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地层超压是地质学中的一个重要概念,指的是地层中孔隙水的压力偏离静水压力的状态,既可以偏低,也可以偏高。偏低的情况称为低压,偏高则为高压,均可统称为异常地层压力。
目前已知的超压成因有多种,主要包括欠压实、生烃增压和构造挤压增压。异常地层压力的成因很多。结果是:
1.假说多,如盲人摸象。有构造挤压,欠压实超压,生烃增压,水热增压,幕式排烃,超压驱油等;
2.一种假说只能针对一种地层压力现象。如生烃增压,只能解释高压,而超低压呢则不好解释,显然用生烃增压就没法解释。这种拼凑式的理论显然存在问题。
通过多年的深入探讨,我们提出了最重要的地质流体-地层水渗透速度和构造运动速度之间的时差,从而确定地层压力状况。能在统一的理论框架下,完成对压力系数的解释或预测。本文是在原英文的基础上,增加了对主流超压现象成因的剖析,并提出生烃增压、欠压实、超压封存箱、超压驱动油气运移等假说,可能都存在问题。感谢
《地质科学》
在2024年的最后一期刊登了我的拙作,没有嫌弃我的另类观点(点击可以下载):
下载链接:地层水渗透作用和构造运动的时差:试论超压形成的两种机制
提出构造运动速度快于地层水的渗透速度,就会引起超压。如近期快速沉积、沉降会引起超压;近期快速抬升也会引起超压。最必须强调的是近期,如果中新生代构造不活动了,即构造活动后维持现状很久了,则不会引起超压,而变成常压。共有四个模式,如图1。对全球数十个盆地的投点图,均显示出构造运动速度与压力系数呈正相关关系(图2)。用新理论既能解释超高压,也能解释超低压。产生超高压或超低压的地层,至少必须是中成岩阶段的地层。早成岩阶段的地层孔隙度仍较大,且渗透性好,无法形成异常地层压力。
模式一 快速沉积主动超压模式,简称南堡模式
在新近纪,特别是第四纪的快速沉降,引发主动超压。形成超压的地层必须达到中成岩阶段,此时孔隙水的释放速度小于构造沉积速度。例如南堡油田、白云凹陷等。我国沿海大陆架上许多盆地在沉积厚度达到一定程度(>5km)后,均会出现主动超压。
图1 地层压力的4种模式
图2 构造运动速率与超压的关系
图中的数字代表不同的盆地或层系,如下表所示(只是部分,详情请下载原文):
表1 各盆地超压与构造情况表
模式二,快速抬升被动超压模式,简称四川模式
在近期,如新近纪,特别是第四纪的快速抬升过程中,会引发被动超压。抬升后,由于原孔隙压力尚未完全释放,在新的较浅地层中“换算成”新深度上的压力系数,形成了被动“超压”。例如,四川盆地中的焦页1井JY1,为快速抬升,而彭页1(PY1),LY1抬升缓慢,压力系数小。以下图为例(图3),当地壳抬升前,原较深处(8km)若保持时间长,就进入了正常状态(静水压力状态),这时的孔隙压力为80MPa。现有一次快速抬升,到较浅的深度4km处。孔隙压力会变化,据计算,因孔隙回弹和地层温度降低,带来的压力降低总计不超过7.5%,这时孔隙压力就变成了74MPa。换算成压力系数就变成1.85。但由于有异常压力,随着时间的推移,会因孔隙水快速渗透,导致压力降低。因而这个时间长短就决定了压力系数的保持程度。随着时间的增加,将由74MPa逐渐变至静水压力状态40MPa。因此就产生了构造运动和孔隙水渗透的时间差。若前者时间短,则超压状态保持时间长。
图3 快速抬升被动超压的形成模式
模式三,构造长时间休眠常压模式,称简松辽模式
在中生代或新生代长期构造不活动,既不抬升,也不沉降,或升降幅度小,则会形成常压模式。这时,孔隙水有足够的时间释放异常压力,而形成常压。如松辽盆地在K2后就基本不活动了;二连盆地也在K2之后就缓慢抬升至今。
模式四,大升小降异常低压模式,简称苏里格模式
构造长期大幅度抬升到很高的高度,然后快速小幅沉降,未达到其最大埋深时,形成超低压,且小降时间越快,沉降越接近最大埋藏,其超低压越厉害。
盆地在高处保持了很长时间,使地层中的异常孔隙压力完全释放,在高处为静水压力状态,若小幅度沉降,没达到其曾经的最大埋藏深度时,其成岩作用停滞。这时,孔隙未因下降而减小,压力未变,按新的变深的深度换算,则为超低压。此时孔隙内未补充新的地层水,或来不及补充地层水去消化异常低压,地层就已到了新的更深的深度了。这时,超低压就诞生了。如图4所示。
图3 大小升降模式
图2展示了全球多个盆地近期构造运动速率,沉降为正,抬升为负,与压力系数的关系。从中可以看出,近期构造抬升越快,或沉降越快,则压力系数越高。目前没有找到例外的情况。
中国地质大学(北京)能源学院,毛小平
2024年11月3日
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