惠州凹陷地层压力特征及演化史

张 洋，陈景阳，王 柯，黄胜兵，吴 娟

(1.中海油研究总院，北京 100028；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059；3.成都理工大学，四川 成都 610059)



惠州凹陷地层压力特征及演化史

张 洋1，陈景阳1，王 柯1，黄胜兵1，吴 娟2，3

(1.中海油研究总院，北京 100028；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059；3.成都理工大学，四川 成都 610059)

珠江口盆地惠州凹陷是已证实的富烃凹陷，但与油气成藏密切相关的地层压力场研究较少。以惠州凹陷现今压力场特征及单井超压演化历史的研究为基础，应用2D盆地模拟方法，对惠州凹陷地层压力演化进行了模拟恢复，探讨了压力演化与构造运动的关系。研究结果表明：惠州凹陷地层压力经历了2.5个“增压—泄压”旋回，包括始新世末(44.0～34.0 Ma)旋回、早渐新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚渐新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回。现今地层在深层恩平组及文昌组泥岩发育超压带，构造演化导致压力演化的旋回性。揭示与油气成藏关系密切的压力特征有利于该区勘探目标的优选。

压力演化；盆地模拟；构造运动；惠州凹陷；珠江口盆地

0 引 言

超压(异常高压)现象在含油气盆地中普遍发育[1]，且与油气成藏关系密切[2-4]。截至目前，在全世界范围内识别出超压的含油气盆地超过180个。超压的演化历史和现今发育特征是成藏动力学的重要内容[5-6]，通过现今压力场发育特征分析及其演化历史的恢复，有助于揭示超压在油气成藏过程中的作用，对发育超压的含油气盆地勘探具有重要意义。

前人曾对惠州凹陷的构造特征、烃源评价和成藏规律等做过较为详细的研究[7-13]，但对与油气成藏关系密切的压力场演化特征还未进行深入研究，制约了凹陷油气深部超压油气藏勘探。目前，地层压力恢复的方法主要有Fillippone法、流体包裹体法、黏土矿物法、声波时差法、泥岩压实法及盆地模拟法等。盆地模拟法是在建立综合地质模型的基础上，基于实测地层压力数据进行正演模拟，该方法可以重建从一维(钻井)到二维(剖面)的压力演化历史，是当前广泛应用的压力恢复方法。基于声波时差、泥岩密度测井及单井压力值，对惠州凹陷现今压力特征进行了分析，用盆地模拟法恢复了剖面的压力演化史，揭示了研究区地层压力演化与油气生成、运聚的密切关系。

1 基本地质特征

珠江口盆地是中国南海北部NE—SW向展布的中新生代沉积盆地，是发育于复杂基底上的典型被动大陆边缘裂陷盆地。盆地包括珠Ⅰ、珠Ⅱ和珠Ⅲ坳陷，其中以珠Ⅰ坳陷最大，划分为恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷、陆丰凹陷、陆丰凸起、韩江凹陷和东沙隆起带7个次级构造单元。惠州凹陷位于珠Ⅰ坳陷中部，面积为10 000 km2，是珠江口盆地最重要的富烃凹陷(图1)。

惠州凹陷发育于中生代基底上，沉积厚度为8 km，新生界地层自上而下依次为第四系(Q)，上新统万山组(N2w)，中心统珠江组(N1zj)、韩江组(N1h)和粤海组(N1y)，渐新统恩平组(E3e)和珠海组(E3zh)，始新统文昌组(E3w)，古新统神狐组(E3s)。其中，文昌组及恩平组湖相泥岩为凹陷主要烃源岩，珠海组、珠江组和韩江组碎屑岩为凹陷主要储层。

凹陷构造演化可以分为3个阶段：古新世—早渐新世的裂陷阶段、晚渐新世—中中新世的裂后拗陷阶段和晚中新世至今的断层活动阶段。在结构上具有典型的断拗双层结构。凹陷经历了珠琼运动I幕、Ⅱ幕、南海运动及东沙运动等多期区域性运动，发生了多期的沉降埋藏与抬升剥蚀的旋回。凹陷构造活动强烈，断裂发育，断层走向为NE向，均为拉张应力背景形成的正断层。

图1 惠州凹陷构造位置

2 现今压力场特征

2.1 地层压力特征

基于32口钻井228个地层压力实测数据，分析了地层压力、地层压力系数与深度关系。实测数据类型包括钻杆测试(DST)及电缆测试(RCI、FMT、RFT)结果。

根据压力系数可以将压力划分为低压(小于0.96)、常压(0.96～1.06)、弱超压(1.06～1.27)及强超压(大于1.27)。惠州凹陷地层压力整体表现为常压及弱超压。从层位上来看，实测压力数据主要分布在渐新统及以上地层，压力系数分布范围较广，从异常低压到弱超压均有分布，以常压和弱超压为主。始新统文昌组是主力烃源岩，储层不发育，取样及测压点十分有限，仅收集到钻遇始新统2口井的3个测压点，其中2个点为弱超压。另外，恩平组有1个测压点压力系数大于1.2。虽然深层数据样本有限，但是明确地揭示了其弱超压特征。由于凹陷内的钻井基本分布在洼陷边缘及隆起区，推测凹陷中心区的始新统及渐新统下部地层可能具有更明显的超压特征。

2.2 测井超压响应

选取了凹陷内6口井的声波时差测井数据进行分析(图2)。研究表明，凹陷浅部泥岩整体上表现为正常压实特征，中深部存在一个泥岩欠压实带，泥岩欠压实带顶面深度有差异，e井所在区域欠压实带顶面深度约为2 500 m，其余井欠压实带顶面深度为3 000～3 500 m。从层位上来看，作为凹陷主要烃源岩的始新统文昌组及渐新统恩平组超压响应明显，这与泥岩的欠压实及生烃作用有关。

3 地层压力演化史恢复

基于钻井实测压力值、测井泥岩密度、声波时差、三维地震及其解释成果等资料，利用BasinMod模拟软件选用“耦合流体流动压实模型”对研究区的钻井及剖面压力演化历史进行了恢复。

3.1 参数选取

地层压力恢复是指对剖面(二维)进行压力恢复，剖面压力恢复需要建立二维地质模型，涉及到众多参数的选择及有效性分析。

(1) 地层剥蚀厚度。惠州凹陷经历了3次区域构造运动，形成了多个区域不整合面，其中以珠琼运动及南海运动造成的剥蚀范围和厚度最大。现今压力场分析表明，超压主要分布在中深层，采用“地层对比法”重点恢复了与超压密切相关的始新统文昌组及渐新统恩平组的剥蚀厚度。

图2 惠州凹陷泥岩声波时差测井数据

(2) 地层砂泥岩含量。根据钻井岩性资料，统计出各层砂泥岩含量(表1)。由于研究区钻遇文昌组、恩平组的钻井较少，且井位基本分布于凹陷边缘及隆起区，采用沉积相类比法对2套地层的泥岩含量进行了校正。

表1 研究区岩性统计

(3) 断层参数。二维模拟的建立需要分析断层属性参数，包括断层属性及活动性。通过断层属性识别、断层生长指数计算等方法对断层活动性进行分析。

3.2 模拟结果

对3条剖面的模拟结果表明，凹陷地层压力演化总体上表现为2.5个“增压—泄压”旋回，以Line1剖面为代表对研究区的地层压力演化过程进行分析(图3)。

(1) 第1个旋回(44.0～34.0 Ma)。从44.0 Ma起，超压持续增加，至41.0 Ma时，凹陷底部超压最大值达到8.5 MPa；在此之后，超压开始持续释放，至35.0 Ma时，凹陷底部剩余压力峰值仅为2.0 MPa。

(2) 第2个旋回(34.0～23.8 Ma)。在34.0～31.0 Ma，凹陷底部超压再次快速增加至7.3 MPa；31.0～23.8 Ma期间，超压又经历了明显的释放过程，期间剖面最大剩余压力为4.2 MPa。

(3) 第3个为半旋回(23.8～0.0 Ma)。从23.8 Ma起，凹陷底部超压又开始重新积累，10.0 Ma至今，增压速率较之前稍微有所降低，增压持续至今，最大值达24.8 MPa。

4 模拟结果分析

4.1 压力演化与构造运动关系

在凹陷发育早期，由于文昌组的快速沉积-沉降，在文昌组沉积结束时形成了一定的剩余压力。始新世末期的珠琼运动II幕导致文昌组遭受抬升剥蚀，致使剩余压力被大量释放；恩平组沉积之后，再次形成约8 MPa的剩余压力，渐新世中期的南海运动造成地层被抬升剥蚀，剩余压力也得到再次释放，剖面剩余压力最大值降为4 MPa左右。而后凹陷进入稳定沉降阶段，地层压力也逐渐增大，至渐新世晚期达22 MPa，现今达26 MPa(图4)。

图3 惠州凹陷Line1剖面超压演化史(测线位置见图1)

总体而言，惠州凹陷在裂陷早期由于快速沉降形成了剩余压力，这可能与欠压实作用相关，这部分剩余压力在珠琼运动和南海运动中被完全释放。稳定沉降期，在深部普遍形成较大剩余压力，累积至今达到26 MPa。

惠州凹陷超压演化具有明显的旋回性，该特征与构造运动的时间旋回耦合，区域性构造旋回导致了压力演化的旋回。超压在构造稳定期逐渐积累，在构造活跃期得到释放，超压流体排放的主要通道是构造运动所形成的断裂系统。

4.2 准确性分析

以参与模拟的c井为例进行模拟精度分析(表2)。对比统计表明，该压力模拟值与实测值较为接近。模拟绝对误差均值为1.00～2.00 MPa，平均相对误差为5.16%，说明该模拟具较高的精度和可信度。

图4 惠州凹陷文昌组剩余压力峰值演化史(测线位置见图1)

5 结 论

(1) 惠州凹陷现今地层压力以常压—弱超压为主，中深层的渐新统恩平组和始新统文昌组泥岩普遍发育欠压实带，揭示凹陷深部异常高压的存在。

(2) 对3条剖面、6口钻井进行了压力演化模拟。剖面压力演化特征一致，钻井模拟绝对误差均值为1.00～2.00 MPa，平均相对误差为5.16%，模拟结果可信。

(3) 凹陷地层压力经历了2.5个“增压—泄压”旋回，包括始新世末(44.0～44.0 Ma)旋回、早渐新世(34.0～23.8 Ma)旋回及晚渐新世至今(23.8～0.0 Ma)半旋回。区域构造运动造成了地层压力的释放，构造运动的旋回性导致了压力演化的旋回性。

表2 c井地层压力模拟精度分析

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编辑 黄华彪

20151117；改回日期：20160310

国家科技重大专项“近海大中型油气田形成条件及勘探技术”(2011ZX05023)

张洋(1987-)，男，工程师，2008年毕业于中国地质大学(武汉)资源勘查工程专业，2011年毕业于该校能源地质工程专业，获硕士学位，现主要从事石油地质与构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