科学网—超压理论新解-论地层水的渗透作用与构造运动的时间差
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2024-11-2 23:41
| 系统分类: 科研笔记
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》
官网为 http://www.dzkx.org
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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