深层油气藏形成条件研究现状

梁祎琳

（长江大学地球科学学院，武汉 430100）

随着全球油气勘探技术的不断提高和勘探程度的持续加深，深层油气藏渐渐成为对油气资源发展十分重要的新领域。在研究不同的含油气盆地时，研究的目的层系和各盆地的地温梯度存在较大的差异，这导致对深层的定义各有不同[1]。

国外对深层油气藏定义的深度各不相同，我国总体上呈西高东低的地势特征，在油气勘探领域，我国东部和西部地区分别对深层进行定义。在东部地区，将深层定义为埋深在3.5～4.5 km，超深层的埋深大于4.5 km；而在西部地区，埋深相对较大，将深层定义为埋深在4.5～6.0 km，超深层的埋深大于 6.0 km[2-3]。总体来说，现阶段深层大油气田的数量、总储量以及产量与全世界的相比，其所占的比例较少，但近十年来的勘探结果表明深层油气具有广阔的发展前景。今后，随着勘探技术的逐步提高和完善，深层油气藏的开发力度将大幅提高。

1 深层油气藏的研究现状

全球深层油气藏分布较广，目前已经得到开发的油气田主要位于美国和墨西哥交界的墨西哥湾海域、澳洲的西北环太平洋地区、巴西等中南美和尼日利亚等西非位于大西洋沿岸的区域，另外还有中东地区和俄罗斯的西西伯利亚[4]。至今，国外已在21 个含油气盆地中探明了75 个深部油气藏，其埋深都超过 6.0 km。人们在美国西内盆地找到了全球埋藏深度最大的气藏，它就是位于阿纳达科凹陷的米尔斯兰奇气田，下奥陶统碳酸盐岩作为储集层，其埋深在7.6～8.1 km； 人们在美国湾岸盆地找到了全球埋藏深度最大的油藏，其埋深超过了6.5 km[5]。

我国深层油气藏的勘探工作于1946年末期在东北部渤海湾盆地开始启动[6]。对于渤海湾盆地深层的定义范围是超过3.5 km，包括黄骅坳陷、冀中坳陷、济阳坳陷、辽河坳陷，其中发现的油气藏最大埋藏深度达到5.2 km[7]。迄今为止，共计31 个油气藏已发现并探明：25 个油藏，占80.6%；6 个气藏，占19.4%[8]。

中国最早发现的深层气藏，位于四川盆地的老君庙中二叠统，其深度范围在7 153.5～7 175.0 m[9]。1989年，人们在四川盆地找到了一个大型的地层——构造复合圈闭气藏，其位于五百梯气田，是我国最大的整装气田，埋藏深度在最大处达4.595 km，地质储量达58.7 亿m3。盆地石炭系黄龙组中部的地层作为含气储层，主要岩性为白云岩[10]。四川盆地的乐山-龙女寺是一个古隆起，高石1 井位于其高石梯-磨溪构造带上，于震旦系储层中得到高产气流约有100 万m3[11]。安岳气田位于四川盆地内龙王庙组、灯影组，是原生型古老海相碳酸盐岩气田，以震旦系至寒武系为目的层系，埋藏深度达到4.5～6.0 km，属于高温高压、超深层气藏[12]。自2013年，安岳气田中磨溪区龙王庙组探明到700 m3以上的含气面积以及4.4×1011m3的地质储量[13]。至2016年末，四川盆地龙岗和元坝气田作为两大超深层气田，其储集层均深达6.0 km，岩性为碳酸盐岩。我国泥盆系深部油气藏勘探最近取得较大进展，川西地区的双探3 井在位于地下7 569.0～7 601.5 m 超深层处的泥盆系观雾山组钻探成功获得工业气流，实现了泥盆系工业气藏零的突破，证实了该系巨大的勘探 潜力[14]。

经过多年的勘探工作，人们在鄂尔多斯盆地找到了5 个大气田，其中奥陶系马家沟组的马五段地层作为靖边气田的储集层，在有些地区埋深超过了3.5 km，2001年在该地区探明地质储量约52.6 亿m3，深部气藏在最深处约3.6 km[15]。西峰地区位于鄂尔多斯盆地的西南，该区于21世纪初期勘探到延长组长8 组油层石油地质储量上亿吨，长8 组为该区深层主要含油层位[16]。

截至目前，塔里木盆地包含了我国绝大多数的深部油气藏，且探明的油气藏储量达到了塔里木盆地总储量的一半左右，大多数油气藏的埋深都超过5.0 km。塔北隆起的东河塘油田在塔里木盆地是埋藏深度最深的油田，埋藏最深处约6.1 km，地质储量约3 251 万t。人们在塔里木盆地也找到了很多埋深大于5.0 km 的气藏，其中气藏最深处约5.3 km，这就是塔里木盆地规模最大的羊塔克气田，其地质储量达249 亿m3[15]。塔北隆起储层超过7.0 km 的地区仍产出黑色原油[17]。塔里木碰面的库车坳陷的储集层主要是上侏罗统至新近系下的砂岩，在其深层勘探到有利工业气流[18]。近几年，人们于库车坳陷克拉苏构造带深层6～7 km获得大型气田克深、大北等，其属煤成气，这是继克拉2 气田后的重大发现，截至目前，克拉苏盐下深层已探明8 个气田[19]。深层寒武系盐下的白云岩勘探在塔里木盆地塔中东部区域取得重大进展，在中深1井的钻遇的中寒武统沙依里克组地层和阿瓦塔格组地层以及下寒武统肖尔布拉克组地层勘探出连续407 d生产的工业油气流，累产气约126×107m3。同时，在中深5 井也再次取得重大成果，在中寒武统沙依里克组地层也获得高产工业油流，累计产气13 173 m3。基于上述勘探结果，寒武系盐下白云岩领域将会接替之前的浅层构造油气藏，成为我国深部油气藏勘探 重点[20]。

总体来看，对深部地层进行勘探已成为我国油气勘探领域向前发展的主要趋势，深层油气藏表现出广阔的发展前景。

2 深层油气藏的分布特征

勘探结果表明，,全世界大约有349 个含油气盆地，在87 个盆地中找到了深层油气藏，其数目达到1 595 个。此外，深层油气藏在全世界的新增储量表现出不断增加的变化趋势[21]。全世界的深层油气藏储集在碎屑岩、碳酸盐岩、岩浆岩及变质岩中，资料统计表明，在全世界深层油气藏总储量中，碎屑岩储层占比63.3%，碳酸盐岩储层占比35.0%，岩浆岩和变质岩占比1.7%。对于深层油气而言，构造圈闭是最重要的一种圈闭类型，全世界约73.7%的深层油气储量储存在其中。作为深层油气最聚集的两种盆地类型，被动大陆缘盆地的深层油气储量约占全世界总储量的47.7%，前陆盆地的深层油气储量约占全世界总储量的46.4%。从深层油气的层系来看，5 套层系作为深层油气储集的重点区域，分别是古近系、上古生界、白垩系、新近系、侏罗系，各自占全世界总储量的22.3%、22.2%、18.3%、12.8%、12.8%，深层油气在层系中的分布特征与中、浅层油气类似[22]。

3 深层油气藏的形成条件

深层油气藏的形成条件主要包括四个方面的内容。

3.1 具有较厚的沉积岩，深层有较好的烃源岩

首先要求具有较厚的沉积岩，深层有较好的烃源岩。地层负荷随着地层埋深的增加而增大，深层地层的流体压力明显要比浅层的高，所以油气无法从中浅层向深层运移，深层必须要有烃源岩生油才能形成油气藏。研究显示，我国塔里木盆地深层海相油气来源以寒武-奥陶系烃源岩为主，这一套生油岩连同震旦系在内属于泥质和腐泥型海相碳酸盐岩，厚度达到1～2 km，根据有机碳平均值，寒武系碳酸盐岩为0.48%～0.80%，泥岩为0.84%～0.92%，判断其属于好生油岩[23]。我国四川盆地发育多套区域性烃源岩，有3 套泥质烃源岩：下志留统龙马溪组泥页岩、下寒武统筇竹寺组泥页岩和上震旦陡山沱组泥页岩；2 套碳酸盐岩和泥质烃源岩：晚二叠吴家坪组和中二叠栖霞组[24]。

3.2 具备有利的储层

深部油气藏形成的一个必不可少的条件就是要具备有利的储层，压实和成岩作用随着埋深的增加而增强，岩石的孔隙度也随之慢慢减少[25]。通常，当埋藏深度超过4 000 m 时就进入了成岩后生期，此时岩石的原生孔隙几乎没有了，而次生孔隙变成深部地层的主要孔隙空间，因此岩石具有良好的次生孔隙才有可能作为有利的勘探区域。

3.3 盆地深部的继承性古隆起

盆地深部的继承性古隆起也对深部油气的分布起着一定的控制作用[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邻生油凹陷，其为深部油气的聚集提供有利场所，现今发现的下古生界气藏、含气构造及油气显示都处在加里东期的古隆起上，这也证明其良好的油气聚集能力。依据前人的研究，已有24 个中型以上油气田在塔里木盆地发现，它们分布的区域以巴楚隆起、卡塔克隆起和沙雅隆起为主，占全盆地油气分布区域的比例高达83%[27]。数据显示，当今油气勘探开发领域中至关重要之一就是对于古隆起的研究[28]。因为浮力因素，油气在坳陷中生成后必将运移至构造高部位，而古隆起与生油坳陷紧密相临，若遇到较好的圈闭，油气藏就会形成[29-30]。

3.4 区域性的良好盖层

区域性的良好盖层也是深部油气成藏必不可少的一个条件。所有的油气藏能形成的一个重要地质因素就是具有盖层，由于深部地层具有高温、高压，地层流体黏度低等特征，因此深部油气成藏比中浅部油气成藏需要更好的封闭条件。由于纵向上存在不同深度的区域性盖层，其可将油气封闭在不同的深度段，因此可以在不同的深度和层位形成油气藏[31]。

深部区域盖层的存在是评价深部油气远景的重要条件。根据相关资料可知，保存条件是四川盆地的海相碳酸盐岩油气之所以能够成藏的一个最重要因素[32-37]。统计表明，分析全球大型油气藏的盖层岩性可知，膏盐封盖了总油气储量的55%，即使分布面积所占比率很小只有8%，但不可否认它是较优质盖层[38]。近些年，四川盆地发现了多个特大型气田，包括普光、元坝和龙岗气田，这些气田都位于海相地层中，并遭受了多个期次的构造作用，其中三叠系的雷口坡组和嘉陵江组的膏岩是气田最终得以保存的关键因素。中三叠统雷口坡组发育的膏盐岩类及其以下嘉陵江组和飞仙关组顶部地层飞四段发育的泻湖相、潮坪相的膏盐岩类是普光气田的良好盖层，飞三段至雷口坡组发育的膏岩厚达数百米，其作为元坝气田的有效盖层[39-40]。

1.2.1 样本采集 经孕妇及家属知情同意，终止妊娠时抽取胎儿脐带血1ml及父母外周血2ml(EDTA-Na抗凝)进行相关遗传学检测，包括常规染色体及微阵列检测和必要时的高通量测序。PGD术后，孕18周时在超声引导下行羊膜腔穿刺术抽取胎儿羊水5～8ml，羊水DNA提取使用德国Qigen公司生产的Qiamp DNA Blood Mini Kit提取试剂盒进行基因组DNA提取。

4 深部油气藏的类型及成因机制

从油气藏的储层特征、生油层与储集层的接触关系以及储层物性演化机制三方面考虑，深部油气藏可以分为保存型和改造型两种类型，两种类型的油气藏在地质特征和形成机理等方面都存在较大差异。

4.1 保存型油气藏

保存型油气藏最显著的特征是其储层的物性好，且很少受到破坏，能够较好地保存到现在（Φ＞10%，K＞1 mD）。此外，其还具有油气在高孔高渗地方聚集、在高部位富集，油气在高压部位成藏、圈闭的含油气面积较小、储量规模小的特征，浮力和毛细管力是控制该类油气成藏的主要作用力[41-43]。保存型油气藏根据圈闭的形态及成因特征主要分成三种类型，分别是断块油气藏、背斜油气藏和地层-岩性油气藏。塔里木盆地塔中47 油田属于背斜类，油气于构造高部位聚集，由于浮力作用，油气自构造低部位向高部位运移，构造高点控制着油气分布[44-45]。塔北地区红旗断裂带第三系油气藏为断块油气藏，油气沿断裂通道进入储层，然后富集成藏。塔北地区哈得17 井区石炭系油藏主要受岩性分布的控制，其属于地层-岩性类油气藏[44]。

4.2 改造型油气藏

改造型油气藏分为致密和物理调整和化学改造两类。

4.2.1 致密油气藏

致密油气藏最显著的特征是其储层比较致密 （Φ＜10%，K＜1 mD），主要是因为其储层是原生高孔高渗储层，经过成岩压实作用演化。致密碎屑岩储层是盆地深部的致密油气藏形成的主要位置，根据油气的充注时期与储层致密化时期的时间先后顺序，致密油气藏可以分成先成型油气藏和后成型油气藏两种类型。先成型油气藏的油气充注时期要晚于储层致密化时期，而后成型油气藏的油气充注时期要晚于储层致密化时期[46]。

4.2.2 物理调整和化学改造油气藏

物理调整和化学改造油气藏最显著的特征是原生超致密储层在后期构造及成岩等作用的控制下，其孔隙度和渗透率会变大，有些能达到常规储层物性级别，在毛细管力或浮力的作用下，油气能在周围的烃源岩改造型储层中富集起来然后再成藏，且其上面的盖层能起到有效的封堵作用。深部改造型油气藏按照储层改造机制可分为三种类型，分别是构造改造型、流体改造型和综合改造型油气藏[47]。四川盆地资阳、威远震旦系的古油藏发生了原油热裂解，使得储层中出现大量的焦沥青，其原因是四川盆地存在大范围的膏盐层，而在含膏碳酸盐岩地层中烃类在高温条件下与硫酸盐发生热化学还原作用，即TSR[48-49]。

目前主要围绕以下几个方面来开展深部油气藏的勘探研究工作：深层油气的温度；深层油气形成的物质基础；深层油气的稳定性；影响深层储层物性的重要因素；深部油气成藏受到地层异常高压作用的程度以及对特殊类型的深部油气藏成藏条件的分析[50]。

5 面临的困难及挑战

目前，多个国家在深部地层中找到了很多油气田。在美国的含油气盆地中，在深部地层中找到的油气藏的平均储量要高于中部、浅部油气藏的平均储量。而在俄罗斯，深部地层与中部、浅部地层的油气的平均储量大致相等。资料初步统计结果表明，不同国家的共509 个大油气田在全球油气田总数中所占的比例仅为1.7%，但是509 个油气田的石油地质储量在全球石油地质储量中所占的比例高达70%。其中，埋深超过3.66 km 的油、气的储量在全球油气总储量中所占的比例仅为2.9%和3.1%。随着对深部油气勘探工作的逐渐重视和勘探开发技术的逐渐进步，深部油气的总储量会不断增长。

现阶段，我国的油气勘探工作有以下急需解决的四个难题和三大挑战。四个难题为“低、深、隐、难”。“低”表示目的层的孔隙度和渗透率都较低，“深”表示目的层埋藏较深，“隐”表示隐蔽油气藏，“难”表示油气勘探程度变得困难。三大挑战是：一是油气的成分复杂、多期次充注，导致深部油气勘探的方向很难把握；二是有效储层的储集空间复杂，形成机理不清楚，难以对勘探区域进行储层预测；三是油气的相态变化快，分布特征受深部高温高压、低孔渗介质条件等因素的控制，导致依靠目前的成藏理论来对有利区进行预测存在很大的困难[48]。

因此，为了解决当前的四个难题及三大挑战，人们必须重视以下三个科学问题的研究：一是盆地构造多期次的叠加与深部油气的生成及演化，二是深部有效储层的成因机理及其发育模式，三是深部油气复合成藏机制与油气富集的规律。它们也是当前国际含油气盆地分析和石油地质研究的热点问题[48]。为了有效解决以上难题，将来必然会采用正演来模拟油气成藏的过程，并结合油气成藏过程的反演分析方法，通过深部成藏条件—成藏机制—成藏规律的技术路线，对西部的一些深部油气资源量较大的盆地进行重点研究，形成和发展我国深部油气复合成藏的理论，形成深部油气勘探与开发的新技术，为我国深部油气储量的快速增长提供有力的支撑和保障。

若一个老油田想要持续发展，将勘探的重点方向转移到深部地层，这是发展的必然选择。虽然深部油气勘探程度不高，但目前的钻探发现，深部油气资源丰富，发展速度可观，勘探开发的潜力较大。深部油气的勘探开发实践工作打破了传统石油地质理论认识的局限性，开辟了新的油气领域。深部油气生烃理论突破石油“死亡线”，扩大了“油气窗”的范围。深部地层中的超压预测、钻井、完井和测井技术的创新与综合应用，将使深部油气可能成为未来油气储量增长的重要接替领域。