鄂爾多斯盆地南部三疊系延長組泥巖壓實系數與古壓力特征

楊 超，賀永紅，雷裕紅，史 鵬

（1.中國地質調查局，北京，100037；2.陜西延長石油（集團）有限責任公司 研究院，陜西，西安710065；3.中國科學院 地質與地球物理研究所，北京100722）

0 引 言

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，經過多年的勘探，油氣當量已達到6 000萬t/a，但是盆地南部油氣當量所占比例較少。這也是南部特殊的地理位置和地質環境所決定的，雖然針對盆地南部也做了大量研究，但是部分基礎地質認識還不夠系統化［1-14］。如真對盆地南部泥巖壓實和古壓力的恢復文獻相對較少，且研究還不夠詳細［15-21］。以盆地南部的富縣、黃陵、旬邑地區為例，利用鉆井、錄井、測井等數據資料對研究區泥巖壓實系數和古壓力進行深入研究和剖析，總結其特征，為后期的盆地模擬和油氣勘探決策提供重要的理論支撐。

1 泥巖壓實系數

壓實系數是反演盆地埋藏過程重要參數，考慮壓實作用可以更為準確地恢復地層的埋藏演化歷史［22-26］，也是準確獲取正常壓實段泥巖壓實系數，計算泥巖最大埋深古壓力的前提。

大量研究證實，聲波時差能夠更加有效地反映地層孔隙度信息，碎屑巖固結地層的孔隙度與聲波時差存在良好的線性關系［1，3，5，7］。通常情況下可表示為（1）的形式

式中 Δt為深度為Z處聲波時差，μs/m；Δt0為地表聲波時差，μs/m；C為壓實曲線斜率；Z為埋藏深度，m.

在單井壓實特征分析的基礎上，可根據式（1）估算單井的泥巖壓實系數。為了獲得每段具代表性的壓實系數，對全區前面所述65口單井正常壓實段的孔-深關系進行了回歸擬合，獲得了不同地區泥巖壓實系數（表1）。

從研究區正常壓實曲線的壓實系數來看，沉積速率相當，沉積速度較快，壓實系數平均為2.867×10-4.不同地區泥巖壓實系數略有差別，富縣地區壓實系數最大，平均3.338×10-4，旬邑地區壓實系數次之，平均為3.157×10-4，黃陵地區壓實系數最小，平均為2.102×10-4.

從泥質含量和壓實系數相關性曲線上可知，泥巖的壓實系數與泥質含量具有較好的正相關性（圖1）。研究區泥巖壓實相對發育程度由砂泥巖配置決定，砂泥巖的配置取決于沉積相對巖性分布的控制。一般條件下，離湖盆越近，泥巖更為發育，而伴隨泥質沉積物增多。從研究區泥巖厚度分布可以看到，富縣地區長7段及長9段泥巖都是最發育的，而旬邑地區和黃陵地區長9段泥巖不發育。根據統計泥質含量結果表明，富縣地區泥質含量最高為0.52，其次為旬邑地區，泥質含量為0.43，黃陵地區泥質含量較低，為0.39（表1）。由以上分析可以看出，富縣地區泥巖壓實系數最大，其次為旬邑地區，黃陵地區壓實系數較小。

圖1 泥質含量和泥巖壓實系數關系Fig.1 Relation of mud content and mud compaction coefficient

2 泥巖最大埋深古壓力

在不考慮烴源巖的影響下，獲得泥巖流體壓力的常用方法一般為泥巖壓實曲線的等效深度法，該方法計算的壓力代表了最大埋深時期的古壓力。但是越來越多的研究表明，干酪根具有高聲波時差特性，壓實曲線在烴源巖段往往表現為異常高值，不能夠有效的反應儲層孔隙變化特征。在利用聲波時差數據進行泥巖壓實研究過程中，當富含有機質的烴源巖段在壓實曲線上表現為高聲波時差異常時，定性的分析無法判斷多少增量是烴源巖有機質的貢獻［27］。前人研究一般不考慮有機質的影響，全部歸結為泥巖欠壓實作用［28-29］。本次研究利用了李超等（2016）泥巖壓實研究的巖石體積模型，對研究區的泥巖古壓力進行了校正［27］。該方法對Wyllie方程的巖石體積模型進行修正，將有機質引入烴源巖體積模型。依據Wyllie公式，在對烴源巖聲波時差進行理論推導的基礎上，提出有機質引起的聲波時差增量的校正公式。ΔtTOC=Δt+

式中 φ為孔隙度，%；Δt為聲波時差，μs/m；Δtfm為骨架聲波時差，μs/m；Δtf為孔隙流體聲波時差，μs/m；ν為有機質含量（體積百分比），%；Δtma為巖石骨架聲波時差，μs/m；Δtom為有機質聲波時差，μs/m；ρ為泥巖密度，g/cm3；ρom為有機質密度，g/cm3；k為有機質轉換系數，一般取值為1.25.

表1 不同地區泥巖壓實系數統計（10-4）Table 1 Compaction coefficient of mudstone in different areas（10-4）

由于長7段及長9段油頁巖發育，有機質含量高達10%，在測井曲線上呈現聲波時差異常，因此必須對有機質導致的聲波時差異進行校正。通過分別計算有機質校正前后泥巖最大埋深時期古壓力，清晰表明，經過有機質校正后，盡管單井壓力體系整體沒有發生根本性改變，但是泥巖最大埋深古壓力明顯不同于原始古壓力（圖2）。富縣地區，異常壓力從長7頂部開始發育，長7中下部及長9中部過剩壓力達到最大，長8段壓力有所降低，長7-長9組成一個完整的壓力系統。校正之前最大過剩壓力為15.8 MPa，與其他研究人員研究結果基本一致［29］。

圖2 典型井最大埋深古壓力及有機質校正結果Fig.2 Maximum buried paleopressure and remediation of organic matter in typical single well

通過圖2（a）可以看到，經過有機質校正之后，長7～長9段聲波時差明顯降低，欠壓實幅度顯著減小，計算的地層壓力也相應減小。校正之后計算獲得的最大壓力僅為10 MPa，相較于校正之前，減小非常明顯。類似的，對研究區內所有壓實曲線進行了有機質校正，重新計算了泥巖最大埋深古壓力。結果表明，富縣地區過剩壓力介于8～10 MPa，黃陵地區過剩壓力主要發育在長7段泥巖內，介于4～6 MPa，旬邑地區過剩壓力最小，僅為3～5 MPa.因而，在利用等效深度法計算鄂爾多斯盆地泥巖異常壓力時，由于未考慮有機質的影響，可能過高地估計了長7段古超壓的幅度。

在單井最大埋深古壓力計算的基礎上，繪制了不同地區內泥巖過剩壓力連井剖面圖及平面分布圖（圖3，4），通過對比可以明顯發現，研究區不同地區過剩壓力略具差異，其中富縣地區泥巖厚度大，沉積速率快，從而更有利于形成欠壓實，因此過剩壓力最大，介于8～10MPa，其次為旬邑地區，最大埋深時期泥巖剩余壓力為6～8 MPa，而黃陵地區，由于泥巖厚度較薄，沉積速率相對緩慢，因此異常壓力也較低，介于4～5 MPa.

圖3 泥巖剩余壓力剖面Fig.3 Residual pressure profile of mudstone in study area

圖4 泥巖剩余壓力平面分布Fig.4 Plan of residual pressure of mudstone in study area

3 結 論

1）泥巖的壓實系數明顯受到泥質含量及礦物組成的影響。泥質含量和壓實系數具有很好的正相關性。富縣地區泥巖壓實系數最大，其次為旬邑地區，黃陵地區壓實系數較小。

2）通過對有機質導致的聲波差異的校正，認為早期研究可能高估了長7段古超壓的幅度。結果表明，富縣地區過剩壓力最大，介于8～10 MPa，其次為旬邑地區，最大埋深時期泥巖剩余壓力為6～8 MPa，而黃陵地區，由于泥巖厚度較薄，沉積速率相對緩慢，因此異常壓力也較低，介于4～5 MPa.