摘要：渤海灣盆地東濮凹陷北部地區(qū)古近系的膏鹽巖地層為異常壓力提供了很好的保存條件，同時(shí)復(fù)雜的斷裂又為異常高壓的釋放提供了通道，其油氣成藏的動力學(xué)過程較復(fù)雜，目前對該區(qū)異常高壓及其對油氣運(yùn)聚的影響規(guī)律仍然認(rèn)識不清。為此，對東濮凹陷北部地區(qū)異常壓力與油氣成藏的關(guān)系開展了研究。根據(jù)實(shí)測資料，分析了該區(qū)古近系地層壓力的縱向分布特征，并運(yùn)用流體包裹體方法恢復(fù)了古地層壓力，對深部和淺部層系的油氣充注動力進(jìn)行了分析；綜合劃分了該區(qū)的油氣運(yùn)聚成藏模式類型。結(jié)果表明：①研究區(qū)縱向上發(fā)育常壓、超壓和超高壓3種類型，其中文明寨-古云集地區(qū)以常壓為主，衛(wèi)城、濮城和橋白地區(qū)發(fā)育常壓和超壓，文留地區(qū)和文衛(wèi)濮結(jié)合部發(fā)育常壓、超壓和超高壓；②深部層系的油氣充注系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)或較高壓-高壓系統(tǒng)，淺部層系油氣主要為幕式充注；③研究區(qū)洼陷斜坡帶的成藏模式包括側(cè)向運(yùn)聚成藏和自生自儲運(yùn)聚成藏，構(gòu)造主體的成藏模式包括鹽上垂向幕式運(yùn)聚成藏、鹽間復(fù)式運(yùn)聚成藏和無鹽區(qū)垂向連續(xù)運(yùn)聚成藏。
關(guān)鍵詞：渤海灣盆地 東濮凹陷 異常地層壓力 古壓力 流體包裹體 油氣充注 成藏模式
據(jù)Hunt統(tǒng)計(jì)[1]，全世界共有l80個沉積盆地中發(fā)育超壓地層，其中160個盆地的超壓體與油氣分布具有成因聯(lián)系[2]，反映了壓力場是控制油氣藏形成的重要因素之一。油氣藏形成時(shí)的古壓力與油氣大規(guī)模的二次運(yùn)移具有緊密聯(lián)系，古壓力恢復(fù)成為近年來成藏動力學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，其中流體包裹體法是人們較早用來恢復(fù)古壓力的方法[3-5]，并越來越受到重視。關(guān)于異常高壓與油氣運(yùn)聚關(guān)系，前人做了大量的研究[6-16]，Leach(1993)，Nashaat(1998)，Belonin和Slavin(1998)等指出油氣一般富集于超壓頂面附近或一定的壓力梯度范圍內(nèi)。杜栩等首次提出了5種與超壓有關(guān)的油氣成藏模式[2]。異常高壓控制著油氣的成藏過程和分布[8-10]，其中壓力過渡帶和常壓帶是油氣藏聚集的有利場所[11-12]。同時(shí)很多學(xué)者注意到油氣運(yùn)聚成藏的幕式現(xiàn)象，郝芳等、趙靖舟等通過對流體的流動方式及其所處壓力狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行研究，提出幕式成藏理論[15]，論述了幕式成藏的重要性及其在油氣勘探中的意義[16]。
渤海灣盆地東濮凹陷北部地區(qū)古近系的膏鹽巖地層為異常壓力提供了很好的保存條件，同時(shí)復(fù)雜的斷裂又為異常高壓的釋放提供了通道，其油氣成藏的動力過程較復(fù)雜，目前對該區(qū)的異常高壓及其對油氣運(yùn)聚的影響規(guī)律仍然認(rèn)識不清。因此，筆者對東濮凹陷北部地區(qū)異常壓力與油氣成藏的關(guān)系開展了研究。
1 區(qū)域地質(zhì)概況
東濮凹陷位于渤海灣盆地臨清坳陷東南部，呈NNE走向，北窄南寬，面積約5
2 現(xiàn)今壓力分布特征
2.1 實(shí)測壓力特征
不同學(xué)者曾提出了多種異常壓力分類方案[17]。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際地層壓力特征，本文采用壓力系數(shù)為0.9、1.1和1.5作為界限值，將地層壓力劃分為低壓(壓力系數(shù)小于0.9)、常壓(壓力系數(shù)介于0.9～1.1)、超壓(壓力系數(shù)介于l.1～1.5)和超高壓(壓力系數(shù)大于1.5)這4種基本類型。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，東濮凹陷北部地區(qū)地層壓力在縱向上主要分布有常壓、超壓和超高壓3種類型(圖2)。其中文明寨-古云集地區(qū)以常壓為主，超壓不發(fā)育；衛(wèi)城、濮城和橋白地區(qū)發(fā)育常壓和超壓，超高壓不發(fā)育，其中衛(wèi)城地區(qū)超壓主要分布于深度3
這種壓力分布格局與該區(qū)構(gòu)造特征和異常壓力保存條件密切相關(guān)，文明寨-古云集地區(qū)構(gòu)造位置相對較高，而且斷裂體系比較發(fā)育，異常壓力保存條件差，所以超壓異常不發(fā)育。衛(wèi)城地區(qū)和濮城地區(qū)構(gòu)造位置相對較高，但在沙三中亞段存在鹽巖或泥膏巖封蓋，異常壓力封堵條件較好，從而在鹽下分布有超壓異常且超壓出現(xiàn)的深度相對較淺；而橋白地區(qū)鹽巖不發(fā)育，異常壓力主要靠泥巖封堵，超壓異常出現(xiàn)的深度較深。文留地區(qū)和文衛(wèi)濮結(jié)合部構(gòu)造位置相對較高，但沙三中亞段和沙三下亞段均具有厚層的鹽巖分布，異常壓力保存條件十分好，所以在沙三中亞段及其以下層系中出現(xiàn)超壓異常和超高壓異常，而且超壓異常出現(xiàn)的深度相對于其他地區(qū)要淺。
2.2 異常高壓橫向?qū)Ρ?span lang="EN-US">
地層壓力存在欠爪實(shí)、水熱增壓、生烴增壓、黏土脫水以及構(gòu)造擠壓等多種增壓機(jī)制，在晚期快速沉降的中、新生代斷陷盆地中，通常以欠壓實(shí)作用為主要的增壓機(jī)制，其中厚層泥巖是形成異常高壓的主要場所。異常高壓泥巖在地球物理數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為“高孔隙度、高聲波時(shí)差、低密度”，出現(xiàn)異常高孔隙時(shí)，流體就會承擔(dān)部分本應(yīng)南巖石骨架承擔(dān)的上覆負(fù)荷，這部分負(fù)荷在數(shù)值上等于流體超壓值?；谶@一原理，可以利用平衡深度法汁算地層中異常壓力的大小，所謂平衡深度就是欠壓實(shí)地層的孔隙度在正常壓實(shí)曲線上的投影深度。另外據(jù)Wyllie公式，地層孔隙度和聲波時(shí)差具有較好的相關(guān)關(guān)系。因此，可以用聲波時(shí)差代替孔隙度來定性分析異常壓力的分布特征，即正常泥巖壓實(shí)段的聲波時(shí)差隨深度增加而呈線性減小，當(dāng)再現(xiàn)異常壓力時(shí)，聲波時(shí)差會偏離正常趨勢線，表現(xiàn)為異常值。
文251井-文100井剖面橫跨西部洼陷、文留主體和東部洼陷，在文留主體和兩側(cè)洼陷斜坡帶發(fā)育沙三2鹽、沙三4鹽和沙一鹽。從聲波時(shí)差對比剖面圖(圖3)上可以看出，西部洼陷斜坡帶的文251井、東部洼陷斜坡帶的文100井、文留主體的文118井，以及新文401井主要發(fā)育沙三鹽間超壓帶和沙一鹽下超壓帶，在橫向上具有較好的對比性，且沙三鹽間超壓帶的超壓幅度明均大于沙一鹽下超壓帶，東、西洼陷斜坡帶的超壓幅度均大于文留主體，說明在異常壓力的動力下，洼陷區(qū)生成的油氣可以向構(gòu)造主體運(yùn)移，也可以由沙三段向淺部的沙二段和沙一段運(yùn)移。
3 流體包裹體法恢復(fù)古壓力
3.1 流體包裹體捕獲壓力的計(jì)算公式推導(dǎo)
流體包裹體法是近年來人們恢復(fù)古壓力的常用手段之一。ZHANG等曾針對鹽水溶液建立了流體包裹體的溫壓關(guān)系等容式[18]。該等容式認(rèn)為，流體包裹體均一溫度、形成溫度、鹽度和形成壓力等4個參數(shù)之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系。其中的均一溫度和鹽度可以測得，通過一定的方法確定出包裹體的形成溫度就可以得到其形成壓力。流體包裹體的形成壓力可以用下面的公式得到。
式中p表示形成壓力，10-1MPa；T表示捕獲溫度，℃，視為比均一溫度高l
式中Th表示均一溫度，℃；m表示鹽類質(zhì)量摩爾濃度，mol／kg，它與鹽度(叫)的換算公式為：m=1 000ω／[58.5×(100-ω)]；al、a2、a3、a4為常數(shù)，對于CaCl2-H20體系來說，al=2.848×101，a2=-6.445×10-2：a3=-4.159×10-1、a4=7.438×10-3。
一般來說，利用上述方法得到的壓力是包裹體的均一壓力，即古壓力的下限值，由此求得的包裹體捕獲壓力需要進(jìn)行壓力校正。結(jié)合文獻(xiàn)值(米敬奎等，2003)，在計(jì)算中將流體包裹體捕獲壓力定為比其均一壓力高6 MPa來進(jìn)行計(jì)算：
3.2 古剩余壓力和古壓力系數(shù)的計(jì)算公式推導(dǎo)
為進(jìn)一步描述地層的古壓力狀態(tài)，需要計(jì)算古剩余壓力和古壓力系數(shù)，二者可分別用下式計(jì)算：
式中p0表示古靜水壓力，MPa；h表示古埋深，m，其值是在單井埋藏史及熱史恢復(fù)的基礎(chǔ)上結(jié)合包裹體均一溫度實(shí)測值得到；g表示重力加速度，
式中Th表示均一溫度，℃；A、B、C分別為鹽度的函數(shù)：
式中ω為鹽度，當(dāng)鹽度介于1％～30％時(shí)
3.3 計(jì)算結(jié)果分析
表l是對東濮凹陷中央隆起帶北部多口井不同層段鹽水包裹體捕獲壓力的計(jì)算結(jié)果。分析表明，研究區(qū)深部層系流體包裹體古剩余壓力和古壓力系數(shù)較高，其中衛(wèi)城南部、戶部寨、文東等地區(qū)沙三中、下亞段古剩余壓力為7.29～11.22 MPa，古壓力系數(shù)介于1.23～1.42，而且文東地區(qū)距離洼陷巾心較近的文203—59井的超壓幅度要高于距離洼陷中心較遠(yuǎn)的濮深7井，說明這些部位油氣的充注是在高壓系統(tǒng)內(nèi)完成的；文西地區(qū)沙三中弧段古剩余壓力為l.9～10.66MPa，古壓力系數(shù)為1.06～1.35，說明這些部位油氣的充注是在較高壓高壓系統(tǒng)內(nèi)完成的。
淺部層系樣品的流體包裹體古壓力系數(shù)均分布于1.38～1.85之間，說明淺層油氣的充注方式以幕式為主。深部層系的高壓流體沿?cái)鄬涌焖儆苛鳎跍\部層系被捕獲而形成包裹體，由于被捕獲時(shí)流體壓力和深部層系相當(dāng)或略小，而淺部層系古靜水壓力卻較小，從而造成淺部層系流體包裹體的古壓力系數(shù)明顯大于深部層系流體包裹體的古壓力系數(shù)。
4 油氣成藏模式
東濮凹陷屬于典型斷坳型盆地，具有隆凹相間的構(gòu)造格局?；跂|濮凹陷北部地區(qū)構(gòu)造特征和基本的油氣充注成藏條件，可以將研究區(qū)油氣運(yùn)聚成藏模式劃分為洼陷斜坡帶運(yùn)聚成藏和構(gòu)造主體運(yùn)聚成藏兩大類。
4.1 洼陷斜坡帶運(yùn)聚成藏模式
洼陷斜坡帶運(yùn)聚成藏模式是目前東濮凹陷發(fā)現(xiàn)油氣較多的一種油氣成藏模式類型，位于洼陷區(qū)沙三段的生烴層系內(nèi)，具有充足的油源和優(yōu)越的供油條件。突出特點(diǎn)是油氣從烴源巖排出直接進(jìn)入儲集層系，直接聚集成藏或經(jīng)過源內(nèi)砂體側(cè)向運(yùn)移而聚集成藏。根據(jù)油氣運(yùn)移動力特點(diǎn)和油氣運(yùn)聚特征的差異，可進(jìn)一步將其劃分為側(cè)向運(yùn)聚成藏模式和自生自儲運(yùn)聚成藏模式。
油氣由洼陷或斜坡帶生成后沿砂體側(cè)向運(yùn)移，并在反向斷層、順向斷層或巖性相變等遮擋條件下發(fā)生聚集，以濮衛(wèi)洼陷斜坡帶、濮城-前梨岡洼陷西翼斜坡帶和柳屯海通集洼陷東翼斜坡帶為代表(圖4)。油氣側(cè)向運(yùn)移多見于沙三段，主要為高成熟和低成熟油氣的混合組分，輸導(dǎo)體系為砂體，該成藏模式具有如下特點(diǎn)：①具有沙三上、中、下亞段3套烴源巖中的一套供烴；②沿砂體側(cè)向運(yùn)移為主；③圈閉類型主要為斷層遮擋形成的構(gòu)造 巖性圈閉和砂巖上傾尖滅圈閉；④運(yùn)移動力為異常高壓；⑤縱向多層系生烴，造成烴類多層系聚集。
洼陷內(nèi)部發(fā)育的濁積、灘砂或?yàn)蔚韧哥R體狀砂巖儲集體“近水樓臺先得月”，通過近距離運(yùn)移，優(yōu)先捕捉油氣，并在巖性圈閉中聚集成藏，以前梨園洼陷為代表(圖5)。該成藏模式具有如下特點(diǎn)：①烴源巖供烴層系單一，為巖性圈閉所在生烴層系；②巖性圈閉以封閉透鏡式為主；③生烴、構(gòu)造運(yùn)動及差異壓實(shí)為巖性圈閉充注油氣提供了動力。
4.2 構(gòu)造主體運(yùn)聚成藏模式
由于斷裂帶由復(fù)雜斷塊組成，且中央隆起帶發(fā)育多套鹽巖層，因而具有深部和淺部多層系含油的特點(diǎn)。構(gòu)造主體運(yùn)聚特征復(fù)雜，根據(jù)油氣運(yùn)移動力特點(diǎn)和油氣運(yùn)聚特征的差異，構(gòu)造主體運(yùn)聚成藏模式可進(jìn)一步劃分為鹽上垂向幕式運(yùn)聚成藏模式、鹽間復(fù)式運(yùn)聚成藏模式和無鹽區(qū)垂向連續(xù)運(yùn)聚成藏模式。
屬于鹽上油氣藏的油氣成藏模式類型。斷裂帶下部鹽間或鹽下地層中的砂體是油氣幕式運(yùn)移的臨時(shí)倉儲層或“中轉(zhuǎn)站”，由于下部流體的超壓作用，這些砂體中的流體沿?cái)鄬又芷谛葬尫哦鴮⒂蜌獯罅哭D(zhuǎn)移到上部地層。主要發(fā)生于斷裂活動期，具有早期充注的特點(diǎn)，以衛(wèi)城地區(qū)向南至文留地區(qū)為代表(圖6)。該成藏模式具有如下特點(diǎn)：①具有沙三上、中、下亞段3套烴源巖供烴；②以垂向幕式運(yùn)移為主、側(cè)向運(yùn)移為輔；③圈閉類型主要為復(fù)雜斷塊圈閉；④運(yùn)移動力主要是超壓；⑤縱向上烴類聚集層系沿主干斷裂呈羽狀分布。
屬于斷裂帶下部生烴層系油氣藏的油氣成藏模式類型。這些油氣藏油氣來源多樣，既有自生自儲的油氣也有由洼陷側(cè)向運(yùn)移來的油氣。以中央隆起帶鹽間地層為代表(圖7)。該成藏模式具有如下特點(diǎn)：①主要由沙三中、下亞段2套烴源巖供烴；②以側(cè)向運(yùn)移為主，自生自儲為輔；③圈閉類型主要為斷塊圈閉；④運(yùn)移動力主要是超壓；⑤縱向上油氣分布較為集中。
該成藏模式主要分布于無鹽巖發(fā)育的復(fù)雜斷裂帶，屬于常壓環(huán)境油氣藏的油氣成藏模式類型。這種模式油氣藏的油氣主要是在浮力作用下沿?cái)嗔严蛏线B續(xù)運(yùn)移。以文明寨地區(qū)為代表(圖8)。該成藏模式具有如下特點(diǎn)：①具有沙三上、中、下亞段3套烴源巖供烴；②以垂向連續(xù)運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔；③圈閉類型主要為斷塊圈閉；④運(yùn)移動力主要是浮力；⑤縱向上烴類聚集層系沿主干斷裂呈羽狀分布。
5 結(jié)論
1)東濮凹陷中央隆起帶北部古近系現(xiàn)今地層壓力在縱向上主要發(fā)育常壓、超壓和超高壓3種類型；其中文明寨-古云集地區(qū)斷裂體系比較發(fā)育，異常壓力保存條件差，以常壓為主；衛(wèi)城、濮城和橋白地區(qū)沙三段的膏鹽巖或泥巖較為發(fā)育，可以較好地封堵異常壓力，從而發(fā)育常壓和超壓；文留地區(qū)和文衛(wèi)濮結(jié)合部沙三段膏鹽巖尤其發(fā)育，異常壓力保存條件優(yōu)于其他區(qū)塊，從而發(fā)育常壓、超壓和超高壓。
2)流體包裹體古壓力恢復(fù)結(jié)果表明，中央隆起帶北部不同區(qū)塊深部層系古剩余壓力和古壓力系數(shù)較高，油氣充注是在高壓系統(tǒng)或較高壓-高壓系統(tǒng)內(nèi)完成的；淺部層系古剩余壓力和古壓力系數(shù)同樣較高，油氣的充注方式以幕式為主。
3)基于東濮凹陷北部地區(qū)構(gòu)造特征和基本的油氣充注成藏條件，可以將研究區(qū)油氣成藏模式劃分為洼陷斜坡帶運(yùn)聚成藏和構(gòu)造主體運(yùn)聚成藏兩大類。根據(jù)油氣運(yùn)移動力特點(diǎn)和油氣運(yùn)聚特征的差異，洼陷斜坡帶可進(jìn)一步劃分為側(cè)向運(yùn)聚成藏模式和自生子儲運(yùn)聚成藏模式，構(gòu)造主體可進(jìn)一步劃分為鹽上垂向幕式運(yùn)聚成藏模式、鹽間復(fù)式運(yùn)聚成藏模式和無鹽區(qū)垂向連續(xù)運(yùn)聚成藏模式。
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本文作者：劉景東 蔣有錄
作者單位：中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
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