川东北飞仙关组异常压力演化与油气成藏.pdf

第 3 2卷第 1 期 2 0 l 0年 2月 西南石油大学学报自然科学版 J o u r n a l o f S o u t h we s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y E d i t i o n Vo 1 ． 3 2 No． 1 F e b． 2 0l 0 文章编号 1 6 7 4 5 0 8 6 2 0 1 0 O 1 0 1 7 5 0 8 川东北飞仙关组异常压力演化与油气成藏 过 敏 ， 李仲东 ， 杨 磊 ， 张 健 1 ． “ 油气藏地质及开发工程” 国家重点实验室 成都理工大学 ， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ； 2 ． 中国石油西南油气田分公司， 四川 成都 6 1 0 0 5 1 摘要 根据 实测的下三叠统飞仙关组地层压力资料所展示 的地层 压力分布与气藏的特征 关系， 分析 了不 同类型储 层气藏压力成因机制、 演化及与油气成藏关系。正常压力系统， 多处于台地边缘礁滩相， 储层岩性以云岩为主， 储集 类型多为孔隙型 ， 气藏一般 甲烷含量低 、 硫化 氢含量高 ； 异常高压或超 高压 系统 ， 多处于海槽区或 台内云岩欠发育 区， 储层岩性以灰岩 为主 ， 气藏甲烷含量高、 不含或含极 少量的硫化 氢， 主要为 裂缝 型气藏 ； 孔 隙型 气藏 和裂缝型 气藏 具 有明显不同的成压演化机制 以孔隙型储层为主的气藏经历 了印支末期一燕山早期古油藏常压阶段 ， 燕山中一晚期 液态烃类热裂解成气的超压气藏阶段 ， T S R反应及其作 用和喜马拉雅期 的构 造抬 升使 孔隙型储层 降压 为正常压力 系 统并最终定型为常压气藏阶段 ； 以裂缝型储层为主气藏经历了燕山中一晚期高压天然气充注和燕山晚期构造挤压作 用下古 高压气藏 阶段 ， 喜 马拉雅晚期强烈构造挤压超 高压 气藏定型阶段 。 关键词 飞仙关组； 碳酸盐岩； 压力分布； 成压机制； 构造 ； 演化 ． J 1 l 东北 ； 压 力异常 中图分类号 T E l 2 2 文献标识码 A D O I 1 0 ． 3 8 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 4 5 0 8 6 ． 2 0 1 0 ． O 1 ． 0 3 6 引 言 自D i c k i n s o n 1 9 5 3 报道 了美 国墨西哥湾 中 新生界的异常压力 以来 ， 沉积盆地发育 的异常压力 得到了广泛关注。国内 2 0世纪 8 0年代初开始关注 异常压力研究， 最早借鉴北美墨西哥湾盆地异常压 力研究方法， 在渤海湾盆地开展 了以不均衡压实作 用为主要成因的异常高压 的研究 。2 0世纪 8 0年 代后期到 9 0年代 ， 在我 国大部分含油气盆地均发现 异常压力现象 ， 并对异常压力的分布特征 、 成 因机理 及其与油气的关系进行 了深入而广泛 的研究卫 一 。 然而 ， 目前在超压机理方面的研究主要集中于碎屑 岩层系， 对碳酸盐岩层系超压成 因机理、 演化及其与 油气关系研究则比较局限。 川东北地区下三叠统飞仙关组碳酸盐岩储层是 四川盆地一个重要的产层， 已获气藏 2 0多个 ， 普光 、 罗家寨 、 铁山坡 、 渡口河等高含硫化氢大型气 田的发 现， 以及近年在龙岗、 元坝地 区的勘探突破 ， 展现了 下三叠统飞仙关组 良好的勘探前景。随着勘探开发 的深入 ， 陆续发现下三叠统飞仙关组储层存在超压 的现象 ， 原始地层压力系数最高达 2 ． 2 8 。如此高的 地层压力不仅对钻井工程有较大影 响， 其形成 、 发 展 、 演化与油气成藏必然存在密切的联系。与此同 时关于飞仙关组碳酸盐岩气藏异常压力问题重视不 够， 研究较少 ， 只限于一些简单性论述 。由于碳酸 盐岩本身的复杂性 ， 碳酸盐沉积物的胶结作用与沉 积作用几乎是同时进行的， 其超压的成 因及研究方 法不能简单地借用碎屑岩层系 J 。 本文通过鲕滩气藏压力分布及与气藏特征关系 人手， 论述飞仙关组异常压力的形成机制 、 演化及与 油气成藏的关系。 1 石油地质特征 J I I 东北地区位于扬子板块 的北部边缘 ， 构造上 可划分为米仓山前缘冲断带 、 大巴山前缘推覆带 、 川 中平缓构造带 、 通江一平 昌构造带和宣汉一达县断 褶带 5个一级构造单元 。二叠纪一早三叠世， 该 区发育北西向延伸 的开江一梁平海槽 j ， 海槽边缘 发育礁滩沉积 ， 是主要的勘探 目的层。中、 晚侏罗世 发育大巴山前陆盆地 。燕 山晚期一喜 马拉雅期 ， 发生冲断与褶皱变形 。 。下三叠统飞仙关组鲕滩 收稿 日期2 0 0 9 0 5 2 7 基金项目国家重点基础研究发展规划“ 9 7 3 ” 项 目 2 0 0 2 C B 2 1 1 7 0 5 。 作者简介过 敏 1 9 7 9一 ， 男 汉族 ， 江西南丰人 ， 博士研究生， 主要从事异常压力与成藏机理研究 l 7 6 西南石油大学学报自然科学版 2 0 1 0正 气藏是发育在台地和台地边缘鲕滩 坝 相 ， 经 白云 化及溶蚀作用改造后形成 的残余鲕粒 白云岩储集 体 ， 具有高孔 、 高渗的特征。气藏 的储层分布明显受 沉积相 控 制 ， 造 成 储 层 纵 横 向分 布 极 端 非 均 质 性 ， 某些气藏优质储层有效厚度可达数百米 ， 而 另一些气藏储层则欠发育 ； 烃源岩主要为下伏上二 叠统龙潭组 ， 志留系也有一定贡献 ； 成藏 聚集 方面 ， 认为气藏是经过液烃运聚后先形成古油藏 ， 之 后古油藏的液烃裂解成气 ， 并在局部构造改造过程 中气 、 水分布调整形成现今气藏 。由于下三叠 统飞仙关组膏质盐类的分布 ， 硫酸盐热化学还原 反 应 T S R 导致下三叠统飞仙关组鲕滩气藏具有高含 H ， S的特点 拍 ] 。 2 气藏压 力分布及与气藏特征关 系 川东北 地 区属 于丘 陵山地 ， 地 面海 拔一 般 为 3 0 0～1 0 0 0 1T I ， 地下构造起伏较大 ， 不同深度地层的 压力对 比困难。为了消除地面海拔对压力研究的影 响， 江兴福 等人 2 0 0 3 E s ] 提 出了拟压力 系数 的概 念， 取本区地面平均海拔 4 0 0 I T I 作为统一折算标 准面 ， 折算后的地层压力 与同深度静水压力之 比为 该测点的拟压力系数 。一般标准是拟压力系数0 ． 9 0 ～ 1 ． 2 5为正常压力 ， 1 ． 2 5～1 ． 4 5为弱高压 ， 1 ． 4 5一 1 ． 6 5为异常高压 ， 1 ． 6 5为超高压 。 将川东北地区 部分川东地区 1 2 0多 口井下三 叠统飞仙关组的原始地层压力测试资料 ， 折算成拟 压力系数 ， 发现下三叠统飞仙 关组鲕滩气藏原始地 层压力在平面上分布极不均匀 ， 高异常压力 区呈局 部块状分布， 在平面上 ， 下三叠统飞仙关组地层压力 可划分为六个不同的压力区域 图 1 。 A、 B 、 C三个区分别是川东中南部大竹一垫江一丰 都以南的超高压区、 开江一梁平海槽超高压区和大池 干北一高峰场异常高压区， 压力系数 1 ． 4 5- 2 ． 2 8 。 D、 F区包括川东腹地铁山一云和寨一福成寨一七 里峡一龙门等弱高压区和川东北北部弱高压区， 压力 系数在 1 ． 2 5～ 1 ． 4 5 。 E区为川东北 中部 以及 元坝一龙 岗正常压 力 区。包括渡口河 、 罗家寨 、 普 光等构造 ， 也包括近年 获气 的七里北 、 黄龙 场岩性 圈闭、 坝南构造 以及元 坝一龙岗地区。由于气柱高度的影 响， 在气藏顶部 出现弱异常高压 ， 若将各井地层压力校正 到气水界 面， 拟压力系数多在 1 ． 0 2～1 ． 0 5， 为正常地层压力区 间。该 区为下三叠统飞仙关鲕滩气藏分布的主要地 区， 占下三叠统飞仙关组 已发现储量的 8 5 ％以上 。 图 1 川东北下三叠统飞仙关组拟压 力系数 分布 图 tr t g ． 1 Th e d i s t r i b u t i o n ma p o f p s e u d o p r e s s u r e c o e f f i c i e nti n t h el o we r Tr i a s s i c F e b d a n g u a n Fo r m a t i o n， No r t h e a s t e r n S i c h u a n 处于台地边缘鲕滩 坝 相 压力分区 E ， 以孔隙 型为主的储集系统实测压力系数绝大多数在 1 ． 2 5以 下 ， 折算到气水界面 的拟压力系数多在 1 ． 0 8以下 。 因气水密度差的影响， 气柱高度越大 ， 气藏顶部压力 异常的幅度就越大 ， 多 口井连通 ， 甚至普光气 田下三 叠统飞仙关鲕滩气藏与下伏上二叠长兴组生物礁气 藏连通为一体， 是大气藏压力异常的表现特征。储层 主要为溶孔鲕粒云岩和残余鲕粒云岩 ， 以孔隙性储层 为主， 有效储层厚度大 ， 储层 物性好。如普光气 田 2 井 ， 测井解释有效储层厚 3 2 9 m， 其 中I 、 Ⅱ 、 Ⅲ类储层分 别 占2 6 ． 7 ％、 5 1 ． 7 ％、 2 1 ． 6 ％， I 、 Ⅱ 类储层平均孔 隙度 1 2 ． 0 1 ％， 平均渗透率 1 1 ． 7 7 51 0～ m 。代表性气 藏有罗家寨、 渡 口河 、 普光 、 龙岗、 元坝等 ， 是天然气富 集的重要区域。这类气藏经历过古油藏和 T S R反应 过程， 现今储层高含沥青和气藏高含硫化氢。 台地内部鲕粒滩 、 局限海泻湖潮坪相 压力分区 D、 F ， 具有孔 隙 一裂缝 、 裂缝 一孔 隙或裂缝 型等多 种储 集空 间类 型， 实测压力系数 大多数在 1 ． 2 0～ 1 ． 4 5 ， 气水界面拟压力系数一般在 1 ． 2 0～1 ． 3 0 ， 气藏 连通范围有限或分属多个压力系统。储层横 向变化 大， 既发育粉晶云岩、 角砾云岩、 溶孔云岩、 鲕粒灰质 云岩 ， 亦多见粉晶灰岩 、 鲕粒灰岩 ， 有效储层厚度发 育一般， 储层物性好一差。包括铁山南、 双家坝 、 龙 门、 金珠坪 、 朱家坝、 马槽坝等。 而处于海槽区及台地内部云岩欠发育区的孔隙 第 1 期 过 敏 ， 等 川东北飞仙关组异常压力演化与油气成藏 1 7 7 一 裂缝或裂缝型储集系统 实测压力系数多在 1 。 6 5 以上 A、 B、 c区 ， 其中河坝 1 井飞仙关气藏实测地 层压力 l 1 1 ． 0 MP a ， 压力 系数 2 ． 2 8 ， 气藏多为独立压 力系统。储层主要为鲕粒灰岩 、 溶孔鲕粒灰岩 、 泥晶 云岩、 泥晶灰岩 、 含泥泥晶灰岩 ， 有效储层厚度小 ， 储 层物性差。如沙罐坪鲕滩储层按薄 片总数统计 ， 灰 岩类出现频率约 占 9 5 ％， 1 5 3个岩芯物性统计结果 显示 ， 煤油法孔隙度在 0 ． 4 3 ％ ～ 2 ． 3 7 ％， 平均孔隙度 1 ． 2 5 ％ ， 渗透率一般均小于 0 ． 11 0 t x m 。这类气 藏包括沙罐坪 、 毛坝场、 东岳寨 、 河坝场 、 新市、 高峰 场等。此类气 藏由于没有经历过古油藏和 T S R反 应过程， 基本不含或微含硫化氢和沥青。 鲕滩气藏 的拟压力系数 校正到气水界 面 与 气藏储量丰度成反向关系 ， 地层压力 拟压力系数 越低 ， 储量规模越大 ， 说明压力高低反映了储集空间 g ． 量 一 - 鉴 的大小 。 依据这种关系可划分出三个不 同的区域 1 以普光 、 渡口河 、 罗家寨等为代表的大储量系统表现 为正常压力 ； 2 以铁山南 、 龙 门、 金珠坪等气 田为 代表的中等储量系统反映为弱异常高压 ； 3 以处 于海槽相的沙罐坪、 河坝 、 高峰场 、 毛坝含气构造为 代表的小储量系统则为异常高压或超高压型气藏类 型 图 2 。 以上研究说明， 不同相带 、 不同储集岩 、 不同储 集类型的储集系统表现出不同的压力环境。从压力 与气藏特征的关系可以说明川东北下三叠统飞仙关 组碳酸盐岩孔隙型气藏和裂缝型气藏具有明显不同 的压力响应机制 ， 正是这种储层性质的差异性导致 下三叠统飞仙关组压力分布极不均匀 ， 高异常压力 区呈局部块状分布。 ● TSP DKH ’ t 弱异常高J t 、 异常商 城趟高Ⅱ 、 储龋系统 - ＼ 中 等储 避系统 ＼ l} 常 』 K 力＼ ． ● J Z P 人 储 系 统 、 _| TS N ● L ＼ ●XS HB ● F CZ 。 ●S UP●HC X ． 1 ． 6 1 ． 8 2 ． 0 2 ． 2 2 ． 4 拟压力系数 图2 川东北地区下三叠统飞仙关组拟压力系数与储量丰度关系 Fig． 2 Th e r e l a t i o n b e t we e n p s e u d o p r e s s u r e c o e ffi c i e n t a n d r P s P r v P s ab u n d a n c e i n t h e l o we r Tr i a s s i c Fe ix i a ng ua n Fo r m a t i o n， No r t h e a s t e r n S i c h ua n 3 异常压力的形成机理 川东北地区下三叠统飞仙关组异常高压或超高 压系统与正常和弱异常高压含气 系统的储层特征、 流体特征及充注过程等均差异明显 ， 其成压机理理 应有明显差别 。 3 ． 1 液态烃类的热裂解增压作用 下三叠统飞仙关组气藏大部分经历过古油藏成 藏过程 ， 之后古油藏液烃裂解成气 ， 气藏中残留大量 的沥青 ， 这类气藏储集空间以孔隙型为主。原 油裂解生成天然气使流体 由液态向气态转变 ， 气 、 液 两相的密度差导致体积的巨大膨胀 ， 若这个过程发 生在封闭体系中必然产生超压。据西南油气分公司 研究院 1 9 8 0 试验结果， 1 t 原油在地面条件下， 当 加热到 6 0 0 c 时， 将在短期内完全裂解成 6 0 0 m 甲 烷 、 1 0 0 m 氢气和少量碳黑 ， 这些 气体换算到地 层 条件下 4 2 0 0 m， 1 2 6 o C ， 在不考虑水热作用的情况 下， 其流体的体积将增大 2 ． 5倍 』 。B a r k e r 认为在 理想封闭条件下， 只要裂解原油体积 的 1 ％， 孑 L 隙流 体压力就可以达到地层静岩压力梯度。由此可见， 油 裂解转化为气产生的超压是相当可观的。下三叠统 飞仙关组古油藏的形成时期是印支晚期一燕山早期， 古油藏裂解成气是燕山中一晚期 。因此， 液态 烃热裂解增压作用的时间应是燕山中一晚期。 l 7 8 西南石 油大学学 报 自然科学版 然而 ， 下三叠统飞仙关组 以裂缝型储层 为主的 气藏与以孔隙型储层为主 的气藏的成藏过程不 同， 裂缝型储层为主的气藏没有或很少发现残余 沥青 ， 尤其是现 今具超 高压的气藏 ， 如河坝 1井 、 金珠 1 井 、 沙罐坪构造多数井 1 0口井岩芯和岩屑， 铸体薄 片 7 0个 ， 仅 9个见沥青 储 层残余 沥青极少或不发 育。说明裂缝系统因孔 隙不发育， 没有经历过古油 藏过程 ， 而是直接充注天然气， 也就不存在油裂解成 气的增压过程。 3 ． 2 构造作用 与异常压力成因有关的构造作用主要有构造抬 升、 构造挤压 、 侧向滑动、 刺穿及泥底辟等。针对川 东北实际地质情况 ， 构造抬升和构造挤压作用对异 常压力形成有影 响。 3 ． 2 ． 1 构造抬升降压作用 构造抬升是增压机理还是降压机理一直是有争 论的问题。一种观点基于岩石 的相对封 闭性 ， 认为 只要其中压力均衡作用及地温降低过程相对滞后于 其埋深的快速抬高 ， 就是增压。另一种观点 ， 也是 目 前大多数学者的认 为， 构造抬升是导致异常低压形 成的重要机制 。前人研究构造抬升是 降压主 要针对的是砂岩 ， 机理是在胶结 良好的砂岩储层 内， 随着上覆负荷的卸载， 孔 隙体积的弹性膨胀量约是 隙间水的 2倍 ， 地下水须充填这一部分新生的孔 隙 体积 ， 造成压力降低。姜振学等 2 0 0 7 。 。 对大庆油 田天然砂岩进行了 回弹实验 ， 卸载造成下伏砂体 回 弹， 体积回弹量介于 0 ． 4 0 5 ％ 一2 ． 5 2 9 ％。同时 ， 因 埋深变浅 ， 地层温度降低 ， 流体遇冷收缩 ， 致使其体 积变小。因此总的效应表现为 孑 L 隙体积相对变大 ， 而地层水较少 ， 导致地层压力减小 。 川东北下三叠统飞仙关组是碳酸盐岩气藏 ， 何 健等 2 0 0 5 研究了川东北下三叠统飞仙关组孔 隙型和裂缝型储层 的应力敏感性 ， 认为碳酸盐岩孔 隙型储层的形变属 于弹性形变 ， 裂缝型储 层属于塑 性形变的范畴。由于塑性地层构造抬升剥蚀卸载时 孑 L 隙不能回弹 ， 而弹性地层会发生 回弹增大孔隙空 间， 因此构造抬升剥蚀卸载时川东北下三叠统飞仙 关组孔隙型储层发生 回弹 ， 使孔 隙空间增大 。川 I 东 北地区燕山晚期 以来平均剥蚀量为 2 2 4 0 m 。构 造抬升剥蚀卸载造成孔隙型储层 回弹增大孔隙空间 和温度下降均能降低储层压力。裂缝型气藏可能在 构造抬升早期温度下降和裂缝作用有可能使异常压 力有所 回落 ， 但仍为异常高压。孔 隙型储层 和裂缝 型储层的这种应力敏感性差异也可能是下三叠统飞 仙关组异常压力分布不均的原因之一。 3 ． 2 ． 2 构造挤压增压作用 抬升过程中卸载和温度的降低使得油气生成、 水 热增压和矿物的转变都趋于停止， 难以形成和维持超 压， 此 时 构 造挤 压 往 往 是 形 成 超 压 最 主要 的机 制 。有些地区构造挤压的增压作用可以抵消构 造抬升引起的减压作用， 因此有可能不会表现出异常 低压。库车拗陷就是这种情况， 宋岩等 2 0 0 6 认为 构造抬升使库车拗陷大部分地区新近系超压消失， 而 在埋藏较深 、 挤压应力较强 的层位形 成超压。罗晓 容 2 0 0 4 L 2 4 j 利用盆地数值模 型模拟 了构造应力对 超压 的贡献 ， 认为在完全封闭条件下作用于地层 的 构造应力的 3 0 ％ 一 5 0 ％可转化为地层流体压力 ， 王 震亮等 2 0 0 7 刮研究认为构造挤压 占四川盆地川 西地 区上三叠统异常高压贡献 的 8 0 ％ ～1 0 0 ％。可 见构造挤压是形成异常高压的一个重要机制。 川东北在地史中经历了多次构造运动 ， 其中最 具影响的是 印支 晚期、 燕 山中晚期及喜马拉雅期。 印支晚期以褶皱为主 ， 燕 山晚期 、 喜马拉雅期发生强 烈构造抬升挤压作用 ] ， 特别是距今 1 0 5～ 8 0 Ma 和距今 1 2 Ma以来的两次构造运动 。 不同的储层类型对应力敏感程度不 同， 孔隙型 碳酸盐岩应力敏感程度弱 ， 属于弹性形变 ； 裂缝型应 力敏感程度 为中等偏强 ， 属于塑性形变的范畴 。 在有效应力作用下 ， 裂缝首先被压缩闭合 ， 由于裂缝 的 自闭性较强不易泄压， 在 同等应力作用下 ， 裂缝型 碳酸盐岩储层首先出现高压。同时 ， 下三叠统飞仙 关组孔隙型储层储集空间展布 的规模 大 ， 对地层压 力有一定的均化作用， 在地史演化中不易憋压 ， 所 以 正常压力多表现为大储量系统 ； 而储集空间小 的裂 缝系统 ， 与外界连通有限 ， 无论 自身增压或外来 因 素， 都容易憋压 ， 从而形成异常高压或超高压 多表 现为小储量系统 。 川东北下三叠统飞仙关组现今异常高压成因为 构造挤压还有以下两个方面的证据 1 川东北地区下三叠统飞仙关组鲕滩储层产 水井中 ， 除与气藏有关 的边 、 底水为正常压力外 ， 纯 产水系统为明显高压或弱异常高压特征 表 1 ； 同 时川东石炭系与气藏无关的独立含水系统亦为异常 高压 ， 其地层 压力在 6 4 ． 1 0 28 2 ． 7 2 9 MP a ， 压力系 数为 1 ． 4 0 2 ． 2 1 ， 这些井岩性以去 云 膏 化灰岩 、 泥晶灰岩及石膏为主 ， 孔隙不发育 。所有 出现异 第 1 期 过 敏， 等 川东北飞仙关组异常压力演化与油气成藏 l 7 9 表 1 川东北地NT--叠统飞仙关鲕滩储层产水井压力统计 Ta b leS t a tis t i c s o f pr e s s u r e a nd p r o d u c i n g wa t e r f or o o l i t i c b e a c h r e s e r v o i r s in t h e l o we r Tr i a s s i c Fe i x i a ng ua n Fo r m a t i o n， No r t h e a s t e r n S i c h ua n 常高压的单井都具有以下特征 】 为独立 、 纯水系 统 ， 产微气或无气 ； 2 储层条件差 ， 与大的含气系统 不连通。以上资料表明 ， 无论是下三叠统飞仙关组 还是石炭系储层 ， 川 I 东北地区已发现的产纯水井表 现为明显的高压或超高压特征。 2 川东地区阳新统 、 长兴组 、 嘉一段平面上异 常高压区均主要 分布在丰都一垫江地区以南、 达县 以北及宣汉地 区、 硐村～高峰场三个地 区 j ， 与川 东北飞仙关组异常高压区 A、 B、 C所处位置是吻合 的 图 1 。这种高异常压力分布在上下层位的一致 性 ， 反映具有一个统一 的成压背景 ， 这种背景只能是 构造因素构造挤压 。而川东北地 区阳新统 、 长 兴组 、 嘉一段储 层不发 育， 主要为裂缝 型储层 。 因此 ， 储层不发育且 同为裂缝型储层是川东北现今 碳酸盐岩超压发育的基本特征 。 综上所述 ， 燕 山晚期和喜马拉雅晚期以来 距 今 1 2 M a以来 的构造挤压可能是裂缝型储层晚期 超压形成的主要机制 ， 强烈 的挤压应力使裂缝首先 闭合， 在挤压力 的进一步作用下， 岩石骨架颗粒 紧 缩 ， 由于裂缝 的自闭性较强 ， 流体排放不畅， 挤压力 增加引起储层孔隙减少 的过程受到阻碍 ， 使得流体 承受了本应由骨架颗粒承受的应力而形成超压 。 3 ． 3 T S R反应 的泄压 作用 目前J I I 东北下三叠统飞仙关组高含硫化氢气藏 均表现为正常压力 ， 而不含或微含硫化氢气藏均表 现为异常高压， 地层压力与硫化氢气体的这种关系 反映了硫化氢与压力成因存在某种关联。 飞仙关组优质储层的形成与硫化氢之间存在十 分密切的关系， 高含硫化氢气藏的优质储层是 T S R 及其形成的酸性流体对深埋碳酸盐岩再次进行深刻 改造和强烈溶蚀作用 的结果 。在酸性流体活跃 的储层 中， 白云岩具有最佳的溶孔形成条件 ， 其溶孔 发育程度可能等于 同条件下石灰岩 的 1 1 5 5倍 ， 是 砂岩的 1 1 7 6倍 。白云石 的这种可溶性， 使得 川 东北下三叠统飞仙关组 以白云石为主的云岩储层在 埋藏溶蚀过程中更容 易发 生次生溶蚀。马永生等 2 0 0 7 通过硫化氢对川东北下三叠统飞仙关组 碳酸盐岩储层溶蚀改造作用的模拟实验， 认为孔隙 度平均可以增大 2 ％以上 ； 赵文智等 2 0 0 5 。 通过 对下三叠统飞仙关组薄片观察统计研究 ， 认为在局 部层段 T S R溶蚀新增面孑 L 率可达到 3 ％ ～ 6 ％ ； 杜春 国等 2 0 0 7 还认为在 T S R过程 中， 1 m o l 硬石膏 反应后蚀变为 1 to o l 方解石 ， 则储层岩石固体 的孔 隙空间大约增大了 1 0 c m 。 T S R作用 除 了可 以增 加 了储 层 的孔隙 空间 ， 在反应 过 程 中 还 消 耗 大 量 的 烃 类。朱 光 有 等 2 0 0 7 L 3 3 ] 研究认为川东北下三叠统飞仙关组高含 硫化氢气藏的 T S R作用至少消耗 了气藏中 1 0 ％ 以 上的烃类。由于硫化氢活跃性和溶解度 ， T S R反应 生成的硫化氢大部分跟气藏中的重金属离子 特别 是抬升期 作用消耗了 ， 另一部分则溶解 于地层水 中， 进 一 步 降 低 了 气 藏 充 满度。J I I 东 北 气 源 充 足 卜” ， 泥岩及膏质岩类组成 的盖层封盖性 良好 。 T S R消耗大量烃类和储层的增容作用及硫化氢的消 耗导致气藏的充满度降低。现今下三叠统飞仙关组 6 6 ． 7 ％的气藏充满度小于 7 0 ％， 并且有 H S含量越 高 ， 气藏的充满度就越低的趋势 ， 而不含 S的双 庙场气藏充满度为 1 0 0 ％ 。T S R的这种作用导致 气藏压力降低 ， 因此高含硫化氢气藏 的系统均表现 为正常压力 ； 现今超压系统不含或微含硫化氢， 也就 1 8 O 西南石油大学学报 自然科学版 不存在 T S R反应形成泄压 ； 弱异常高压系统 中 T S R 反应强度介于两者之间。 4 压力演化与油气成藏关系 由于地层压力 的成因不 同， 地层压力演化特征 以及引起 的成藏特征和效果也有较大区别。对于像 普光 、 罗家寨 、 渡 口河等以孔 隙型储层为主 的气藏 ， 经历了印支末期一燕 山早期古油藏阶段 ， 第一期埋 藏溶蚀作用形成的大量溶孔为古油藏充注提供了储 集空间 ， 鲕粒云岩和残余鲕粒云岩中的沥青含量 最高 ； 这个时期， 尽管在烃源岩中由有机质转化为液 态烃可 以产生高压造成石油初次运 移 ， 但 到达储集 层后 ， 并没有在储集层中产生高压异常， 其包裹体均 一 温度小于 1 3 6 ． 5 c c， 埋深小于 5 0 0 0 n l ， 包裹体最 小捕获压 力小 于 5 5 MP a ， 压 力 系数 多 在 1 ． 0 0～ 1 ． 0 5 ， 呈现正常压力状态 ； 燕 山中一晚期为古油藏 向 古气藏转化阶段 ， 大量石油在原地裂解成天然气 ， 相 态变化引起的流体体积膨胀 ， 为生气增压的主要 阶 段。这个阶段伴随着烃类与硫酸盐热化学还原反应 消耗烃类 、 酸性流体对储层 的溶蚀扩容及酸性流体 的消耗降低了气藏的充满度 ， 是一个降压的过程， 但 1 ． 5 总体表现为高压一异常高压状态 ， 包裹体均一温度 1 4 1 ． 3～ 1 9 9 ． 2 o C， 埋深 5 2 0 0～ 7 7 0 0 m， 包裹体最小 捕获压力 5 2～1 0 0 MP a ， 压力系数多在 1 ． 1 2～1 ． 2 7， 个别达 1 ． 6 5 ； 喜 马拉雅期的构造抬升 ， 区内白垩纪 系全部被剥蚀 ， 侏罗系也大部分被剥蚀掉 ， 平均剥蚀 厚度 2 2 4 0 m ， 随着构造抬 升， 温度下降 ， 构造裂 缝产生 ， 储层进一步被溶蚀 3 6 l ， 地层压力 下降到 正常状态 ， 古气藏调整到最终定型。部分气柱高度 较大的气藏顶部出现因气水密度差造成的弱异常压 力现象 图 3 。 对于下三叠统飞仙关组裂缝系统 ， 异常高压成 因与孔隙系统不 同。裂缝系统因连 通性差 ， 在 0 2 0 0 0 IT I 的浅埋藏阶段 印支末期一燕 山早期 ， 岩 性 以灰岩为主， 储层孔隙度低 ， 这个时期储层只发育 少量的裂缝 ， 连通性差 ， 在大量石油充注时没有足够 的空间捕获石油 ， 故不存在古油藏过程。正是这种 储集系统缺乏有效孔 隙空间 ， 为形成异常高压创造 了封闭条件 ； 燕山中一晚期储层大量裂缝形成 ， 占裂 缝总数的绝大部分 ， 烃源岩高成熟干气形 成时， 裂缝系统开始充注高压天然气 ， 为裂缝型气藏主要 形成 期 ， 在 天 然 气 充 注 和 燕 山 晚 期 挤 压 作 用 下飞仙关组裂缝型气藏为异常高压 ， 但此时的压力 古油藏阶段常压 油裂解成气增压I T s R 反应泄压 I 构造抬升、降压 T S R反应 I 消耗烃类、酸性溶蚀等 K 回弹、温度降 低、 硫化氢消耗等] ‘ P ． P T l T 2 T 3 X J I z q J 2 s 一} N Q 时间／ Ma 图 3 以孔隙型储层为主气藏压力演化与成藏关系示意图 F i 叠 ． 3 S k e t c h ma p o f r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p r e s s u r e e v o l u ti o n a n d a c c u mu l a t i o n i n p o r o u s r e s e r v o i r 状态并不能代表 目前异常高压形成的全部 ， 因为包 裹体压力计算显示 ， 在燕山中一晚期 ， 裂缝充填物 中 古压力系数只有 1 ． 5 7， 远低于 目前气 藏压力系数； 喜马拉雅运动早一 中期构造运动不强烈 ， 在温度下 降和构造裂缝和溶蚀作用下 ， 由于裂缝型储层属于 塑性形变 ， 抬升期基本不 回弹， 原先形成的异常压力 部分 回落 ， 但仍表现为异常高压； 喜马拉雅晚期强大 的构造挤压应力作用下 ， 裂缝系统泄流空间有限， 导 致裂缝系统压力进一步升高形成超高压 图4 。所 以构造挤压应力是裂缝系统异常高压形成的主要原 因。研究区一些纯水层常表现为异常高压是构造应 力增压 的很好证据。 l 8 2 西南石油大学学报 自然科学版 2 0 1 0矩 [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] [ 2 6 ] 关组高含硫化氢大型气 田群气源探讨 [ J ] ． 科学通 报， 2 0 0 7 ， 5 2 增刊 8 6 9 4 ． 马永生， 傅强， 郭彤楼 ， 等． 川东北地 区普光气田长 兴一飞仙关气藏成藏模式与成藏过程 [ J ] ． 石油实验 地质 ， 2 0 0 5 ， 2 7 5 4 5 5 4 6 1 ． 赵文智 ， 汪泽成， 王一刚． 四川盆地东北部飞仙关组 高效气藏形成机理[ J ] ． 地质论评， 2 0 0 6 ， 5 2 5 7 0 8 71 8． 朱光有， 张水昌， 梁英波 ， 等． 川东北地区飞仙关组高 含 H S天然气 T S R成因的同位素证据[ J ] ． 中国科学 D辑 地球科学 ， 2 0 0 5 ， 3 5 1 1 1 0 3 71 0 4 6 ． B a k e r C． C a l c u l a t e d v o l u me a n d p r e s s u r e c h a n g e s d u n n g t h e t h e r m al c r a c k i n g o f o i l t o g a s i n r e s e r v o i r s[ J ] ． A A P G B u l l e t i n ， 1 9 9 0， 7 4 8 1 2 5 4 1 2 6 1 ． 夏新字， 曾凡刚， 宋岩． 构造抬升是异常高压的成因 吗[ J ] ． 石油实验地质， 2 0 0 2 ， 2 4 6 4 9 65 0 0 ． Ne uz i l C E， Po l l 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