于景維，任偉，王武學(xué)，王澤勝，柳妮，歐陽雪琪

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依834000；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都610059；3.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原138000；4.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

阜東斜坡中侏羅統(tǒng)頭屯河組異常高壓形成機(jī)理

于景維1，任偉2，王武學(xué)3，王澤勝4，柳妮2，歐陽雪琪2

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依834000；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都610059；3.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原138000；4.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組是區(qū)域性重要的勘探目標(biāo)層。依據(jù)研究區(qū)重點探井實測地層壓力數(shù)據(jù)，分析異常高壓在頭屯河組中的縱向及平面分布，根據(jù)壓力系數(shù)將研究區(qū)分為超強(qiáng)壓區(qū)、超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)和常壓區(qū)。結(jié)合鉆井、地震、測井以及薄片資料探討了研究區(qū)異常高壓的形成機(jī)理，認(rèn)為沉積作用和構(gòu)造作用是形成研究區(qū)異常高壓的主要因素。區(qū)域性的異常高壓是多個影響因素共同作用的結(jié)果，其中構(gòu)造運(yùn)動是研究區(qū)普遍存在異常高壓的關(guān)鍵因素。

準(zhǔn)噶爾盆地；阜東斜坡區(qū)；中侏羅統(tǒng)；頭屯河組；異常高壓

異常高壓與油氣成藏有著十分密切的關(guān)系，據(jù)不完全統(tǒng)計，大約30%的富含油氣沉積盆地中油氣分布與異常高壓有關(guān)[1]。因此，通過對含油氣區(qū)異常高壓分布特征及形成機(jī)制進(jìn)行探討，總結(jié)其與油氣成藏的內(nèi)在聯(lián)系，可以指導(dǎo)區(qū)帶油氣勘探研究[2-3]。

2012年在準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組鉆遇異常高壓層，并在頭屯河組二段試獲商業(yè)油氣流，為進(jìn)一步在該區(qū)帶尋找新的油氣藏拓寬了研究思路。研究發(fā)現(xiàn)[4]，準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)育的異常高壓不僅有自身的特殊性，而且對油氣的形成、運(yùn)聚、成藏、保存和分布起著控制作用。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)頭屯河組異常高壓的分布特征及成因進(jìn)行重點分析，以期對該區(qū)塊油氣勘探工作有所裨益。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部（圖1），面積約600 km2，地層整體東高西低，呈鼻狀構(gòu)造。頭屯河組（J2t）自下而上分別為頭一段、頭二段和頭三段，埋深為2 800~4 300m，由于侏羅紀(jì)晚期的燕山運(yùn)動，頭三段部分被剝蝕。研究區(qū)早在20世紀(jì)50年代就開始了油氣地質(zhì)工作，是準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)勘探程度較高的區(qū)域，目前共有40余口井鉆遇頭屯河組，多口井見到油氣顯示，是阜東斜坡巖性地層油氣藏勘探的有利區(qū)帶。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置

2　異常高壓分布特征

利用研究區(qū)20余口鉆井頭屯河組所對應(yīng)的DST實測壓力同靜水壓力曲線進(jìn)行比較（圖2），發(fā)現(xiàn)頭屯河組中異常高壓現(xiàn)象較普遍，實測壓力系數(shù)多為1.2~ 1.7，屬于超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)[5]。

圖2　研究區(qū)DST實測壓力與深度關(guān)系

對研究區(qū)頭屯河組地層壓力系數(shù)分布（圖3）分析認(rèn)為，研究區(qū)大部分區(qū)域為超強(qiáng)壓區(qū)（地層壓力系數(shù)大于1.7），其中阜東13井壓力系數(shù)可達(dá)2.0；其次為超壓過渡區(qū)（地層壓力系數(shù)為1.2~1.5）和超壓區(qū)（地層壓力系數(shù)為1.5~1.7）；常壓區(qū)（地層壓力系數(shù)小于1.2，面積最小，僅限于阜東021井、阜東17井和阜東052井之間，壓力系數(shù)普遍為1.1）。從圖3可看出，壓力系數(shù)平面分布與埋深的關(guān)系并不是很明顯，超強(qiáng)壓區(qū)在1 900m以上也有分布。同時壓力系數(shù)等值線延伸趨勢基本同剝蝕線一致，南北兩側(cè)壓力系數(shù)等值線向中間靠攏，從側(cè)面反映出主要受斷裂以及構(gòu)造運(yùn)動（燕山運(yùn)動）影響。

圖3　研究區(qū)頭屯河組地層壓力系數(shù)分布

3　異常高壓形成機(jī)理探討

前人對包括研究區(qū)在內(nèi)的準(zhǔn)噶爾盆地異常高壓形成機(jī)理從構(gòu)造擠壓作用、快速沉積引起的欠壓實作用、烴類的生成、流體熱增壓和礦物轉(zhuǎn)化脫水作用、他源超壓傳導(dǎo)作用等諸方面進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［6］對研究區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)演化成熟度進(jìn)行分析，認(rèn)為其基本上處于低成熟階段（鏡質(zhì)體反射率小于0.8%），此階段有機(jī)質(zhì)基本不能裂解成氣；文獻(xiàn)［7］和文獻(xiàn)［8］曾利用數(shù)值模型定量討論過泥質(zhì)巖中水熱增壓機(jī)制的效率，認(rèn)為在上部地殼的絕大多數(shù)地質(zhì)條件下這種超壓生成機(jī)制的效率非常微弱；文獻(xiàn)［9］也曾定量分析過蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程中的脫水作用對地層壓力的作用效率，認(rèn)為這種增壓作用與壓實作用比起來，基本上可忽略不計；前人認(rèn)為侏羅紀(jì)末期到白堊紀(jì)初期發(fā)生的燕山運(yùn)動使得天山造山帶以及博格達(dá)山楔狀體繼續(xù)隆升向北擠壓，準(zhǔn)噶爾盆地東部發(fā)生差異升降、塊斷隆升作用造成欠壓實是研究區(qū)產(chǎn)生異常高壓的關(guān)鍵因素；文獻(xiàn)［10］利用古地磁測量資料，提出包括研究區(qū)在內(nèi)的準(zhǔn)噶爾盆地南緣構(gòu)造應(yīng)力場最大主應(yīng)力為水平方向，從而證明構(gòu)造運(yùn)動是造成研究區(qū)異常高壓形成的最重要因素。

文獻(xiàn)［11］利用有限元法分析認(rèn)為，構(gòu)造應(yīng)力隨深度的變化可按p=a+bh的關(guān)系估算，在研究區(qū)a為16.5，b為0.011.按照此算法，構(gòu)造應(yīng)力在研究區(qū)頭屯河組形成的壓力系數(shù)應(yīng)是2.2以上。但從圖2可以看出，多數(shù)井地層壓力系數(shù)為1.2~1.7，處于超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)的范圍，極少數(shù)井地層壓力系數(shù)大于1.7.這反映出雖然研究區(qū)異常高壓總體受構(gòu)造應(yīng)力影響，但并不是唯一因素，異超高壓的形成因素較多，各種因素在不同的地質(zhì)環(huán)境及介質(zhì)條件下可能會相互制約，形成“壓力分割”的局面。

因此，將研究區(qū)按照壓力系數(shù)的變化劃分為超強(qiáng)壓區(qū)、超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)以及常壓區(qū)。利用鉆井、地震、測井以及薄片資料對3個壓力區(qū)進(jìn)行壓力成因機(jī)制研究。

3.1超強(qiáng)壓區(qū)

研究區(qū)超強(qiáng)壓區(qū)的欠壓實主要是由構(gòu)造運(yùn)動引起，孔隙中流體排出不暢，產(chǎn)生異常高壓。侏羅紀(jì)晚期的燕山運(yùn)動造成研究區(qū)南部博格達(dá)山隆起，使得研究區(qū)受到向北的強(qiáng)烈擠壓，中上侏羅統(tǒng)出現(xiàn)欠壓實。除了構(gòu)造擠壓外，垂向壓實作用也對異常高壓的形成有影響。但是壓實作用要產(chǎn)生異常高壓需要具有一定厚度的泥巖層或非滲透層以及快速負(fù)荷沉積。以阜東14井為例，頭屯河組壓力系數(shù)為1.9，純泥地比（純泥巖厚度與地層厚度之比）為50%，頭屯河組底界埋深將近4 000m，較多的塑性泥巖易受壓實作用影響，從而增大地層壓力。另一方面，燕山運(yùn)動使研究區(qū)地層整體抬升，在一定程度上使地層壓力有所卸載[12-13]，最終造成現(xiàn)今超強(qiáng)壓區(qū)的分布。

3.2超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)

以阜東5井和阜東7井為例，阜東5井頭屯河組壓力系數(shù)為1.38，阜東7井壓力系數(shù)為1.54，分析2口井所在區(qū)域異常高壓除了受到上述水平方向構(gòu)造應(yīng)力擠壓之外，在一定程度上亦受壓實作用影響。阜東5井純泥地比為46%，阜東7井純泥地比為37%，同時根據(jù)阜東5井沉降史曲線可看出，三疊—侏羅系沉降速率最大（圖4），經(jīng)計算達(dá)到41.4m/106a，因此2口井附近區(qū)域欠壓實也有垂向壓實作用的貢獻(xiàn)?？紤]到2口井黏土礦物在縱向分布上并無差異，伊利石含量并未有大幅度增長，同時準(zhǔn)噶爾盆地地溫梯度非常低，因此異常高壓沒有黏土礦物轉(zhuǎn)化和水熱增壓作用的貢獻(xiàn)。

阜東5井和阜東7井頭屯河組壓力系數(shù)未超過1.7，因而需要考慮泄壓機(jī)制。首先從構(gòu)造方面分析，燕山運(yùn)動使研究區(qū)地層整體抬升，地層被不同程度地剝蝕，剝蝕卸載引起的應(yīng)力、地溫下降[12-13]造成頭屯河組砂巖地層壓力降低。其次阜東5井附近斷裂十分發(fā)育，燕山運(yùn)動使研究區(qū)二疊—三疊紀(jì)形成的斷裂再次復(fù)活，形成生長斷層。阜東5井頭屯河組壓力系統(tǒng)的封蓋層深度在2 400~2 500m，而斷裂對壓力封蓋層的穿透使得不平衡的地層壓力向平衡發(fā)展，但由于阜東5井前三角洲泥巖塑性較強(qiáng)且厚度較大（單層最厚可達(dá)18m），促使斷裂封閉，縮短了壓力釋放時間，最終保存了異常高壓。

圖4　阜東5井沉降史曲線（a）和壓實曲線（b）

3.3常壓區(qū)

常壓區(qū)主要分布在阜東021井、阜東17井和阜東054井區(qū)，這3口井附近斷裂非常發(fā)育，阜東021井及阜東17井純泥地比不到20%，即使斷裂深度不大，只要斷穿壓力封蓋層，沒有足夠的塑性泥巖及時封堵，異常壓力短時間很容易恢復(fù)到常壓狀態(tài)；阜東054井純泥地比為45%，但斷裂的深度及數(shù)量較大，造成泥巖不足以完全封堵，導(dǎo)致異常高壓的釋放。同時通過剖面可見阜東054井位于褶皺的軸部區(qū)域，頭屯河組上部遭受嚴(yán)重剝蝕，導(dǎo)致地層壓力快速降低，異常地層壓力流體沿著滲透性地層釋放，軸部區(qū)域砂巖層內(nèi)因壓力的側(cè)向傳遞先形成高壓，然后向相鄰的泥巖層內(nèi)傳遞[14-15]。

研究區(qū)阜東082井和阜東19井距離很近，兩口井純泥巖含量相近，阜東082井純泥地比為46%，阜東19井純泥地比為51%.但其壓力系數(shù)差別較大（阜東082井為1.64，阜東19井只有1.38）。研究發(fā)現(xiàn)，黏土礦物中伊利石并未出現(xiàn)規(guī)律性的變化，黏土礦物轉(zhuǎn)化程度相似。同時兩口井附近斷裂并不發(fā)育，且受成巖壓實作用引起的壓力增加亦相似。二者都處于構(gòu)造剝蝕的翼部，靠近較為嚴(yán)重的剝蝕區(qū)域，異常高壓的降低可能同滲透性地層在側(cè)向上連通有關(guān)，異常高壓沿著傾斜的滲透性地層側(cè)向傳遞，在翼部泥巖層內(nèi)先形成高壓，并不斷向砂巖層內(nèi)傳遞，由于兩口井中地層的砂泥配置不同，造成上傾方向?qū)λ畡恿Φ姆忾]條件不一致，因此異常高壓會有所差別。

3.4異常高壓形成機(jī)理

沉積作用和構(gòu)造作用是造成研究區(qū)異常高壓的2大主要因素。

3.4.1沉積作用

（1）泥巖含量頭屯河組泥巖含量，尤其是純泥巖含量對于超壓的形成非常關(guān)鍵。泥巖本身不僅是塑性巖體，易被壓縮，同時大規(guī)模純泥巖可增加構(gòu)造斷裂封閉性能，防止壓力過多釋放。筆者對研究區(qū)20余口重點井頭屯河組純泥巖含量進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)泥巖含量大于40%的井，其目的層壓力系數(shù)92%都大于1.2，而泥巖含量小于40%的井，其目的層壓力系數(shù)90%在1.2以下。雖然純泥巖含量和超壓存在一定關(guān)系，但超壓地層中純泥巖和砂體的疊置關(guān)系、單層純泥巖厚度及非純泥巖（如砂質(zhì)泥巖）中泥質(zhì)含量等對超壓形成的影響，是重點要解決的問題。

（2）沉積速率快速沉積決定著上覆地層負(fù)荷應(yīng)力的增大和地層孔滲變差[16]，對于產(chǎn)生異常高壓也十分重要。對研究區(qū)重點井的沉降史曲線（圖4）與地層剩余壓力演化進(jìn)行比較表明，侏羅系地層抬升前后，沉積速率與剩余壓力相關(guān)性并不是很好，表明快速沉積對于超壓形成貢獻(xiàn)有限。

（3）黏土礦物的轉(zhuǎn)化蒙脫石脫水形成伊利石，進(jìn)而使體積增加，雖然并不一定一次性脫水，但總體是通過密度的變化而產(chǎn)生超壓。研究發(fā)現(xiàn)，凝灰?guī)r巖屑極易蝕變?yōu)槊擅撌⒁撩苫鞂拥瑞ね恋V物。重點井中2 700m以下伊蒙混層含量減少，而伊利石增加（圖5），但總含量并不大，僅對于界面致密有影響，對于超壓形成貢獻(xiàn)甚微。究其原因可能是伊蒙混層包裹在碎屑顆粒周圍，形成早期的黏土礦物包殼，有益于保存原生孔隙，增強(qiáng)巖石抗壓性。

圖5　阜東081井頭屯河組黏土礦物含量縱向變化

3.4.2構(gòu)造作用

（1）構(gòu)造運(yùn)動前人研究認(rèn)為，發(fā)生于侏羅—白堊紀(jì)的燕山運(yùn)動對于研究區(qū)異常高壓形成具有決定性作用，燕山運(yùn)動期的水平擠壓造成研究區(qū)地層的側(cè)向壓實，同時，水平擠壓作用造成地層發(fā)生褶皺甚至斷裂，對于異常高壓的形成也產(chǎn)生一定影響。

（2）斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造發(fā)育的數(shù)量及程度對于異常高壓的重新分布和破壞亦十分重要。研究區(qū)斷裂構(gòu)造多在中部地區(qū)沿“鼻隆”發(fā)育。對于淺部地層而言，壓力自深部以流體形式通過斷裂傳輸，其保持壓力所需條件只需砂體周圍存在非滲透或低滲透巖層；一旦斷裂穿越頂部封閉層，則壓力迅速釋放，使地層恢復(fù)靜水壓力。泥巖如能及時封堵斷裂，則會阻礙異常高壓的釋放。

（3）褶皺構(gòu)造研究區(qū)是前期受到擠壓而形成的較大鼻狀凹陷，褶皺現(xiàn)象在地震剖面上普遍存在，其一方面造成上覆地層水平方向厚度不均衡，地層內(nèi)部存在流體壓力不均勻分配，形成地層壓力在水平方向分布不一致；另一方面如果褶皺伴隨抬升剝蝕，造成不同地層的接觸，流體壓力則會通過滲透性地層發(fā)生轉(zhuǎn)移，使不平衡壓力系統(tǒng)趨于平衡。

4　勘探有利區(qū)帶預(yù)測

超壓演化具多期性和階段性，導(dǎo)致地層縱向上發(fā)育多套超壓系統(tǒng)[4]。不同的超壓系統(tǒng)結(jié)合不同的沉積、成巖、生烴環(huán)境，引起的成藏響應(yīng)也不同。例如超壓作為油氣運(yùn)移的動力，影響油氣的分布，縱向上油氣多集中在壓力封存箱的頂部成藏，且具有幕式成藏的特點，平面上不同時期的油氣運(yùn)移方向和分布規(guī)律隨著壓力的演化變遷都不盡相同。因此隨著盆地油氣勘探的深入，會發(fā)現(xiàn)超壓的存在與油氣的分布關(guān)系比較密切[4]。結(jié)合試油資料，根據(jù)異常高壓的特征以及對油氣運(yùn)移的控制，即可對研究區(qū)勘探有利區(qū)帶進(jìn)行預(yù)測。

研究區(qū)頭屯河組共有7口出油井，7口井均位于超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)，其中4口井壓力系數(shù)為1.2~1.5（超壓過渡區(qū)），3口井壓力系數(shù)為1.5~1.7（超壓區(qū)）。研究區(qū)油氣主要以2種方式運(yùn)移：一種是通過斷裂由高壓區(qū)運(yùn)移至低壓區(qū)和相對低壓區(qū)；另一種是通過連通砂體之間運(yùn)移。油氣成藏時需要足夠厚度及規(guī)模的非（低）滲透性巖層來封蓋。

依據(jù)前述分析，結(jié)合已被認(rèn)定為有利勘探層系的頭屯河組二段的沉積相研究成果[17]，劃分研究區(qū)勘探有利區(qū)帶。有利沉積微相主要為水下分流河道和分流河道，疊合壓力系數(shù)為1.2~1.5以及稍高于1.5的區(qū)域，特別是中部斷裂發(fā)育區(qū)和靠近分流間灣以及前三角洲大套泥巖的區(qū)域，對于成藏提供了油氣運(yùn)移通道以及重要的保存條件，是最有利勘探區(qū)域（圖6）。

圖6　研究區(qū)頭屯河組二段有利勘探區(qū)帶預(yù)測

5　結(jié)論與認(rèn)識

（1）研究區(qū)頭屯河組普遍存在異常高壓現(xiàn)象。平面上異常高壓分布主要受燕山運(yùn)動影響，其中壓力系數(shù)大于1.7的區(qū)域分布面積最廣，其次為壓力系數(shù)為1.2~1.5的區(qū)域。

（2）研究區(qū)依據(jù)地層壓力劃分為超強(qiáng)壓區(qū)、超壓過渡區(qū)—超壓區(qū)以及常壓區(qū)。超強(qiáng)壓區(qū)異常高壓為構(gòu)造擠壓、成巖壓實作用以及地層構(gòu)造抬升共同作用而形成；超壓過渡—超壓區(qū)異常高壓除了構(gòu)造擠壓、成巖壓實作用以及地層構(gòu)造抬升共同作用外，還受到斷裂及泥巖含量的影響；常壓區(qū)主要是由于斷裂規(guī)模及數(shù)量較大，泥巖含量較低，異常高壓全部被釋放。

（3）研究區(qū)異常高壓形成的根本原因是構(gòu)造運(yùn)動，次要原因是沉積作用和成巖作用。

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Formation M echanism ofToutunhe AbnormalPressure ofM idd le Jurassic in Fudong Slope Area,Junggar Basin

YU Jingwei1,RENWei2,WANGWuxue3,WANG Zesheng4,LIUNi2,OUYANGXueqi2
(1.Karamay Vocational&TechnicalCollege,Karamay,Xinjiang 834000,China;2.State Key Laboratory ofOil&GasReservoirGeology and Exploitation,Chengdu University ofTechnology,Chengdu,Sichuan 601159,China;

3.Research Institute ofExploration and Development,Jilin Oilfield Company,PetroChina,Songyuan,Jilin 138000,China;

4.Research Institute ofExploration and Development,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China) Abstract：Toutunhe formation ofthe Middle Jurassic in slope area ofeastern Fukang sag(Fudong slope area)in Junggarbasin is a signifi?cantexploration targetzone in this region.Based on themeasured formation pressure data from keywells in this study area,thispaperana?lyzed the verticaland horizontal distributions ofabnormalhigh pressure in Toutunhe formation,presented three zones such asultra?intense pressure zone,transition to overpressure zone and normal pressure zone in terms ofthe pressure coefficients,and discussed the formation mechanisms ofthese abnormalpressure zonesbymeans ofdrilling,seismic,logging and thin?section data.The influencing factorsforform?ing the abnormalpressure in thisarea are sedimentary faciesand diagenesisaswellas tectonicmovement.The formation ofthe regionalab?normalpressure is the resultofmultifactorcombined actions,amongwhich the tectonicmovementis the key factor.

Junggarbasin;Fudong slope area;Middle Jurassic;Toutunhe formation;abnormalpressure

TE112.23

A

1001-3873（2015）05-0521-05

10.7657/XJPG20150504

2015-04-02

2015-05-14

國家科技重大專項（2011ZX05001-005-01）

于景維（1985-），男，河北石家莊人，博士研究生，儲層沉積學(xué)，（Tel）17709909857（E-mail）yyjjww-1985@163.com.