惠州凹陷地層壓力特征及演化史

張 洋，陳景陽，王 柯，黃勝兵，吳 娟

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學，四川 成都 610059)

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惠州凹陷地層壓力特征及演化史

張 洋1，陳景陽1，王 柯1，黃勝兵1，吳 娟2，3

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學，四川 成都 610059)

珠江口盆地惠州凹陷是已證實的富烴凹陷，但與油氣成藏密切相關的地層壓力場研究較少。以惠州凹陷現今壓力場特征及單井超壓演化歷史的研究為基礎，應用2D盆地模擬方法，對惠州凹陷地層壓力演化進行了模擬恢復，探討了壓力演化與構造運動的關系。研究結果表明：惠州凹陷地層壓力經歷了2.5個“增壓—泄壓”旋回，包括始新世末(44.0～34.0 Ma)旋回、早漸新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚漸新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回。現今地層在深層恩平組及文昌組泥巖發育超壓帶，構造演化導致壓力演化的旋回性。揭示與油氣成藏關系密切的壓力特征有利于該區勘探目標的優選。

壓力演化；盆地模擬；構造運動；惠州凹陷；珠江口盆地

0 引 言

超壓(異常高壓)現象在含油氣盆地中普遍發育[1]，且與油氣成藏關系密切[2-4]。截至目前，在全世界范圍內識別出超壓的含油氣盆地超過180個。超壓的演化歷史和現今發育特征是成藏動力學的重要內容[5-6]，通過現今壓力場發育特征分析及其演化歷史的恢復，有助于揭示超壓在油氣成藏過程中的作用，對發育超壓的含油氣盆地勘探具有重要意義。

前人曾對惠州凹陷的構造特征、烴源評價和成藏規律等做過較為詳細的研究[7-13]，但對與油氣成藏關系密切的壓力場演化特征還未進行深入研究，制約了凹陷油氣深部超壓油氣藏勘探。目前，地層壓力恢復的方法主要有Fillippone法、流體包裹體法、黏土礦物法、聲波時差法、泥巖壓實法及盆地模擬法等。盆地模擬法是在建立綜合地質模型的基礎上，基于實測地層壓力數據進行正演模擬，該方法可以重建從一維(鉆井)到二維(剖面)的壓力演化歷史，是當前廣泛應用的壓力恢復方法。基于聲波時差、泥巖密度測井及單井壓力值，對惠州凹陷現今壓力特征進行了分析，用盆地模擬法恢復了剖面的壓力演化史，揭示了研究區地層壓力演化與油氣生成、運聚的密切關系。

1 基本地質特征

珠江口盆地是中國南海北部NE—SW向展布的中新生代沉積盆地，是發育于復雜基底上的典型被動大陸邊緣裂陷盆地。盆地包括珠Ⅰ、珠Ⅱ和珠Ⅲ坳陷，其中以珠Ⅰ坳陷最大，劃分為恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陸豐凹陷、陸豐凸起、韓江凹陷和東沙隆起帶7個次級構造單元。惠州凹陷位于珠Ⅰ坳陷中部，面積為10 000 km2，是珠江口盆地最重要的富烴凹陷(圖1)。

惠州凹陷發育于中生代基底上，沉積厚度為8 km，新生界地層自上而下依次為第四系(Q)，上新統萬山組(N2w)，中心統珠江組(N1zj)、韓江組(N1h)和粵海組(N1y)，漸新統恩平組(E3e)和珠海組(E3zh)，始新統文昌組(E3w)，古新統神狐組(E3s)。其中，文昌組及恩平組湖相泥巖為凹陷主要烴源巖，珠海組、珠江組和韓江組碎屑巖為凹陷主要儲層。

凹陷構造演化可以分為3個階段：古新世—早漸新世的裂陷階段、晚漸新世—中中新世的裂后拗陷階段和晚中新世至今的斷層活動階段。在結構上具有典型的斷拗雙層結構。凹陷經歷了珠瓊運動I幕、Ⅱ幕、南海運動及東沙運動等多期區域性運動，發生了多期的沉降埋藏與抬升剝蝕的旋回。凹陷構造活動強烈，斷裂發育，斷層走向為NE向，均為拉張應力背景形成的正斷層。

圖1 惠州凹陷構造位置

2 現今壓力場特征

2.1 地層壓力特征

基于32口鉆井228個地層壓力實測數據，分析了地層壓力、地層壓力系數與深度關系。實測數據類型包括鉆桿測試(DST)及電纜測試(RCI、FMT、RFT)結果。

根據壓力系數可以將壓力劃分為低壓(小于0.96)、常壓(0.96～1.06)、弱超壓(1.06～1.27)及強超壓(大于1.27)。惠州凹陷地層壓力整體表現為常壓及弱超壓。從層位上來看，實測壓力數據主要分布在漸新統及以上地層，壓力系數分布范圍較廣，從異常低壓到弱超壓均有分布，以常壓和弱超壓為主。始新統文昌組是主力烴源巖，儲層不發育，取樣及測壓點十分有限，僅收集到鉆遇始新統2口井的3個測壓點，其中2個點為弱超壓。另外，恩平組有1個測壓點壓力系數大于1.2。雖然深層數據樣本有限，但是明確地揭示了其弱超壓特征。由于凹陷內的鉆井基本分布在洼陷邊緣及隆起區，推測凹陷中心區的始新統及漸新統下部地層可能具有更明顯的超壓特征。

2.2 測井超壓響應

選取了凹陷內6口井的聲波時差測井數據進行分析(圖2)。研究表明，凹陷淺部泥巖整體上表現為正常壓實特征，中深部存在一個泥巖欠壓實帶，泥巖欠壓實帶頂面深度有差異，e井所在區域欠壓實帶頂面深度約為2 500 m，其余井欠壓實帶頂面深度為3 000～3 500 m。從層位上來看，作為凹陷主要烴源巖的始新統文昌組及漸新統恩平組超壓響應明顯，這與泥巖的欠壓實及生烴作用有關。

3 地層壓力演化史恢復

基于鉆井實測壓力值、測井泥巖密度、聲波時差、三維地震及其解釋成果等資料，利用BasinMod模擬軟件選用“耦合流體流動壓實模型”對研究區的鉆井及剖面壓力演化歷史進行了恢復。

3.1 參數選取

地層壓力恢復是指對剖面(二維)進行壓力恢復，剖面壓力恢復需要建立二維地質模型，涉及到眾多參數的選擇及有效性分析。

(1) 地層剝蝕厚度。惠州凹陷經歷了3次區域構造運動，形成了多個區域不整合面，其中以珠瓊運動及南海運動造成的剝蝕范圍和厚度最大。現今壓力場分析表明，超壓主要分布在中深層，采用“地層對比法”重點恢復了與超壓密切相關的始新統文昌組及漸新統恩平組的剝蝕厚度。

圖2 惠州凹陷泥巖聲波時差測井數據

(2) 地層砂泥巖含量。根據鉆井巖性資料，統計出各層砂泥巖含量(表1)。由于研究區鉆遇文昌組、恩平組的鉆井較少，且井位基本分布于凹陷邊緣及隆起區，采用沉積相類比法對2套地層的泥巖含量進行了校正。

表1 研究區巖性統計

(3) 斷層參數。二維模擬的建立需要分析斷層屬性參數，包括斷層屬性及活動性。通過斷層屬性識別、斷層生長指數計算等方法對斷層活動性進行分析。

3.2 模擬結果

對3條剖面的模擬結果表明，凹陷地層壓力演化總體上表現為2.5個“增壓—泄壓”旋回，以Line1剖面為代表對研究區的地層壓力演化過程進行分析(圖3)。

(1) 第1個旋回(44.0～34.0 Ma)。從44.0 Ma起，超壓持續增加，至41.0 Ma時，凹陷底部超壓最大值達到8.5 MPa；在此之后，超壓開始持續釋放，至35.0 Ma時，凹陷底部剩余壓力峰值僅為2.0 MPa。

(2) 第2個旋回(34.0～23.8 Ma)。在34.0～31.0 Ma，凹陷底部超壓再次快速增加至7.3 MPa；31.0～23.8 Ma期間，超壓又經歷了明顯的釋放過程，期間剖面最大剩余壓力為4.2 MPa。

(3) 第3個為半旋回(23.8～0.0 Ma)。從23.8 Ma起，凹陷底部超壓又開始重新積累，10.0 Ma至今，增壓速率較之前稍微有所降低，增壓持續至今，最大值達24.8 MPa。

4 模擬結果分析

4.1 壓力演化與構造運動關系

在凹陷發育早期，由于文昌組的快速沉積-沉降，在文昌組沉積結束時形成了一定的剩余壓力。始新世末期的珠瓊運動II幕導致文昌組遭受抬升剝蝕，致使剩余壓力被大量釋放；恩平組沉積之后，再次形成約8 MPa的剩余壓力，漸新世中期的南海運動造成地層被抬升剝蝕，剩余壓力也得到再次釋放，剖面剩余壓力最大值降為4 MPa左右。而后凹陷進入穩定沉降階段，地層壓力也逐漸增大，至漸新世晚期達22 MPa，現今達26 MPa(圖4)。

圖3 惠州凹陷Line1剖面超壓演化史(測線位置見圖1)

總體而言，惠州凹陷在裂陷早期由于快速沉降形成了剩余壓力，這可能與欠壓實作用相關，這部分剩余壓力在珠瓊運動和南海運動中被完全釋放。穩定沉降期，在深部普遍形成較大剩余壓力，累積至今達到26 MPa。

惠州凹陷超壓演化具有明顯的旋回性，該特征與構造運動的時間旋回耦合，區域性構造旋回導致了壓力演化的旋回。超壓在構造穩定期逐漸積累，在構造活躍期得到釋放，超壓流體排放的主要通道是構造運動所形成的斷裂系統。

4.2 準確性分析

以參與模擬的c井為例進行模擬精度分析(表2)。對比統計表明，該壓力模擬值與實測值較為接近。模擬絕對誤差均值為1.00～2.00 MPa，平均相對誤差為5.16%，說明該模擬具較高的精度和可信度。

圖4 惠州凹陷文昌組剩余壓力峰值演化史(測線位置見圖1)

5 結 論

(1) 惠州凹陷現今地層壓力以常壓—弱超壓為主，中深層的漸新統恩平組和始新統文昌組泥巖普遍發育欠壓實帶，揭示凹陷深部異常高壓的存在。

(2) 對3條剖面、6口鉆井進行了壓力演化模擬。剖面壓力演化特征一致，鉆井模擬絕對誤差均值為1.00～2.00 MPa，平均相對誤差為5.16%，模擬結果可信。

(3) 凹陷地層壓力經歷了2.5個“增壓—泄壓”旋回，包括始新世末(44.0～44.0 Ma)旋回、早漸新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚漸新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回。區域構造運動造成了地層壓力的釋放，構造運動的旋回性導致了壓力演化的旋回性。

表2 c井地層壓力模擬精度分析

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編輯 黃華彪

20151117；改回日期：20160310

國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術”(2011ZX05023)

張洋(1987-)，男，工程師，2008年畢業于中國地質大學(武漢)資源勘查工程專業，2011年畢業于該校能源地質工程專業，獲碩士學位，現主要從事石油地質與構造分析方面研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.015

TE122.3

A

1006-6535(2016)03-0066-05