在沉积盆地中超压力形成机理的再评价

通过下列过程可以产生超压力；（１）挤压应力的增大；（２）孔隙流体和岩石骨架体积的变化；（３）流体运移或浮力的影响。在埋藏期间，由于上陪负荷的不均衡压实作用能相当大的超压力，特别是在低渗透率沉积物的迅速沉积期间也能产生超压力。在区域的构造活动地区水平应力的变化能迅速产生和耗散大量超压力。包含有体积变化的超压力形成机理必须是一个好的有效封盖层。     

沉积盆地超压形成机制述评

超压形成机制可以归纳为三大类:(1)岩石压力的增加;(2)孔隙流体或岩石骨架体积的变化;(3)流体流动及烃类上浮.低渗透性的沉积物在快速沉降过程中,上覆岩层产生的不均衡压实可产生相当大的超压,这是沉积盆地形成高压的主要机制.构造活动的地区,水平应力变化可以快速产生并迅速释放大量的超压.除非有非常理想的封闭性,否则由水热膨胀和粘土脱水引起的流体体积增加不足以形成超压.烃类生成和裂解成气具有形成超压的潜能,但压力需要较长时间才能得以聚集,所以,这一机理也值得怀疑.     

多相系统中的超感压与流体运移

地下流体的流动是由压差引起的，它遵循达西定律，即流量与压差以及岩石的渗透成正比，而与流体的粘度成反比。造成超压的原因有两条，一是机械作用：由于沉积载荷的快速堆积产生的欠平衡压实，或在水平方向上等价的构造应力产生的类似效果；二是流体体积的膨胀：由地热，干酷根转化成沥青或矿物的转变引起的。     

超压：成因机制,传统研究方法和流体力学研究方法

在大多数沉积盆地深部通常遇到异常流体压力。自从１９７０年以来，有效垂直应力和孔隙度之间的关系一直被用于湾岩地区，评价超压大小，在垂直应力为主的下第三系砂－页岩盆地中，根据地震和盆地模拟技术业已取得积极成果，而无论何时压实不平衡条件发生作用。然而，用该方法不能定量地评价由其它成因和／或附加成因（构造应力、烃类生成、热应力、与断层有关的运移、水力破碎…）产生的超压。除了传统研究方法外，还提出流体力学研     

超压：成因机制,传统研究方法和流体力学研究方法

在大多数沉积盆地深部通常遇到异常流体压力。自从１９７０年以来，有效垂直应力和孔隙度之间的关系一直被用于墨西哥湾沿岸地区，评价超压大小。在垂直应力为主的第三系砂泥岩盆地中，根据地震和盆地模拟技术业已取得积极成果，而无论何时压实不平衡条件都发生作用。然而，用该方法不能定量地评价由其它成因和／或附加成因（构造应力、烃类生成、热应力、与断层有关的迁移、水力压裂……）产生的超压。除了传统研究方法外，还提出了     

超压环境有机质热演化和生烃作用机理

通过对多个盆地大量样品的多参数对比分析,建立了超压抑制有机质热演化的多参数识别标志,揭示了不同成熟度指标对超压的差异响应.识别出超压抑制有机质热演化和生烃作用的4个层次:①超压抑制了有机质热演化的各个方面,包括不同干酪根组分的热降解(生烃作用)和烃类的热演化;②超压仅抑制了烃类的热演化和富氢干酪根组分的热降解,而对贫氢干酪根组分的热演化不产生重要影响,因此镜质体反射率未受到抑制;③超压抑制了烃类的热裂解,而对干酪根的热降解未产生明显影响;④超压对有机质热演化的各个方面均未产生可识别的影响.超压对有机质热演化的抑制作用层次取决于超压发育后有机质热演化反应的体积膨胀效应、产物浓度变化速率及超压的发育特征.早期强超压和长期保持封闭流体系统是产生第一层次超压抑制作用的必要条件.超压发育过晚、超压强度低、超压流体频繁释放等都可能导致超压对有机质热演化的各个方面均不产生可识别的影响.     

沉积盆地主要超压成因机制识别模式及贡献

沉积盆地中超压形成往往受到多种因素的控制,使得对每种超压机制的识别及其评价较为困难。将超压的形成机制总结为4类:不均衡压实、流体膨胀、超压传递和侧向构造应力。建立了4类主要超压形成机制的综合识别模式:不均衡压实和侧向构造应力增压地层中孔隙度表现为明显的高异常,而流体膨胀、超压传递增压地层中孔隙度无明显异常;4种类型增压机制在声波速度与垂向有效应力、密度与声波速度的变化关系曲线上表现出明显差异,不均衡压实增压地层中声波速度与垂向有效应力的变化应遵循正常压实作用的指数变化关系,而流体膨胀、超压传递、侧向构造应力增压地层明显偏离正常压实趋势线;不均衡压实、侧向构造应力增压地层中声波速度与密度的变化遵循正常压实趋势线,而流体膨胀、超压传递增压地层则偏离正常压实趋势线。依据垂向有效应力的减小量等于流体膨胀、超压传递、侧向构造应力中一种或多种共同作用产生的流体增压量的假定,结合实际地质条件分析,确定并评价相应增压机制地层中产生的流体增压量及其对地层超压的贡献率。尽管该假设下的评价结果会低估该机制的增压作用,但仍可为沉积盆地中复杂地区的超压识别和评价提供较好的方法。     

沉积盆地超压形成机制及其对油气运聚成藏过程的影响

超压在全球沉积盆地分布广泛,超压对油气勘探具有重要的意义。超压形成机制主要分为3类：①与应力有关的生压作用;②地层孔隙流体体积增大引起的生压作用;③流体流动和浮力的增压作用。指出超压不仅能改善深部储层的储集性能,增加其上覆盖层的封盖能力,而且是油气运移聚集的重要动力,能够加快和促进油气幕式运聚成藏,但是,对超压的形成机制和意义还存在一些争议,诸如超压对有机质生烃的具体影响和幕式成藏的周期性等问题,尚待进一步深入研究。     

超压与烃类生成相互作用关系及对油气运聚成藏的影响

世界含油气盆地中超压分布广泛且对油气勘探开发影响深远。超压的成因可概括为3种：地层不均衡压实、构造挤压、与流体作用（烃类生成、水热膨胀、黏土矿物脱水等）有关。油气（尤其是天然气）的大量生成及排烃不畅导致超压的形成；超压的存在又使油气生成速率降低；液态窗的下限下移。超压对储集层的控制作用在于减缓压实，使深层储集物性得到改善；另外，超压改变了岩石破裂时的应力条件，导致深层泥岩裂缝储集层发育。超压是油气运移的动力，对油气运聚成藏起着控制作用，若圈闭中超压的形成早于油气的充注，对油气成藏不利；若圈闭中超压的形成恰是油气充注的结果，则有利于油气成藏。一般而言，油气多聚集在超压体的过渡带中。     

数值模拟有机质裂解形成异常地压机制

20世纪50年代以来，油气生成一直被作为异常地压的主要形成机制之一。油气生成对孔隙压力变化影响为：1）固体干酪根转化为液（气）态，孔隙流体体积增加；2）由于油气与孔隙水不相溶，沉积物的渗透率降低。假设液态烃和气态烃（甲烷）这两种有机物的裂解产物作为孔隙中的新相态依次出现，并以此作为评价异常地压形成机制的基础。用简化的三阶段的一级动力反应模型模拟油气的生成，用两相流体公式计算有机质成熟作用对地压形成的影响。研究表明，石油生成对地压的影响不大，天然气的生成对地压的影响却很大。在一定深度下，油气裂解形成超压的作用随岩石中有机质含量增加变得越来越重要。     

莺歌海盆地东方区块地层超压对成岩作用的影响

莺歌海盆地东方区块莺歌海组下部和黄流组发育地层超压体系,超压顶界面深度从盆地中心向边缘逐渐变深。在综合前人研究基础上,笔者应用热解分析、生物标志化合物研究及岩石显微镜和扫描电镜等技术,并与邻区的常压环境下的相关特征进行对比,深入分析了地层超压对成岩作用的影响。结果表明：①超压对反映有机质热演化特征的指标（镜质体反射率、热解峰温、生产指数等）未产生可识别的影响,但对黏土矿物转化和烃类结构演化这类产物浓度变化速率高、体积膨胀效应强的反应有明显的抑制作用;②超压可降低砂岩的机械压实速率,使孔隙度得以有效保存;③超压可以通过抑制黏土矿物的转化来减少胶结物生成的物质来源,同时通过增大碳酸盐在流体介质中的溶解度抑制碳酸盐胶结物的生成;④研究区储层普遍高含CO₂,在超压环境下CO₂在流体中溶解度增大,会大量生成H⁺,促进溶蚀作用的产生;⑤超压环境促进了烃源岩生烃作用生成的酸性流体的排出,增强了相邻砂岩储层的溶蚀作用,有利于次生孔隙生成,从而发育了异常高孔带。     

断-压双控流体流动与油气幕式快速成藏

通过对超压的成藏物质效应和能量效应分析,系统论述了超压盆地油气幕式快速成藏机理。超压对有机质热演化的抑制作用使深部源岩和时代较老的源岩与较年青的源岩(准)同时保持在有利的生排烃阶段,而超压伴生的流体排放延迟使深部超压源岩在不同温度、成熟度条件下生成的烃类在晚期集中排放,两者的共同作用增加了有效源岩的层位和体积,进而增大了晚期源岩的累积排烃速率,为油气晚期快速成藏提供了重要的物质基础。超压可以引起未变形地层的水力破裂和超压流体的初次排放;超压流体的二次排放受超压和断裂特征的共同控制,即断压双控流体流动。超压的成藏物质效应和能量效应决定了新构造运动(或晚期构造运动)控制下的油气快速成藏:①油气成藏由多幕次流体充注完成,每一幕次包括稳态汇聚期和瞬态充注期;②油气成藏速率异常高,大型油气田可在0.1Ma内形成;③构造活动在油气成藏过程中具有建设性作用,晚期构造(或新构造)控制油气分布。     

低速非达西流动及泥质岩孔隙流体超压的形成

泥质岩层中的孔隙水在向外排运的过程中遵循低速非达西流动规律.当泥质沉积物成岩以后,地层中部的孔隙水必须克服微孔隙对其产生的启动阻力才能向外排出;否则,地层水就被滞流在岩层孔隙中并造成泥岩的欠压实.具欠压实地层的孔隙水承担了部分上覆地层的重量,从而形成孔隙流体超压.因此,启动阻力是泥岩层形成孔隙流体超压的根本原因.在成岩作用的早期阶段,泥质岩层启动阻力较小,流体可以流动,流体超压由粘滞阻力和启动阻力两部分组成;当成岩作用进入中-晚期以后,泥质岩层启动阻力增大,流体难以流动或不能流动,粘滞阻力近似等于零,超压值等于启动阻力值.因为启动阻力是泥质岩层的固有特征,所以,在没有裂缝或断层的情况下,泥质岩层就必然存在孔隙流体超压.随着泥质岩层厚度的增大、埋藏深度的增加、成岩程度的增强及砂质含量的减小,启动阻力增大,孔隙流体超压值也随上述因素的变化而与启动阻力等量增大.     

活动的变形沉积物中的流体流通道:孔隙流体压力和孔隙体积变化的作用

1前言演变着的沉积盆地中的流体流影响到油气与成矿流体的迁移以及沉积物和岩石变形的力学作用（Hubburt和Ruby,1959;Pincus,1982）。细粒沉积物广泛出现并由于其密封性,使之在油气储集层的密封和从天然地下水系统中分离出废弃物起到重要作用。由于细粒沉积物的低孔隙度流体阻滞是很常见的,并能够引起孔隙流体超压的发育,这本身可能有助于因构造应力和差异压实所引起的断层生长和集结（HUbbtirt和Rllby,1959）,由此改变了变形沉积物的水文特征。因此,重要的是了解这些断层可以把沉积物从封盖性弱透水层转移到会聚流区,导致可能…     

埋藏过程中泥页岩非构造裂缝的形成演化模式

通过归纳总结前人研究成果,同时考虑到泥页岩普遍具有层理发育、非均质性、力学性质各向异性、欠压实作用和烃类生成等本身固有的特殊性质,划分了泥页岩非构造裂缝的主要类型,分析了泥页岩非构造裂缝分布的深度区间。依据覆压条件下的孔隙度、渗透率测试数据,获得了泥页岩裂缝覆压闭合的临界围压和对应的深度范围。综合分析认为：泥页岩非构造裂缝主要有干裂裂缝、水下收缩裂缝、成岩层理裂缝、超压裂缝（欠压实超压裂缝和生烃超压裂缝）和现代表生裂缝5种类型。泥页岩覆压渗透率测试数据揭示,当上覆岩层的垂直有效压力达到15 MPa时,常压泥页岩的天然缝裂缝（水平方向）将发生闭合。裂缝覆压闭合门限深度为870～1 138 m,平均为1 000 m。超压泥页岩底界深度与泥页岩裂缝（水平方向）覆压闭合深度一致,超压带底界之下的泥页岩裂缝通常不再保持开启状态。埋藏过程中泥页岩非构造裂缝形成演化具有时序性/阶段性,即从沉积开始到最大埋藏深度的不同阶段,泥质沉积物或泥页岩形成不同类型的非构造裂缝,由浅至深依次形成表层干裂裂缝—浅层水下收缩裂缝—中深层欠压实超压裂缝—深层生烃超压裂缝—超深层闭合裂缝。     

超压传递:概念和方式

在超压沉积盆地中,超压传递可能是一种较普遍的现象。超压传递是由超压系统释放或泄漏出的超压流体的流动而引起其他压力系统孔隙流体压力增加的作用。根据超压传递的指向,可分为横向传递和垂向传递两类。由超压传递形成的超压称为传递超压。超压传递的作用方式包括超压流体的注入作用、超压流体沿渗透性砂体的运移作用和超压封存箱的膨胀作用。文中还讨论了东营凹陷的超压传递现象。      

欠压实与流体膨胀成因超压的定量评价

基于岩石应力-应变机理及岩石孔隙结构,研究了欠压实与流体膨胀成因超压的测井响应特征,建立了两种成因超压测井评价模型,并对东濮凹陷超压成因进行了定量评价。研究结果表明：欠压实成因超压下,地层"存储孔"与"连通孔"大于正常压实地层,体积属性、传导属性发生变化,导致地层呈高孔隙度、高声波时差、低密度、低电阻率特征;流体膨胀成因超压下,仅"连通孔"明显扩大,传导属性发生变化,而体积属性变化不大,导致地层孔隙度、密度不变,而声波时差增加、电阻率减小。基于不同成因超压所表现出的各种地质、测井响应差异,建立了声波时差/密度/电阻率-有效应力模型和声波时差/电阻率-密度模型,用于定量评价欠压实与流体膨胀成因超压的贡献大小。模型在东濮凹陷超压成因评价中得到了应用,应用结果显示东濮凹陷沙河街组二段和沙河街组三段超压以欠压实成因为主,总体贡献率为53%~92%,流体膨胀（生烃作用）成因超压主要分布于沙河街组三段,总体贡献率为8%~47%;平面上,由洼陷带、斜坡带至中央隆起带,流体膨胀（生烃作用）成因超压贡献率逐渐降低,欠压实成因超压贡献率逐渐增加。     

负压空吸作用是油气藏的成藏机制之一

地震是构造应力在瞬间强烈释放的表现，震区产生的负压空吸作用对地下流体运动影响很大，是油气成藏的机制之一。将油气在负压空吸作用下运聚成藏的过程划分为4个阶段：地震前平衡期地应力差值微小，油气在浮力等驱动力作用下发生运移；地震前准备期孕震区地应力逐渐集中，储集应变能；地震发生时为成藏期，震区应力瞬间释放，在震区及其附近产生地震裂缝网络，在巨大地应力差值造成的负压空吸作用下，地下流体和所含油气快速运移于新生裂缝网络中，形成油气聚集；地震后平衡期内油气运移不明显，如果震后新生裂缝区裂缝中的地下水形成新矿物而占据裂缝体积，将给裂缝中聚集的油气增加附加压力。图2参13     

模拟生气，超压和破裂之间相互关系的一种反应——输送——机械（RTM）方法

预测致密砂岩气藏，如皮申斯盆地的上白垩统的储层特征，会由于盆地发育期间作用于沉积物的多种成岩过程的相互影响而变得很困难。为更好地了解这些体系的动态，一个可解释压实、破裂、烃类生成和多相流动的正演数字模型，被用于美国能源部在皮申斯盆地的多井试验（NWX）现场的一维模拟中，其中尤其关注的是气体生成对系统动态的影响。预测的现今储层和预测的储层特征的对比表明，模拟基本上抓住了观测储层的特征。分析MWX现场的模拟史显示流变性限制了裂缝的分布、而裂缝动态又受应力动态和流体压力史的影响。结果表明生气对诱发破裂并非必需，但通过引起超压而具有两个重要推论：1）在最大埋藏期间，一个单元内的生气会影响另一单元内的破裂，因此，有助于气体运移的流动通道的形成；2）气体饱和有助于在隆起的和侵蚀期间维持超压，从而使裂缝保持开启。     

东营凹陷沙三—沙四段砂岩储层超压成因与演化

渤海湾盆地东营凹陷沙三—沙四段砂岩储层发育中-强幅度超压,钻井实测压力换算的最大压力系数为2.0,最大剩余压力达40 MPa。分析发现,储层含油性与超压发育程度具有相关性,认为现今储层超压主要源自烃源岩生油超压流体传递。综合盆地模拟技术和流体包裹体分析,恢复了沙三—沙四段砂岩储层古压力的演化历史,认为沙三段—东营组沉积末期的快速沉降作用是导致孔隙流体排出受阻而形成第一期储层流体超压的主要原因,但东营组沉积末期—馆陶组沉积初期构造抬升的泄压作用可使孔隙流体压力降低至常压;在明化镇组沉积末期—现今,由于烃源岩主体仍然处于主油阶段,烃源岩生烃作用产生的大量含油气超压流体充注砂岩储层是形成第二期储层超压的主导成因。