第34卷第3期
岩性油气藏
V ol.34No.3收稿日期：2021-07-29；修回日期：2021-09-05；网络发表日期：2021-11-04基金项目：中海石油（中国）有限公司“七年行动计划”科技重大专项“渤海油田上产4000万吨新领域勘探关键技术”（编号：CNOOC-KJ
135ZDXM 36TJ 08TJ ）资助
文章编号：1673-8926（2022）03-0060-10
DOI ：10.12108/yxyqc.20220306
引用：何玉，周星，李少轩，等.渤海湾盆地渤中凹陷古近系地层超压成因及测井响应特征［J ］.岩性油气藏，2022，34（3）：60-69.
Cite ：HE Yu ，ZHOU Xing ，LI Shaoxuan ，et al.Genesis and logging respon characteristics of formation overpressure of Paleogene
in Bozhong Sag ，Bohai Bay Basin ［J ］.Lithologic Rervoirs ，2022，34（3）：60-69.
渤海湾盆地渤中凹陷古近系地层超压成因及
测井响应特征
何
玉，周
星，李少轩，丁洪波
（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）
摘要：通过渤海湾盆地渤中凹陷古近系的测压、测井数据建立全井段地层压力曲线，划分其垂向超压
带，并根据垂直有效应力-速度交会图、烃源岩发育层段及镜质体反射率分析了超压成因和类型，完善了超压成因的识别方法。研究结果表明：①渤中凹陷古近系东二下段至沙三段均发育异常超压，超压成因主要为欠压实、有机质生烃、流体传导，随着地层年代变老，超压成因由欠压实向有机质生烃、流体传导等非欠压实成因变化。②欠压实超压多发生在厚泥岩段，声波速度变化小，岩石密度较小，
垂直有效应力稳定；有机质生烃超压层段的声波速度低于正常压实地层的速度，但随深度增加略有增大，垂直有效应力较小；流体传导超压一般发生于不具备自源型超压生成条件的流体封存箱，声波速度及岩石密度均为正常压实趋势，实测压力纵向上随深度线性增加，表现为同一压力系统。关键词：欠压实超压；有机质生烃超压；流体传导超压；地层超压成因；测井响应特征；古近系；渤中凹陷；渤海湾盆地中图分类号：TE122；P631.8文献标志码：A
Genesis and logging respon characteristics of formation overpressure
of Paleogene in Bozhong Sag ，Bohai Bay Basin
HE Yu ，ZHOU Xing ，LI Shaoxuan ，DING Hongbo
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd .，Tianjin 300452，China ）
Abstract ：Bad on pressure measurement and logging data of Paleogene in Bozhong Sag ，Bohai Bay Basin ，
the formation pressure curves of the whole well ction were established ，and the vertical overpressure zones were divided.The genesis and types of overpressure were analyzed by the consideration of vertical effective stress-velocity cross plot ，source rock development and vitrinite r
eflectance ，and the method for identifying over ‐pressure was improved.The results show that ：（1）Abnormal overpressure developed in the lower cond mem ‐ber of Dongying Formation and the third member of Shahejie Formation of Paleogene in Bozhong Sag.The genesis of overpressure is mainly undercompaction ，hydrocarbon generation of organic matter and fluid conduction ，with the aging of the strata ，the overpressure genesis changes from undercompaction to non-undercompaction such as hydrocarbon generation of organic matter and fluid conduction.（2）The overpressure caud by under ‐compaction generally corresponds to thick mudstone ction ，with little change of acoustic velocity ，low rock density and stable vertical effective stress.The overpressure caud by hydrocarbon generation of organic matter
何玉等：渤海湾盆地渤中凹陷古近系地层超压成因及测井响应特征2022年61
corresponds to the strata with acoustic velocity being lower than that of normal compacted strata ，but it increas
slightly with the increa of depth ，and the vertical effective stress is low.The overpressure caud by fluid con ‐duction generally occurs in overpressure fluid compartments without the conditions for lf-source overpressure generation ，the acoustic velocity and rock density show normal compacti
on trend ，and the measured pressure in ‐creas linearly with depth in the longitudinal direction ，showing the same pressure system.
Key words ：undercompaction overpressure ；overpressure caud by hydrocarbon generation of organic matter ；fluid conduction overpressure ；genesis of formation overpressure ；logging respon characteristics ；Paleogene ；Bozhong Sag ；Bohai Bay Basin
0引言
全球主要含油气盆地普遍存在超压现象，在中国的一些含油气盆地中，已发现29个具有超压发育，其中海域8个，渤海是其中之一［1］。渤海湾盆地渤中凹陷古近系不仅是渤海海域主要油气勘探层系之一［2］，也是地层超压主要发育区域之一［3］。由于海上钻井资料少，超压成因分类不明确，测井响应特征不清楚，导致该区钻前超压预测精度较低，钻探实践中时有发生与地层超压有关的钻井事故，不仅影响勘探成效，也造成相当大的经济损失。对于渤中凹陷地层超压的研究多集中在地层超压对油气成藏的影响。石良等［4］根据岩心和薄片资料，定量分析渤海湾盆地渤中凹陷西北次凹异常高压对古近系东营组储集层压实和胶结作用的影响；郝芳等［5］认为超压对有机质热演化的抑制作用使沙河街组源岩生、排烃滞后，从而使沙河街组和东营组在晚期同时保持在较有利的生、排油阶段，这是渤中坳陷油气资源丰富和油气晚期快速成藏的物质基础。Peter 等［6］认为超压成因是地层压力研究过
程中最基本也是最复杂的问题；Tang 等［7］认为不同成因超压测井响应特征是钻前超压预测模型选取及精确预测的前提。Webster ［8］，Luo 等［9］认为沉积盆地超压成因主要有不均衡压实作用，流体膨胀作用，矿物成岩作用和构造挤压作用。Vernik 等［10］认为不均衡压实及流体膨胀是可以独立形成大规模超压的主要增压机制，其中不均衡压实作用所引起的低速度异常是该类型超压钻前预测的基础。对于该区不同层段超压成因分类，特别是不同成因超压测井响应特征研究较少。
以渤海湾盆地渤中凹陷典型超压井为目标，基于测压、测井、地球化学等资料，开展超压成因分类及其测井响应特征分析，应用和完善基于三级筛选识别超压成因的方法，梳理不同成因超压的测井响应特征，以期总结区域超压成因垂横向分布特征，为该区钻前超压预测提供宏观地质指导。
1地质概况
渤中凹陷位于渤海湾盆地中部，面积约9000km 2
（图1），主要发育新生界地层，沉积厚度大，自下而
图1渤海湾盆地渤中凹陷构造位置（a ）及古近系岩性地层综合柱状图（b ）
（b ）
（a ）
上新统
中新统渐新统始新统
全+更新统平原组
明化镇
组馆陶组
东
营组
沙河街
组地层系统统
ahead是什么意思组段
岩性剖面
明上段明下段面试英语
东一段
东二段沙三段
沙一段沙二段沙三段
起
沙垒田
凸
沙
南凹
陷
埕北
凹
陷埕
子
口
起凸
凹
陷黄
河
口
起凸
渤
南
起
凸低
埕
北起
凸
低
莱
北凹
陷
庙西庙西起
凸秦南凹陷
起
凸
臼石
坨
秦南起
凸凹
陷
渤中
凹陷
口歧垦东凸起
莱州湾凹陷
盆地边界海岸线断层走滑标志研究区凸起
凹陷泥岩细砂岩中砂岩含砾砂岩
20
40km
050100km
62岩性油气藏第34卷第3期
上依次为古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组，本文研究层段为古近系东营组东二上段、东二下段、东三段以及沙河街组沙一二段和沙三段。
通过对该区36口钻遇古近系地层已钻井测压点进行统计分析可知，东二上段测压系数1.07，东二下段为1.65，东三段为1.70，沙一二段为1.79，沙三段为1.60（表1）。各层段主要为多期扇三角洲—辫状河三角洲砂体和湖相泥岩的旋回沉积［11-12］，以杜栩等［13］提出的地层压力划分标准，东二下
段至沙三段均发育有异常超压。结合渤中凹陷实测地层压力统计，定义压力系数1.00～1.20为压力过渡带，压力系数1.20～1.40为弱超压，大于1.40为强超压。
表1渤海湾盆地渤中凹陷古近系典型井地层超压统计Table 1Measured overpressure of Paleogene strata of
typical wells in Bozhong Sag ，Bohai Bay Basin
2地层压力特征
根据渤海湾盆地渤中凹陷36口钻遇古近系探井546个实测压力点分布特征统计，该区以3200m 为分界面，纵向上为典型的2层结构（图2），其上为正常压力带，其下为超压带，超压带内部超压幅度差异较大且与深度无明显对应关系，反映渤中凹陷不
图2渤海湾盆地渤中凹陷古近系实测地层压力分布特征Fig.2Distribution characteristics of measured pressure
同区域受沉积体系及构造运动等多重因素的影响，超压非均质性强［5］。就各层段实测压力而言，东二上段全部为正常地层压力，东二下段可划分为2个压力带，3200m 以上发育正常压力，3200m 以下发育超压，证实渤中凹陷超压起始于东二下段，且超压幅度随深度增加而增大。东三段整体上以正
常压力为主，这主要是由于钻遇东三段有测压点的探井多位于凸起边界断层下降盘，远离深部凹陷带，且少数凹陷带探井以厚层泥岩分布为主，缺乏实测压力数据，故该数据并不能反映渤中凹陷东三段地层压力发育特征。沙一二段整体上以超压为主，测压系数最大可达1.79，最小仅为1.11，反映不同区域沙一二段超压幅度存在较大差异。沙三段以超压为主，测压系数最大1.60，最小1.34，平均1.50，是研究区古近系平均实测超压幅度最大的一个层段，但超压幅度差异小于沙一二段。
3超压成因及分布特征
沉积盆地的超压形成机制有很多种，其中欠压实作用及流体膨胀是可以独立形成大规模强幅度超压的2种主要机制［14-16］。欠压实成因超压一般是由于低渗透细粒沉积物的快速沉积，导致孔隙中的流体未能及时排出，从而阻止岩石被压实。流体膨胀成因的超压主要包括烃类生成、超压流体的充注传导、黏土矿物脱水、水热增压等［17-19］。欠压实及有机质生烃成因超压多发育在富含泥质沉积的厚层泥岩中，均属于自源型超压［20］。
垂直有效应力反映的是构成岩石骨架的颗粒所承受的垂向载荷，基于一维压实模型的Terzaghi 有效应力定理认为，上覆岩层压力等于地层孔隙压力加上垂直有效应力［21］。在无较强构造挤压背景下，压实作用与垂直有效应力有着紧密的联系［22-23］。正常地层压力状况下，随着地层埋藏深度的增加，骨架所受垂直有效应力及速度均随之有规律地增大，称之为加载过程，但在泥岩段出现欠压实的
情况下，由于地层孔隙度不发生变化，其垂直有效应力也不会发生变化。因此，在速度-垂直有效应力交会图中（图3），不论是正常压力点还是欠压实形成的超压点均符合加载曲线，而流体膨胀成因超压会导致骨架所受垂直有效应力的减小，称其为卸载过程，可以利用该方法识别超压成因。
本文应用和完善了沈章洪［3］提出的渤海古近系超压成因分类的方法。具体步骤为：①基于典型超井名BZ22-A-1ST BZ22-A-1ST BZ2-A-2CFD23-A-1BZ25-A-4
层位东二上段东二下段东三段沙一二段沙三段
垂深/m 3519.63887.53646.53330.53558.7
实测压力/MPa
36.862.760.659.255.8
晚餐英语
测压系数1.071.651.701.791.60
00.5
1.0
1.5
2.0
压力系数
1500200025003000350040004500
深度/m
东二上段（120测压点）东二下段（150测压点）东三段（146测压点）沙一二段（88测压点）沙三段（44测压点）
何玉等：渤海湾盆地渤中凹陷古近系地层超压成因及测井响应特征2022年63
图3欠压实及流体膨胀超压形成机制
Fig.3Mechanism of overpressure formed by
undercompaction and fluid expansion
分垂向超压带。②利用正常压力点的速度及垂直有效应力作交会图，把超压点的数据投在图中，欠压实超压成因的点分布在加载曲线上，有机质生烃及
流体传导等流体膨胀成因超压点则偏离加载曲线。
③结合烃源岩发育层段及镜质体反射率指标，筛选出有机质生烃成因超压，并将不具备欠压实、有机
质生烃等自源型超压形成条件的超压流体封存箱归入流体传导成因超压。3.1欠压实
以渤中凹陷QHD36-A-1井为例，该井井深为3970m ，钻至沙四段。由泥岩声波速度结合实测地层压力、岩性、镜质体反射率（R o ）等资料建立地层压力综合剖面图（图4）可知，其超压段起始于东二下段3300m ，压力过渡带范围较窄，东三段及沙河街
组广泛发育超压，最大压力系数达到1.50。超压带内部又可划分为3个强超压带（东三段中下部、沙一段下部及沙三段）和3个弱超压带（东三段上部、沙一段上部及沙二段）。强超压带声波速度明显小于正常压实速度，对应于纯质厚层泥岩，沙一二段弱超压带声波速度略小于正常压实速度，储集层压力系数为1.20～1.23。
图4渤海湾盆地渤中凹陷QHD36-A-1井古近系压力综合剖面
速度
垂直有效应力
加载曲线
最大埋藏深度对应速度
problematic
欠压实
流体
膨胀
卸载
曲线
声波速度/（m ·s -1）正常压实速度/（m ·s -1）GR /API 密度/（g ·cm -3）深度/m
R o /%
503002
3计算压力系数0
2
实测压力系数0
21500600015006000压力带划分0
1
地层正常
过渡
弱
apt强
弱馆
陶组
东二上段东二下段
东三段
沙一段沙三段2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800沙二段沙四段
强弱强
静水压力/MPa
0100
上覆岩层压力/MPa
0100
计算孔隙压力/MPa 0
100实测地层压力/MPa 0100
64岩性油气藏
第34卷第3期
东三段是该井超压发育幅度最大的层段，超压
段纯质厚层泥岩无论是声波速度还是密度，在近360m 的厚度范围内基本保持不变，欠压实特征非常明显。因为声波速度基本不变，其垂直有效应力
也不发生变化，东三段压力曲线表现为平行于上覆岩层压力线，同时镜质体反射率小于0.70%，未达到大量生烃阶段也是该井东三段地层超压为欠压实成因的有力佐证。
从QHD36-A-1井速度-垂直有效应力交会图（图5）可知，沙河街组实测超压点与正常压实加载曲线重合，为典型欠压实成因超压。3.2有机质生烃
研究区CFD23-A-1井深度为3781.5m ，钻至中生界潜山，从地层压力综合剖面图（图6）可以看出，超压起始于东二下段3014m ，压力过渡带范围较窄，东三段及沙河街组广泛发育超压，最大压力系数达到1.95。超压带内部又可划分为1个强超压带（东三段至潜山顶面）及1个弱超压带（东二下段下部），压力结构较为单一，表现为东二下段异常幅度逐渐增加，至沙三中段中部达到最大，至潜山顶面开始回落。沙一二段地层岩性为厚层泥岩夹薄层白云岩，下伏沙三中段镜质体反射率大于1.00%，达到大量生烃阶段。因生烃造成超压幅度进一步增加，导致垂直有效应力减小，其孔隙压力
图5渤海湾盆地渤中凹陷QHD36-A-1井古近系
速度-垂直有效应力交会图
Fig.5Cross plot of velocity and vertical effective stress of well QHD36-A-1in Bozhong Sag ，Bohai Bay Basin
曲线表现出随深度增加逐渐和上覆岩层压力线相交的趋势。东三段镜质体反射率小于0.70%，超压成因主要为欠压实。
从该井速度-垂直有效应力交会图（图7）可看出，沙一二段实测超压点偏离正常压实加载曲线，超压成因为非欠压实。因沙一二段已具备大量生烃的条件，综合分析认为其超压类型为有机质生烃成因。
图6渤海湾盆地渤中凹陷CFD23-A-1井古近系地层压力综合剖面
速度/（
m ·s -1）020406080
垂直有效应力/MPa
550050004500
40003500300025002000
加载曲线
中文翻译成英语
实测超压点
声波速度/（m ·s -1
）
正常压实速度/
（m ·s -1）GR /API 密度/（g ·cm -3）深度/m
静水压力/MPa 0
100上覆岩层压力/MPa R o /%
0150230
100计算孔隙压力/MPa 0
100实测地层压力/MPa
100
计算压力系数
02
cipher实测压力系数
02
1500600015006000压力带划分
1
地层正常
choo过渡弱
节奏训练
强
馆
陶组东二上段东二下段
东三段沙一沙二沙三中段22002400260028003000fgd
320034003600
中生界
