地压系统

地层压力是地下流体动力场的最直接表达。

在20世纪80年代提出的“含油气系统”概念中，Magoon就认为油气运移子系统主要受包括压力和温度合成关系在内的物理作用控制。

而90年代的“流体压力封存箱”理论则将地下地层单元按地层压力划分为不同的水动力系统，不同的水动力系统之间靠密封层隔开，彼此间的流体压力不能相互连通。地下地层压力随埋深增加表现出各种不同的特征，可以是异常高压，或者是异常低压，甚至是静水压力。在异常压力研究中，超压与油气分布的关系尤为密切，全球约有三分之一的油气田表现出超压特征。但在低压系统中也可以发育各种油气藏，异常低压流体封存箱的形成演化及负压的成因对低压油气藏的运聚成藏起着重要的控制作用。

在中国各典型合油气盆地中异常地层压力普通存在，不同类型的含油气盆地从古生代到新生代地层压力有增大的趋势。

比较而言．前陆盆地多以异常高压油藏为主，克拉通盆地油藏压力多见低压或轻微超压，裂谷盆地异常低压油藏也有一定分布 。

中国三大类含油气被地地层压力纵向分布比较复杂，深、浅层压力变化比较大，异常高压和异赏低压起始深度变化也比较大。

由于受地层年代、埋深、构造部位、过压实和欠压实等多种地质因素和地质过程的影响，三大类盆地深层既可以是异常高压，也可以形成异常低压，甚至还可以是静水压力环境，而且在纵向上受不同流体分割单元的控制，异常高压和异常低压在纵向上交替出现的现象十分常见。对于油气储层而言，同样可以是高压储层(如东营凹陷沙三段、柴达木盆地下干柴沟组)也可以是低压储层(如惠民凹陷沙二段、鄂尔多斯盆地延长组)。

在中国的含油气盆地中，伸展型盆地异常高压和异常低压都大量存在，异常高压的发育与其具有较高的地温梯度有直接的关系，高地温梯度有利于油气的生成和地层流体体积的膨胀，从而导致地层压力增大。而异常低压的形成则主要泥于盆地本身活跃的构造运动，抬升剥蚀和断裂的发育导致了地层压力的释放。

挤压型盆地由于发育在挤压应力背景之下，普遍具有较高的地层压力，但异常低压也有分布(如吐哈盆地台北凹陷)，这与其所处的构造部位以及低温背景有很大关系。克拉通盆地地层压力具有整体性特征，异常地层压力受到盆地整体地质过程的影响，如鄂尔多斯盆地早自爱世以来的大规模整体拾升，造成盆地卸裁强压，而且后期的地温调整后。盆地整体地温梯度明显降低也是低压产生的主要原因之一，对于四川盆地．高压的形成主要是低密度天然气的生成，储层的致密化是超压得以保存的原因 。

尽管中国三大类盆地异常压力在纵向上的分布特征比较复杂，但异常高压和异常低压在起始深度上却具有明显的特征，异常低压出现的深度大都比较浅．除了吐哈盆地台北凹陷异常低压出现的起始深度(2500 m)比较深外．其他盆地或者凹陷的异常低压起始深度都不超过1500 m(大民屯凹陷)；而所有盆地或凹陷异常高压出现酌起始深度却比较深，除驾欧海盆地中央凹陷带(1480m)外，其他盆地或者凹陷异常高压起始深度都大于1500m 。2100433B

地温一地压系统作为盆地流体动力场的耦合。直接控制着油气的运移和聚集。

在中国不同类型含油气盆地中，地温一地压系统特征存在很大差异，依据含油气盆地深部和浅部温压系统的斜率关系。划分出3大类地温一地压系统模式：高压型复式温压系统模式( 浅部地层压力为静水压力、深度地层压力表现为高压异常) 、低压型复式温压系统模式( 浅部地层压力为静水压力、深度地层压力表现为低压异常) 和单一型温压系统模式( 浅部与深部地层压力均为静水压力) 。

（1）高压型复式温压系统

高压型复式温压系统内，浅层系统的斜率分布范围较窄，地区差异小；深层系统的斜率分布范围很宽，地区差异较大。

（2）低压型复式温压系统

低压型复式温压系统内，浅层系统的斜率分布范围较宽，地区差异很大；深层系统的斜率分布范围较窄，地区差异相对较小。低压型复式温压系统内深浅部地层连通性较差，在垂向断裂附近，浅层流体具有向下运移的趋势。

（3）单一型温压系统

单一型温压系统深、浅层系统的斜率一致且分布比较集中，地区差异不明显。单一型温压系统内深浅部地层连通性很好，流体垂向运移动力不足。

在中国3大类含油气盆地中，伸展型盆地主要发育高压型复式温压系统，低压型复式温压系统次之；挤压型盆地以高压型复式温压系统为主，也有低压型复式温压系统发育；克拉通盆地发育低压型复武温压系统或高压型复式温压系统 。

如果把地下温度与地层压力作为一个整体．那么含油气盆地的地温—地压系统基本属于一种封闭系统。

在这个系统内，地层温度与孔隙流体压力具有独特的关系．而相邻系统之间只有能量传递，而无物质交换．系统内的热能(由地温控制)和机械能(由地层压力控制)特征将影响地层孔隙中流体的温度—压力特性。将含油气盆地内部地层温度与地层压力辐合而成的这祥一个封闭系统称为地温—地压系统。

在每一个这样的“封闭系统”内．地层温度与地层压力保持直线关系，其数学表达式为：

式中：T为地层温度，℃；p为地层压力．MPa；K、L为常数。对于不同的温压系统．温压直线关系的斜率一般不同。

含油气盆地在纵向上一般具有两个或两个以上的温压系统，通常包括一个浅层温压系统和至少一个深层温压系统，不同温压系统在纵向上炭现出一种”折线模式”。浅层温压系统的地层压力呈正常静水压力状态，而深层温压系统的孔隙流体压力为异常压力，浅层温压系统与深层温压系统共同构成一个复式温压系统。

沉积盆地存在3类温压系统，即高压型复式温压系统(浅部地层压力为静水压力、深部地层压力表现出高压异常)、低压型复式温压系统(浅部地层压力为静水压力，深部地层压力表现为低压异常)以及单一型混压系统(浅部和深部地层压力都为静水压力)。对于同一类型的含油气盆地．三大类地温—地压系统可能都存在 。

平巷弹塑性地压理论是指在弹性岩体中开凿巷道后，由于应力集中，一定范围内的围岩将因应力超出弹性吸限而进入塑性状态。塑性区的大小决定于原岩应力，围岩性质，巷道几何形状及支护条件。若塑性区继续发展，岩石强度参数逐渐降低。巷道失稳破坏。所以。在巷道破坏前应采取人工支护，限制塑性区的扩展。弹塑性地压理论即考虑了上述围岩性质转化和支护作用，又将弹塑性理论用于地压研究，便于建立地压问题的解析解，因此应用较广 。2100433B

竖井地压是指竖井围岩应力变化及变形或破坏而作用在支护结构上的力。围岩发生变形甚至破坏的主要原因是由于次生应力作用的结果。围岩破坏后形成的松散岩体对竖井支护结构的压力称为散体地压。围岩变形作用在支护结构上的压力称为变形地压。此外尚有岩土吸水膨胀引起的膨胀变形地压，由于用冻结法凿井时。冻结体温度变化引起的冻结压力。影响竖井地压的因素有岩石物理力学性质、岩体结构、地下水、原岩应力状态和竖井深度等。竖井地压分布属于三维力学问题。竖井各水平截面上的地压不等。设计支护时，通常以最大地压作为外荷载。竖井支护除并颈部分较厚外，其余沿全深厚度相等 。

采场地压显现规律 ，大规模地压活动可分发生、发展和衰减稳定三个阶段。

采场地压发生阶段

也称预兆阶段。大规模地压显现以前，常有预兆。预兆期从几天到数月（如辽宁弓长岭铁矿为2～3个月，湖南锡矿山锑矿为5～12个月）。在此期间，各种预兆逐渐增强和不断扩展。主要预兆为：围岩发响；采场顶板局部冒落；矿柱压坏；近矿体巷道变形和破坏。

采场地压发展阶段

即围岩大冒落和移动阶段。特点是：在很短的时间内，采场大面积冒落；近矿体巷道严重破坏；地表开裂下沉；由于存在大量采空区，有时还发生不同程度的冲击气浪。如弓长岭铁矿某次地压发展阶段延续20天左右。活动剧烈程度不是始终一致，其间发生两个高峰（间隔5～6日）。

采场地压衰减稳定阶段

大面积冒落后，井下采场与巷道的变形和破坏趋于缓和，而地表开裂和下沉一般还要持续一段时间，速度逐渐减慢，围岩应力达到新的平衡状态，出现衰减稳定阶段。2100433B