深層油氣藏形成條件研究現(xiàn)狀

梁祎琳

（長江大學地球科學學院，武漢 430100）

隨著全球油氣勘探技術的不斷提高和勘探程度的持續(xù)加深，深層油氣藏漸漸成為對油氣資源發(fā)展十分重要的新領域。在研究不同的含油氣盆地時，研究的目的層系和各盆地的地溫梯度存在較大的差異，這導致對深層的定義各有不同[1]。

國外對深層油氣藏定義的深度各不相同，我國總體上呈西高東低的地勢特征，在油氣勘探領域，我國東部和西部地區(qū)分別對深層進行定義。在東部地區(qū)，將深層定義為埋深在3.5～4.5 km，超深層的埋深大于4.5 km；而在西部地區(qū)，埋深相對較大，將深層定義為埋深在4.5～6.0 km，超深層的埋深大于 6.0 km[2-3]。總體來說，現(xiàn)階段深層大油氣田的數(shù)量、總儲量以及產量與全世界的相比，其所占的比例較少，但近十年來的勘探結果表明深層油氣具有廣闊的發(fā)展前景。今后，隨著勘探技術的逐步提高和完善，深層油氣藏的開發(fā)力度將大幅提高。

1 深層油氣藏的研究現(xiàn)狀

全球深層油氣藏分布較廣，目前已經得到開發(fā)的油氣田主要位于美國和墨西哥交界的墨西哥灣海域、澳洲的西北環(huán)太平洋地區(qū)、巴西等中南美和尼日利亞等西非位于大西洋沿岸的區(qū)域，另外還有中東地區(qū)和俄羅斯的西西伯利亞[4]。至今，國外已在21 個含油氣盆地中探明了75 個深部油氣藏，其埋深都超過 6.0 km。人們在美國西內盆地找到了全球埋藏深度最大的氣藏，它就是位于阿納達科凹陷的米爾斯蘭奇氣田，下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖作為儲集層，其埋深在7.6～8.1 km； 人們在美國灣岸盆地找到了全球埋藏深度最大的油藏，其埋深超過了6.5 km[5]。

我國深層油氣藏的勘探工作于1946年末期在東北部渤海灣盆地開始啟動[6]。對于渤海灣盆地深層的定義范圍是超過3.5 km，包括黃驊坳陷、冀中坳陷、濟陽坳陷、遼河坳陷，其中發(fā)現(xiàn)的油氣藏最大埋藏深度達到5.2 km[7]。迄今為止，共計31 個油氣藏已發(fā)現(xiàn)并探明：25 個油藏，占80.6%；6 個氣藏，占19.4%[8]。

中國最早發(fā)現(xiàn)的深層氣藏，位于四川盆地的老君廟中二疊統(tǒng)，其深度范圍在7 153.5～7 175.0 m[9]。1989年，人們在四川盆地找到了一個大型的地層——構造復合圈閉氣藏，其位于五百梯氣田，是我國最大的整裝氣田，埋藏深度在最大處達4.595 km，地質儲量達58.7 億m3。盆地石炭系黃龍組中部的地層作為含氣儲層，主要巖性為白云巖[10]。四川盆地的樂山-龍女寺是一個古隆起，高石1 井位于其高石梯-磨溪構造帶上，于震旦系儲層中得到高產氣流約有100 萬m3[11]。安岳氣田位于四川盆地內龍王廟組、燈影組，是原生型古老海相碳酸鹽巖氣田，以震旦系至寒武系為目的層系，埋藏深度達到4.5～6.0 km，屬于高溫高壓、超深層氣藏[12]。自2013年，安岳氣田中磨溪區(qū)龍王廟組探明到700 m3以上的含氣面積以及4.4×1011m3的地質儲量[13]。至2016年末，四川盆地龍崗和元壩氣田作為兩大超深層氣田，其儲集層均深達6.0 km，巖性為碳酸鹽巖。我國泥盆系深部油氣藏勘探最近取得較大進展，川西地區(qū)的雙探3 井在位于地下7 569.0～7 601.5 m 超深層處的泥盆系觀霧山組鉆探成功獲得工業(yè)氣流，實現(xiàn)了泥盆系工業(yè)氣藏零的突破，證實了該系巨大的勘探 潛力[14]。

經過多年的勘探工作，人們在鄂爾多斯盆地找到了5 個大氣田，其中奧陶系馬家溝組的馬五段地層作為靖邊氣田的儲集層，在有些地區(qū)埋深超過了3.5 km，2001年在該地區(qū)探明地質儲量約52.6 億m3，深部氣藏在最深處約3.6 km[15]。西峰地區(qū)位于鄂爾多斯盆地的西南，該區(qū)于21世紀初期勘探到延長組長8 組油層石油地質儲量上億噸，長8 組為該區(qū)深層主要含油層位[16]。

截至目前，塔里木盆地包含了我國絕大多數(shù)的深部油氣藏，且探明的油氣藏儲量達到了塔里木盆地總儲量的一半左右，大多數(shù)油氣藏的埋深都超過5.0 km。塔北隆起的東河塘油田在塔里木盆地是埋藏深度最深的油田，埋藏最深處約6.1 km，地質儲量約3 251 萬t。人們在塔里木盆地也找到了很多埋深大于5.0 km 的氣藏，其中氣藏最深處約5.3 km，這就是塔里木盆地規(guī)模最大的羊塔克氣田，其地質儲量達249 億m3[15]。塔北隆起儲層超過7.0 km 的地區(qū)仍產出黑色原油[17]。塔里木碰面的庫車坳陷的儲集層主要是上侏羅統(tǒng)至新近系下的砂巖，在其深層勘探到有利工業(yè)氣流[18]。近幾年，人們于庫車坳陷克拉蘇構造帶深層6～7 km獲得大型氣田克深、大北等，其屬煤成氣，這是繼克拉2 氣田后的重大發(fā)現(xiàn)，截至目前，克拉蘇鹽下深層已探明8 個氣田[19]。深層寒武系鹽下的白云巖勘探在塔里木盆地塔中東部區(qū)域取得重大進展，在中深1井的鉆遇的中寒武統(tǒng)沙依里克組地層和阿瓦塔格組地層以及下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組地層勘探出連續(xù)407 d生產的工業(yè)油氣流，累產氣約126×107m3。同時，在中深5 井也再次取得重大成果，在中寒武統(tǒng)沙依里克組地層也獲得高產工業(yè)油流，累計產氣13 173 m3。基于上述勘探結果，寒武系鹽下白云巖領域將會接替之前的淺層構造油氣藏，成為我國深部油氣藏勘探 重點[20]。

總體來看，對深部地層進行勘探已成為我國油氣勘探領域向前發(fā)展的主要趨勢，深層油氣藏表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

2 深層油氣藏的分布特征

勘探結果表明，,全世界大約有349 個含油氣盆地，在87 個盆地中找到了深層油氣藏，其數(shù)目達到1 595 個。此外，深層油氣藏在全世界的新增儲量表現(xiàn)出不斷增加的變化趨勢[21]。全世界的深層油氣藏儲集在碎屑巖、碳酸鹽巖、巖漿巖及變質巖中，資料統(tǒng)計表明，在全世界深層油氣藏總儲量中，碎屑巖儲層占比63.3%，碳酸鹽巖儲層占比35.0%，巖漿巖和變質巖占比1.7%。對于深層油氣而言，構造圈閉是最重要的一種圈閉類型，全世界約73.7%的深層油氣儲量儲存在其中。作為深層油氣最聚集的兩種盆地類型，被動大陸緣盆地的深層油氣儲量約占全世界總儲量的47.7%，前陸盆地的深層油氣儲量約占全世界總儲量的46.4%。從深層油氣的層系來看，5 套層系作為深層油氣儲集的重點區(qū)域，分別是古近系、上古生界、白堊系、新近系、侏羅系，各自占全世界總儲量的22.3%、22.2%、18.3%、12.8%、12.8%，深層油氣在層系中的分布特征與中、淺層油氣類似[22]。

3 深層油氣藏的形成條件

深層油氣藏的形成條件主要包括四個方面的內容。

3.1 具有較厚的沉積巖，深層有較好的烴源巖

首先要求具有較厚的沉積巖，深層有較好的烴源巖。地層負荷隨著地層埋深的增加而增大，深層地層的流體壓力明顯要比淺層的高，所以油氣無法從中淺層向深層運移，深層必須要有烴源巖生油才能形成油氣藏。研究顯示，我國塔里木盆地深層海相油氣來源以寒武-奧陶系烴源巖為主，這一套生油巖連同震旦系在內屬于泥質和腐泥型海相碳酸鹽巖，厚度達到1～2 km，根據(jù)有機碳平均值，寒武系碳酸鹽巖為0.48%～0.80%，泥巖為0.84%～0.92%，判斷其屬于好生油巖[23]。我國四川盆地發(fā)育多套區(qū)域性烴源巖，有3 套泥質烴源巖：下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖、下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖和上震旦陡山沱組泥頁巖；2 套碳酸鹽巖和泥質烴源巖：晚二疊吳家坪組和中二疊棲霞組[24]。

3.2 具備有利的儲層

深部油氣藏形成的一個必不可少的條件就是要具備有利的儲層，壓實和成巖作用隨著埋深的增加而增強，巖石的孔隙度也隨之慢慢減少[25]。通常，當埋藏深度超過4 000 m 時就進入了成巖后生期，此時巖石的原生孔隙幾乎沒有了，而次生孔隙變成深部地層的主要孔隙空間，因此巖石具有良好的次生孔隙才有可能作為有利的勘探區(qū)域。

3.3 盆地深部的繼承性古隆起

盆地深部的繼承性古隆起也對深部油氣的分布起著一定的控制作用[26]。盆地深部的古隆起形成于早期，且一直位于生油凹陷中心或毗鄰生油凹陷，其為深部油氣的聚集提供有利場所，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的下古生界氣藏、含氣構造及油氣顯示都處在加里東期的古隆起上，這也證明其良好的油氣聚集能力。依據(jù)前人的研究，已有24 個中型以上油氣田在塔里木盆地發(fā)現(xiàn)，它們分布的區(qū)域以巴楚隆起、卡塔克隆起和沙雅隆起為主，占全盆地油氣分布區(qū)域的比例高達83%[27]。數(shù)據(jù)顯示，當今油氣勘探開發(fā)領域中至關重要之一就是對于古隆起的研究[28]。因為浮力因素，油氣在坳陷中生成后必將運移至構造高部位，而古隆起與生油坳陷緊密相臨，若遇到較好的圈閉，油氣藏就會形成[29-30]。

3.4 區(qū)域性的良好蓋層

區(qū)域性的良好蓋層也是深部油氣成藏必不可少的一個條件。所有的油氣藏能形成的一個重要地質因素就是具有蓋層，由于深部地層具有高溫、高壓，地層流體黏度低等特征，因此深部油氣成藏比中淺部油氣成藏需要更好的封閉條件。由于縱向上存在不同深度的區(qū)域性蓋層，其可將油氣封閉在不同的深度段，因此可以在不同的深度和層位形成油氣藏[31]。

深部區(qū)域蓋層的存在是評價深部油氣遠景的重要條件。根據(jù)相關資料可知，保存條件是四川盆地的海相碳酸鹽巖油氣之所以能夠成藏的一個最重要因素[32-37]。統(tǒng)計表明，分析全球大型油氣藏的蓋層巖性可知，膏鹽封蓋了總油氣儲量的55%，即使分布面積所占比率很小只有8%，但不可否認它是較優(yōu)質蓋層[38]。近些年，四川盆地發(fā)現(xiàn)了多個特大型氣田，包括普光、元壩和龍崗氣田，這些氣田都位于海相地層中，并遭受了多個期次的構造作用，其中三疊系的雷口坡組和嘉陵江組的膏巖是氣田最終得以保存的關鍵因素。中三疊統(tǒng)雷口坡組發(fā)育的膏鹽巖類及其以下嘉陵江組和飛仙關組頂部地層飛四段發(fā)育的瀉湖相、潮坪相的膏鹽巖類是普光氣田的良好蓋層，飛三段至雷口坡組發(fā)育的膏巖厚達數(shù)百米，其作為元壩氣田的有效蓋層[39-40]。

1.2.1 樣本采集 經孕婦及家屬知情同意，終止妊娠時抽取胎兒臍帶血1ml及父母外周血2ml(EDTA-Na抗凝)進行相關遺傳學檢測，包括常規(guī)染色體及微陣列檢測和必要時的高通量測序。PGD術后，孕18周時在超聲引導下行羊膜腔穿刺術抽取胎兒羊水5～8ml，羊水DNA提取使用德國Qigen公司生產的Qiamp DNA Blood Mini Kit提取試劑盒進行基因組DNA提取。

4 深部油氣藏的類型及成因機制

從油氣藏的儲層特征、生油層與儲集層的接觸關系以及儲層物性演化機制三方面考慮，深部油氣藏可以分為保存型和改造型兩種類型，兩種類型的油氣藏在地質特征和形成機理等方面都存在較大差異。

4.1 保存型油氣藏

保存型油氣藏最顯著的特征是其儲層的物性好，且很少受到破壞，能夠較好地保存到現(xiàn)在（Φ＞10%，K＞1 mD）。此外，其還具有油氣在高孔高滲地方聚集、在高部位富集，油氣在高壓部位成藏、圈閉的含油氣面積較小、儲量規(guī)模小的特征，浮力和毛細管力是控制該類油氣成藏的主要作用力[41-43]。保存型油氣藏根據(jù)圈閉的形態(tài)及成因特征主要分成三種類型，分別是斷塊油氣藏、背斜油氣藏和地層-巖性油氣藏。塔里木盆地塔中47 油田屬于背斜類，油氣于構造高部位聚集，由于浮力作用，油氣自構造低部位向高部位運移，構造高點控制著油氣分布[44-45]。塔北地區(qū)紅旗斷裂帶第三系油氣藏為斷塊油氣藏，油氣沿斷裂通道進入儲層，然后富集成藏。塔北地區(qū)哈得17 井區(qū)石炭系油藏主要受巖性分布的控制，其屬于地層-巖性類油氣藏[44]。

4.2 改造型油氣藏

改造型油氣藏分為致密和物理調整和化學改造兩類。

4.2.1 致密油氣藏

致密油氣藏最顯著的特征是其儲層比較致密 （Φ＜10%，K＜1 mD），主要是因為其儲層是原生高孔高滲儲層，經過成巖壓實作用演化。致密碎屑巖儲層是盆地深部的致密油氣藏形成的主要位置，根據(jù)油氣的充注時期與儲層致密化時期的時間先后順序，致密油氣藏可以分成先成型油氣藏和后成型油氣藏兩種類型。先成型油氣藏的油氣充注時期要晚于儲層致密化時期，而后成型油氣藏的油氣充注時期要晚于儲層致密化時期[46]。

4.2.2 物理調整和化學改造油氣藏

物理調整和化學改造油氣藏最顯著的特征是原生超致密儲層在后期構造及成巖等作用的控制下，其孔隙度和滲透率會變大，有些能達到常規(guī)儲層物性級別，在毛細管力或浮力的作用下，油氣能在周圍的烴源巖改造型儲層中富集起來然后再成藏，且其上面的蓋層能起到有效的封堵作用。深部改造型油氣藏按照儲層改造機制可分為三種類型，分別是構造改造型、流體改造型和綜合改造型油氣藏[47]。四川盆地資陽、威遠震旦系的古油藏發(fā)生了原油熱裂解，使得儲層中出現(xiàn)大量的焦瀝青，其原因是四川盆地存在大范圍的膏鹽層，而在含膏碳酸鹽巖地層中烴類在高溫條件下與硫酸鹽發(fā)生熱化學還原作用，即TSR[48-49]。

目前主要圍繞以下幾個方面來開展深部油氣藏的勘探研究工作：深層油氣的溫度；深層油氣形成的物質基礎；深層油氣的穩(wěn)定性；影響深層儲層物性的重要因素；深部油氣成藏受到地層異常高壓作用的程度以及對特殊類型的深部油氣藏成藏條件的分析[50]。

5 面臨的困難及挑戰(zhàn)

目前，多個國家在深部地層中找到了很多油氣田。在美國的含油氣盆地中，在深部地層中找到的油氣藏的平均儲量要高于中部、淺部油氣藏的平均儲量。而在俄羅斯，深部地層與中部、淺部地層的油氣的平均儲量大致相等。資料初步統(tǒng)計結果表明，不同國家的共509 個大油氣田在全球油氣田總數(shù)中所占的比例僅為1.7%，但是509 個油氣田的石油地質儲量在全球石油地質儲量中所占的比例高達70%。其中，埋深超過3.66 km 的油、氣的儲量在全球油氣總儲量中所占的比例僅為2.9%和3.1%。隨著對深部油氣勘探工作的逐漸重視和勘探開發(fā)技術的逐漸進步，深部油氣的總儲量會不斷增長。

現(xiàn)階段，我國的油氣勘探工作有以下急需解決的四個難題和三大挑戰(zhàn)。四個難題為“低、深、隱、難”。“低”表示目的層的孔隙度和滲透率都較低，“深”表示目的層埋藏較深，“隱”表示隱蔽油氣藏，“難”表示油氣勘探程度變得困難。三大挑戰(zhàn)是：一是油氣的成分復雜、多期次充注，導致深部油氣勘探的方向很難把握；二是有效儲層的儲集空間復雜，形成機理不清楚，難以對勘探區(qū)域進行儲層預測；三是油氣的相態(tài)變化快，分布特征受深部高溫高壓、低孔滲介質條件等因素的控制，導致依靠目前的成藏理論來對有利區(qū)進行預測存在很大的困難[48]。

因此，為了解決當前的四個難題及三大挑戰(zhàn)，人們必須重視以下三個科學問題的研究：一是盆地構造多期次的疊加與深部油氣的生成及演化，二是深部有效儲層的成因機理及其發(fā)育模式，三是深部油氣復合成藏機制與油氣富集的規(guī)律。它們也是當前國際含油氣盆地分析和石油地質研究的熱點問題[48]。為了有效解決以上難題，將來必然會采用正演來模擬油氣成藏的過程，并結合油氣成藏過程的反演分析方法，通過深部成藏條件—成藏機制—成藏規(guī)律的技術路線，對西部的一些深部油氣資源量較大的盆地進行重點研究，形成和發(fā)展我國深部油氣復合成藏的理論，形成深部油氣勘探與開發(fā)的新技術，為我國深部油氣儲量的快速增長提供有力的支撐和保障。

若一個老油田想要持續(xù)發(fā)展，將勘探的重點方向轉移到深部地層，這是發(fā)展的必然選擇。雖然深部油氣勘探程度不高，但目前的鉆探發(fā)現(xiàn)，深部油氣資源豐富，發(fā)展速度可觀，勘探開發(fā)的潛力較大。深部油氣的勘探開發(fā)實踐工作打破了傳統(tǒng)石油地質理論認識的局限性，開辟了新的油氣領域。深部油氣生烴理論突破石油“死亡線”，擴大了“油氣窗”的范圍。深部地層中的超壓預測、鉆井、完井和測井技術的創(chuàng)新與綜合應用，將使深部油氣可能成為未來油氣儲量增長的重要接替領域。