超压的成因机制及其分类.pdf

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1、超压的成因机制及其分类一、超压的分类Swarbrick、Osborne（1998）按主要作用过程把超压分为应力相关型、流体体积增加型、流体运动及浮力型三种；后来（2002）又分为应力相关型和流体扩张型两种，其中应力相关型又按应力方向分为垂向应力型（欠压实）和侧向应力型两种。Chilingar、Serebryakov等（2002）把超压的成因按体积变化情况归为岩石孔隙体积的变化、孔隙内流体体积的变化、流体压力（水压头）的变化及流体运动三类（表1）。表1超压的成因类型变化类型过程描述沉积和沉降速率。沉积速率较高的碎屑岩地层并具有较高的泥/

2、砂比（欠压实）。垂向载荷区域性的盐类沉积。非渗透盐层的存在。如在美国、俄罗斯、北岩（欠压实）石非、中东及德国北部地区等均存在广阔的盐类沉积。孔古压力。由于抬升或剥蚀而使封闭的储集体发生深度变化。隙体构造运动。由于岩石的水平构造挤压而使孔隙体积减少，如局部积侧向构造载荷或区域性断裂、褶皱、侧滑和平移、断块下降产生的挤压、底辟的变盐丘/砂/泥的移动、地震等。化胶结作用。硫酸钙、氯化钠、白云石、菱铁矿、方解石、硅石等次生胶结对压力具有封闭作用（压力盖层），并由于其在封闭储层内的晶体生长使得孔隙空间减少，从而直接引起孔隙压力的增高。温度变化热

3、动力效应。地温升高引起流体膨胀，从而导致孔隙压力的增加。（水热膨胀）成岩作用和后生作用。沉积期后的蚀变（释放结合水）：⑴蒙脱石孔矿物转化和混层粘土转化为伊利石（蒙脱石脱水）、⑵石膏脱水转化为硬石隙膏。流体有机质/干酪根转化为石油。干酪根（成熟）生成的油、气会使孔体烃类生成积隙体积显著增大。的烃类裂解。烃类由长链分子裂解为短链分子后体积会增加2～3倍，变化烃类裂解该反应通常发生在2～4km的深度以下，并且地层温度超过70～（热成因）120℃。有机分子的热裂解起始于120～140℃地温所对应的深度。当地温超过180℃时，几乎所有的烃类都转

4、化为甲烷。流体运移气体运移。烃类气体沿断层自下而上运移，在上部地层产生超压。化的渗透作用。地层流体中的盐水浓度差能使流体通过半渗透膜进行渗透作用及变交换。1变化类型过程描述承压液面。区域性的等势面效应，如自流水体系。流体压头渗透性储层的构造。压力沿大背斜、陡倾岩层传递至浅部地层。储层注压。大量的流体注入或流入地层（如二次采油）导致储层油田开采压力增加，并沿断层或套管传递使地层压力升高。冻胀性地层（冰丘）。永冻土的侵蚀：在几乎封闭的体系内捕获非永冻环境冻性地层。气水储层。密度差浮力作用。气柱和液柱（油或水）之间的重量差。综上所述可以看出

5、，国外学者的分类大体一致，分为应力相关型（岩石孔隙体积的变化）、流体体积增加型、流体压力变化及流体运动型，该分类标准明晰了超压的成因，比较合理。二、异常高压的形成机制根据对有关超压出版物的统计，泥质岩欠压实、有机质降解生烃和构造挤压是最为常见、独立起作用或起主要作用的成因机制，而水热增压、渗透作用和矿物转变则是相对少见或相对次要、起辅助作用的成因机制。1.与应力有关的成因机制由于应力的压缩作用导致孔隙体积的减少，产生超压。⑴欠平衡压实（垂向应力）沉积盆地中，某一深度上的静岩压力p（即上覆岩层重量）是上覆岩层厚ob度（Z）、密度（r）及

6、万有引力（g）的函数：bp=Zgr⑴obb体积密度（r）可通过岩石骨架密度（r）、流体密度（r）及孔隙度（f）bmf来确定，即：r=r(1-+f)rf()⑵bmf静岩压力（p）、有效应力（s）和孔隙压力（p）之间的关系obp（Terzaghi,1923）为：s=-pp⑶obp即某一深度上的有效应力等于静岩压力与孔隙压力之差。在地表，泥质岩的孔隙度可高达65～80%（Swarbrick和Osborne,1998）。在埋藏过程中，有效应力随沉积负荷的增加而增大，由此产生的压实作用在驱出地层流体的同时，缩小了岩石的孔隙体积（Plumley,

7、1989）。Rubey和Hubbert(1959)提出了一个基于正常压实条件下孔隙度与深度之间的指数关系式：-cDff=e⑷max2式中，f为深度D处的泥质岩孔隙度；f为泥质岩在地表（D=0）时的最大max孔隙度；c为常数，Ozerskaya(1965)将该常数定义为0.45。孔隙度降低的速率与岩石类型有关（图1）。砂岩的压实率相对较低，由于颗粒的重新排列及颗粒接触处的溶解作用，其孔隙度将由初始的40～45%降到20～30%（McBride等，1991），在1.5～2.5km的深度，由机械压实而使原始孔隙度进一步显著降低的潜力已经不大

8、。相比之下，泥质岩的压实速率要快得多，即使在4～6km的深度，由于颗粒的重新排列及可塑性仍可进一步压实，其孔隙度可减少到岩石体积的5～10%（Katsube和Williamson,1994；Hunt等，1994），如墨西