丹麥北海白堊紀(jì)

1、丹麥北海白堊紀(jì)古近紀(jì)超壓成因：不均衡壓實(shí)作用Ole Valdemar Vejb&k摘 要:丹麥中央地塹白堊紀(jì)一一古近紀(jì)的超壓分布范圍與快速沉積的中新世到 全新世地層厚度表現(xiàn)出明顯的一致性。以蒙脫石為主的粘土在深水環(huán)境中的緩慢 沉積發(fā)生在從晚古新世到中新世中期，并由此產(chǎn)生的泥巖序列成為壓力無處釋放 的主要障礙。而晚中新世到全新世以及晚白堊世到古新世地層為高壓，可能就是 由于過快的沉積速率。這種不平衡壓實(shí)機(jī)理的量化主要是依賴于古近紀(jì)頁巖的滲 透性和有效壓縮性數(shù)據(jù)的測定。這篇文章表明，實(shí)際滲透率可以假設(shè)，條件是有 可以用于壓力方程的描述塑性壓實(shí)過程的壓縮系數(shù)而不是彈性系數(shù)，譬如可以從 從測井?dāng)?shù)據(jù)中得

2、出。一維（1-D）模型是適用于兩種情況：丹麥白堊油田的一口 井，它自托爾頓階（11.2 Ma）開始加速沉積產(chǎn)生了現(xiàn)在的7.97兆帕斯卡（1156 psi） 的高壓；以及一口南部阿恩白堊油田的井，自塞拉瓦爾階（14.6 Ma）開始加速 沉積形成了現(xiàn)在13.9兆帕斯卡（2016 psi）的超壓。這是基于一系列相同的參數(shù) 和比較，并在兩個區(qū)域所觀察到的7.7和14.8MPa（1117和2147 psi）超壓。壓 力發(fā)育剖面模型表明最小有效應(yīng)力出現(xiàn)在古新世層序的上部。這與在此層位觀察 到的普遍存在的層內(nèi)斷層相一致。估計(jì)大約有80%的追加的上第三紀(jì)負(fù)載已經(jīng)轉(zhuǎn) 為超壓。刖言上白堊系一一丹麥階白堊統(tǒng)群油藏的

3、產(chǎn)量超過了丹麥?zhǔn)蜕a(chǎn)總產(chǎn)量的 80%，而在過去的幾年中丹麥的石油總產(chǎn)量一直在350，000和400，000 BOPD 之間變化（丹麥能源管理局，2007）。上白堊系一一丹麥階白堊統(tǒng)群在這篇文章 中值的即是上白堊統(tǒng)。這些位于丹麥和挪威北海南部的儲集空間很大程度上依賴 由于超壓保存下來的孔隙以及在不同程度上早期烴類充注也可以保存孔隙（Brasher 和 Vagle，1996； Anderson，1999； Fabricius，2003； Fabricius 和 Borre， 2006）。圈閉的邊界常常因?yàn)橛蓸?gòu)造傾斜導(dǎo)致的儲層流體不平衡引起的傾斜的油 水界面和由封閉蓋層的性質(zhì)及過程引起的側(cè)向超壓梯

4、度而變得復(fù)雜，而沒有用封 閉斷層解釋壓差。典型的基巖儲層滲透率為1md而很少能達(dá)到或超過10md（空 氣中），這導(dǎo)致流體接觸面在地質(zhì)年代表中持續(xù)不平衡（Megson和Hardman， 2001； Dennis，2005； Vejb&k，2005a）。了解了壓力分布的起源與時間就可以對 白堊統(tǒng)油藏進(jìn)行基本的油氣勘探。英國、挪威南部、以及丹麥北海中央地塹地區(qū)的上白堊系一一丹麥階白堊統(tǒng) 群和古近紀(jì)沉積受流體壓力上覆靜水壓力的影響（Ward，1994； Japsen，1998； Moss，2003）。這些超壓可能是由于新近系快速沉積也稱為“不均衡壓實(shí)作用” 所引起的（Osborne和Swarbrick

5、， 1997； Japsen， 1998）。在丹麥中央地塹，新 生代序列地層厚度從東南部到西北部逐漸變厚呈現(xiàn)明顯的一致性（圖1），這個 趨勢是大略模擬的超流體壓力趨勢（圖2）。地震解釋很容易將超壓的新生代部 分地層當(dāng)作難以辨認(rèn)的小型層內(nèi)（多邊形）斷層和不連續(xù)反射（ Clausen和 Korstgard， 1993； Watterson， 2000）。白堊紀(jì)和古新世地層普遍具有相似的壓力，且高流體壓力向上延伸一直到中 新世中期，在北海中部均可以觀察到（Ward，1994； Moss，2003）。這篇文章的目的是要估計(jì)滲透率與可壓縮范圍對于晚第三紀(jì)快速沉積作為 上白堊紀(jì)古新世超壓的原因以及表明參數(shù)

6、確定和超壓驅(qū)散速率的重要性。依照馬 格里奇等（2005）實(shí)際可壓縮系數(shù)對于超壓持續(xù)存在數(shù)百萬年是非常重要的。因 為不均衡壓實(shí)的機(jī)制是由Dickinson（1953）建議可以解釋為低滲透泥巖與路易 斯安那州的墨西哥灣沿岸地區(qū)超壓密切相關(guān)，同時這個機(jī)理世界上的許多超壓盆 地所提議使用（Hunt，1990； Powley，1990）。其他的超壓形成機(jī)理包括泥巖脫 水（Burst， 1969； Freed 和 Peacor， 1989），流體膨脹與生烴作用（Ward， 1994； Osborne和Swarbrick， 1997），構(gòu)造應(yīng)力和水熱增壓（Barker， 1972）。從流體膨 脹增壓對于烴類

7、的貢獻(xiàn)微不足道因?yàn)槿狈N源巖并且二次裂解在勘測到的地層 間隔中的油氣聚集是無意義的。粘土巖脫水對高壓的貢獻(xiàn)也被認(rèn)為不大，因?yàn)樵?研究區(qū)域溫度都太低而無法產(chǎn)生粘土成巖作用，但是也有可能在更遠(yuǎn)的北部埋藏 更深的地方而成為重要原因。依照Luo和VasseuK 1992）以及Osborne和Swarbrick （1997）水熱增壓作用對超壓的貢獻(xiàn)是微乎其微的，雖然在理論上，它們可能有 相當(dāng)大的潛力。在白堊紀(jì)間隔中到后期，超壓進(jìn)一步增加時，可以由流體膨脹機(jī)理如油裂解 成氣來解釋（Ward， 1994； Kooi， 1997； Osborne 和 Swarbrick， 1997）。在這篇 文章中，白堊統(tǒng)一

8、一古新世壓力系統(tǒng)被假定為大致上沒有收到侏羅紀(jì)壓應(yīng)力干 擾。因此假定白堊統(tǒng)一一古新世壓力系統(tǒng)有均衡壓實(shí)來加壓的并且有底部封堵。它進(jìn)一步假定壓力驅(qū)散主要在垂向上發(fā)生，一維（1D）計(jì)算已經(jīng)可以滿足需圖1白堊統(tǒng)頂部構(gòu)造圖，丹麥北海。因?yàn)檫@個地區(qū)主要平均水深為50 m (164 ft),因此這張 圖幾乎等價于新生界厚度圖。白堊統(tǒng)油氣田由綠色和紅色標(biāo)出。顏色間距為100m(330ft)，等值線間距為50m (164 ft)。要。就如Magara(1976)，這就要求超壓頁巖層不被砂巖層和構(gòu)造傾斜所破壞， 因?yàn)榉駝t的話橫向流動就會超過垂直流動而占主導(dǎo)。這個理論基本成立，除了聯(lián) 合王國北海北部和丹麥中央地塹邊

9、緣(圖2)，那里的局部超壓由于高滲透率的 古新世砂巖從邊緣延伸到盆地而釋放(Moss，2003； Dennis， 2005； Hamberg， 2005)。南部阿恩和丹麥白堊紀(jì)油田的赫斯丹麥APS鉆一2井和M&rsk Olie ogGas ASM-10X井被選為研究課題(圖1)。對這些區(qū)域的地質(zhì)資料可從Mackertich和 Goulding (1999)和 Jorgensen (1992)獲得。1研究區(qū)域及數(shù)據(jù)在這兩口井中壓力發(fā)展的一維建模得到了附錄上描述的背部剝離以及基于 表1和表2中的地層破裂數(shù)據(jù)上的支持。這種分解經(jīng)持續(xù)的測定年齡和層序地層 分析被認(rèn)為是可能的，已經(jīng)由丹麥北海新生代序列的

10、沉降和沉積得以承認(rèn)(Michelsen, 1998； Rasmussen, 2005)。3 咯04:004=,3fl5=005=3O5600S5:30圖2白堊統(tǒng)超壓（由Dennis, 2005修改而來）。注意超壓方式與白堊統(tǒng)頂部構(gòu)造圖密切相似性（圖1）。圖北部高壓梯度（壓力向東北遞減）顯示古新世砂體的區(qū)域影響（cf. Hamberg，2005）。顏色間隔是 10（1 MPa； 145 psi）。在Maersk Olie （丹麥油田）的完井報(bào)告中，新生代地層從地表向下600米 （1900英尺）為砂巖和泥巖，再向下1300米（4200英尺）為粘土、泥巖和粉砂 巖下接白堊。Nielsen（1979）

11、詳細(xì)分析了臨近井的低位層序：新生代地層最低的 大體在300米（1000英尺）由粉砂質(zhì)泥巖組成，其中以蒙脫石為主的粘土粒級 超過60% （表1 M-7單元）。隨后的地層厚度接近400米（1300英尺）（表1M-5, 6單元），由粗顆粒的粘土質(zhì)粉砂組成，向上逐漸變粗，其中粘土含量接近30-40% 并且向上蒙脫石含量遞減伊利石和高嶺石含量遞增。Kristoffersen和Bang （1982） 證明這套地層有良好的潛在蓋層。伊利石含量向上增加說明粘土是搬運(yùn)而來并且 在原地（與溫度相關(guān)的）并沒有發(fā)生從蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)變；因此，粘土的轉(zhuǎn) 變并不能認(rèn)為是超壓的原因（Burst，1969； Freed和P

12、eacor， 1989）。最上部的1145米（3756英尺）為向上變粗的從粉砂質(zhì)粘土巖到粉砂巖、砂巖序列，一般封蓋潛力差（Kristoffersen 和 Bang，1982）。lop ChaiseBase ChalkBase IchrtonranNear T. Pliocane3200340D360D380D400D420D44DD膈 number圖3東一西向地震測線貫穿丹麥油田和Maersk Olie og Gas AS M-10X井。白堊統(tǒng)頂部和托 兒頓階底部（頂部超壓，11.2 Ma）的不連續(xù)反射是由超壓引起的大量的小規(guī)模層內(nèi)斷層（有o#ss心el-中曾點(diǎn)時稱為多邊形斷層）造成的。剩余流

13、體壓力在白堊統(tǒng)持續(xù)下降在侏羅紀(jì)持續(xù)增加。直到晚中新世，丹麥的新生代中心地塹以欠補(bǔ)償沉積為特點(diǎn)，在水下以粘土 沉積為主達(dá)700米（2300英尺）（圖4， 5）（Rasmussen， 2005）。這些地層即構(gòu) 成了超壓部分而此超壓一直持續(xù)到白堊，構(gòu)成垂直壓力單元。過剩的壓力進(jìn)一步 增加出現(xiàn)在早白堊紀(jì)到中白堊紀(jì)之間。古近紀(jì)一一晚白堊世的壓力單元主要以巖 石阻擋為主（整個古近系）相對于儲層（低滲透白堊）和一個底部密封。超壓一 般從中央地塹向周圍逐漸減?。痪植康貐^(qū)，古新世、始新世和漸新世砂層延伸至 中央地塹地區(qū)，并且超壓可能流失（Japsen，1998； Moss，2003）。這些超壓中 的異常降低可能

14、與這些砂體的分布密切相關(guān)，說明古近系地層普遍缺少橫向滲透性。表1 M-10X井骨架參數(shù)，丹麥油田Rock UnitsUnitNumberDuration (Ma)Fleodepth Sea Level 同SuifacePorosity (frac,)Decay Length (m)Depth (m)QuaternaryM-!0-3.54000.5625 &040-432Piacenziai-ZsiKleanM-23.5-65。BDD.56256D432-600MessinianM-36-7.12I0DBDD.56256D600-812TortonianM-47.!2-!.2碰100D.5625

15、6DB12-I145SermalianM-5U.2-14.&3DD120D.5625601145-12!Eurdialian-LsnghianM-6J4.6-2.!57。1500.7!I9601211-1524FleDene-AquitanianM-721.! -606DD1900.7!I96015H-1895Danian (Chalk)M-&60-&46DD迎07/096818 明 OK的5 79眺9S4-656DD210D.7/D.&a1811029皎7 7 969ChalkM-JO65-676DD23007/0.96818110291969-217&ChalkM-!67-946DD250

16、07/0.96818110292176-2244這些巖性的變化同樣也反映在沉積的過程中，就如對兩個目標(biāo)區(qū)域所繪的沉 降曲線一樣（圖4, 5）兩個埋深曲線表明在白堊沉積結(jié)束后的的最初的40個百 萬年為深水條件（欠補(bǔ)償沉積），與以蒙脫石為主的沉積序列是同期沉積。中新 世中期具有很高的沉積速率，可容空間沉積低角度的前積斜坡體。圖6中顯示了 很好的沉積速率模型，表明高沉積速率是從11.2百萬年（早托爾頓階）開始出 現(xiàn)的。在Hess Denmark ApS Rigs-2井中，在早塞拉瓦爾階（14.6到13.4百萬年） 可以看到更高的沉積速率。只有快速的新近系沉積速率可以引起超壓，而古近系 沉積速率對于超

17、壓產(chǎn)生作用不充足，而古近系沉積不足產(chǎn)生的超壓，下面將進(jìn)一 步討論。2模擬過程盆地模擬建模軟件主要是模擬壓實(shí)如模擬有效應(yīng)力和巖石壓縮函數(shù)關(guān)系或 者假設(shè)有效應(yīng)力與孔隙度之間存在指數(shù)關(guān)系（Nordgard Bolas，2004）：（1）表2南阿恩油田Rigs-2井骨架參數(shù)Rock UnitsUnitNumberDuration (Ma)Fleo depth(m)SeaLevel (m)SurfacePorosity (frac.)Decay Length (m)Depth QuaternaryRd0-3.54000.56256040-516Zanclean-MessinianR-23.5-7150B

18、OD.56256D516-B36TortonianR-37.0-J!.24D0BOD.56256DB36-14DDLower SerravallianR-4IJ.2-J3.44D012DD.56256D1400-1540Earlv Serrava IlianR-513.4-M.65701500.7!I9601540-1616.6Lower Burdialian-LanBhianR-61467 7,85761500.7!I960IS 7-1692.6Early Burdig日lianI7.A-2J.!57。1500.7!1S93-1772.6Fleoene-AquitanianR-B21.J-6

19、J&D0J900.7!%D1773-2745.6Danian (Chalk)R-961.O-S5&DD如0.7/D.96B1BW1DM2746-2796.1Chalk65.0-68&DD2100,7巾,9681818/10392796-2B29.10是在有效應(yīng)力。此下的孔隙度， o是表面孔隙度，a是巖石依賴衰減常數(shù)。 有效應(yīng)力是由計(jì)算沉積物負(fù)荷估算而來的，由太沙基方程知超壓的產(chǎn)生阻礙了有 效應(yīng)力的增大：。升=。一。尸（2）。是總負(fù)荷，p是總孔隙壓力，6是壓力依賴因素，一般在盆地建模工具假設(shè)為 1，盡管它相當(dāng)于在特定條件下的Biot系數(shù)（Biot，1941），也可能在固結(jié)巖石中 小于1。Biot

20、系數(shù)為彈性參數(shù)，適用于彈性變形如地震波傳播和由在塑性屈服點(diǎn) 下的儲集層減小引起的彈性形變（Laurent，1993）。然而，壓實(shí)是位于屈服點(diǎn)以 上的塑性變形，因此，Biot系數(shù)并不適用。6若要為1，至少要降到白堊世中部， 因此在盆地建模工具中對它進(jìn)行通過標(biāo)準(zhǔn)隱含假設(shè)進(jìn)行假設(shè)（ cf. Nordgard Bolas，2004）。圖4 Maersk Olie og Gas AS M-10X區(qū)域的埋藏史模型（丹麥油田），包括海底地下變化（忽 略海平面起伏）。在白堊紀(jì)之后以沉積速率較低的泥巖沉積為主直到17Ma沉積加速，可容空間減少，顆粒粒級增大，且低角度前積斜坡發(fā)育（圖3）?？焖俚男陆德癫匾鹆顺?/p>

21、壓的繼承。在大多數(shù)盆地建模算法中，孔隙壓力演化是通過由達(dá)西定律得到的壓實(shí)而單 獨(dú)解決的，假設(shè)孔隙度和滲透率之間是簡單的依賴巖性的關(guān)系。用這種方式，盆 地建模工具一般盡量避免巖石壓縮系數(shù)在流體壓力發(fā)展中的應(yīng)用。然而，在儲層 模擬壓縮系數(shù)結(jié)合基本的壓差方程，壓力（P）在一維情況下依據(jù)時間而變：P是流體壓力，.dPk d 2 Pc 9 一e dt日 dz 2（3）是滲透率，p為z是深度，k粘度系數(shù)，為孔隙度，ce為系統(tǒng)的壓縮系數(shù)（Dake，1978，p138，radial from；參數(shù)在表3中給出）。這些方程中的參數(shù)可能與壓力擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，dd = ：（4）-2000-3000圖5 Rigs-2地

22、區(qū)埋藏史模型（南阿恩油田）新近系沉積速率增加導(dǎo)致可容空間的充填，- - eA_Z與 Maersk Olie og Gas AS M-10X地區(qū)一樣（圖 4）。M-mx圖6 Maersk Olie og Gas AS M-10X和Hess ApS Rigs-2地區(qū)埋藏速率，表明新近系明顯 增加。直方圖基于現(xiàn)今厚度而未經(jīng)壓實(shí)校正。壓力擴(kuò)散與熱模型中的熱擴(kuò)散是等價的，乘積？ ce與熱力學(xué)中的內(nèi)熱容等價是一 個特定的儲備。壓力衰減速率與儲備反相關(guān)與儲備同樣重要的是滲透率對衰減速 率。為弄清特殊儲備（壓實(shí)率）在衰減速率上的作用，可以說與柔性體系相比， 一個剛性體系只需失去一點(diǎn)水即可使得特定高壓散失。方程

23、3與熱力學(xué)中的基本熱流方程的標(biāo)準(zhǔn)形式非常類似。因此，基于傅里葉 展開的熱模型的分析解法，由Carslaw和Jaeger（1959）提出，就如所看到的， 可能可以直接轉(zhuǎn)換到壓力模型領(lǐng)域，例如Deming （1994）和Muggeridge等（2005）。Acceleration causedby gravity Ruid density Tme step Optimal permeability Low permeability PorDsity9E71Q2D200 ka 10-M m2 (10 nd) 10-J1(! nd)0.3 (fractions)Viscosity1.5 x IO-4

24、Pa.s (,5 x 10-J4Elastic compressibilityPlastic compressibility10-10 Pa-1 (6,9 x IO-7 psi-1.3 x IO-7 Pa-1表3定義遮擋層性質(zhì)的參數(shù)這種解法的缺點(diǎn)是只適用于與實(shí)際中的復(fù)雜情況相比簡單的幾何體系。相反的， 它們可以提供快速精確的解法，其數(shù)值解的穩(wěn)定性并不是問題。在這篇文章中， 我建議新近系壓力演化可以簡化到一維的分析解法中來解。假設(shè)流體密度恒定，忽略微 小的海拔變化的影響，方程3可 能只能用來解決超壓中的總壓 力，令邊界條件滿足： dh, . 一一 =0Ax = 0 h = 0 Ax = Z dx

25、b其中h為超壓，x是超過基本超 壓的高度，zb是超壓部分的厚 度。一個局部坐標(biāo)系統(tǒng)按照超壓部分(拉普拉斯配方)這樣說。如果z是深度，zt是超壓部分的頂部深度，局部坐標(biāo)系統(tǒng)與深度的關(guān)系如下： x = Z 一乙 + 乙(z z =ra-nEn0圖8 Maersk Olie og Gas AS M-10X井白堊統(tǒng)頂部超壓發(fā)育圖。高壓實(shí)速率等價于塑性變形，低壓實(shí)速率等價于彈性條件。高滲透率是10 nd，地滲透率是1 nd，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室所測得的50%孔隙度條件下的純蒙脫石滲透率。圖9 Maersk Olie og Gas AS M-10X井現(xiàn)今壓力一深度剖面模型圖10 Rigs-2井現(xiàn)今壓力一深度剖面模

26、型暗示假定埋藏導(dǎo)致壓實(shí)。通過了解有效應(yīng)力的變化和相應(yīng)孔隙度的變化，與埋藏 壓實(shí)有關(guān)的塑性壓縮率可以預(yù)測。如果深度是有效應(yīng)力重新計(jì)算獲得的，可以通 過對遮擋層假定正常壓實(shí)深度趨勢(靜水壓力條件)來獲得這種關(guān)系。通過公式 5代入數(shù)值，可得塑性壓縮系數(shù)近似為1.3X10-7Pa-i (9X10-4psi-i)建議用于現(xiàn) 在的研究中。這點(diǎn)很有價值因?yàn)榧词购芨叩目紫抖入S著壓實(shí)的增強(qiáng)會迅速減小， 也導(dǎo)致內(nèi)部存儲容量超壓支撐的顯著增加。在上白堊統(tǒng)儲層中也計(jì)算出了相對較 高的壓縮系數(shù)值，是由于地層破裂導(dǎo)致壓力釋放，在2.5km深度得到數(shù)值高達(dá) 1.4X10-8Pa-1 (Ruddy，1989)。高孔隙度的塑性

27、變形因子是壓縮系數(shù)的10倍，因 此以蒙脫石占優(yōu)勢的粘土層就很合理了。2.2滲透率要對封閉遮擋層滲透率進(jìn)行測量是不合理的，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)條件下很難測量數(shù) 值，如果可以的話也常常估計(jì)過高。孔隙度和滲透率因此具有很不確定性(Neuzil，1994)，但是可以估計(jì)，基于礦物學(xué)，得到滲透率大體范圍：在孔隙Age (Ma)圖11 Maersk Olie og Gas ASM-10X白堊統(tǒng)頂部在超壓靜巖壓力和有效垂直應(yīng)力下的的模式轉(zhuǎn)換 圖12 Hess Denmark ApS Rigs-2假設(shè)在最佳參數(shù)條件下的超壓發(fā)育模型 度50%時高嶺土為0.1md，伊利石大于5 X 10-3md，而蒙脫石為10 nd (M

28、esri和 Olson，1971)。Neuzil 1994)提出孔隙度滲透率關(guān)系與卡曼一科澤尼方程關(guān) 系一致，通過基于實(shí)測曲線的滲透率為10-23到10-17m (0.01 nd到0.01 md)和 孔隙度為10-40%的半對數(shù)關(guān)系(參見Odling，2000)顯示出來。在這里，遇到 的孔隙度約為20%可能只是比現(xiàn)在的上白堊統(tǒng)高，但是鑒于在上部部分超壓間隔 地層中較高的孔隙度和滲透率，平均孔隙度可達(dá)30%。Neuzil (1994)指出在孔 隙度約為30%時，盆地規(guī)模許多泥巖地層的有效滲透率為10-21到10-19m2 (1到100 nd）。在該間隔的上部地區(qū)出現(xiàn)相對較高的壓力梯度，因此這部分

29、是壓力釋 放過程的關(guān)鍵。另外，近30%的古近系地層含有石英、長石以及其他的非粘土礦圖13 M-10X白堊統(tǒng)頂部假設(shè)沒有進(jìn)一步壓力干擾條件下壓力發(fā)育模型。圖14 M-10X井基于總的超壓（圖9）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的摩爾素描圖。物（Nielsen，1979）。通過數(shù)值分析，Deming（1994）預(yù)測周期超過1百萬年的 超壓維持滲透率要低于1nd（Moss，2003）。在這里，我們假定了最理想的滲透 率為10-20m2。這很顯然與Neuzils（1994）提出的孔隙度一一滲透率關(guān)系很符合， 并且在討論中考慮到的巖性混合。然而，就如上述討論的那樣，方程3和4顯示 壓力釋放不僅依靠滲透率而且與壓縮系數(shù)有關(guān)。3模

30、擬結(jié)果在古新世到塞拉瓦爾階封閉粘土已經(jīng)沉積的條件下，假設(shè)靜水壓力為 11.2Ma，在 Maersk Olie og Gas AS M-10X 和 Hess Denmark ApS Rigs-2 進(jìn)行 了壓 力的演化模擬。由隨后的托爾頓階到全新世沉積所產(chǎn)生的負(fù)荷我們發(fā)現(xiàn)加上了沉 積負(fù)荷（見附錄）減去了根據(jù)太沙基方程（方程2）所得的水壓。這個負(fù)荷在建 模（圖7）中運(yùn)用到200k.y.的過程中。靜水壓力上的總負(fù)荷在Maersk Olie og Gas ASM-10X 為 11.4MPa（ 1653psi）在 Hess Denmark ApS Rigs-2地區(qū)的為 12.64MPa （1833 psi

31、）；與觀測到的這些井?dāng)?shù)據(jù)做比較7.79和14.5 MPa （1130和2103 psi） （圖9實(shí)線；圖10虛線）。如果假定高壓縮系數(shù)及低孔隙度，那么計(jì)算出來的高 壓基本上與實(shí)際的總負(fù)荷很接近：Maersk Olie og Gas ASM-10X 為11.25MPa （1632 psi）（圖 8，上部曲線；圖 9，虛線）以及 Hess Denmark ApS Rigs-2 井 頂部的白堊紀(jì)層位中為14.23MPa（2064 psi）。在Hess Denmark ApS Rigs-2井中， 最不錯的情況下也不匹配表明或許這個地區(qū)的遮擋層的密封性已經(jīng)很好（低滲透 率），高壓產(chǎn)生的很早，或者是隨著深

32、度的增加蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)變有助于高壓 的產(chǎn)生（Freed和Peacor，1989）。由計(jì)算出來的沉積速率，在塞拉瓦爾階也遇到 過這么高的沉積速率（R-5單元，表2；圖6）。通過包括自早塞拉瓦爾階壓力恢 復(fù)到現(xiàn)在超壓為13.9 MPa（2016 psi），與觀察到的壓力值十分接近（圖10，實(shí) 線）。這表明超壓開始形成在不同的地區(qū)并不是同時發(fā)生的但是是由由于空間差 異引起的快速沉積控制的。然而，在晚塞拉瓦爾階的沉積速率幾乎不能產(chǎn)生高壓 正如Hess Denmark ApS Rigs-2井中壓力恢復(fù)曲線所示（R4單元，表2；圖11）。對于理想的Maersk Olie og Gas AS M-10X井

33、，白堊紀(jì)頂部的應(yīng)力和壓力的 發(fā)展如圖12所示。運(yùn)用太沙基方程計(jì)算出來的有效垂直應(yīng)力結(jié)果表明只會略有 增加，因?yàn)榇蟛糠重?fù)荷會轉(zhuǎn)換成流體壓力高于正常壓力。而有效垂直應(yīng)力的略有 增加是由產(chǎn)生的部分超壓釋放引起的，可以匹配現(xiàn)在的超壓。釋放率沒有進(jìn)一步運(yùn)用負(fù)荷以及最理想的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算（圖13）。結(jié)果表 明超壓呈對數(shù)釋放，需要20百萬年達(dá)到最初的一半。4討論分析超壓發(fā)育的最簡單的方法就是依賴于幾個假設(shè)。其中之一是在早新近系 沉積速率足夠低到滿足靜水條件為準(zhǔn)。如果不滿足這個條件，一開始產(chǎn)生的高壓 要加到計(jì)算的壓力上。就如Hess Denmark ApS Rigs-2井中一樣。為了進(jìn)一步檢 測流體靜力學(xué)假設(shè)

34、，對Maersk Olie og Gas ASM-10X 井點(diǎn)位置進(jìn)行了計(jì)算，預(yù) 算的新近紀(jì)加荷速率被古新世一一漸新世的相似的加荷速率取代（M-7單元，表 1）。這相當(dāng)于持續(xù)低速率導(dǎo)致現(xiàn)在超壓僅有0.7MPa（102 psi）。考慮到沉積時較 高的滲透率（高孔隙度）和比較薄的遮擋層厚度，對古新世一一漸新世的靜水條 件的假設(shè)就比較合理。然而，一些早塞拉瓦爾階初始超壓不能被排除并且會導(dǎo)致 低估不均衡壓實(shí)卸載的持續(xù)時間。然而，假設(shè)超壓恢復(fù)階段（基于有效應(yīng)力的適 當(dāng)增加）滲透率沒有降低，將會導(dǎo)致對保留壓力估計(jì)略高。有人提出滲透率低至10-2110-23m-2 （0.01 -nd）為超壓數(shù)百萬年的的保

35、存的必要條件（Deming，1994； Muggeridge，2005）。正如 Muggeridge 等人（2005） 所指出的一樣，這些預(yù)測依賴于體積壓縮系數(shù)，可以從方程5中明顯的看出。 Deming（1994）討論了孔隙度一一深度關(guān)系，可用于計(jì)算壓縮系數(shù)，建議為 10-10Pa-1 （6.9X10-7psi-1），盡管取決于巖石學(xué)和固結(jié)作用。他同樣提出壓縮系數(shù) 隨深度呈指數(shù)降低，與典型的孔隙度一一深度趨勢一致。當(dāng)然，孔隙度的降低的 真正控制參數(shù)不是深度而是有效應(yīng)力，在丹麥北海，超壓大大降低了有效應(yīng)力使 得壓縮系數(shù)一直很高，只有通過壓力釋放使得它適當(dāng)增加。結(jié)果表明大約有80% 的產(chǎn)生的高壓被

36、保存下來。這兩個工區(qū)建模的另一個重要假設(shè)是只有新近系快速沉積有助于超壓形成。 因此假設(shè)深度越深壓力越大，更深的侏羅紀(jì)超壓沒有釋放，從而有助于上白堊一 古近紀(jì)超壓地層的形成（Powley，1990； Ward，1994）。蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn) 換在超壓形成中貢獻(xiàn)也很大。根據(jù)Burst （1969），主要相變發(fā)生在100C主要是 取決于深度（壓力）。實(shí)際的地溫梯度為30C/km位于Hess Denmark ApS Rigs-2 井附近古近紀(jì)地層的低部位接近這次相變。在這個工區(qū)，蒙脫石脫水作用產(chǎn)生高 壓的貢獻(xiàn)較小，可能在北部白堊紀(jì)埋藏較深的部位更重要一些（圖1）。另一個 被忽視的機(jī)制是Barker （1972）提出的水熱增壓。在目前情況下，當(dāng)?shù)販靥荻戎?新適應(yīng)快速沉積的新近紀(jì)序列時這種機(jī)制有助于加熱。這種由沉積引起的溫度增 加有一點(diǎn)滯后（地質(zhì)年代尺度內(nèi)），溫度增加速率和相關(guān)的水熱增壓將會因此遵 循沉積引起的超壓很接近約在3040C范圍之內(nèi)。只有當(dāng)孔隙空間不可壓縮時， 水熱增壓才能對超壓有很重要的貢獻(xiàn)。然而Luo和Vas