李偉(本刊編委）,等：中國含油氣盆地深層、超深層超壓蓋層成因及其與超大型氣田的關(guān)系
刊出時間:2020-03-09
作者簡介：李偉，1963 年生，正高級工程師，本刊編委、青年編委會主任，博士；主要從事油氣成藏、油氣田水文地質(zhì)等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學院路20 號。ORCID: 0000-0002-7025-1695。
E-mail: lwe@petrochina.com.cn
李 偉1 喻梓靚2 王雪柯1 于志超1 魯雪松1 馮慶付1
1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中海石油（中國）有限公司北京研究中心
摘 要：進入21 世紀以來，中國陸上與海域含油氣盆地的深層、超深層持續(xù)發(fā)現(xiàn)超大型天然氣田，并且已有大量的文獻對該類氣田形成的地質(zhì)條件與發(fā)育規(guī)律進行了探討，然而對于其形成與超壓的關(guān)系則研究較少。為此，在分析深層、超深層超大型氣田的氣藏發(fā)育規(guī)律、封蓋條件、超壓特征等的基礎(chǔ)上，研究了深層、超深層超壓蓋層的形成機制，探討了深層、超深層超大型氣田的發(fā)育規(guī)律及其與超壓蓋層的關(guān)系，進而指出了下一步深層、超深層天然氣勘探的有利領(lǐng)域。研究結(jié)果表明：①深層、超深層超大型氣田的形成與超壓蓋層的發(fā)育密不可分，超壓蓋層是深層、超深層超大型氣田形成的必備條件，并且存在著鹽膏層壓力封閉、隆升殘留壓力封存、生烴增壓壓力封閉等3 種超壓形成機制；②深層、超深層超壓蓋層與超大型氣田存在著4 種不同壓力環(huán)境下的儲—蓋組合模式，即：超高壓鹽膏層封蓋與超高壓超大型氣田（Ⅰ型）、超高壓封存箱內(nèi)幕與超高壓超大型氣田（Ⅱ型）、超高壓封存箱底部高壓泥頁巖封蓋與常壓超大型氣田（Ⅲ型）、超壓烴源巖封蓋與常壓超大型氣田（Ⅳ型）。結(jié)論認為，塔里木盆地庫車坳陷存在著Ⅰ型，準噶爾盆地存在著Ⅱ、Ⅲ型，四川盆地存在著Ⅰ～Ⅳ型，渤海灣盆地存在著Ⅳ型等不同類型的超大型氣田。
關(guān)鍵詞：深層；超深層；超壓蓋層；成因；超大型氣田；塔里木盆地；準噶爾盆地；四川盆地；渤海灣盆地
0 引言
進入21 世紀以來，中國天然氣產(chǎn)業(yè)進入了一個快速發(fā)展期，不僅在塔里木、四川、鄂爾多斯、鶯歌海、珠江口等主力氣區(qū)盆地獲得了多個大發(fā)現(xiàn)，而且在渤海灣、松遼、準噶爾、柴達木等盆地也發(fā)現(xiàn)了大型天然氣田，尤其是塔里木盆地庫車坳陷前陸沖斷帶持續(xù)在深層、超深層獲得天然氣發(fā)現(xiàn)，形成了超大型的克深氣田[1-6] ；四川盆地自普光氣田[7-8]發(fā)現(xiàn)后，又在川中地區(qū)深層取得安岳超大型氣田[9-11]的大發(fā)現(xiàn)；渤中凹陷深層近期又取得渤中19-6 超大型凝析氣田[12-13] 的發(fā)現(xiàn)。按照國際慣例，一般將可采儲量大于850×108 m3 的氣田稱為超大型氣田[14-16]。根據(jù)中國石油的劃分標準，天然氣探明地質(zhì)儲量大于3 000×108 m3 的為特大型氣田、天然氣探明地質(zhì)儲量大于10 000×108 m3 的為巨大型氣田[14]。因此，筆者采用探明地質(zhì)儲量來討論天然氣聚集規(guī)模，同時將天然氣地質(zhì)儲量大于3 000×108 m3 的氣田定義為超大型氣田。根據(jù)我國學者廣泛認可的標準，以及2005 年中國國土資源部發(fā)布的《石油天然氣儲量計算規(guī)范》，我國東部含油氣盆地埋深3 500 ～ 4 500m 為深層、埋深超過4 500 m 為超深層，我國中西部含油氣盆地埋深4 500 ～ 6 000 m 為深層、埋深超過6 000 m 為超深層[17]。因此，庫車坳陷克拉蘇深層氣田、川中安岳寒武系、震旦系氣田、普光氣田與渤中19-6 氣田等屬于深層、超深層超大型天然氣田。但是，這些深層、超深層的超大型氣田的形成有什么樣的普遍規(guī)律與特殊條件，目前還沒有學者系統(tǒng)探討過。為此，筆者從深層、超深層超壓蓋層的形成機制與發(fā)育特征，及其與超大型氣藏的關(guān)系等方面入手，開展了深入、系統(tǒng)的研究，以期揭示深層、超深層超大型氣田的發(fā)育規(guī)律及其與超壓蓋層的關(guān)系，并通過這些規(guī)律來分析預測天然氣勘探的有利新領(lǐng)域。
1 深層、超深層超壓蓋層的形成機制
流體超壓是含油氣沉積盆地中常見的現(xiàn)象，通常指由巖石中流體產(chǎn)生的超負荷壓力[18-19]，也被稱為異常高壓[18,20]。由于地層流體超壓用壓力系數(shù)描述，根據(jù)前人的統(tǒng)計與劃分，定義壓力系數(shù)低于0.75為超低壓、0.75 ～ 0.90 為低壓、0.90 ～ 1.10 為常壓、1.10 ～ 1.40 為高壓、大于1.40 為超高壓[21]。為了方便討論，筆者在前人的表述方式基礎(chǔ)上，將高壓與超高壓統(tǒng)稱為超壓[22-23]，只在具體分析時將其分開描述。為了探討中國主要含油氣盆地深層、超深層是否存在超壓蓋層現(xiàn)象，筆者對近20 年來全國的部分重點探井深層、超深層氣藏的地層壓力、鉆井液密度、地層壓力系數(shù)、蓋層與儲層巖性等方面進行了統(tǒng)計和對比分析，發(fā)現(xiàn)主要含油氣盆地中大多數(shù)探井（氣藏）在深層、超深層存在區(qū)域性的超壓蓋層現(xiàn)象，主要發(fā)育鹽膏層封閉型、隆升殘留型、生烴增壓型等3種超壓蓋層的形成機制。
1.1 庫車坳陷深層、超深層鹽膏層封閉型超壓蓋層形成
塔里木盆地庫車坳陷山前沖斷帶自克拉2 井獲得天然氣大發(fā)現(xiàn)以來，相繼在克深、大北等深層、超深層取得了大規(guī)模天然氣發(fā)現(xiàn)。截至2018 年，累計探明天然氣地質(zhì)儲量1.37×1012 m3，天然氣主要賦存于古近系厚層鹽膏層之下的白堊系砂巖中，其主要區(qū)域性封蓋層是古近系鹽膏層[24-26]。
鹽膏層塑性封閉是庫車坳陷深層鹽膏蓋層形成超壓封蓋的主要原因。根據(jù)以往的研究，鹽膏層并不是天然就能夠封堵天然氣，只有在塑性條件下才有封堵能力[27-29]。膏鹽巖的脆塑性轉(zhuǎn)化主要受溫度和圍壓控制，其溫度的臨界點為100 ℃，圍壓的臨界點為65 MPa，所對應(yīng)的深度臨界點約為3 000 m[27-30]。如圖1 所示，克拉2 氣田的溫度介于97.0 ～ 110.0 ℃，上覆鹽膏層的溫度最高為115.6 ℃，鹽膏層的溫度明顯高于下伏氣藏的溫度，這可能與側(cè)向深層鹽膏層的快速導熱有關(guān)；克拉2 氣田的壓力為74.0 MPa，鹽膏層底部圍壓也明顯高于上覆鹽膏層的地層壓力（57.1 ～ 67.0 MPa），這有利鹽膏層由脆性向塑性的轉(zhuǎn)化；而且鹽膏層內(nèi)部也存在超高壓與高溫現(xiàn)象，且自上而下逐漸增高。從深度3 089m 到3 470 m，鹽膏層的地層壓力由57.1 MPa 上升到66.8 MPa、壓力系數(shù)由1.84 上升到1.93，地層溫度由98.3 ℃上升到114.1 ℃，反映出鹽膏層的內(nèi)部壓力隨著溫壓的增高，塑性增強，對天然氣的封堵能力逐漸增高。由此可知，庫車坳陷超高壓鹽膏層的形成主要是鹽膏層由脆性向高塑性轉(zhuǎn)化過程中逐漸演化而成，其對天然氣的封閉效應(yīng)并不只是鹽膏層巖性造成，而且還有鹽膏層塑性轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的區(qū)域封閉作用。其壓力主要來自下伏地層的傳導，其超壓封閉是由深層壓力傳導與鹽膏層塑性封閉耦合而成，區(qū)域蓋層屬于典型的鹽膏層壓力封閉型。
圖1 克拉2 氣田地層溫度、壓力縱向變化圖
1.2 川中地區(qū)深層、超深層多類型超壓蓋層的形成
四川盆地川中地區(qū)的震旦系、寒武系近10 年來持續(xù)取得天然氣發(fā)現(xiàn)，下寒武統(tǒng)龍王廟組探明天然氣地質(zhì)儲量約4 400×108 m3，上震旦統(tǒng)燈影組探明天然氣地質(zhì)儲量超過6 000×108 m3，磨溪—高石梯地區(qū)的安岳氣田已發(fā)現(xiàn)的天然氣探明地質(zhì)儲量超過萬億立方米，屬超大型天然氣田[31-33]。然而，氣田上部的龍王廟組氣藏為超高壓氣藏，下部的燈影組氣藏為常壓氣藏。
1.2.1 川中地區(qū)超高壓鹽膏蓋層與巨厚超高壓地層的形成機理
川中地區(qū)超壓區(qū)域蓋層的形成主要是封存作用的結(jié)果。四川盆地自晚白堊世以來，受青藏高原隆升與擠壓的影響，厚度介于2 000 ～ 4 000 m 的三疊系—白堊系地層遭受了剝蝕[34]。川中地區(qū)遠離盆地周緣造山帶，該區(qū)有厚度介于2 000 ～ 2 500 m 的地層遭受了剝蝕，龍王廟組也遠離下伏下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖。該區(qū)地層長期處于隆升剝蝕與減溫泄壓過程中，其深層、超深層區(qū)域性的超壓形成既不是構(gòu)造擠壓應(yīng)力的結(jié)果，也不是欠壓實的結(jié)果，生烴增壓的作用也很微弱。筆者根據(jù)該區(qū)鉆井液密度變化、地層壓力數(shù)據(jù)以及測井壓力資料等信息的分析，發(fā)現(xiàn)川中高石梯—磨溪地區(qū)自侏羅系底部、上三疊統(tǒng)須家河組就存在超壓特征，地層壓力系數(shù)（或鉆井液密度）至下三疊統(tǒng)嘉陵江組鹽膏層中上部逐漸升高到2.00（2.00 g/cm3）的超高壓狀態(tài)（圖2）。從嘉陵江組鹽膏層下部至筇竹寺組中上部，約有2 000 m 厚的地層都是采用1.80 ～ 2.35 g/cm3 的高密度鉆井液鉆進，相關(guān)地層壓力系數(shù)多介于1.60 ～ 2.20，展示出大段的超高壓地層發(fā)育特征，而龍王廟組氣藏就在這一超高壓地層中。威遠構(gòu)造區(qū)自三疊系至震旦系采用1.00 ～ 1.35 g/cm3 的低密度鉆井液鉆進，地層壓力系數(shù)多介于0.90 ～ 1.03（圖2），即使鉆遇嘉陵江組膏鹽段也是如此。這表明威遠構(gòu)造的嘉陵江組膏鹽段沒有產(chǎn)生明顯的塑性變形，鹽膏層不存在超壓封蓋能力，這主要是威遠構(gòu)造的嘉陵江組鹽膏層沒有達到塑性變形的溫壓與埋深所致。劉樹根等[35] 認為威遠構(gòu)造形成較晚，是喜馬拉雅晚期（距今約15 Ma）強烈隆升形成，隆升幅度1 900 ～ 4 000 m。表明喜馬拉雅期末的構(gòu)造運動破壞了威遠構(gòu)造的超壓封閉，而高石梯—磨溪地區(qū)這一時期相對穩(wěn)定，嘉陵江超高壓鹽膏層得以保存。因此，高石梯—磨溪—龍女寺一帶的嘉陵江組超高壓鹽膏層之下封存了約2 000 m 的超高壓地層，加上其上覆超壓地層，厚度可達3 000m。龍王廟組超大氣藏直接蓋層是高臺組的白云巖與泥質(zhì)白云巖，位于2 000 m 超高壓地層內(nèi)，地層壓力系數(shù)介于1.68 ～ 2.00，屬穩(wěn)定隆升區(qū)域封存型超高壓碳酸鹽巖蓋層。
1.2.2 川中地區(qū)高壓泥巖蓋層的形成機理
川中地區(qū)高壓泥巖蓋層的形成主要是殘余壓力封存的結(jié)果。從圖2 可知，高石梯—磨溪—龍女寺地區(qū)筇竹寺組泥頁巖的地層壓力系數(shù)介于1.20 ～ 1.35（磨溪8 井），屬于高壓泥頁巖；其上部的下寒武統(tǒng)滄浪鋪組地層壓力系數(shù)介于1.40 ～ 1.80，屬超高壓碎屑巖地層；再向上的龍王廟組壓力系數(shù)介于1.56 ～ 1.68，也為較高超高壓的白云巖地層。嘉陵江組超高壓鹽膏層以下，筇竹寺組泥頁巖地層壓力系數(shù)最小，略高于燈影組氣藏地層壓力系數(shù)（1.09 ～ 1.12）。威遠構(gòu)造、資陽斜坡筇竹寺組泥頁巖的地層壓力系數(shù)介于0.90 ～ 1.00。威遠構(gòu)造、資陽斜坡的常壓也應(yīng)該是喜馬拉雅末期構(gòu)造破壞造成，而高石梯—磨溪—龍女寺地區(qū)這一時期相對穩(wěn)定深層筇竹寺組泥頁巖得以維系高壓特征。高石梯—磨溪—龍女寺地區(qū)的蓋層與儲層常壓的形成，實際上是鄰區(qū)構(gòu)造抽吸作用[2]的結(jié)果，即威遠構(gòu)造隆升造成筇竹寺組封蓋層之下的燈影組流體壓力沿威遠泄壓所致。因此，高石梯、磨溪、龍女寺地區(qū)筇竹寺組泥頁巖高壓封蓋層的形成，是喜馬拉雅晚期構(gòu)造相對穩(wěn)定的背景下地層殘余壓力封存的結(jié)果，屬構(gòu)造穩(wěn)定、隆升側(cè)向泄壓后殘留型高壓泥頁巖蓋層。
圖2 威遠—安岳地區(qū)深層超壓發(fā)育與超大型氣田
分布特征剖面圖
1.3 渤中凹陷深層、超深層超壓泥巖蓋層的形成
渤中凹陷近年來在深層基巖中發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的天然氣聚集。如渤中19-6 氣田埋深超過3 500m， 探明天然氣地質(zhì)儲量超過1 000×108 m3 ；近期，渤中21-2、渤中22-1 區(qū)塊又有新突破。渤中凹陷深層探明天然氣地質(zhì)儲量1 910×108 m3、凝析油16 663×104 m3，三級地質(zhì)儲量8×108 m3 油當量，屬于超大型凝析油氣田。
據(jù)施和生等[12] 研究，生烴增壓造就了古近系沙河街組泥頁巖的超壓的形成，區(qū)域性的超高壓蓋層的形成是大規(guī)模天然氣聚集的重要原因。徐長貴等[13]通過模擬實驗，發(fā)現(xiàn)上部東營組超壓泥巖壓力系數(shù)介于1.20 ～ 1.80，下部沙河街組超壓泥巖壓力系數(shù)更高（2.00），認為渤中19-6 構(gòu)造古近系東營組二段下亞段、沙河街組發(fā)育厚度介于490 ～ 1 200 m 的湖相泥巖的封蓋起了重要作用。
筆者綜合烴源巖熱演化程度、鉆井液密度與氣藏壓力等方面的分析，也認同生烴增壓是渤中19-6超大型凝析油氣田形成的重要區(qū)域封蓋條件，但是泥巖蓋層的超壓并沒有大面積出現(xiàn)較強的超高壓。其依據(jù)是：①施和生等[12] 研究認為渤中19-6 氣田區(qū)域古近系底部的烴源巖熱演化鏡質(zhì)體反射率（Ro）介于1.5% ～ 2.5%，證明生烴增壓作用是明顯存在的；②渤中19-6-1 井在東營組一段及其以上地層的鉆井液密度介于1.05 ～ 1.19 g/cm3，東營組二段、孔店組，自上而下鉆井液密度由1.19 g/cm3 上升到1.52g/cm3，這表明東營組二段的生烴增壓促成了地層內(nèi)部流體壓力的逐漸升高，但沙河街組底部地層壓力系數(shù)約為1.60（圖3）；③孔店組砂礫巖氣藏地層壓力系數(shù)自上而下為1.36 ～ 1.21（圖3），表明超壓泥巖底部的生烴增壓并沒有使附近的氣藏產(chǎn)生超高壓，而多數(shù)地區(qū)是高壓；④基巖太古界氣藏的地層壓力系數(shù)介于1.15 ～ 1.26，鉆井液密度基于1.10 ～ 1.17g/cm3（圖3），也表明超壓泥巖所傳到的壓力并不是十分強烈。由此可見，渤中凹陷深層、超深層超壓的形成主要是生烴增壓所致，古近系烴源巖底部泥巖蓋層的地層壓力多數(shù)應(yīng)該為高壓特征，只有斷陷超深層泥巖蓋層可能存在局限的較強超高壓。
綜上所述，中國大型含油氣盆地深層、超深層超大型氣田的區(qū)域蓋層有多種形式，如鹽膏層封閉下的深部高壓傳導型超高壓鹽膏蓋層、穩(wěn)定隆升殘留的區(qū)域封存型超高壓碳酸鹽巖蓋層、穩(wěn)定隆升側(cè)向泄壓后殘留型高壓泥頁巖蓋層、生烴增壓型超壓泥巖蓋層等。不論區(qū)域蓋層的巖性如何，都存在不同程度的超壓的封閉作用。因此，深層、超深層超大型氣田形成的必要條件是超壓的區(qū)域壓力封蓋，與巖性關(guān)系不大。
圖3 渤中凹陷深層、超深層超壓發(fā)育特征圖
（根據(jù)本文參考文獻[12-13] 編制）
2 深層超深層超壓與超大型氣田的關(guān)系
為了探索深層、超深層超壓與超大型氣田發(fā)育的關(guān)系，筆者編制了塔里木盆地庫車坳陷、四川盆地川中古隆起、渤海灣盆地渤中凹陷等深層、超深層氣藏分布與超壓蓋層的相關(guān)性分析圖，通過分析研究發(fā)現(xiàn)深層、超深層超大型氣田的形成都存在超壓區(qū)域性封蓋層，但存在超壓的區(qū)域性封蓋層的類型不同，其所形成的超大氣田的壓力特征也不同。
2.1 庫車坳陷深層、超深層區(qū)域超高壓蓋層下發(fā)育超高壓氣藏
構(gòu)造抽吸作用[2,36] 與極好的鹽膏層區(qū)域超壓封閉作用是庫車坳陷深層、超深層強超壓形成的主要原因。從前人的研究成果可知，區(qū)域性的超壓形成機制主要有構(gòu)造應(yīng)力、欠壓實、生烴增壓等機制[37-41]，庫車坳陷深層超壓的形成也多為上述觀點[42-44]。筆者對該地區(qū)的地層壓力系統(tǒng)研究后認為，構(gòu)造應(yīng)力、欠壓實與生烴增壓等機理都是次要的，其超壓形成的主要機理是上覆鹽膏層的區(qū)域壓力封閉與構(gòu)造抽吸作用導致的深層壓力傳導[44] 聯(lián)合作用而成。
從圖1 可知，鹽膏層底部向上的地層壓力系數(shù)由2.15（深度3 496 m）逐漸降低到1.84（深度3 089 m），鹽膏層底部向下儲層的地層壓力系數(shù)由2.15（深度3 496 m）降低到1.83（深度3 985 m）。表明古近系鹽膏層的超高壓區(qū)域封閉是氣藏產(chǎn)生超高壓的主要原因，而生烴增壓雖然有一定影響，可能只在烴源巖附近，否則越靠近烴源巖的地層，地層壓力系數(shù)應(yīng)該越高。因此，生烴增壓并沒有影響到克拉2 氣田鹽膏層及其以下的區(qū)域，其對鹽膏層以下儲集體的超高壓形成的貢獻十分有限。
從圖4 可知，構(gòu)造擠壓作用也不是超高壓形成的主要原因，靠近山前帶構(gòu)造擠壓作用應(yīng)該更強，但其膏鹽層不僅沒有了超壓封閉能力，其下伏地層也沒有了超壓特征，如巴仕2 圈閉構(gòu)造鹽膏層處于常壓狀態(tài)，其下伏白堊系地層壓力系數(shù)只有1.06，沒有形成天然氣聚集。因此，構(gòu)造應(yīng)力作用不是該區(qū)超壓產(chǎn)生的主要原因。
圖4 塔里木盆地庫車坳陷地層壓力變化與
氣藏分布規(guī)律剖面圖
從圖4 中的斷裂體系來看，不同斷裂體系造成構(gòu)造抽吸作用的強弱存在差異?？松?、克拉2 斷裂體系具有最大的逆沖距離，形成了最高的地層壓力系數(shù)，氣藏壓力系數(shù)介于1.86 ～ 2.08 ；克深8、克深9具有較大的逆沖距離，形成了較高的地層壓力系數(shù)，氣藏壓力系數(shù)介于1.68 ～ 1.78。每個斷裂系統(tǒng)中斷距越大抬升越高的氣藏壓力系數(shù)越大，反映出構(gòu)造抽吸作用的明顯特征。近年在庫車坳陷中部的秋里塔格構(gòu)造帶中段鹽下深層構(gòu)造發(fā)現(xiàn)大規(guī)模天然氣聚集，如千億立方米級的中秋1 凝析氣藏，氣藏壓力系數(shù)1.83，屬典型的超高壓氣藏。
另外，從天然氣碳同位素來看，各構(gòu)造內(nèi)不同深度天然氣碳同位素值基本一致，沒有明顯的運移效應(yīng)，這也證明構(gòu)造抽吸作用使深部天然氣快速被抽吸到圈閉內(nèi)成藏的基本特征。如克深2 氣田埋深6 500 ～ 6 800m 的天然氣甲烷碳同位素值為－27.0‰ ～－28.3‰，克拉2 氣田埋深3 500 ～ 4 000 m 的天然氣甲烷碳同位素值為－26.5‰ ～－28.5‰，均在－27.5‰ 附近；又如大北氣田埋深約7 000 m 和埋深5 500 m 的天然氣甲烷碳同位素值分別為－29.9‰、－30.1‰；再如迪那2 氣田埋深約6 000 m 和埋深4 600 m 的天然氣甲烷碳同位素值分別為－35.0‰、－35.1‰。天然氣并沒有因運移效應(yīng)產(chǎn)生上輕下重的現(xiàn)象，反映出構(gòu)造抽吸作用的結(jié)果。
綜上所述，庫車坳陷前陸沖斷帶深層、超深層通過構(gòu)造抽吸作用與古近系鹽膏層的超高壓封堵，不僅將深部天然氣抽吸到了目前構(gòu)造圈閉中富集，而且也將深部高壓傳導到了現(xiàn)今古近系之下的氣藏中形成超高壓流體，其區(qū)域蓋層屬深部高壓傳導型超高壓鹽膏蓋層。庫車坳陷深層、超深層形成了超高壓蓋層與超高壓氣藏的儲蓋壓力組合模式（Ⅰ型）。
2.2 川中地區(qū)深層、超深層超壓蓋層下發(fā)育超高壓與常壓兩類氣藏
四川盆地中部古隆起燈影組與龍王廟組發(fā)現(xiàn)兩個超大型天然氣藏，但是兩個超大型氣藏的封蓋條件明顯不同。
2.2.1 安岳氣田龍王廟組超高壓超大型氣藏發(fā)育于巨大超高壓封存箱內(nèi)
安岳氣田寒武系龍王廟組氣藏是巨大超高壓封存箱內(nèi)部超大型巖性圈閉中形成的超高壓超大型氣藏。從圖2 可知，高石17 井、女基井一帶，嘉陵江組超高壓鹽膏層之下的飛仙關(guān)組到滄浪鋪組都發(fā)育超高壓地層，即巨大超高壓封存箱，龍王廟組超大型氣藏發(fā)育在這一巨大超高壓封存箱的中下部。龍王廟組上覆地層高臺組不發(fā)育區(qū)域性泥巖、頁巖、鹽膏等蓋層，而是以白云巖、泥質(zhì)云巖、白云質(zhì)泥巖、含膏云巖等互層的碳酸鹽巖為主[45-46]，氣藏頂部與側(cè)翼都是物性變致密而產(chǎn)生的物性封堵與封蓋。這種物性封蓋在正常儲集體內(nèi)是很難形成規(guī)模圈閉的，但在巨厚層超高壓段內(nèi)部，由于地層之間的壓力差異小，大規(guī)模的天然氣容易被封存在巨型儲集體內(nèi)。晚白堊紀以來，該區(qū)侏羅系以上地層被剝蝕了近2 000 ～ 2 500 m[34]，現(xiàn)今埋深介于4 500 ～ 5 000 m的龍王廟組氣藏實際上古埋深應(yīng)介于6 500 ～ 7 500m。龍王廟組包裹體均一溫度測試其在早、中白堊世溫度介于170 ～ 195 ℃，比現(xiàn)今地溫137 ～ 144℃ 高得多[47]。根據(jù)白堊紀以來的古地溫梯度為2.0 ～ 2.5 ℃ /100 m[48-49] 換算，龍王廟組的最小古埋深介于6 800 ～ 7 800 m，證明地表的剝蝕量是可信的。根據(jù)龍王廟組古埋深，其原始地層壓力應(yīng)該介于65 ～ 78 MPa，龍王廟組氣藏現(xiàn)今地層壓力正好在該區(qū)間之內(nèi)，可見，龍王廟組氣藏超高壓的形成實際上是原始地層壓力封存的結(jié)果。這與前人研究提出的“封存箱”對石油與天然氣聚集具有重要作用[50-51]相契合。因此，在安岳深層形成了超高壓封存箱內(nèi)幕發(fā)育超高壓氣藏的儲蓋壓力組合模式（Ⅱ型）。
2.2.2 寒武系高壓泥巖蓋層下發(fā)育震旦系常壓超大型氣藏
安岳氣田震旦系燈影組氣藏是在緊鄰巨大超高壓封存箱底部的高壓泥頁巖封蓋下形成的常壓超大型氣田。從圖2 可知，川中地區(qū)震旦系區(qū)域性的直接蓋層為筇竹寺組泥頁巖，壓力系數(shù)介于1.20 ～ 1.35，該段的鉆井液密度介于1.30 ～ 1.40 g/cm3，為高壓特征，表現(xiàn)出安岳氣田燈影組氣藏是高壓泥頁巖區(qū)域蓋層封堵下形成。實際上，該區(qū)上覆地層存在厚度為2 000 ～ 3 000 m 的超壓段，燈影組超大型氣藏的形成是在區(qū)域性巨厚層超壓段的封蓋下形成。燈影組超大型氣藏壓力的降低，是威遠構(gòu)造在喜馬拉雅構(gòu)造運動晚期快速褶皺隆升過程中，構(gòu)造抽吸作用下，巨大超高壓封存箱底部地層壓力向威遠構(gòu)造釋放的結(jié)果。因此，安岳深層巨大超高壓封存箱底部形成了高壓泥頁巖直接封蓋常壓氣藏的儲蓋壓力組合模式（Ⅲ型）。
2.3 渤中凹陷深層超壓泥巖之下發(fā)育常壓氣藏
渤海灣盆地渤中凹陷渤中19-6 氣田是超壓烴源巖封蓋形成的常壓超大型氣田。如圖3 所示，超壓在起封蓋作用的同時，也將烴源巖通過壓差驅(qū)動向潛山太古界儲集體提供氣源。超壓泥頁巖既是太古界氣藏的蓋層，也是其氣源巖[12-13]。更重要的是，該區(qū)切穿超壓泥巖段的斷裂少，有利于天然氣的封蓋。凹陷北部的渤中13-1 與曹妃甸18-2E、南部的渤中26-2 等含油氣構(gòu)造由于多條斷裂切割超壓泥巖蓋層，保存條件變差，只發(fā)育中小規(guī)模的油氣藏。在渤中凹陷渤中19-6 氣田主體區(qū)多數(shù)氣層壓力系數(shù)介于1.15 ～ 1.26，為近常壓氣藏，只有局限發(fā)育的孔店組砂礫巖氣藏地層壓力系數(shù)略高，介于1.21 ～ 1.36，可能與超壓烴源巖較近有關(guān)。因此，渤中凹陷深層形成了超壓泥巖蓋層之下發(fā)育超大型常壓氣藏的儲蓋壓力組合模式（Ⅳ型）。
綜上所述，從3 個盆地超大型氣田與超壓的關(guān)系來看，深層、超深層超大型天然氣田的形成，存在4 種蓋層與氣藏的壓力組合模式。即：超高壓鹽膏蓋層與超高壓氣藏組合（Ⅰ型）、超高壓封存箱內(nèi)幕超高壓氣藏組合（Ⅱ型）、超壓封存箱底部高壓泥頁巖蓋層與常壓氣藏組合（Ⅲ型）、厚層生烴增壓超壓泥巖蓋層與常壓氣藏組合（Ⅳ型）。深層、超深層超大型氣田形成的必要條件是區(qū)域性超壓蓋層的發(fā)育，而與蓋層巖性關(guān)系不大。
3 深層、超深層天然氣的有利勘探領(lǐng)域
超壓對油氣聚集的封蓋能力有很大的提升，對于天然氣更為重要[52]。根據(jù)前面的分析，深層、超深層能夠形成超大型氣田的封蓋條件是區(qū)域超壓蓋層的形成。因此，深層、超深層超壓的分布對預測深層、超深層超大型氣田的形成至關(guān)重要。為此，筆者初步研究了塔里木盆地庫車坳陷、準噶爾盆地南緣及腹部、四川盆地川西坳陷等大型盆地的深層、超深層地層壓力的發(fā)育情況，并對其重點地區(qū)進行了初步預測。
塔里木盆地是中國陸上最大的含油氣盆地，目前庫車坳陷深層、超深層鹽下層仍然是天然氣勘探的重點領(lǐng)域。結(jié)合前人的研究成果[53]，筆者研究認為以秋里塔格構(gòu)造帶為界以北的廣大地區(qū)深層、超深層發(fā)育鹽膏層，這些深層、超深層鹽膏層都存在超高壓封蓋條件，其氣源充足、儲層和圈閉發(fā)育[1-5]，具有大型天然氣藏的勘探前景。
準噶爾盆地南緣阜康坳陷已在中淺層發(fā)現(xiàn)了多個中小型天然氣藏[54-55]，其下白堊統(tǒng)、侏羅系有超壓地層發(fā)育[56]，超壓地層厚度大（500 ～ 1 000 m），該區(qū)不僅具有良好的巨厚層區(qū)域超壓蓋層，而且白堊系與上侏羅統(tǒng)發(fā)育中厚層的砂巖儲集體或致密砂巖儲集體[57]，還是侏羅系煤系烴源巖的主要發(fā)育區(qū)，熱演化程度多數(shù)進入干酪根熱裂解生氣高峰期，Ro 介于1.5%～ 2.0%，且具備生烴增壓的高壓生成條件[58]。如，安6 井、吐谷1 井古近系、下白堊統(tǒng)鉆井液密度維持2.10 ～ 2.40 g/cm3 才能正常鉆進，低于該密度會發(fā)生井噴或井涌，安6 井井段2 500 ～ 4 400 m、吐谷1 井井段1 100 ～ 3 900 m 均為巨厚層的超高壓地層；大豐1 井古近系、下白堊統(tǒng)，地層壓力系數(shù)由1.30 上逐漸升到1.80 ～ 2.00，該井超壓地層厚度超過4 500 m ；高探1 井自新近紀開始發(fā)育超壓，古近系、侏羅系厚度超過2 000 m 地層的地層壓力系數(shù)介于2.00 ～ 2.20（圖5）。近期獲得的高產(chǎn)油氣流產(chǎn)層位于該巨厚層超壓層內(nèi)[57]，進一步證明超壓封存箱內(nèi)只要存在大型圈閉和氣源充足就會發(fā)育大型或超大型氣田。
圖5 準噶爾盆地南緣至腹部重點探井的
地層壓力變化剖面特征圖
準噶爾盆地腹部地區(qū)也發(fā)育深層、超深層超壓和超高壓[59]。如盆參2 井下侏羅統(tǒng)三工河組、八道灣組（井深4 460 ～ 4 980 m）的地層壓力系數(shù)介于1.80 ～ 2.00[60]。因此，準噶爾盆地腹部深層、超深層只要發(fā)育有大型儲集體的圈閉，在氣源充足的條件下也能形成超大型的天然氣聚集。
四川盆地西北部地區(qū)的深層、超深層存在與川中古隆起區(qū)類似的巨厚層超壓層，不僅為深層、超深層天然氣的聚集提供了極好的區(qū)域蓋層，而且其封存箱內(nèi)幕也發(fā)育類似龍王廟組氣藏的超壓物性封閉與超高壓氣藏。如，雙魚石構(gòu)造的雙探1、雙探3、雙探12 等井須家河組中下部—棲霞組發(fā)育2 000 ～ 2 500m 厚的超高壓地層，其茅口組超高壓氣藏的地層壓力系數(shù)為1.70，棲霞組高壓氣藏的地層壓力系數(shù)為1.50 ；九龍山構(gòu)造的龍?zhí)?、龍16 等井侏羅系底部、二疊系底部發(fā)育近4 000 m 厚的超高壓地層，地層壓力系數(shù)介于1.60 ～ 2.30，其內(nèi)部的侏羅系、須家河組、茅口組、棲霞組都發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)超壓氣藏。該地區(qū)的地層壓力結(jié)構(gòu)和氣藏發(fā)育規(guī)律與安岳超大型氣田發(fā)育區(qū)極其相似，發(fā)育的巨厚層超壓的地層覆蓋磨溪以北的南充、鹽亭、八角場、九龍山一帶及其以西的廣大地區(qū)，目前僅雙魚石構(gòu)造氣田發(fā)現(xiàn)千億立方米級地質(zhì)儲量的天然氣[61]。筆者認為，該區(qū)應(yīng)該是川中地區(qū)巨型超高壓封存箱的西北延伸部分，只要在超壓封存箱內(nèi)幕發(fā)育大規(guī)模具有良好儲集體的圈閉，就可能在深層、超深層形成超大型天然氣田。
另外，渤海灣盆地渤中凹陷以外的其他凹陷，應(yīng)存在類似于于渤中19-6 超大型氣田形成條件的深層、超深層區(qū)域，具有良好勘探遠景的領(lǐng)域。筆者對該地區(qū)還沒有深入研究。
綜上所述，塔里木盆地庫車坳陷深層、超深層超高壓鹽膏層發(fā)育區(qū)域、準噶爾盆地南緣—腹部深層、超深層超壓發(fā)育段內(nèi)部與其下部、四川盆地西北部深層、超深層巨厚超壓封存箱內(nèi)幕與其下部、渤海灣盆地渤中凹陷以外的其他凹陷深層、超深層烴源巖生烴增壓區(qū)域發(fā)育區(qū)，只要儲集體與圈閉規(guī)模足夠大，氣源充足，就具有超大型氣田形成的可能。
4 結(jié)論
1）中國大型含油氣盆地深層、超深層區(qū)域蓋層有多種形式，如深部高壓傳導型超高壓鹽膏蓋層、穩(wěn)定隆升區(qū)域封存箱型超高壓碳酸鹽巖蓋層、穩(wěn)定隆升封存箱底部側(cè)向泄壓后殘留型高壓泥頁巖蓋層、生烴增壓超壓泥巖蓋層等，不論其巖性特征如何，只有超壓區(qū)域蓋層的形成，才能為深層、超深層天然氣的大規(guī)模聚集提供有效封蓋條件。
2）深層、超深層存在超高壓鹽膏蓋層與超高壓氣藏（Ⅰ型）、超高壓封存箱內(nèi)幕與超高壓氣藏（Ⅱ型）、超高壓封存箱底部高壓泥頁巖蓋層與常壓氣藏（Ⅲ型）、厚層生烴增壓超壓泥巖蓋層與常壓氣藏（Ⅳ型）等4 種蓋層與超大型氣田的儲蓋壓力組合模式。
3）中國大型含油氣盆地深層、超深層仍然有發(fā)現(xiàn)超大型氣田的潛力，庫車坳陷深層、超深層鹽膏層發(fā)育區(qū)域、準噶爾盆地南緣—腹部深層、超深層超壓發(fā)育段內(nèi)部及其下部、四川盆地西北部深層、超深層巨厚超高壓封存箱內(nèi)幕及其下部、渤海灣盆地渤中凹陷以外的其他凹陷深層、超深層厚層烴源巖發(fā)育區(qū)等領(lǐng)域是值得勘探工作者重點關(guān)注的地區(qū)。
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編 輯 陳古明
論文原載于《天然氣工業(yè)》2020年第2期
基金項目：國家科技重大專項“前陸沖斷帶及復雜構(gòu)造區(qū)油氣成藏、分布規(guī)律與有利區(qū)評價”（編號：2016ZX05003-002）。
