含油气盆地广泛发育超压现象,地层压力演化与油气生成、运聚关系密切。南堡凹陷是位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部的一个中新生代盆地,为一个北断南超的箕状凹陷。前人研究发现南堡凹陷现今地层多处于超压状态,盆地沉积演化过程中也存在着明显的超压。但对其认识总体较浅,对凹陷超压成因机制的研究更不明确,缺乏较系统研究。本文以南堡凹陷古近系地层发育的大规模超压系统为研究对象,结合钻井、测井、录井、地震、分析测试等资料,统计凹陷的实测砂岩压力资料,分析认识研究区现今实测压力的静态分布特征。结合单井测录井、(试油、岩心)测试数据资料,对典型单井地层超压与测井响应特征进行分析,并结合钻探测试资料和实测数据,通过对Eaton公式在本研究区的适用性进行校正完善,建立单井泥岩超压预测模型。在此基础上综合测试、模拟及各种油气地质综合信息定性讨论南堡凹陷超压成因机制。利用德国有机地化所研制的Petromod模拟软件,结合过研究区主要构造带和次凹的二维测线进行二维压力演化模拟,对凹陷典型单井进行热史、埋藏史、生烃史与压力演化模拟,结合流体包裹体古压力恢复综合分析压力演化过程。最后分析凹陷主要超压区的地层压力同油气藏分布的关系,探讨超压对油气藏分布的控制作用。根据以上研究,取得的主要成果认识如下:(1)钻井揭示平面上,南堡凹陷超压主要分布在北堡-5号构造带,高柳地区。其次为3号,4号构造带,南堡2号构造带。在纵向上超压发育的层位主要是东二段以下地层,深部Es1、Es2、Es3地层超压幅度较东营组超压地层大。超压主要发育在3000m以下地层深度范围内,压力系数多在1.2-1.4之间。(2)南堡凹陷泥岩声波时差与地层超压有较好的响应关系,在超压层段,声波时差明显偏离正常压实趋势,具有较高的声波时差值。泥岩密度对超压的响应较为复杂。通过典型单井泥岩声波时差建立了正常声波时差趋势线,并建立地层压力预测模型。综合主要超压区域单井预测压力,分析超压顶界面主要在3000-3600m,对应地温在90℃-140℃。从凹陷边缘到中心,超压顶界面埋深逐渐增大,不同构造带位置超压顶界面不同。这主要是由于烃源岩的埋深变化和地层含砂率的影响导致的。(3)通过测井、测压和地质资料综合分析,认为不均衡压实作用和生烃作用是现今南堡凹陷可识别的两种主要成因机制。地层超压早期主要受欠压实影响,晚期则主要受到生烃作用影响。深部大规模超压主要是由生油增压作用造成,欠压实作用可能具有次要的意义,浅部东营组地层超压的主要成因则是欠压实作用,生烃作用贡献相对较小。总体上,欠压实作用形成超压的深度范围较浅,埋深主要在2500m-4300m。生油作用对深部大规模超压和中等强超压的形成至关重要。主要证据有:①泥岩欠压实超压的密度测井响应在研究区发育较明显。②根据沉积速率计算结果,地层在东营组沉积期经历了快速沉积过程,沉积速度可以达到500m/Ma,为沙河街组大套泥岩发生欠压实作用形成异常高压提供了有利的条件。因此,欠压实增压开始形成的时期为东三段沉积初期,早于凹陷成藏期。③超压分布与成熟烃源岩层段有很好的对应关系,超压段烃源岩多处于生油阶段。④盆地模拟恢复古压力演化史显示,早期超压为不均衡压实成因,受后续构造抬升剥蚀作用而减弱,而深部超压与生油增压作用有关;断裂系统对地层中发育的大规模超压系统的分布和结构变化具有重要影响。(4)通过盆地数值模拟技术,选取了6条覆盖主要构造带和次凹的二维测线半定量模拟了压力形成及演化过程,并结合典型单井的生烃史,压力史模拟。由模拟结果分析可知,凹陷沙河街组地层超压演化主要包括两个阶段:第一期超压发育于东营组沉积初期,地层压力随时间推移逐渐增大。东营组沉积末期由于地层抬升剥蚀,超压遭到小幅泄压释放。馆陶组沉积期以来,随着地层再次沉积埋藏,烃源岩层的埋深和成熟度增加,大量生油作用持续增压,形成第二期超压。东营组地层主要发育后一期超压。与包裹体恢复的古压力演化特征吻合较好。超压中心主要分布在凹陷深部主要次凹区及其附近。(5)南堡凹陷最主要的油气充注成藏期是馆陶组末期以来的油气运移聚集,尤其是距今5Ma以来,与第二期期超压发育时期相对应。一方面,深部超压系统中浮力驱动的成藏作用较弱,异常高压为主要驱动力,有利于深层岩性油气藏的形成。另一方面,在成藏期内,从烃源岩中排出的烃类在横向上沿储集层从超压带向上倾方向的压力过渡带和常压带运移并在后两种系统中聚集。纵向上,更多的油气沿起泄压作用的通源断裂向上部常压带运移并大量聚集。上述过程将导致油气藏分布于长期活动的断层附近,这与南堡凹陷新生界勘探结果一致。南堡凹陷现今油气主要分布在超压发育相对较弱的南堡1号构造、南堡 2 号构造,且目前已发现的构造油气藏主要分布于中、浅层,与上述分析一致。这些都说明异常压力对南堡凹陷油气藏分布起到了相当重要的作用。超压与油气藏分布关系在纵向与横向上均表现为:超压顶面附近、弱超压或压力过渡带(压力系数1.1-1.3)以及泄压区或与超压体有联系的常压系统中的储集层是有利的油气运移和富集的位置;强超压系统压力系数中的储层一般不利于油气充注和富集。