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录 井 工 程第34卷第2期渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析杨 毅郭东明程乐利袁胜斌陈恭洋印森林（中法渤海地质服务有限公司；长江大学录井技术与工程研究院）基金项目：中法渤海地质服务有限公司项目“地层压力预监测系统的研制与开发”（编号：CFGTGTI2019009）杨毅工程师，1979年生，2002年毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业，现在中法渤海地质服务有限公司技术发展研究院从事解释与研究工作。通信地址：300457 天津市经济技术开发区信环西路19号天河科技园1号楼3层。电话：[phone]。Email：0引言地层压力研究贯穿于油气勘探开发的全过程，目前地层压力预监测一般基于 Terzaghi和 Biot的基本理论，在压力计算方面发展了Eaton法和Bowers法等定量模型，但是这些模型都以正确认识超压成因为前摘要渤中凹陷东营组地层普遍发育超压，对其超压地质成因仍有争议。前人通过声波速度与有效应力图板法分析，认为东营组超压以欠压实成因为主，而东营组发育大段泥岩地层，其中的高有机碳含量对于声波时差的影响不容忽视。基于地化录井资料对重点井的声波时差曲线进行了有机碳含量校正，重新分析了东营组超压层特征，并探讨了烃源岩超压成因分类。结果表明：渤中凹陷东营组超压层普遍具有高有机碳含量特征，声波时差经过校正后明显减小，平均降低幅度16.8%，将校正后的资料进行重新投点，表现为流体膨胀特征，这一结论与地层响应特征相符，有助于提高区域地层压力预监测精度，对其他地区烃源岩层系超压成因研究具有借鉴意义。关键词渤中凹陷东营组有机碳含量校正超压特征超压成因中图分类号：TE 132.1文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.16729803.2023.02.017Organic carbon content correction and overpressure genesis analysis for overpressurestrata of Dongying Formation in Bozhong SagYANG Yi，GUO Dongming，CHENG Leli，YUAN Shengbin，CHEN Gongyang，YIN SenlinChina France Bohai Geoservices Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China；Institute of Mud Logging Technology and Engineering，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，ChinaAbstract：The strata of Dongying Formation in Bozhong Sag generally develop overpressure，and the geologic origin of theoverpressure remains controversial.Previous studies have analyzed the overpressure of the Dongying Formation using acousticvelocity and effective stress chart method，and concluded that the genesis of overpressure was mainly undercompaction.Largesections of mudstone strata were developed in Dongying Formation，in which the influence of high organic carbon content oninterval transit time cannot be ignored.Based on geochemical logging data，the organic carbon content was corrected on theinterval transit time curves of key wells，the characteristics of overpressure strata in Dongying Formation were reanalyzed，and the genetic classification of source rock overpressure was discussed.The results showed that the overpressure strata ofDongying Formation in Bozhong Sag generally had the characteristics of high organic carbon content，and the interval transittime decreased obviously after correction，with an average reduction of 16.8%.The drop points of the corrected data showedthe characteristics of fluid expansion.This conclusion is consistent with bed response characteristics，which is helpful toimprove the precision of regional premonitoring of formation pressure，and has reference significance for the research on thegenesis of overpressure of source rock system in other areas.Keywords：BozhongSag，DongyingFormation，organiccarboncontentcorrection，overpressurecharacteristics，genesis of overpressure引用：杨毅，郭东明，程乐利，等.渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析J.录井工程，2023，34（2）：103108.YANG Yi，GUO Dongming，CHENG Leli，et al.Organic carbon content correction and overpressure genesis analysis foroverpressure strata of Dongying Formation in Bozhong SagJ.Mud Logging Engineering，2023，34（2）：103108.103录 井 工 程地 质 研 究2023年6月提13。对于超压成因的研究，早期人们认为不均衡压实是超压形成的主要原因，随后生烃膨胀逐渐走入人们的视野，其他成因的超压特别是蒙脱石-伊利石转化作用、构造挤压、压力传递等对超压形成的贡献不断被发现和证实3，进而提出在拉张应力为主的盆地中，超压成因主要有不均衡压实和生烃作用两种，二者发育于不同的成岩阶段和埋深时期。声波速度/时差资料是超压成因分析和量化模型的重要依据，而泥岩声波时差测量值经常受到矿物组成、流体性质和井眼不规则等因素影响，尤其在富有机质层段往往失真，对超压等方面研究造成干扰3。前人针对这一问题开展了相关研究：基于干酪根的岩石等效体积模型，对鄂尔多斯盆地镇泾地区长7段泥岩压实曲线进行了校正，计算孔隙度与实测值较为一致4；对古龙凹陷青一段压实曲线进行研究后发现，有机碳引起的声波时差增量可被有效消除5；利用logR法提取总有机碳含量曲线，对松辽盆地长垣地区青一段声波时差进行校正，在成因分析图板的重新投点结果纠正了欠压实为超压主要成因的认识6。上述研究均证实了高有机碳含量对声波时差曲线具有强烈影响，并可能误导超压成因认识。渤中凹陷古近系东营组至孔店组地层普遍发育超压，围绕这套富烃的超压层已开展了大量研究，东二下亚段-沙河街组的巨厚泥岩可分为上下两个超压段，上部东营组超压段压力系数最高达1.8，下部超压段最高达2.0，是区域优质盖层7。由于厚层泥岩的声波时差曲线在超压层具有明显的负偏8，而密度曲线基本保持不变，部分学者认为东营组下段地层超压以欠压实成因为主911。东营组下段的巨厚泥岩层有机质丰度高，以1-2型为主78，对声波时差数值影响明显，而前人研究未考虑二者关系。本文以渤中凹陷古近系东营组下部厚层泥岩为研究对象，在进行声波时差的有机碳含量校正后，重新探讨了东营组超压成因，对提高研究区内的地层压力监测精度具有现实指导作用，对其他类似的年轻盆地烃源岩层系内幕超压研究也有一定的借鉴意义。1地质概况渤中凹陷位于渤海湾盆地中东部的渤海海域，周缘为渤南、渤东等一系列凸起，凹陷面积达8634 km2，是盆地中东部最大的富烃凹陷。在新生代时期，渤海湾盆地经历了裂陷期、裂后期等完整的裂陷构造演化旋回，至今仍处于裂后热沉降阶段。盆地地层从老至新依次为太古界及中生界基底、古近系和新近系，古近系地层从下至上为孔店组、沙河街组和东营组，东营组可划分为3段，其中东二段进一步细分为上下两亚段。东营组沉积时期，渤中凹陷区域为亚热带湿润气候，整体构造表现为断拗作用背景，发育一套深湖-半深湖、浅湖-滨浅湖沉积物，在东三段和东二段沉积时期沉降速率较大，沉积的优质湖相烃源岩厚度可达500 m以上，东一段沉积时期区域内水深逐渐变浅。2有机碳含量校正2.1有机质对声波时差的影响岩石中分散的固体有机质具有特殊的物理性质，如导电性差、自然放射性强、密度接近于水的密度，声波时差接近550 s/m12，而沉积岩的岩石骨架声波时差仅150200 s/m，因此高有机碳含量将显著增大岩石整体的声波时差测量值4。由于有机质物质组成和岩石本身性质的随机性，二者之间不是简单的线性关系，主要受两方面因素影响：首先是有机质在不同赋存空间的赋存状态不同，如表面与团聚孔隙吸附态、结构边缘孔隙吸附态以及内部层间域吸附态等，其声波时差的异常响应不同；其次是岩石骨架的受力状态不同，在加载型欠压实地层中，泥岩排水不畅，而在卸载型超压地层中岩石骨架应力显著减小。两种情况都将增大地层声波时差测量值。为明确渤中凹陷东营组地层的有机质对声波时差的影响，以BZ 1961井为例分析泥岩点的声波时差和地化录井实测总有机碳含量（TOC）的关系。结果表明，东营组超压层泥岩点的总有机碳含量与声波时差数值有明显的正相关关系，东营组超压层泥岩点的投点结果呈显著的正向线性关系（图1）。图1渤中凹陷BZ 1961井东营组泥岩点总有机碳含量与声波时差关系104第34卷第2期杨毅等：渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析2.2校正模型首先将总有机碳含量（TOC）转换为总有机碳体积分数：VKmaTOCom（1）式中：V为总有机碳体积分数，m3/m3；K为总有机碳转换系数，可取1.25；ma、om分别为泥岩骨架和有机碳的密度，前者取值 2.68 g/cm3，后者取值型干酪根密度1.2 g/cm313；TOC为总有机碳含量，%。则含有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差可表示为：tfm（1-V）tma+Vtom（2）式中：tfm、tma、tom分别为含有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差、无有机碳泥岩的岩石骨架的声波时差和有机碳的声波时差，s/m。地层岩石由孔隙流体和岩石骨架两部分组成，此时地层声波时差可表示为：t（1-）（1-V）tma+Vtom+tf（3）式中：t为地层声波时差，s/m；tf为孔隙流体声波时差，s/m；为孔隙度，%。假设有泥岩层完全不含有机碳，且孔隙度和孔隙流体与烃源岩相同，无有机碳泥岩地层的声波时差可表示为：t0（1-）tma+tf（4）式中：t0为无有机碳泥岩地层的声波时差，s/m。其中孔隙度可由声波时差经Wyllie公式表示为：（1-V）tma+Vtom-t（1-V）tma+Vtom-tf（5）将公式（3）至公式（5）联立，有机碳引起的泥岩声波时差增量（tTOC）为：tTOCt-t0V（tom-tma）（t-tf）（1-V）tma+Vtom-tf（6）在公式（6）中，tom和tf分别取值550、620 s/m；无有机碳泥岩的岩石骨架声波时差值（tma）取本井泥岩声波时差最小值205 s/m；V由公式（1）求得。2.3校正结果以渤中凹陷BZ 1961井为例（图2），地化录井结果显示，泥岩点总有机碳含量在进入东二下亚段前尚不到0.1%，进入东三段后总有机碳含量大幅抬升，最高可达5.8%。录井PreVue地层压力监测表明，地层压力系数在进入东二下亚段后同样快速增长，从东二上亚段的常压上升至1.3，东三段最高地层压力系数为1.53。完钻后据地化录井的总有机碳含量，利用公式（6）对该井声波时差曲线进行了校正，结果表明，东图2BZ 1961井东营组综合柱状图105录 井 工 程地 质 研 究2023年6月营组泥岩点声波时差受总有机碳含量影响明显，有机碳含量校正后声波时差降低幅度为 6.8%29.8%，其中东三段降低幅度为12.5%29.8%，平均降低幅度16.8%。3超压成因分析3.1测井曲线特征对常见的欠压实和流体膨胀成因超压地层而言，根据钻遇超压地层时声波时差和密度的不同响应特征，可利用电阻率、声波时差和密度测井曲线的组合特征区分加载类和卸载类成压机制，判别方法如下。（1）根据井径曲线剔除扩径段，然后根据岩屑录井或自然伽马资料提取泥岩点深度，统计厚度大于2 m的泥岩层并取均值。（2）绘制相同深度坐标系下的泥岩测井曲线，对比反映地层压实情况的体积属性（孔隙度、密度）和传导属性（声波时差、电阻率、渗透率）之间的差别，体积属性只依赖于岩石网状孔隙体积，但传导属性对岩石孔隙的尺寸、形状及孔隙间的连接形式均反应敏感。在超压层中，如果电阻率、声波时差和密度测井曲线在超压顶界面均有明显偏离，则超压成因为欠压实（图3a），可能同时存在孔隙流体膨胀作用或构造挤压作用；如果电阻率和声波时差曲线同时发生偏离，但密度测井曲线偏离深度大于声波时差和电阻率，则超压成因为非欠压实，存在孔隙流体膨胀或构造挤压作用（图3b）。BZ1961井东营组泥岩点的测井曲线在校正前后表现差异不大（图2）：校正之前，声波时差在超压层顶界面发生大幅偏转，密度曲线进入超压层后基本保持不变；校正之后，声波时差曲线偏移幅度大幅减小，且偏转深度增加。这表明该井东营组的地层超压为流体膨胀或构造挤压所致。结合区域内无明显构造挤压作用，超压层整体为大段泥岩、缺乏压力传导通道，进一步分析认为生烃作用导致的孔隙流体膨胀为该井东营组的地层超压成因。3.2有效应力图板测井曲线受地层和井筒复杂因素影响，代表体积属性和传导属性的曲线组合可能在深度域分析时不甚清晰，可利用声波速度、密度和垂直有效应力交会图判别超压成因3，14（图4）。欠压实成因超压点位于图3不同超压成因的测井曲线组合（据文献3）图4不同超压成因的判别图板（据文献3）106第34卷第2期杨毅等：渤中凹陷东营组超压层的有机碳含量校正及超压成因分析加载曲线上，即随埋深增加、垂直有效应力增加，地层传导属性（图4a、图4b）和体积属性（图4b、图4c）均沿正常压实趋势线均匀增加。由于地层属于非弹性体，当以流体膨胀为代表的卸载成因超压发生时，岩石垂直有效应力减小，地层传导属性仅发生微弱回弹，而体积属性基本无响应。因此流体膨胀成因的超压点位于卸载曲线上。将声波时差转换为声波速度后再利用交会图板投点，BZ 1961井东营组泥岩点的投点结果与声波时差、电阻率和密度曲线的组合特征（图2）较为一致。显而易见，由于高有机碳含量的影响，超压层泥岩点声波时差数据明显偏大（图2），在校正前转换为声波速度投点处于加载曲线之上，属于加载成因，即前人共识的欠压实超压成因类型。经过校正，超压层泥岩总有机碳含量高，声波时差校正后显著减小，对应的地层声波速度显著增大，转换为声波速度后的投点结果表明：垂直有效应力增加的同时，声波速度偏小（图5a）；声波速度增加的同时，密度保持不变（图5b）；垂直有效应力增加的同时，密度保持不变（图5c）。在 3种投点结果中均呈现卸载曲线特征，其超压成因为流体膨胀导致。4讨论4.1欠压实成因超压的其他特征快速沉降背景下形成的细粒沉积物在持续埋藏过程中，由于上覆地层压力不断增大，导致沉积物内部孔隙水难以排出，机械压实作用下的颗粒重新排列被抑制，粒间孔隙度得以保存，形成欠压实成因的地层超压。欠压实成因地层超压的表现特征主要有：大段泥岩是欠压实发生的物质条件，泥岩段表现为异常高孔隙度和超压幅度不大（地层压力系数一般小于1.3）。结合BZ 1961井东营组的表现特征，超压层泥岩点密度曲线未发生反转（图2），即不存在异常高孔隙度，而东三段地层压力系数高达1.53，已属超高压级别。欠压实成因地层超压主要形成于新生代年轻盆地的浅部地层（小于3000 m），原因在于两个方面：首先是欠压实成因地层超压的形成对应于沉积物的机械压实作用过程，通常发生于较低地温条件下，进入深层后保存条件极为苛刻；其次是进入生烃门限深度后有机质开始大量生烃和初次运移，直接破坏了欠压实超压的保存环境，此时形成的生烃成因超压由于发育在厚层泥岩段，其成因极易被误判为泥岩欠压实导致。4.2生烃超压的物质基础前人研究认为东营组泥岩有机质成熟度低，因此不具备生烃超压形成的物质条件。而在型有机质成熟过程中，低熟阶段已经有烃类生成，只是进入成熟阶段后才大量生成液态烃15。这一演化过程与超压层的压力系数匹配良好：东二段上部地层中总有机碳含量较低、成熟度较低，生成的烃类数量有限，地层孔隙流体压力缓慢上升，地层压力系数为1.3；进入东三段后，地层总有机碳含量高，且大部分进入成熟阶段，开始生成大量烃类，此时地层孔隙流体压力快速抬升，地层压力系数达到1.53。5结论（1）有机质的存在影响了泥岩声波时差测井的响应数值，高有机碳含量将导致泥岩声波时差异常增大。经有机碳含量校正后，渤中凹陷东营组地层泥岩点的声波时差明显降低，其中东三段平均降低幅度为16.8%。（2）校正前后的泥岩点测井曲线组合特征变化不大，有效应力与声波速度投点结果差异较大。校正前东营组超压层泥岩数据点分布在加载曲线上，校正后图5BZ 1961井东营组超压层泥岩点的判别结果107录 井 工 程地 质 研 究2023年6月超压段泥岩数据点处于卸载曲线范围。（3）由于泥岩段不存在异常高孔隙度，且总有机碳含量与超压分布特征一致，表明渤中凹陷东营组超压层的成因类型主要为生烃作用导致的流体膨胀。参考文献 1 EATON B A.Graphical method predicts geopressuresworldwideJ.World Oil，1976，183：5156.2 BOWERS G L.Detecting high overpressureJ.TheLeading Edge，2002，21（2）：174177.3 赵靖舟，李军，徐泽阳.沉积盆地超压成因研究进展J.石油学报，2017，38（9）：973998.ZHAO Jingzhou，LI Jun，XU Zeyang.Advances in theorigin of overpressures in sedimentary 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