含油气盆地中超压封存箱的形成与演化对油气的生成、运移和成藏具有密切的联系,同时也会影响储层的成岩流体演化和储层形成。研究含油气盆地中超压封存箱的发育特征和演化过程以及超压封存箱与油气成藏和成岩流体之间的关系对油气勘探和开发具有重要意义。沾化凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东南部,是济阳坳陷主力油气探区之一,发现有渤南、孤岛、埕东和罗家等多个大中型油田。沾化凹陷古近系沙河街组三段和四段地层分别发育有一个超压封存箱,两个超压封存箱在超压形态和测井曲线方面具有不同的特征。本文主要以沾化凹陷渤南洼陷的地质资料和样品为研究对象,研究沙河街组三段和四段超压封存箱的发育特征、成因机制和演化过程,以及沙河街组三段和四段储层的成岩流体演化和孔隙演化过程,进而探讨超压封存箱同储层成岩流体演化的联系以及超压封存箱的控藏作用。主要研究内容包括:通过实测温压数据、泥岩测井数据、岩性录井数据、烃源岩地化数据和盆地模拟手段,研究沙河街组三段和四段超压封存箱的发育特征、主控因素和成因机制;通过盆地模拟、等效深度法和生油增压方程,模拟沙河街组三段和四段不同类型超压封存箱的超压演化过程;通过薄片岩石学观察、阴极发光、电子探针、XRD矿物分析、扫描电镜、碳氧同位素和流体包裹体手段,研究沙三段和沙四段储层中成岩作用、成岩流体演化和孔隙演化;结合单井综合解释数据、试油数据以及原油和烃源岩的有机地化数据,探讨沙河街组三段和四段的油藏分布特征并分析超压封存箱的控藏作用。本次研究可以加深对不同超压封存箱相关的超压和成岩流体演化过程的认识,深化超压封存箱控藏作用的理解,并为沾化凹陷以及中国东部断陷盆地的油气藏勘探和开发提供借鉴。论文取得的主要成果和认识如下:1.沾化凹陷渤南洼陷在沙三段和沙四段分别发育有一个超压封存箱。声波测井对沙三段和沙四段泥岩中的超压具有良好的响应,结合Eaton公式可以有效预测泥岩内的孔隙流体压力。沙三段主要发育渐变型超压封存箱,封存箱内孔隙流体压力在纵向上呈现先增加后降低的特征。在沙四段渐变型和突变型超压封存箱均存在,其中突变型超压封存箱内孔隙流体压力纵向上迅速升至最高,随后保持不变或逐渐下降。沙三段超压封存箱内表现为异常高的电阻率测井,密度测井总体随深度增加而正常增加,但在封存箱上段有异常偏低或不变的现象;沙四段超压封存箱内表现为异常低的电阻率和密度测井。沙三段和沙四段超压封存箱的组成岩性主要为湖相泥页岩,泥页岩具有较好的自封闭性,沙四上亚段存在的含膏岩层是沙四段超压封存箱的顶封层。渤南洼陷沙三段普遍发育有超压,而沙四段在洼陷范围内超压发育存在不连续的特征,部分井的沙四段不发育超压。沾化凹陷渤南洼陷沙三段和沙四段超压发育的主控因素包括烃源岩质量、生烃作用和沉积速率。自沙三段至沙四段,烃源岩质量呈现先增加后降低的趋势,沙三下亚段烃源岩质量最好,沙四上亚段烃源岩质量较差。盆地模拟显示沙三段烃源岩的主要生烃期在5Ma至今,沙四段烃源岩的生烃期为30～20Ma和5Ma至今。渤南洼陷地层沉积速率快,普遍沉积速率大于100m/Ma,最高可达900m/Ma。结合有效应力-密度交汇图和声波-密度交汇图,认为渤南洼陷沙三段超压成因以生油增压为主,超压封存箱上段存在欠压实增压贡献;沙四段超压成因为生油增压和欠压实增压共同作用。2.沙三段超压封存箱上段欠压实特征明显,等效深度法模拟结果显示在5Ma后发生欠压实作用,现今欠压实增压的超压贡献率约为30%～40%。沙四段超压封存箱发生欠压实的时间在16～5Ma,欠压实增压的超压贡献率在60%～70%之间。生油增压模拟结果显示,沙三段和沙四段超压封存箱的形成受烃源岩质量和生排烃作用的影响。沙三段超压封存箱上段烃源岩质量差且有机质成熟度低,生烃增压的贡献率在60%左右。结合欠压实增压的贡献,沙三段超压封存箱上段孔隙流体压力尚未达到岩层破裂压力,可能未发生过排烃泄压。沙三段超压封存箱下段烃源岩质量高且有机质成熟度高,在生烃增压和欠压实增压的贡献下孔隙流体压力超过岩层的破裂压力发生排烃泄压,因此下段孔隙流体压力明显降低,排烃泄压时间主要为5Ma后。沙四段超压封存箱内烃源岩质量较差,深洼带沙四段烃源岩在30～25Ma达到生烃高峰期并发生排烃泄压,随后有机质生油转化率接近100%,生油增压不明显,现今表现为常压或弱超压。而断阶带的沙四段烃源岩有机质成熟度较低,现今生烃增压的超压贡献率低于40%,超压泥岩在生油增压和欠压实增压的作用下未发生排烃泄压。3.渤南洼陷沙三段和沙四段储层中常见的成岩作用包括机械压实作用、硅质胶结作用、碳酸盐胶结作用和溶蚀作用。碳酸岩胶结作用是沙三段和沙四段储层中最重要的成岩作用。沙三段储层中的碳酸盐胶结物包括低含铁的Ⅰ型方解石、高含铁的Ⅱ型方解石和铁白云石。沙四段储层中碳酸盐胶结物包括低含锰的Ⅰ型方解石、高含锰的Ⅱ型方解石、高含铁的Ⅰ型铁白云石和低含铁的Ⅱ型铁白云石。沙三段和沙四段碳酸盐胶结物的物质来源主要为同层位的泥岩,碳酸盐胶结物元素组成和同位素特征与同层位的泥岩相似。超压封存箱的演化会影响储层与泥岩的物质交换方式。沙三段储层在沙三段泥岩排烃泄压前物质交换方式以离子扩散为主,主要形成Ⅱ型铁方解石;而埋藏成岩阶段晚期的排烃泄压使得泥岩内富含Fe2+和Mg2+的孔隙流体排出,造成区域范围内成岩流体成分的改变并在储层中形成铁白云石。沙四段储层所在的超压封存箱未发生排烃,碳酸岩胶结物的物质来源以离子扩散为主,碳酸岩胶结物的元素变化反映了泥岩的元素组成特征和早期的沉积环境。沾化凹陷渤南油田沙三段和沙四段储层质量的主控因素为杂基含量、碳酸岩胶结和油充注。沙三段和沙四段储层中杂基含量主要影响早期成岩阶段的机械压实作用。高杂基含量储层的早期致密化会阻碍成岩流体的进入,导致储层中酸性溶蚀作用和碳酸岩胶结作用程度偏低。碳酸岩胶结作用是沙三段和沙四段贫杂基储层最主要的减孔因素,主要作用于埋藏成岩阶段。油充注对储层的影响取决于油充注的时间。沙三段储层中早期Ⅱ型方解石胶结作用导致的储层致密化会阻碍晚期的油气充注,因此优质储层是形成高产油藏的关键。而油充注进入储层后会阻碍孔隙中铁白云石胶结从而起到保存孔隙的作用,但油充注对储层孔隙的保存作用受到油饱和度的影响,在富含油的储层中铁白云石胶结明显降低。4.渤南油田沙三段和沙四段油藏的形成主要受到烃源岩、断层和有利砂体发育位置的影响。沙三段油藏主要形成在靠近沙三下亚段烃源岩的沙三中亚段和沙三下亚段砂体中,而沙四段油藏主要发育在沙四上亚段砂体中。沙三段油藏中的原油主要来自于沙三段的烃源岩;在沙四段油层中的原油中,沙三源、沙四源和混源油均有发现。沙三段和沙四段的油气成藏受控于超压封存箱的形成和演化。沙三段超压封存箱上亚段烃源岩可能未发生过排烃,主要起到区域盖层的作用;下亚段烃源岩发生排烃后原油先沿泥岩裂隙横向运移,随后通过断层纵向运移,并进入高部位的沙三段和沙四段有利砂体中成藏。靠近断层和排烃烃源岩的砂体是沙三段油藏有利的形成位置。深洼带沙四段常压-弱超压泥岩是沙四源原油的潜在烃源岩,沙四段深洼带烃源岩中原油排出后沿连续砂体侧向运移和沿断层纵向运移后进入断阶带的超压封存箱内的砂体发生箱内成藏,或者进入深洼带的常压砂体发生箱外成藏。断阶带沙四段突变型超压封存箱内的超压泥岩主要起到超压盖层的作用。