超壓的成因機(jī)制及其分類.pdf

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1、超壓的成因機(jī)制及其分類一、超壓的分類Swarbrick、Osborne（1998）按主要作用過程把超壓分為應(yīng)力相關(guān)型、流體體積增加型、流體運(yùn)動(dòng)及浮力型三種；后來（2002）又分為應(yīng)力相關(guān)型和流體擴(kuò)張型兩種，其中應(yīng)力相關(guān)型又按應(yīng)力方向分為垂向應(yīng)力型（欠壓實(shí)）和側(cè)向應(yīng)力型兩種。Chilingar、Serebryakov等（2002）把超壓的成因按體積變化情況歸為巖石孔隙體積的變化、孔隙內(nèi)流體體積的變化、流體壓力（水壓頭）的變化及流體運(yùn)動(dòng)三類（表1）。表1超壓的成因類型變化類型過程描述沉積和沉降速率。沉積速率較高的碎屑巖地層并具有較高的泥/

2、砂比（欠壓實(shí)）。垂向載荷區(qū)域性的鹽類沉積。非滲透鹽層的存在。如在美國(guó)、俄羅斯、北巖（欠壓實(shí)）石非、中東及德國(guó)北部地區(qū)等均存在廣闊的鹽類沉積。孔古壓力。由于抬升或剝蝕而使封閉的儲(chǔ)集體發(fā)生深度變化。隙體構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。由于巖石的水平構(gòu)造擠壓而使孔隙體積減少，如局部積側(cè)向構(gòu)造載荷或區(qū)域性斷裂、褶皺、側(cè)滑和平移、斷塊下降產(chǎn)生的擠壓、底辟的變鹽丘/砂/泥的移動(dòng)、地震等。化膠結(jié)作用。硫酸鈣、氯化鈉、白云石、菱鐵礦、方解石、硅石等次生膠結(jié)對(duì)壓力具有封閉作用（壓力蓋層），并由于其在封閉儲(chǔ)層內(nèi)的晶體生長(zhǎng)使得孔隙空間減少，從而直接引起孔隙壓力的增高。溫度變化熱

3、動(dòng)力效應(yīng)。地溫升高引起流體膨脹，從而導(dǎo)致孔隙壓力的增加。（水熱膨脹）成巖作用和后生作用。沉積期后的蝕變（釋放結(jié)合水）：⑴蒙脫石孔礦物轉(zhuǎn)化和混層粘土轉(zhuǎn)化為伊利石（蒙脫石脫水）、⑵石膏脫水轉(zhuǎn)化為硬石隙膏。流體有機(jī)質(zhì)/干酪根轉(zhuǎn)化為石油。干酪根（成熟）生成的油、氣會(huì)使孔體烴類生成積隙體積顯著增大。的烴類裂解。烴類由長(zhǎng)鏈分子裂解為短鏈分子后體積會(huì)增加2～3倍，變化烴類裂解該反應(yīng)通常發(fā)生在2～4km的深度以下，并且地層溫度超過70～（熱成因）120℃。有機(jī)分子的熱裂解起始于120～140℃地溫所對(duì)應(yīng)的深度。當(dāng)?shù)販爻^180℃時(shí)，幾乎所有的烴類都轉(zhuǎn)

4、化為甲烷。流體運(yùn)移氣體運(yùn)移。烴類氣體沿?cái)鄬幼韵露线\(yùn)移，在上部地層產(chǎn)生超壓?；臐B透作用。地層流體中的鹽水濃度差能使流體通過半滲透膜進(jìn)行滲透作用及變交換。1變化類型過程描述承壓液面。區(qū)域性的等勢(shì)面效應(yīng)，如自流水體系。流體壓頭滲透性儲(chǔ)層的構(gòu)造。壓力沿大背斜、陡傾巖層傳遞至淺部地層。儲(chǔ)層注壓。大量的流體注入或流入地層（如二次采油）導(dǎo)致儲(chǔ)層油田開采壓力增加，并沿?cái)鄬踊蛱坠軅鬟f使地層壓力升高。凍脹性地層（冰丘）。永凍土的侵蝕：在幾乎封閉的體系內(nèi)捕獲非永凍環(huán)境凍性地層。氣水儲(chǔ)層。密度差浮力作用。氣柱和液柱（油或水）之間的重量差。綜上所述可以看出

5、，國(guó)外學(xué)者的分類大體一致，分為應(yīng)力相關(guān)型（巖石孔隙體積的變化）、流體體積增加型、流體壓力變化及流體運(yùn)動(dòng)型，該分類標(biāo)準(zhǔn)明晰了超壓的成因，比較合理。二、異常高壓的形成機(jī)制根據(jù)對(duì)有關(guān)超壓出版物的統(tǒng)計(jì)，泥質(zhì)巖欠壓實(shí)、有機(jī)質(zhì)降解生烴和構(gòu)造擠壓是最為常見、獨(dú)立起作用或起主要作用的成因機(jī)制，而水熱增壓、滲透作用和礦物轉(zhuǎn)變則是相對(duì)少見或相對(duì)次要、起輔助作用的成因機(jī)制。1.與應(yīng)力有關(guān)的成因機(jī)制由于應(yīng)力的壓縮作用導(dǎo)致孔隙體積的減少，產(chǎn)生超壓。⑴欠平衡壓實(shí)（垂向應(yīng)力）沉積盆地中，某一深度上的靜巖壓力p（即上覆巖層重量）是上覆巖層厚ob度（Z）、密度（r）及

6、萬(wàn)有引力（g）的函數(shù)：bp=Zgr⑴obb體積密度（r）可通過巖石骨架密度（r）、流體密度（r）及孔隙度（f）bmf來確定，即：r=r(1-+f)rf()⑵bmf靜巖壓力（p）、有效應(yīng)力（s）和孔隙壓力（p）之間的關(guān)系obp（Terzaghi,1923）為：s=-pp⑶obp即某一深度上的有效應(yīng)力等于靜巖壓力與孔隙壓力之差。在地表，泥質(zhì)巖的孔隙度可高達(dá)65～80%（Swarbrick和Osborne,1998）。在埋藏過程中，有效應(yīng)力隨沉積負(fù)荷的增加而增大，由此產(chǎn)生的壓實(shí)作用在驅(qū)出地層流體的同時(shí)，縮小了巖石的孔隙體積（Plumley,

7、1989）。Rubey和Hubbert(1959)提出了一個(gè)基于正常壓實(shí)條件下孔隙度與深度之間的指數(shù)關(guān)系式：-cDff=e⑷max2式中，f為深度D處的泥質(zhì)巖孔隙度；f為泥質(zhì)巖在地表（D=0）時(shí)的最大max孔隙度；c為常數(shù)，Ozerskaya(1965)將該常數(shù)定義為0.45?？紫抖冉档偷乃俾逝c巖石類型有關(guān)（圖1）。砂巖的壓實(shí)率相對(duì)較低，由于顆粒的重新排列及顆粒接觸處的溶解作用，其孔隙度將由初始的40～45%降到20～30%（McBride等，1991），在1.5～2.5km的深度，由機(jī)械壓實(shí)而使原始孔隙度進(jìn)一步顯著降低的潛力已經(jīng)不大

8、。相比之下，泥質(zhì)巖的壓實(shí)速率要快得多，即使在4～6km的深度，由于顆粒的重新排列及可塑性仍可進(jìn)一步壓實(shí)，其孔隙度可減少到巖石體積的5～10%（Katsube和Williamson,1994；Hunt等，1994），如墨西