苏北盆地中上三统泥岩欠压实现象及其对油气的封隔作用

苏北盆地中上三统泥岩欠压实现象及其对油气的封隔作用

在苏北，尤其是苏北盆地东山坡下第三系地层中，泥岩剖面最为重要。日本地质学家真柄钦次指出:沉积物压实是一种全球性的、含油气盆地内普遍存在的地质现象,在油气勘探和开发中有着广泛的用途。在对苏北地区泥岩欠压实现象的研究中发现,用欠压实表示泥岩层的封挡能力比简单使用厚度、纯度要更进一步,而且地区性、层位、深度特征明显,对油气保存条件的研究有一定的指导意义。1泥岩欠压实层位分布特征沉积物的压实作用是指疏松的沉积物固结成岩的地质作用,是受压力控制的一种普遍地质现象,其压力主要来自上覆沉积物和含水的静水柱压力。在正常压实过程中以及不断增加的上覆负载作用下,下伏沉积物随埋深的增加、温度的逐渐升高,孔隙中流体不断排出,泥岩孔隙度随之减小。在一些特殊的地质背景下,如地层处于封闭或半封闭条件时,上覆负荷未能使泥岩的密度随埋深而增加、孔隙度未能按正常趋势降低时,就会出现偏离正常趋势线而形成欠压实带。在欠压实带中,泥(页)岩因颗粒细、孔喉小,流体排泄不畅,从而出现异常孔隙流体压力。由于压实程度不够,泥岩的密度变小,孔隙度相对增大,同时也会引起泥(页)岩地层地球物理特征的变化,如声波时差增大,电阻率减小等。因此,在实际研究中,通常用泥岩的声波时差曲线来反映泥岩孔隙度随深度的变化,从而间接确定泥(页)岩的压实程度。通过研究区众多井的声波泥岩压实曲线,发现异常压实现象在苏北地区普遍存在,欠压实产生的深度范围一般在1500~2500m,最大可大于3000m。其产生的层位大多数在古新统阜宁组的厚层泥岩中。本区欠压实起始点的ΔT值一般为350~400μs/m。起始的层位通常在始新统三垛组一段下部,而且起始深度及层位因地区而异,有明显的规律性:层位由凹陷中心向边缘逐渐变老。凹陷区的起始层位绝大多数在垛一段,低凸起则多为阜四段或阜二段。总趋势为东深西浅,且与埋深有明显的相关性。金湖地区的起始深度最浅,凹陷中心1600m左右,其他大部分地区为1000~1200m;海安和曲塘凹陷的起始深度最大,深凹部位大于2500m,其他地区2000m左右;高邮凹陷介于两者之间,深凹部位大于2000m,其他地区约为1800~1600m;东台坳陷边缘则多在1000m左右。苏北地区欠压实带在垂向上常成串出现(图1),不同地区泥岩欠压实带层位各有规律。新生界凹陷中普遍存在下第三系古、始新统地层的泥岩欠压实现象。低凸起上见有中生界、上古生界地层的泥岩欠压实现象,如黄桥地区N7井的大隆组发现明显的欠压实现象,苏174井、N7井、长1井的龙潭组和句容地区句参1、2井的龙潭组—栖霞组存在明显欠压实现象。中生界浦口组36口井的声波资料,只有6口井有较明显的欠压实带。原因之一,可能是浦口组地层中砂质含量较高,难以形成欠压实带;其次,由于砂泥岩地层中难取泥岩样点资料,其欠压实带现象反映不充分。凹陷断阶带及凸起上见有下古生界志留系高家边组相对较弱的泥岩欠压实现象。如N4井、苏98井及小海凸起沈1井、荻垛低凸起荻2井的高家边组发现欠压实现象有的明显、有的微弱。总的来看,古生界资料相对较少。综合不同地区声波泥岩欠压实曲线,全区纵向上共存在8套欠压实带:新生界普遍存在下第三系三垛组—阜宁组的欠压实带;中生界有3套欠压实带,分别为上白垩统泰州组、浦口组、中上侏罗统;上古生界有下三叠统青龙组、上二叠统龙潭组—大隆组、中上石炭统3套欠压实带;下古生界有下志留统高家边组欠压实带。另外,在宝应地区应2井浦口组与上泥盆统五通组地层界面、荻垛低凸起的荻2井浦口组与奥陶系地层界面、白参1井泰州组与浦口组地层界面、小海凸起的沈1井泰州组与高家边组地层界面上(图1),均存在声波时差线平行位移现象。这些存在地层严重剥蚀的地质界面有声波时差线平行位移现象,指示现今地层厚度小于历史埋藏深度。2压力封闭条件众所周知的毛细管封闭主要是由储层与盖层之间的岩性差异形成的。覆于储层之上的欠压实泥岩所产生的过剩压力则可形成“压力封闭”(Evans等,1975)。后者的封闭性远优于前者。压力封闭原理如图2所示,当上覆泥岩的过剩压力大于油柱(气柱)浮力时,则可形成压力封闭,反之,油气则散失。地质历史中的欠压实只是一种“暂时”的压力封闭现象。它的存在不仅说明泥岩微孔道对流体压力传导具有很强的阻滞能力,而且说明这里的断裂、裂隙系统未能打破这种“暂时”的压力不平衡现象。烃类要穿过这样的封闭层,不仅要克服一般地层所具有的微孔毛细阻力,而且要有超过异常压力带的“过剩压力”作为动力。但必须指出,异常压实带只说明封盖层的质量,不一定反映油气封存条件是否具备,因为油气封存不仅仅是一个密封面,它还需要一个密封罩。苏北盆地下第三系的主要产层三垛组、戴南组缺乏良好的区域性盖层,即毛细管封闭条件不佳;而东台坳陷发现众多第三系油田,均具有较好的封闭性能,其原因在于:苏北地区形成欠压实带的压力封闭深度下的泥岩,在压力封闭形成时尚处于半压固状态,而该深度下的毛细管封闭能力较低。因此,东台坳陷的泥岩中压力封闭形成时间早于毛细管封闭的形成时间,而且封闭能力较强,从而弥补了后者的不足,对油气的早期保存起着重要作用;而晚期与毛细管封闭的叠加效应则大大增强了盖层的封闭能力。如阜宁组二段生油岩的成熟时间为垛一期,此时的戴南组泥岩盖层尚处于半固结状态,但当时压力封闭已经形成,对防止浅层的油气逸散起到了决定性的作用。真1井三垛组一段(A点)泥岩的封闭深度为936m,折算封闭时间为上第三系盐城组一段初期;安1井垛一段泥岩(A岩)的封闭深度为1174m,折算封闭时间为盐一段末期。区内油气藏的分布由断阶、斜坡至深凹组成,所处层位由老变新,与欠压实带的分布规律一致,并且至今发现的98%的油气藏均分布在这样一个“压力封闭面”之下,即东台坳陷油气藏有这样一个特征:油气藏的垂向分布均在异常高压带之下或之中,异常高压带对油气藏分布的上限起决定作用。3压力接收层因为下第三系欠压实泥岩通常是源岩,所以,油气层一般在泥岩欠压实带的上层或下层。油气层在欠压实带之上的,油气储集层成了它的压力接收层;油气层在欠压实带之下的,高压异常层既可能是它的源岩层,又是它的纵向封挡层。3.1泥岩声波时差曲线黄桥气田就是一个在欠压实带以下出现二氧化碳气层的例子。通过对黄桥地区的泥岩声波时差曲线(图1)研究,发现该区古生界泥岩欠压实明显,至少有5套地层存在欠压实现象,即中三叠统周冲村组、下三叠统青龙组、上二叠统大隆组、下二叠统龙潭组+栖霞组、中石炭统、下志留统高家边组地层。3.2高质量的欠压实带盐城凹陷共发现两个欠压实带(图1):下第三系三垛组—戴南组和阜宁组—泰州组,其中阜宁组—泰州组欠压实带普遍存在。欠压实现象明显,泥岩欠压实曲线幅度较大,由中心向上逐渐减小,向下延续至泰州组,曲线延续厚度为500~800m,说明盐城凹陷中、新生界有一套平面上广泛分布的密封盖。3.3垛组之一下伏地海安凹陷有非常好的新生界泥岩欠压实带(图1),即三垛组一段下部—阜宁组、泰州组,延续深度千米左右,对下伏中、古生界地层有较好的封存作用,但缺乏中生界地层欠压实资料。4油气国土联系苏北地区见有较普遍的泥岩欠压实现象,并且东台坳陷油气藏的垂向分布均在异常高压带之下或之中,可预测油气藏分布的上限。东台坳陷的泥岩中压力封闭形成时间早于毛细管封闭的形成时间,对油气的早期保存起着重要作用。欠压实现象在纵向上分布特征揭示其对油气封存的规律为:(1)新生界凹陷欠压实现象最为普遍,分布在三垛组—阜宁组各层,意味着新生界盆地区和下第三系古、始新统封存条件最为优越。(2)以浦口组四段—二段为主的中生界欠压实现象尽管存在,但不很普遍,其油气封存条件具有局部性,是中生界油气勘探的风险所在。(3)上古生界欠压实现象较明显(黄桥地区为主),其良好的封存条件是(