主要動力，在剩餘壓差的作用下，油氣圍繞窪陷 中心呈環狀展布，主要分布在常壓帶和過渡帶壓力環境下。
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