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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (5): 954-964  
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黄丽飞, 楼章华, 陈明玉, 朱蓉, 王君. 川西坳陷新场构造带须家河组超压演化与流体的关系[J]. 地质通报, 2018, 37(5): 954-964.
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Huang L F, Lou Z H, Chen M Y, Zhu R, Wang J. A study of the coupling relationship between overpressure evolution and formation water of Xujiahe Formation in Xincang structure area, west Sichuan depression[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(5): 954-964.
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基金项目

国家自然科学基金项目《砂岩致密化过程天然气充注-散失的时序关系研究》(批准号:41572110)

作者简介

黄丽飞(1993-), 女, 在读硕士生, 海洋地质专业。E-mail:21534048@zju.edu.cn

文章历史

收稿日期: 2017-06-02
修订日期: 2017-07-11
川西坳陷新场构造带须家河组超压演化与流体的关系
黄丽飞 , 楼章华 , 陈明玉 , 朱蓉 , 王君     
浙江大学海洋学院海洋地质与资源研究所, 浙江 舟山 310058
摘要: 沉积盆地超压体系是油气勘探与开发过程中一个不容忽视的问题,不仅影响了地质流体的运移和聚集,更为勘探带来安全隐患。以实测地压和油田水化学数据为基础,对川西坳陷新场构造带须四段和须二段现今地层水矿化度与现今压力系数关系进行比较,结合地层水特征系数和阴阳离子关系,综合前人研究结果,对须四段和须二段压力演化史与地层水演化过程进行分析,考察川西坳陷须家河组超压系统演化与地层水演化的耦合关系。结果表明,须家河组超压发育与地层水具有密切的联系:①须家河组储层段压力分布范围较广,在弱超压至超强压之间,须二段属于中超压而须四段属于超高压,平面分布中须二段探测井中矿化度随压力系数增加而减少,须四段则相反;②在压实过程中,由于流体排驱受阻导致“欠压实”超压的产生,随着超压的不断积聚,局部出现裂缝,导致地层水更加强烈的混合作用和运移;③生烃作用导致自生压力增大,地层水离子水岩作用强烈,造成流体包裹体与现今地层水离子成分分异;④构造挤压抬升过程中,须四段裂缝不发育,压力进一步升高,须二段则产生泄压,出现了凝析水和水侵现象,造成须四段和须二段现今地层水特征的差异。
关键词: 川西坳陷    须家河组    超压演化    地层水特征    
A study of the coupling relationship between overpressure evolution and formation water of Xujiahe Formation in Xincang structure area, west Sichuan depression
HUANG Lifei, LOU Zhanghua, CHEN Mingyu, ZHU Rong, WANG Jun     
Institute of Ocean Geology and Resource, College of Ocean Geology, Zhejiang University, Zhoushan 310058, Zhejiang, China
Abstract: Overpressure systems in sedimentary basins not only affect the migration and accumulation of geological fluid but also bring potential hazard for exploration. Formation water salinity, pressure coefficient, characteristic coefficient and ions relationships of the second and fourth member of Xujiahe Formation (T3X2, T3X4) in western Sichuan Basin were integrated and utilized to study the coupling relationship between overpressure system and formation water. The results show that the development of overpressure is closely related to the formation water: (1) the formation pressure varies from weak overpressure to super overpressure in Xujiahe Formation. T3X2 belongs to medium overpressure, while T3X4 is super overpressure. The fluid salinity of exploration wells in T3X2 decreases with increments of pressure coefficient, which yields opposite relationship in T3X4. (2) Fluid expulsion leads to "undercompaction" overpressure during compaction, resulting in the occurrence of fractures and pronounced mixture and migration of formation water. (3) The maturation of organic matter results in the increment of pressure and the composition difference between fluid inclusions and formation water due to extensive water-rock reaction. (4) The scarcity of fractures in T3X4 results in the increment of formation pressure, while the condensate water and water invasion in T3X2 results from the development of fractures during uplift. Thus, T3X2 and T3X4 display nonidentical characteristics of formation water.
Key words: west Sichuan depression    Xujiahe Formation    overpressure evolution    formation water characteristics    

地层水是含油气盆地中的主要流体,其活动特性和性质直接或间接指示盆地流体系统的开放性和封闭性。油田地层水贯穿整个成岩演化史,在油气储层形成、演化过程中对储层物性的发展、演化意义重大,对油气的聚集、分布、成藏规模,以及开采效率有非常重要的影响[1]。沉积盆地超压体系在油气勘探与开发过程中是不容忽视的问题,不仅影响了地质流体的运移和聚集,更会为勘探带来安全隐患[2]。地层超压发育机制总体可分为3类:压性力的增加(不均衡压实和构造挤压)、流体体积的变化(水热增压、成岩作用、烃类生成和油的裂解)及流体运移影响(重力水头、浮力和渗透作用)[3-5]。前人对异常高压的意义,如对生烃的抑制作用、与油气运移方式、通道及动力的关系、与油气聚集的关系、成藏效应(深部成藏与晚期成藏),以及对深部储集层孔隙的保存作用、超压盖层的封盖作用等进行了研究[6],但是对于超压演化机制与地层水影响特征的研究较少。

不同的压力系统中地层水矿化度及离子关系不同,不管是超压体系[7-8],还是低压体系[9-10],都与常压体系的水化学特征有明显的差异。超压和低压都会影响地层水的演化过程[2],目前的研究都是异常压力系统与常压系统中水化学特征的比较,而在超压体系下,超压演化对地层水化学特征的影响还需进一步讨论。川西坳陷须家河组气藏具有“超深、超高压、超低孔渗、超晚期构造圈闭”等四超特征,且须二段、须四段为主要的气藏。王震亮等[11]将其压力演化概括为早侏罗世—古近纪的沉积型超压和新近纪—现今的构造型超压,张金川等[12]强调了该区致密地层条件下天然气活塞式排驱作用产生的超压,徐国盛等[13]将川西上三叠统的超压划分为沉积型、充气型和构造型超压。因此,本文主要以须家河组须四段和须二段为研究对象,对不同超压强度地层水演化的差异性进行探讨,分析须家河组地层水与压力相互作用特征及对油气运聚保存条件的影响,以恢复该地区的地层压力演化史,为须家河组天然气运聚成藏机理提供依据。

1 地质概况

川西坳陷新场构造带也称孝泉-丰谷构造带,位于川西坳陷中段(图 1),是川西坳陷的一个次级构造单元,构造带南邻成都凹陷,北靠梓潼凹陷,西段与龙门山构造带相交,东南段与知兴场-龙宝梁构造北倾末端相接。自须家河组沉积以来,川西坳陷经历了印支期、燕山期、喜山期等多期构造运动,构造变形不强[15]。孝泉-丰谷构造带走向上可划分为孝泉、新场、合兴场、丰谷等沿北东东向雁列式展布的滑脱褶皱带[16],并被后期龙泉山断裂的北延部分切割[17],川西坳陷中段孝泉构造-新场构造-合兴场构造形成于安县运动;喜马拉雅运动使研究区先期构造再次强烈隆升,并催生了丰谷构造[14]

图 1 新场地区须家河组构造图(据参考文献[14]修改) Fig.1 Geological structures of Xujiahe Formation in Xinchang area

须家河组岩性普遍致密,砂岩、泥岩频繁互层。须四段、须二段为研究区主要的超致密砂岩储层,砂岩大面积分布,厚度分布不均匀,其中须四段单层砂体较薄,与泥页岩频繁互层,砂地比为50%~ 60%;须二段单层砂体厚度较大,纵向上表现为厚层砂岩和薄层泥岩互层的特征,砂地比为60%~80%,由三角洲平原各分支河道、前缘河口进积型和退积型沉积反复叠加而成[18]。须家河组砂岩经历了漫长、持续的埋藏过程[19]图 2),快速沉积过程在216~ 205Ma和150~144Ma两个时间段,正好是晚三叠世和晚侏罗世,并且在晚白垩世末期达到最大埋深,随后受喜马拉雅运动的影响,地层发生抬升剥蚀。盆地热演化及有机质生、排烃模拟结果表明(图 2),作为须二段和须四段主要烃源岩的马鞍塘组—小塘子组(T3m+T3t)和须三段(T3x3)具有持续生、排烃的特点。其中,烃源岩在中侏罗世沙溪庙期和晚侏罗世蓬莱镇期具最高的生、排烃速率,表明中侏罗世、早白垩世为须家河组气藏主要的成藏时期。

图 2 川西坳陷上三叠统主要界面埋藏史曲线(据参考文献[19]修改) Fig.2 Burial and thermal histories characteristics of major interface of western Sichuan depression T—三叠纪;J—侏罗纪;K—白垩纪;E+N—古近纪-新近纪;Q—第四纪;T3X2-T3X6—须二段-须六段;T3m+T3t—马鞍塘组-小塘子组
2 古压力演化特征

沉积盆地中的压力状态是不断变化的,现今的地层压力是古压力经一系列地质事件综合作用而演化至今的结果,要准确分析现今异常地层压力的主要成因机制必须从其压力的演化过程分析[20]。通过对须家河组探测的井压力曲线进行分析,然后对各段压力及深度进行数字化,获取各段深度与压力关系,最后进行数字模拟,获得较理想的压力与深度关系方程。通过此方法得到的古压力演化模拟表明,新场地区须二段地层压力一直处于高压(图 3)。须五段沉积末期,古压力在新场地区呈现西高东低的趋势,古压力系数为1.6~1.9;到侏罗系沉积末期,随着埋深增加,泥岩欠压实及生烃增压作用导致地层压力进一步增大,古压力分布发生了较大的变化,呈现中间高、两边低的趋势,古压力系数为2~2.1,在中晚侏罗世呈现超高压;喜马拉雅期由于构造抬升,局部发育断裂或裂缝,压力得以释放,现今须二段的压力又发生了较大的变化,呈现3个低压中间夹2个高压的趋势,压力系数约为1.6。压力未得到充分释放的地区,由于强烈抬升与水溶气的脱溶成藏事件,造成凝析水的产生。

图 3 新场地区须二段压力系数演化特征 Fig.3 The characteristics of the pressure parameters evolution of T3X2 in Xinchang area

综上所述,川西地区须二段自沉积以来到燕山晚期,压力和压力系数始终在增加。压力及压力系数总体分布为北西高、南东低。自须五沉积末至白垩纪末期,南部的高压中心向南移动,北部的高压中心始终处于梓潼凹陷的西北部。龙泉山断裂发育带始终是坳陷内的局部低压中心。安县和大邑地区的局部低压中心自沙溪庙沉积末开始出现,在蓬莱镇沉积末定形,局部低压中心范围基本不变。须四段古压力演化同样呈现低-高-低的变化趋势(图 4),压力分布总体呈北东向展布,北东低、南西高的趋势明显。须五段沉积末期,须四段古压力在新场地区与须二段相比有一定变化,整体上仍是西高、东低的趋势,古压力系数约为1.3;到侏罗系沉积末期,古压力在西高、东低的变化下,合兴场出现一个小范围的高压,古压力系数为1.93~1.97;现今须四段由于构造发生了较大的变化,压力发生了根本的变化,喜马拉雅期构造抬升对须四段影响较小,须四段裂缝相对不发育,在构造抬升过程中,原始高压并没有充分释放,导致现今须四段压力系数总体大于须二段,呈现西低、东高的趋势,古压力系数约为1.6。

图 4 新场地区须四段压力系数演化特征 Fig.4 The characteristics of the pressure parameters evolution of T3X4 in Xinchang area

综上所述,川西地区须四段自沉积以来至燕山晚期,压力和压力系数始终在增加。自燕山中期沉积末,须四段压力分布才与须二段压力分布一致,安县和大邑地区的局部低值中心开始定形,且孝泉-丰谷构造带的压力局部低值区开始形成。

3 压力演化与地层水关系

超压的形成机制多种多样,可划为5类:①与应力有关的增压过程,包括压实不均衡和构造挤压;②流体体积膨胀引起的增压过程,包括生烃作用和烃类的裂解生气作用、水热增压、粘土矿物脱水等;③成岩作用,如石英溶解及其胶结物沉淀、蒙脱石向伊利石转化等引起的储层致密化;④流体流动和浮力的增压作用;⑤压力传递,超压通过断裂及储层在垂向和侧向的压力传递,形成邻源和它源型超压[21-23]。研究表明,川西坳陷中段须家河组超压的发育可以分为3个阶段,晚三叠世早期—侏罗纪末欠压实作用、早侏罗世末—新近纪生烃作用和白垩纪—至今的构造挤压作用,构造挤压和生烃作用是现今须家河组超压的主要成因[6, 11, 24],在不同的压力形成时期,压力与地层水的相互作用方式具有明显的区别(图 5)。

图 5 新场构造带须家河组地层压力演化过程(据参考文献[6]修改) Fig.5 The process of formation pressure evolution in Xinchang area T—三叠纪;J—侏罗纪;K—白垩纪;E—古近纪;N—新近纪;Q—第四纪;MZ—中生代;CZ—新生代
3.1 现今压力特征与矿化度关系

异常压力影响地层水演化,超压和低压都会使地层水总矿化度升高,不同压力体系下水型不同,发生的成岩作用也不同。须四段和须二段地层水矿化度和压力具有各自的特点(图 6)。实测地层压力资料显示,须家河组储层段压力分布范围较广,压力系数为1.33~2.19,在弱超压至超强压之间。须四段地层在新场及丰谷地区发育中高超压,合兴场地区由于断层发育低压。须二段普遍发育中高压,新场及川高561井附近发育更高的高压。从压力系数随深度变化关系看(图 6-b),压力系数呈现先增加后减小的趋势,须四段和须二段分属2个压力系统[25],其中,须四段压力系数(压力/静水压力)为1.5~2.3,为中高超压-超高压,须二段压力系数为1.3~1.9,为超压-中高超压,上覆须四段压力系数总体大于须二段,合兴场地区断裂发育泄压特征明显。地层水矿化度含量随着深度增加呈现增加的趋势(图 6-a),须二段生产早期普遍产凝析水[26-27],产出凝析水的压力系数在1.57~1.8之间,在压力系数大于1.57的地层中,气井产出水受凝析水影响明显,矿化度大于1.0g/L,但小于10g/L,由于地层水侵入,后期地层水矿化度上升大于100g/L。须四段生产早期和生产稳定时期,地层水矿化度变化不大,且随着压力系数增大,矿化度有逐渐增大的趋势。

图 6 新场构造带须家河组矿化度与压力系数随深度变化图 Fig.6 Vertical changes between TDS and pressure parameters in Xinchang area

由地层水矿化度平面分布图得知,新场地区矿化度普遍较高,基本都大于35g/L。须二段地层水仅在联150井、新851井、新853井、川罗562、川合139、川丰175井等井发育低矿化度,而新201井发育高矿化度,达113.26g/L,其他矿化度较高的井为新3井、新6井和川合148井(图 7)。这些井的压力系数与矿化度之间呈负相关,压力系数高的新盛1井,矿化度仅50.6g/L,分析认为,须二段一方面表现出明显的凝析水特征,另一方面由于埋深作用,导致储层出现微裂缝,产生泄压现象。须二段地层水矿化度极低的井,其日产水量和气水比也低,水型以NaHCO3为主,同时HCO3-离子含量较高,一般不影响气井的生产。新场气田须家河组气水分布具有低矿化度区气井高产气、高矿化度区气井高产水的规律性。

图 7 新场地区须二段地层水矿化度平面分布图 Fig.7 Plane distribution of formation water salinity of T3X2 in Xinchang area

须四段地层水的总矿化度变化相对较小,大致与须二段地层水矿化度分布一致(图 8),联150井、联107井、川合137附近的区带呈现低矿化度。大部分矿化度分布在40~90g/L之间,水型单一,以CaCl2为主,基本不产生凝析水,显示良好的油气聚集、成藏和保存条件。须四段井的压力系数与矿化度呈正相关,新场27井压力系数为2.07,矿化度达到86.5g/L,分析须四段储层不发育裂缝,水岩作用相对须二段没有那么强烈,地层水得以保存,因此压力系数随着矿化度的增加而增加。须四段地层水分布横向连通性差,下亚段新场、丰谷地区各不相同,但各构造部位纵向上地层水相图相似。新场地区XC22井下亚段与X882井上亚段地层水特征相似,丰谷地区CF563中亚段与CF175下亚段特征相似。X882井区断层发育,而丰谷地区断层不发育,可见须四段气水运移不仅依靠断层、裂缝等快速通道,同时存在垂向运移特征。

图 8 新场地区须四段地层水矿化度平面分布图 Fig.8 Plane distribution of TDS of T3X4 in Xinchang area

地层水矿化度的变化与诸多因素有关,如岩性、压实作用、地层封闭性及地层压力,当地层埋深较浅时,封闭性较差,地层水容易受大气淋滤的影响,被大气水“稀释”,因此,浅埋藏的地层水矿化度较低,一般低于10g/L。随着深度增加,有机质成熟,生烃同时产生超压与大量有机酸,在超压的驱动下有机酸幕式排出,与地层水混合后形成酸性流体,溶蚀岩石中的铝硅酸盐矿物和碳酸盐胶结物,使矿化度逐渐增加到50g/L以上。因此,不能单一通过地层水矿化度的变化与压力系数的变化判断地层水的演化特征。

3.2 快速沉积压实作用

自晚三叠世须家河组沉积以来,川西前陆盆地的沉降中心与沉积中心基本重合,盆地靠近山前一侧的沉降速度与沉积速度基本相同。根据国际地层年代划分表,以及部分地层测年值,结合地层沉积厚度,计算出龙门山前川西坳陷的沉积速率。川西坳陷上三叠统的沉积速率快(图 2),上三叠统、中侏罗统沙溪庙组、上侏罗统蓬莱镇组的沉积速率为107~260m/Ma,远超过了快速沉积的标准40m/Ma(表 1)。川西坳陷晚三叠世与晚侏罗世具有很高的沉积速率,与后龙门山理县老君沟花岗岩体隆升时间对应,反映盆缘山系的隆升控制了沉积盆地的下降,造成川西须家河组储层的致密化,为须家河组储层高压的发育创造了有利的地质空间条件。

表 1 川西坳陷沉积速率 Table 1 Deposition rate of western Sichuan depression

由于快速沉降作用,频繁的泥沙互层等原因造成排流不畅,流体不能及时排出,发育了“欠压实”超压[28-29],在这个阶段,地层水处于相对自由的状态。地层水以酸性为主,水岩作用弱,地层水阴离子以SO42-为主,钠长石溶蚀产生了较多的Na+,粘土矿物脱水作用导致矿化度整体偏低,须四段和须二段地层水同时接受泥页岩中压释水的改造,而此时超压带来的幕式流体运移[29],随着埋深及水岩反应作用,在须二段产生裂缝[6],有利于地层水等流体发生移动。

3.3 生烃增压作用

有学者认为[13, 30-31],川西坳陷泥岩欠压实增压作用至早侏罗世时已基本消失殆尽,而生烃作用是川西坳陷异常高压形成的主要原因,并提出了“高压锅”或“活塞式”超压形成机制;基于此提出研究区为“连续性气藏”、“根源气藏”,其成藏动力就是生烃膨胀力。

海陆过渡相的小塘子组和马鞍塘组烃源岩自沉积后就进入生化气阶段(图 2),之后经历了生油早期阶段、生油中期阶段、生油晚期阶段、湿气阶段和干气阶段,一直处于生气阶段。须三段烃源岩也是自沉积后一直处于生气阶段。须二段和须四段砂岩内的湖沼相泥页岩或薄层也具有一定的生烃能力,且一直生烃。须家河组致密储层内生烃作用增加了地层压力,导致超压的形成。烃源岩的生烃作用使自身压力增大,源-储压差将气体不断向储层中排出,使储层中的压力不断增大,同时储层中的水也被不断地驱替。压力场不仅通过相对大小控制了天然气运聚的方向,还通过一定的剩余压力梯度门限控制天然气的成藏效率[32]。因此,可以推断烃类的充注对压力的演化具有重要的影响,是异常高压的主要成因机制之一。

根据DIONEX-500离子色谱仪测得的川西坳陷须家河组流体包裹体液相阴阳离子可知,随着流体包裹体捕获温度的变化,包裹体的液相水化学成分发生了明显的变化。埋藏初期,大量的硫酸根离子保存下来,随着埋藏深度的增加,硫酸菌的还原作用消耗了大量的硫酸根离子,硫酸根离子浓度减小,因此包裹体中的硫酸根离子浓度高,地层水中硫酸根离子浓度变小;随着温度的升高,大量长石溶蚀,流体中钾离子的含量增加。随着烃源岩的生成,有机酸的增加,促进了早期碳酸盐胶结物的溶蚀,钙镁离子相应增加,到烃源岩成熟,有机酸较少,进入碱性环境,晚期碳酸盐胶结物开始衬垫,消耗孔隙水中的钙、镁离子,在成岩阶段的后期,部分碳酸盐胶结物再次溶蚀,孔隙水中钙镁离子含量再次增加(图 9图 10)。

图 9 须二烃包裹体伴生盐水包裹体均一温度与包裹体液相离子随温度变化图 Fig.9 Variation with temperature between homogenization temperature of fluid inclusions and ions of fluid inclusions in T3X2
图 10 须四烃包裹体伴生盐水包裹体均一温度与包裹体液相离子随温度变化图 Fig.10 Variation with temperature between homogenization temperature of fluid inclusions and ions of fluid inclusions in T3X4

从须四段烃类包裹体伴生盐水包裹体的均一温度与包裹体离子成分可以看出(图 10),在烃类包裹体充注过程中一直伴随流体活动,只是在油气充注不同阶段,流体活动强度不同,在烃类开始充注阶段,钾、钠、钙、镁离子含量逐渐增强。随着烃源岩的生成,大量的有机酸开始生成,促进长石及其碳酸盐岩胶结物的溶解。在油气充注的高峰期,流体各离子含量都减小,油气的生气抑制了成岩反应,流体含量逐渐减小。在油气充注后期,随着成岩环境的变化,自生矿物继续生成,消耗地层水中的离子。

图 9可以看出,须二段烃类成藏与流体活动与须四段有一定的差异,须二段油气充注过程持续时间较长,包裹体离子含量呈现增大-减小-增大-减小的2个循环过程。钙、镁离子在烃类充注后期有较大的增加,说明晚期碳酸盐胶结物遭受一定的溶蚀作用。

3.4 构造挤压过程

王震亮等[11]通过应力场分析认为,川西坳陷近80%的超压来自应力场贡献,并且指出喜马拉雅期强烈的构造挤压作用是川西坳陷流体压力形成的主要原因。但也有学者[33]对此表示怀疑,认为构造挤压作用无法解释同一地区不同深度地层具有不同地层压力的特点(梓潼凹陷上三叠统和侏罗系地层压力存在显著差异)。经分析研究同意后者观点,认为构造挤压作用不能形成须家河组超压;反之,构造挤压作用产生的断裂可能是流体输导和泄压通道。以合兴场地区为例,须二段和须四段储层及围岩地层基本处于统一压力系统,平均压力系数为1.6左右,受该区强烈构造活动影响,主要表现为传导型超压。

经历了3种增压作用后,到古近纪末期,天然气大量生成造成整个川西地区处于异常高压的环境。强烈的喜马拉雅运动造成岩层破裂,地层压力因此而释放[34]。这时须四段和须二段的压力发生了明显的差异,由于须四段断裂不发育,相对更致密,在构造抬升过程中,原始高压并没有释放,而须二段在抬升的过程中,压力未得到充分释放的地区,由于强烈抬升与水溶气的脱溶成藏事件造成凝析水的产生[35],压力充分释放的地区(如川孝560井区),随着投入试采,构造高部位的天然气被开采出来,能量得到释放,气水平衡状态被打破,形成水侵[36-37]。地层水矿化度及地层水离子经历长期流体活动和水岩反应,形成现今的地层水离子含量特征(图 11),阴离子以Cl-为主,其次为HCO3-,阳离子以K+Na为主,其次为Ca2+和Mg2+,同时钠氯系数与脱硫系数显示该区地层封闭性好,有利于油气的聚集和保存。

图 11 新场地区须家河组现今离子含量关系柱状图 Fig.11 The content of ions in the Xujiahe Formation in western Sichuan depression
3.5 地层抬升作用

晚三叠世以来,多期构造挤压导致川西坳陷经历了多次抬升作用。喜马拉雅末期,由于喜马拉雅运动的影响,龙门山强烈逆冲推覆,高差巨大。喜马拉雅运动抬升剥蚀发育了大量的裂缝[28],改善了储层物性,天然气进一步充注,同时驱替孔隙中原始沉积的可动地层水,溶解了天然气的地层水向上翘一侧或上覆地层运移排泄。构造抬升剥蚀事件使储层的压力演化趋势由之前的压力聚集过程转变为压力释放过程,地层压力明显下降,且压力下降的幅度与地层抬升剥蚀的厚度相关。构造抬升运动造成水溶气脱溶成藏,残余地层水不断浓缩,形成石盐颗粒。驱替过程中,束缚水与岩石之间存在离子交换,束缚水离子浓度增大,导致束缚水含水饱和度减小[20]。在川西坳陷储层普遍致密化之后,多期持续性强烈的构造抬升作用促使地层压力明显升高,导致川西坳陷的异常地层压力在前期超压作用的基础上进一步提升。

综上所述,快速沉积作用导致储层致密是前提,生烃增压是主要因素,构造挤压和抬升作用则进一步促进了研究区地层压力的明显升高。川西坳陷在须家河组沉积后一直处于快速沉积时期;须四段-须五段以来,川西坳陷一直处于挤压阶段,即多因素造成川西坳陷须家河组普遍发育高压,并一直延续至今。

4 结论

(1)须四段和须二段地层水矿化度与压力系数具有不同的关系,须二段早期,随着压力系数增大,地层水矿化度逐渐减低,进入相对稳定生产期,由于水侵作用,须二段地层水整体矿化度大于100g/L;须四段地层水矿化度一般低于80g/L,随着压力系数的增大,矿化度呈现轻微的上升趋势。

(2)快速沉积压实作用导致“欠压实”超压的产生,地层水阴离子以SO42-为主,钠长石溶蚀产生了较多的Na+,粘土矿物脱水作用导致矿化度整体偏低,须四段和须二段地层水同时接受泥页岩中压释水的改造,而此时超压带来的幕式流体运移,随着埋深及水岩反应作用,在须二段产生裂缝,有利于地层水等流体发生移动。

(3)烃源岩的生烃作用使自身压力增大,地层水离子水岩作用强烈,烃源岩生成,有机酸增加,长石溶解,Ca2+、Mg2+离子不断发生变化,同时储层中的水也被不断地驱替;在构造抬升过程中,须四段断裂不发育,相对致密,原始高压没有释放,压力系数增加,而须二段在抬升的过程中,在压力未得到充分释放的地区,强烈抬升与水溶气的脱溶成藏事件造成凝析水的产生,随着投入试采,构造高部位的天然气被开采出来,能量得到释放,气水平衡状态被打破,形成水侵。

致谢: 项目工作得到中石化西南油气分公司项目负责人的帮助,在此表示感谢。

参考文献
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