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第六章 异常压力、流体封存箱与油气成藏一、异常压力形成机理， 二、流体封存箱的概念、类型及形成机理， 三、封存箱与油气成藏模式， 四、异常压力对油气成藏的影响 五、油气幕式成藏理论,一、异常压力产生的机理,异常压力：地层孔隙压力明显高于正常压力（异常高压）或低于正常压力（异常低压）超压在年轻盆地和老盆地中均有发现 年轻盆地：超压出现于埋深1-2km以下 老盆地：分布于厚层细粒沉积物剖面中一般将压力系数在0.9—1.1之间为正常压力,（1）欠平衡压实和构造挤压： （2）流体体积膨胀： （3）水头和油气浮力 大规模超压的主要原因： 欠均衡压实和气体体积的膨胀异常高压产生的原因可归为三类：,1、与应力有关的作用（stress-related),非均衡压实（disequilibrium compaction) (垂向负荷应力） 构造应力（tectonic stress) (侧向挤压应力）,（一）、超压形成机理,不均衡压实常形成于快速埋藏和低渗透岩层条件下 在厚层泥岩、泥灰岩和页岩地层层序中的持续快速埋藏期间最有可能发现不均衡压实现象在这些孔隙度未降低的沉积物中，气体生成作用是超压和烃类排出的主要原因。

产生大规模超压的主要机理：欠压实作用和气体生成中的体积膨胀欠压实作用是具有高沉积速率盆地的典型特征超压具有转移效应，因为现今的压力分布将受到流体沿横向和垂向运移通道运移能力的强弱影响2 流体体积增加 (fluid volume increase),温度增加 矿物转换水体释放 烃类生成作用 油裂解为气的作用,3 、 流体流动和浮力（fluid movement and buoyancy),渗析作用 水压头 密度差产生的浮力,水压头和油气浮力引起的超压通常是对增压贡献很小结论：（1）在快速埋藏的厚层泥岩层序中，不均衡压实是最有效的超压机制 （2）构造可能引起超压构造活动过程可迅速地产生和释放压力，这种作用主要影响现今构造仍活跃的盆地 （3）由于缺乏非渗透封闭层，在大多数地质环境下，水热膨胀不可能成为形成超压的主要机制流体体积膨胀量是很小的，并且很容易由流体的流动而释放掉 （4）蒙脱石的脱水不可能是沉积盆地中引起超压的主要原因，因为其释放出的流体体积很小 ，并且压力的增加会阻止脱水作用 （5）成岩作用不可能直接形成超压或欠压，因胶结和溶解作用需要在开放的系统中进行，而在这种系统中流体能自由流动，也能释放异常压力,（二）、负压形成机理,负压通常分布于埋深相对较浅的渗透性岩石中(600--3000米),且通常被包裹于低渗透泥岩层系中并与之互层。

许多呈负压的岩层在地质历史经历了抬升，由超压转化为负压沉积盆地负压产生的几种主要机制 （据Swarbrick and Osborne，1998）,,,气体生成速率大于逸散速率,气体逸散速率大于生成速率,补给区的岩石渗透率很低,而泄水区的岩石渗透率很高,由于渗透性岩石泄出的水比补给的多,使孔隙流体压力比正常静水压力低.,1 差异充注----地下水流动(differential discharge---groundwater flow),盆地抬升遭剥蚀时,随着侵蚀和地层压力的降低,处于超压且饱和在储层中的天然气析离出来，其运移速度比源岩中持续的气体生成速度大运移与生成量的不平衡导致超压体系的压力降低,且由于温度降低和天然气从体系中散失,可导致区域性地层的压力小于静水压力.,2 差异气体流动(Differential gas flow),3 岩石膨胀(ROCK DILATANCY)埋藏浅、富含粘土的岩石被剥蚀时,可发生孔隙的膨胀.孔隙体积的增大有助于超压的消散并可能产生负压,这取决于膨胀幅度,剥蚀速率和岩石的渗透率.如果渗透性单元被包裹于正经受膨胀的泥岩中,也可成为负压,因为伴随着页岩孔隙体积的膨胀,砂岩中的水被挤入泥岩中.,4、热效应(Thermal effects),如果使一个完全封闭的容器中的水冷却,流体的密度将降低.在一个封闭的环境中,将导致流体体积减小,若原始流体压力为静压,这将产生负压。

如在具有良好的横向和纵向分布的储层中产生的负压4、热效应(Thermal effects),西加拿大等盆地研究表明,大多数负压是由孔隙的回弹效应和膨胀作用产生的.大多数负压系统是由原始的高压系统转化而来其原因包括气体散失与上升、剥蚀和冷却相伴的气体体积收缩,异常低压油藏产生的原因：,,渗透地层过量开采流体，孔隙流体压力降低，地面沉降许多枯竭油气藏可出现低压渗透层流体压力的降低，可使夹在其中的泥质岩中的流体排到渗透层中，枯竭油气藏可能重新捕获周围高压层中的油气，重新具有工业价值负压油藏尚没有被广泛地认识，主要限定在已经经历了抬升和温度降低的盆地内部，最可能的主要原因是水力泄流、剥蚀降压期间的岩石膨胀以及降压期间的气体运移二、流体封存箱的概念、类型及形成机理现代沉降盆地常具有两个或多个水文地质系统: 上部为正常压力系统、下部为异常压力系统,其间被封闭层所分隔.沉积盆地内由封闭层分割的异常压力系统,称为流体压力封存箱现代沉降盆地双水力系统层状排列图实例：尼日尔，马哈卡姆，墨西哥湾沿岸，加拿大北极区，下马格达勒纳等三角洲盆地,封存箱是一个封闭的水力系统和封闭的化学系统但内部是开放的系统根据箱内压力与正常静水压力的对比： 超压封存箱--封存箱具异常高压力； 欠压封存箱--封存箱具异常低压力。

超压与欠压两类封存箱的模式,超压封存箱,欠压封存箱,美国阿拉斯加库克湾盆地超压封存箱 A-库克湾盆地平面位置图，b-AB剖面图，c-库克湾油田压力-深度梯度图,,,美国加利福尼亚 Willows-BeehiveBend气田的压力-深度梯度图,上部属正常静水压力系统,底界深达3048m(10000ft);深者属被封存的异常流体压力系统,多超压若曾上升剥蚀,也可欠压超压流体封存箱顶部地温多在90~100℃(194~212°F),低于干酪根生油高峰期,所以多数油气生成于箱内封存箱以具有异常压力为特征 其它标志：地层中的卤水和油气的化学成分差异、矿物种类不同、页岩电阻率、声波速度和密度以及所需泥浆比重和钻速的变化等封存箱的特点是在地下三维空间均有有效封闭层(Seal)以阻止流体压力相互补偿达到正常的静水压力当封存箱中流体压力超过了封隔层的破裂压力时，封存箱破裂，流体从中逃逸封存箱破裂和再封闭现象可反复进行在镜质体反射率达到0.9%时,干酪根已进入生油高峰期,释放大量二氧化碳,有助碳酸盐大量溶解形成次生孔隙发育带;当这种碳酸盐溶液向上运移至镜质体反射率为0.4~0.5%处,碳酸盐再沉淀,形成顶部封闭层,这时恰为生油窗开始处。

因此,石油常生成于封闭层之下的封存箱内封闭层的成因及特征 封闭层是形成与分隔流体封存箱的关键封闭层并不是常说的油气藏的盖层,它常与穿越不同地层界面、岩性岩相界面、构造界面的同温层有关在该温度条件下,矿化作用、充填作用等成岩后生作用,造成渗透率近于零的封闭层封闭层若为碳酸盐岩,多由硅化所致:若为页岩(泥岩)则常与钙化有关封闭层常与穿越地层界面、岩性岩相界面、构造界面的同温层有关,在封闭层内渗透率可近于零(矿化、充填),若封闭层较厚也可夹有渗透带封闭层有些位于烃源岩与油气储集层之间,表明约几千年一次的间歇式封闭层破裂可以伴随箱内油气垂向运移,多数油气趋向于聚集在紧邻封闭层之上的储集层中;若封闭层具有互层式渗透层,也可聚集于封闭层内的储集层中箱内、箱缘只要具备圈闭条件也可能成藏断层带也可构成封闭层,将主箱分割成次级封存箱美国墨西哥湾沿岸区第三系每隔几公里就有一个断层封割的小封存箱,各自成为单独的压力系统;欧洲北海盆地中央维京地堑东、西两侧有一系列狭窄断块,均有垂直封闭层,每个断块具有独立的压力系统,自成一个小流体封存箱;在中国渤海湾盆地也会存在许多这类封存箱三、流体封存箱与油气成藏模式（1）箱内成藏模式 （2）箱外成藏模式 （3）箱缘成藏模式,异常压力流体封存箱与油气成藏模式,东营凹陷高压封存箱剖面示意图,,,,,,,,,,,,四、异常高压与油气成藏关系,1异常压力（超压）对有机质成熟的抑制作用超压对有机质成熟的抑制作用是一个普遍现象，但对该过程的机理的解释并不令人满意。

很明显，在一个超压区域内不同的压力对有机质成熟起着不同的作用，因此应对不同类型的压力进行识别来确定他们的作用迄今为止，基于试验结果的基础上，已存在三种相互冲突的观点 （1）、压力的增加对有机质的成熟无显著影响 (2)、压力的增加加速了烃类的裂解 （3）、压力的增加显著地抑制有机质的成熟合烃类的生成,2. 异常高压可提高储层的孔渗性能①从流体动力学考虑，异常高压形成之后，阻碍了高压系统内流体的运动和能量交换，使得成岩作用减缓或受到抑制，其结果是储层保留了较高的原生孔隙空间②异常压力支撑了部分上覆岩体的荷重压力，也减缓了对超压层系的压实③异常高压形成的微裂缝不仅增加了储集空间，更重要的是改善了高压系统内储层的连通性，使得储层的渗透性能大大提高3. 异常高压增强了对烃类的封盖作用①在顶封滞排型高压系统中，致密封隔层是一种理想的封盖层②封隔层形成过程中，粘土矿物脱水作用使得泥质岩的含水率和渗透率大大降低，增加了阻止天然气通过其扩散的能力③在滞排型超压系统中，饱含流体的高压泥岩是一种理想的盖层，即压力封闭 压力封闭的泥岩具有物理边界，即剩余压力或流体是边界，其高势面位于高压泥岩层的中部，它将烃类阻止于泥岩层的下方，从而形成聚集。

压力封闭的泥岩对储层孔渗性的保存、抗构造变形的能力、增强断层的封闭性和阻止烃类的垂向流动都具有积极的作用4. 异常压力为烃类初次运移提供排驱动力烃类主要以游离相态进行初次运移 受到泥岩细小孔径中巨大毛细管阻力的束缚，只有当泥岩与邻近储集层和输导层孔隙流体间的压差超过了油气运移的阻力时，油气才能从母岩中排出异常高的孔隙流体压力为烃类的运移提供了动力条件同时，异常高压还起到减缓泥岩的压实进程，使泥岩在深部仍保留相对较大的孔隙度及渗透性，进而加快烃类排驱的作用C.Л.马克西莫夫等在研究了许多盆地之后发现，液态烃以游离状态运移，而天然气则呈水溶状态运移只有在饱和压力与地层压力平衡带，天然气才能以游离状态运移无论是游离相还是水溶相运移，烃类要从母岩中排出，必须有足够的动力在超压体系发育的盆地中，油气的初次运移都是在压力的驱动下，伴随着超压体系的破裂，物质和能量的释放，导致油气呈幕式大量排驱出烃源岩5. 异常高压有利于深部液态烃的保存深部油气富集和保存的特殊地质—地球化学条件中，最重要的是异常高压大量资料表明，在温度180℃或更高的地层中，当存在异常高压时，仍然有大量的液态烃存在烃源岩模拟实验说明：①在相同温度条件下，较高的压力延缓了有机质的成熟作用，使生油岩的Ro值及T­max明显降低，异常高压延缓了有机质向油气的转化，从而提高了液态窗的地温区间；②相同温度下，较高的压力使产气率下降，产油率上升。

异常高压层内保存较高液态烃比例的机理：高压使得烃分子更加压缩，高压系统内的大部分热能都消耗于克服压力的作用上，剩余的热能已不足以使生成的烃类被裂解和分解6.异常高压阻止或促进油气的运聚Hunt认为：随着沉积盆地的下沉，超压体系中的烃类不断生成，同时由于温度的升高等因素使孔隙压力不断升高当达到地层破裂压力梯度时(泥岩、页岩、煤层破裂压力梯度大于砂岩)垂直裂缝产生，烃类和其它孔隙流体向上运移进入上覆较低压层中，并聚集在最近的构造或地层圈闭中伴随此过程的进行，超压体系中的孔隙压力下降，裂缝闭合，烃类的排驱作用停止尔后由于热液矿化沉淀作用，裂缝被充填而形成新的封闭体系随着盆地的不断下降充填，压力不断积累，烃类继续生成而逐渐形成新的超压体系，当压力再次积累到破裂压力时，新的一幕排烃作用开始当异常压力体系中的孔隙压力达到上覆地层静压力的70%—90%时，异常压力体系开始产生裂缝，且裂缝带可达数百米进而烃类和其它孔隙流体排出，地层压力逐渐下降，当孔隙压力下降到上覆地层静压力的60%时，裂缝合拢，形成新的封闭体系伴随沉积盆地不断充填，生烃—承压—排烃的过程往复循环出现，导致超压体系的顶面不断向上推进 据Hunt的统计，许多盆地的超压顶界平均深度约为3048m，而Du Rouchet推测的深度为3500m～5000m；据杜栩统计，超压体系顶界深度大约在2200m—3000m之间。

因此，虽然异常压力顶面深度有其普遍的规律，但各盆地的地质条件千差万别超压体系在垂向上的分布差异是普遍存在的。