四川盆地西北部上三疊統(tǒng)須三段儲層超致密與氣藏超壓成因

王雪柯 李 偉 張本健 裴森奇 陳竹新

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組的勘探始于20世紀(jì)50年代，2003年起，須家河組開始成為低孔、低滲砂巖巖性氣藏的重點(diǎn)勘探區(qū)域[1-2]。四川盆地西北部地區(qū)（以下簡稱川西北地區(qū)）為須家河期沉積中心[3-4]，沉積厚度介于1 800～2 500 m，經(jīng)歷了淺海陸棚—濱淺海、前陸盆地—陸內(nèi)坳陷盆地3個沉積演化階段[5]。川西北地區(qū)緊鄰龍門山斷裂帶，經(jīng)印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動和喜馬拉雅期隆升剝蝕形成了現(xiàn)今西高東低的地勢。晚三疊世印支運(yùn)動使龍門山急劇隆升，形成龍門山逆沖推覆帶，表現(xiàn)為受多滑脫層控制的大型疊瓦逆沖構(gòu)造；燕山期繼承性發(fā)展，控制早期油氣聚集[6]；喜馬拉雅運(yùn)動使四川盆地大幅度抬升，發(fā)育大型斷裂，使原有的氣藏受到調(diào)整及改造[7]，龍門山—米倉山斷裂帶前緣的中生界地層大部分遭受剝蝕。

對于四川盆地須家河組低孔、低滲儲層致密砂巖氣藏的發(fā)育規(guī)律，前人已有較多的研究，認(rèn)為印支期龍門山的活動以及喜馬拉雅期地層的隆升剝蝕造成了一系列異常特點(diǎn)：如儲層致密—超致密[8-10]、生烴增壓及欠壓實(shí)導(dǎo)致的超高壓普遍發(fā)育[11-12]、水溶氣脫溶聚集成藏[13-14]等，都是須家河組氣藏獨(dú)特的成藏特征。針對儲層致密化的原因[15-16]、超高壓形成機(jī)理，以及超高壓背景下天然氣成藏規(guī)律，不同的地區(qū)存在著較大的差異，不同學(xué)者也提出了不同的觀點(diǎn)。有的學(xué)者認(rèn)為強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)膠結(jié)、弱溶蝕是儲層致密化最重要的因素[17]；造成超壓的主要因素為構(gòu)造擠壓、欠壓實(shí)和生烴增壓[18-19]，有的學(xué)者針對須家河組超壓類型和特征進(jìn)行了研究，提出了封隔型超壓系統(tǒng)成因[12,20]；對于天然氣成藏條件和規(guī)律，前人總結(jié)出“克拉通大型平緩斜坡構(gòu)造控制沉積、源巖和成藏”[21]的成藏條件以及“早期聚集、中期封閉、晚期活化”[6]、“斷層輸導(dǎo)型成藏模式”[22]等成藏規(guī)律。但是，對于川西北地區(qū)須家河組致密儲層的形成機(jī)理、異常超高壓展布特征與形成機(jī)制、熱演化作用對大規(guī)模致密氣聚集的影響等研究尚不夠系統(tǒng)、也不夠深入。因此，筆者利用近期獲得的大量鉆井資料，開展川西北地區(qū)須家河組三段（以下簡稱須三段）儲層沉積組構(gòu)特征與物性特征研究、烴源巖熱演化程度對儲層的影響和氣藏溫度與壓力特征分析，以及構(gòu)造特征等研究，提出致密砂巖氣藏的異常形成機(jī)制，以期明確大規(guī)模致密砂巖氣的富集規(guī)律、預(yù)測致密砂巖氣的有利勘探新區(qū)。

1 致密儲層特征與成因

川西北地區(qū)須家河組自下而上可劃分為五段，全區(qū)須六段全部被剝蝕，其中劍閣—九龍山地區(qū)須三段以上地層全部被剝蝕。須家河組沉積時經(jīng)歷了三次湖侵、湖退，形成了須一、三、五段總體為泥巖，須二、四段總體為粗碎屑砂/礫巖，砂/礫巖與泥巖組合頻繁交替的特征。其中，須一、三、五段為主要的烴源巖發(fā)育段，須二、四段為主要的儲層發(fā)育段。須家河組在縱向上形成了兩大套有利的生儲蓋組合，即下部生儲蓋組合（以須一段為烴源層，須二段為儲層，須三段為蓋層的組合），中部生儲蓋組合（以須三段為烴源層，須三上部—須四段為儲層，須五段為蓋層的組合）。致密砂巖氣主要賦存于須一段～須三段的砂巖與礫巖儲層中，儲層以特低孔、特低滲的裂縫—孔隙型儲層為主，儲層致密化具有與其他地區(qū)不同的成因機(jī)制。

1.1 儲層基本特征

須家河組儲層巖性主要為結(jié)構(gòu)成熟度較高、成分成熟度較低、方解石膠結(jié)物含量高的（碳酸鹽巖）巖屑砂巖、礫巖、含礫砂巖。碎屑成分以石英和巖屑為主，石英含量較低，介于6.7%～69.9%，平均值為34.5%；巖屑含量較高，介于23.2%～90.5%，平均值為63.2%。其中巖屑成分又以碳酸鹽巖屑為主（含量介于20.5%～90.5%），白云巖屑略高于石灰?guī)r屑。顆粒分選程度中—好，磨圓度呈次棱角狀—次圓狀，粒度以中粒為主。膠結(jié)物以方解石為主（12.0%～30.0%），平均值高達(dá)20.0%；次為白云石（5.0%～15.0%）。儲層類型主要為極致密的低孔、低滲裂縫—孔隙型砂/礫巖儲層，孔隙度介于2%～10%，大多集中介于4%～6%。平面上，龍門山斷裂帶前緣儲層物性最好（介于8%～10%），這主要是由于龍門山的構(gòu)造擠壓造成地層隆升剝蝕，侏羅紀(jì)以來的埋深較淺、成巖作用較弱所造成；向東南至老關(guān)廟—文興場—劍閣—九龍山一帶，物性明顯變差，孔隙度介于2%～6%（圖1）。川西北地區(qū)儲層發(fā)育好壞受三角洲前緣沉積微相控制明顯，三角洲前緣的河口壩與水下分流河道沉積微相的砂體具有較好的儲集性能，是天然氣聚集的有利地區(qū)。例如：劍閣含氣構(gòu)造須三段辮狀河三角洲前緣河口壩—水下分流河道砂巖與砂/礫巖儲層單層厚度較大，厚度介于10～20 m，但物性相對較差，孔隙度多介于2%～4%，最高值為6%，滲透率大部分小于0.10 mD，其中劍門102井須三段壓裂后測試氣產(chǎn)量為101.49×104m3/d；元壩氣田須三段優(yōu)質(zhì)儲層多發(fā)育在辮狀河三角洲水下分流河道中，以鈣屑砂/礫為主，有效儲層厚度介于10～25 m，物性也較差，孔隙度介于2 %～3%，平均滲透率為0.16 mD[23]，其中元陸7井須三段壓裂后測試產(chǎn)氣量為120.80×104m3/d；柘壩場含氣構(gòu)造須三段辮狀河三角洲前緣河口壩—水下分流河道砂/礫巖儲層物性較好，孔隙度介于4%～9%，平均滲透率為0.01 mD，其中柘4井須三段天然氣測試產(chǎn)量為2.59×104m3/d。

圖1 川西北地區(qū)須家河組儲層孔隙度平面分布與地層柱狀圖

1.2 致密儲層的成因

儲層致密化主要受高碳酸鹽巖碎屑、膠結(jié)物含量與強(qiáng)烈的成巖壓實(shí)作用控制。對于川西北地區(qū)須家河組致密砂巖的致密化過程前人已有較多研究，認(rèn)為須家河組儲層致密化原因主要是強(qiáng)成巖壓實(shí)與上覆沉積物提供大量的碳酸鈣導(dǎo)致的強(qiáng)鈣質(zhì)膠結(jié)的結(jié)果[24-27]。安縣構(gòu)造運(yùn)動使龍門山隆升，為須家河組沉積中后期提供了大量的碳酸鹽巖物源，也為儲層致密化提供了碳酸鹽膠結(jié)物來源[28]。

研究表明，劍閣含氣構(gòu)造須三段總體表現(xiàn)為以礫石為骨架的孔隙，造成儲層致密主要因素為早成巖期的強(qiáng)壓實(shí)作用和中成巖期方解石鈣質(zhì)膠結(jié)作用。早成巖期，強(qiáng)壓實(shí)作用是孔隙度大幅下降的原因，孔隙度由原始孔隙度30%下降到接近10%（圖2-a）。中成巖期，石英次生加大作用使孔隙度進(jìn)一步下降（圖2-b），上覆沉積物提供大量的碳酸鈣強(qiáng)鈣質(zhì)（方解石）膠結(jié)為孔隙度下降的主要影響因素（圖2-c）。方解石膠結(jié)作用主要發(fā)生在粒間，由于方解石膠結(jié)損失的孔隙度介于5%～20%，此階段孔隙度下降幅度較大，由10%降至2%，此時儲層已經(jīng)屬于特低孔極致密儲層。到中成巖晚期及晚成巖期，發(fā)育對儲層物性具有建設(shè)性的溶蝕作用（圖2-d）、構(gòu)造破裂作用（圖2-e）、巖屑粒內(nèi)溶解增孔作用（圖2-f），孔隙度增加了1%～5%。總體上看，其致密化過程是造成物性損失的成巖化作用和對儲集物性具有建設(shè)性的溶蝕、溶解、構(gòu)造破裂作用[28]疊加累積造成的?？紫额愋鸵粤ｉg溶孔為主、少量粒內(nèi)溶孔、晶間微孔、雜基微孔，巖心見水平縫較發(fā)育，巖屑薄片微裂紋較發(fā)育，為裂縫—孔隙型儲層。因此，須家河組儲層的致密化經(jīng)歷了強(qiáng)壓實(shí)作用→石英次生加大→方解石膠結(jié)作用→溶蝕、溶解、構(gòu)造破裂等對儲層物性具有建設(shè)性作用的4個成巖演化階段。

圖2 劍閣含氣構(gòu)造須三段致密儲層薄片鏡下特征照片

盡管上述分析了儲層發(fā)育特征與儲層物性差異的成因與主控因素，但是該區(qū)儲層致密化還有其特殊性，即：烴源巖熱演化程度能很好地印證其與致密儲層分布的關(guān)系，埋藏?zé)嵫莼^高的地區(qū)儲層最致密，也是該區(qū)致密砂巖氣主要發(fā)育區(qū)（圖3）。川西北地區(qū)須三段烴源巖熱演化程度差異較大，有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）介于1.0%～2.3%。其中龍門山斷裂帶烴源巖成熟度較低，中壩氣田Ro小于1.0%，處于低成熟階段，因?yàn)樵摰貐^(qū)在龍門山斷裂帶受印支期運(yùn)動影響后隆升，遭受剝蝕，地層埋藏沒有達(dá)到足夠的深度，故熱演化程度低；坳陷帶的熱演化程度較高，劍閣、柘壩場等構(gòu)造Ro超過2.0%，處于過成熟階段，其中元壩氣田Ro超過2.2%；以環(huán)繞坳陷中心向外Ro逐漸降低，但大部分地區(qū)Ro超過1.4%，說明坳陷帶內(nèi)烴源巖都處于高成熟—過成熟階段，具備良好的生氣條件?？碧阶C明，坳陷中心熱演化最高的區(qū)域，如元壩、九龍山、劍閣等氣田/含氣構(gòu)造須三段儲層極致密，儲層孔隙度多低于4%。更重要的是，這些地區(qū)是致密氣藏的主要發(fā)育區(qū)[29]。例如，劍門1井須三段測試日產(chǎn)天然氣9.19×104m3，劍門107井須三段測試日產(chǎn)天然氣20.01×104m3，龍13井須三段測試日產(chǎn)天然氣15.94×104m3。

綜上所述，該區(qū)須三段致密砂/礫巖儲層主要發(fā)育在辮狀河三角洲前緣的水下分流河道與河口壩等沉積微相中，老關(guān)廟—文興場—劍閣—九龍山一帶的砂/礫巖儲層受強(qiáng)成巖壓實(shí)與上覆沉積物提供大量的鈣質(zhì)膠結(jié)物等方面的影響形成致密儲層，其中劍閣—元壩—九龍山一帶大規(guī)模致密砂巖氣區(qū)是該區(qū)經(jīng)歷了最大深埋、最高熱演化、最強(qiáng)成巖壓實(shí)的地區(qū)。

2 地層異常壓力特征與形成機(jī)制

2.1 須三段流體壓力發(fā)育特征

圖3 川西北地區(qū)須三段孔隙度與烴源巖熱演化特征疊合圖

川西北地區(qū)除龍門山斷裂帶前緣外的其他地區(qū)須三段地層流體普遍存在異常壓力。異常高壓與超高壓具有明顯的分帶性，異常超高壓區(qū)主要分布在老關(guān)廟—文興場—九龍山一帶，以此為中心向龍門山斷裂帶前緣及米倉山斷裂帶前緣逐漸降低至常壓（圖4）。前人研究認(rèn)為川西北地區(qū)須三段地層高壓—超高壓平面分布存在分帶性，且與構(gòu)造擠壓、生烴增壓、欠壓實(shí)等相關(guān)[18]。通過對該地區(qū)的分析與研究，發(fā)現(xiàn)超高壓區(qū)的發(fā)育并不與現(xiàn)今的構(gòu)造低部位（梓潼地區(qū)）一致，也不與構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈的擠壓褶皺構(gòu)造完全一致。對比圖3與圖4可以看出，川西北大部分地區(qū)須三段屬于高壓—超高壓，與孔隙度及烴源巖熱演化程度平面變化規(guī)律具有一致性：龍門山斷裂帶前緣為常壓區(qū)，地層壓力系數(shù)介于1.10～1.20，儲層物性最好，孔隙度介于8%～12%；米倉山斷裂帶前緣流體壓力略高于龍門山斷裂帶前緣，壓力系數(shù)介于1.20～1.48；但兩個地區(qū)烴源巖熱演化程度都相對較低，Ro介于1.0%～1.4%；向盆地中心方向，離龍門山斷裂帶、米倉山斷裂帶有一定距離的地區(qū)（雙河口—礦山梁—射箭河一帶）為高壓區(qū)，地層壓力系數(shù)介于1.20～1.78，儲層物性相對較好，孔隙度介于4%～8%；烴源巖熱演化程度相對較高，Ro介于1.2%～1.6%；坳陷中心魏城—老關(guān)廟—文興場—柘壩場—劍閣—九龍山一帶為超高壓發(fā)育區(qū)，地層壓力系數(shù)介于2.08～2.30，儲層物性最差，孔隙度介于2%～6%，烴源巖熱演化程度最高，Ro介于1.6%～2.2%，該區(qū)也是大規(guī)模致密氣藏發(fā)育區(qū)。

2.2 須三段高壓—超高壓地層形成機(jī)制

川西北地區(qū)須三段高壓—超高壓流體的形成具有特殊性。造成這一現(xiàn)象的原因是原始深埋區(qū)受欠壓實(shí)作用形成的致密儲層在生烴增壓的基礎(chǔ)上形成了超壓—超高壓，在后期隆升過程中不如斷裂帶前緣泄壓順暢所致，而非構(gòu)造擠壓為主造成。龍門山、米倉山斷裂帶的前緣主要發(fā)育晚三疊世（印支晚期）和新生代（喜馬拉雅期）兩期強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓和地殼變形[30]，受印支運(yùn)動的影響在晚三疊世形成大型疊瓦逆沖構(gòu)造，斷裂極其發(fā)育；地層再經(jīng)過喜馬拉雅期抬升、擠壓和剝蝕作用，形成通天斷裂，尤其是龍門山斷裂帶前緣須家河組地層直接出露地表，使地層流體壓力遭到釋放而成常壓區(qū)（圖5、6）；遠(yuǎn)離斷裂帶前緣的坳陷帶斷裂不發(fā)育，砂/礫巖儲層巖性致密—極致密，導(dǎo)致須家河組隆升后，雖然上覆地層大量剝蝕，儲層埋深變淺，但因地層流體泄壓不暢，原始流體壓力狀態(tài)被保存，從而使坳陷帶地層壓力成為高壓—超高壓。這與構(gòu)造擠壓為主造成的高壓與超高壓（即距離斷裂帶前緣越近其地層流體壓力越高）相矛盾。因此，地層抬升剝蝕后的泄壓不暢是高壓與超高壓產(chǎn)生的一個主要原因。另外，根據(jù)目前地層流體壓力系數(shù)的分析，以靜水壓力為標(biāo)準(zhǔn)，劍閣—元壩一帶須三段埋深應(yīng)介于9 000～11 000 m，而根據(jù)古地溫分析氣藏的最大埋藏深度應(yīng)介于6 300～7 900 m。顯然，只從地層剝蝕封閉形成超高壓還是不足的，故超高壓形成的另一個主要原因是生烴增壓。因此，該區(qū)存在有別于其他含油氣盆地超高壓產(chǎn)生的獨(dú)特原因。

圖4 川西北地區(qū)須三段壓力系數(shù)變化與氣區(qū)分布疊合圖

圖5 川西北地區(qū)構(gòu)造分區(qū)圖

圖6 川西北地區(qū)龍門山斷裂帶構(gòu)造特征圖

3 超高壓致密氣異常聚集機(jī)制

川西北地區(qū)須三段在超高壓背景下發(fā)育的構(gòu)造—巖性復(fù)合氣藏是有利的勘探領(lǐng)域，具有獨(dú)特的成藏特點(diǎn)。如老關(guān)廟—劍閣—九龍山—元壩一帶已形成復(fù)合氣藏疊合連片發(fā)育區(qū)，為極致密超高壓砂/礫巖氣藏（圖7）。

3.1 大型超高壓氣藏基本特征

川西北地區(qū)須三段已發(fā)現(xiàn)多個氣藏，僅劍閣含氣構(gòu)造須三段氣藏與元壩氣田須三段氣藏是大型氣藏。其中劍閣含氣構(gòu)造須三段氣藏天然氣預(yù)測儲量超過1 000×108m3，元壩氣田須三段氣藏天然氣控制與預(yù)測儲量超過3 000×108m3，表明該區(qū)發(fā)生致密砂/礫巖天然氣的大規(guī)模聚集。

圖7 川西北地區(qū)須三段構(gòu)造—巖性復(fù)合氣藏剖面特征圖

3.1.1 劍閣含氣構(gòu)造須三段氣藏

劍閣含氣構(gòu)造須三段氣藏為典型的致密巖性氣藏，位于九龍山大型背斜構(gòu)造向西南延伸鼻狀隆起西南側(cè)，氣藏埋深介于3 940～4 560 m，含氣面積為474.6 km2，資源豐度較低（2.2×108m3/km2）。儲層主要為辮狀河三角洲前緣河口壩—水下分流河道砂/礫巖，有效儲層厚度介于10～20 m，孔隙度低（2%～6%），基質(zhì)滲透率大部分小于0.1 mD，但裂縫較發(fā)育，為裂縫—孔隙型儲層。儲層與烴源巖不等厚互層，形成良好的源儲配置關(guān)系，烴源巖熱演化程度較高，Ro為2.0%，處于生干氣階段。氣藏天然氣甲烷含量超過98%，熱成熟度高，為干氣，不含硫化氫；地層壓力高，氣層中部地層壓力介于93.92～94.51 MPa，壓力系數(shù)介于2.08～2.13；氣層中部溫度為117 ℃，地溫梯度為2.2 ℃/100 m；氣藏單井日產(chǎn)量差異大，一般介于4×104～20×104m3/d，最高產(chǎn)氣量可達(dá)102×104m3/d。劍閣構(gòu)造須三段氣藏是一個大型常溫、超高壓、低豐度、極致密砂/礫巖巖性氣藏。

3.1.2 元壩氣田須三段氣藏

元壩氣田須三段為典型的致密砂/礫巖氣藏，位于九龍山大型背斜構(gòu)造向西南延伸鼻狀隆起東南側(cè)，埋深介于4 200～5 000 m[32]。儲層主要為辮狀河三角洲平原河道砂/礫巖、礫巖與辮狀河三角洲前緣河口壩—水下分流河道鈣屑砂/礫巖與鈣屑礫巖，有效儲層厚度介于10～25 m，孔隙度低，多介于0.5%～6.0%，平均值為2.7%，基質(zhì)滲透率大部分小于0.1 mD，裂縫較發(fā)育，為裂縫—孔隙型儲層[32-33]。儲層與烴源巖交互發(fā)育，形成良好源儲共生與優(yōu)質(zhì)烴源巖近源、短距離強(qiáng)充注成藏組合[23]。與之共生的烴源巖熱演化程度較高，Ro為2.1%[34]，處于生干氣階段，與九龍山氣田須三段烴源巖的熱演化程度Ro（2.1%～2.2%）接近。元壩氣田須三段氣藏天然氣甲烷含量介于96%～99%，熱成熟度高，為干氣，不含硫化氫[35]；地層壓力高，氣層中部地層壓力介于75.00～100.00 MPa，壓力系數(shù)介于1.72～2.37；地層中部溫度介于110～120 ℃，地溫梯度為2.2 ℃/100 m，其恢復(fù)后的古地溫介于180～190 ℃[35]；氣藏單井日產(chǎn)量差異大，多介于8×104～30×104m3/d，最高產(chǎn)氣量可達(dá)120×104m3/d[23]。元壩氣田須三段氣藏是一個大型常溫、超高壓、低豐度、極致密砂/礫巖巖性氣藏。

3.2 大規(guī)模超高壓天然氣聚集機(jī)制

劍閣含氣構(gòu)造須三段氣藏與元壩氣田須三段氣藏是極致密砂/礫巖巖性氣藏，天然氣地質(zhì)儲量超過4 000×108m3，是天然氣大規(guī)模聚集區(qū)，均位于九龍山大型背斜構(gòu)造向西南延伸的鼻狀隆起上，其構(gòu)造、沉積及成藏背景都具有相似性，具有相似的氣藏形成機(jī)制。

首先，高含碳酸鹽巖巖屑的沉積背景導(dǎo)致了極致密儲層的形成。安縣運(yùn)動使龍門山隆起，提供了大量的碳酸鹽巖物源，元壩和劍閣地區(qū)砂巖含有較高的塑性碳酸鹽巖巖屑[23]，塑性巖屑含量越高越易受壓實(shí)作用影響。從前面的論述中可知：①劍閣—元壩地區(qū)須三段的碳酸鹽巖巖屑含量高、石英含量低，巖石抗壓性低；②劍閣—元壩地區(qū)須三段致密儲層經(jīng)歷了該區(qū)的最大深埋、最高熱演化、最強(qiáng)成巖壓實(shí)。因此，劍閣含氣構(gòu)造和元壩氣田的須三段氣藏極致密儲層的形成主要是強(qiáng)成巖作用下碳酸鹽巖巖屑塑性變形堵塞孔隙和吼道及鈣質(zhì)膠結(jié)的共同結(jié)果。

其次，源儲交互發(fā)育的成藏組合與高熱演化作用為天然氣的生成與近源充注創(chuàng)造了條件。川西北地區(qū)須家河組經(jīng)歷了3期湖侵與湖退的沉積演化，造成了須一、三、五段以泥巖為主，須二、四段以砂/礫巖為主的砂/礫巖、泥巖源儲交互、近源充注的“三明治式”成藏組合[23]，提高了天然氣的聚集效率，有利于天然氣成藏。根據(jù)川西坳陷埋藏史[15]及烴源巖熱演化特征（圖3）可知，晚三疊世末，須三段就已進(jìn)入生氣階段，烴源巖已達(dá)高熱演化階段，遠(yuǎn)高于現(xiàn)今的地層溫度。根據(jù)須家河組流體包裹體均一溫度范圍（82～151 ℃）[36]及伊利石K—Ar測年[37]可知，晚侏羅世—早白堊世為須家河組氣藏的主要成藏期。源儲交互發(fā)育的成藏組合與高熱演化作用在時間上形成良好的配合。另外，較高的源儲壓力差（大于25 MPa）也為天然氣的高效聚集提供了保障[38]。因此，緊密的源儲組合為天然氣的大面積高效聚集奠定了基礎(chǔ)，地質(zhì)歷史過程中高熱演化的環(huán)境為天然氣聚集后的生烴增壓提供了條件，充足的氣源與源儲疊覆式接觸促進(jìn)了須三段大規(guī)模天然氣的聚集。

其三，燕山末期與喜馬拉雅期的隆升剝蝕為超高壓流體的形成創(chuàng)造了條件。前已述及，地層超高壓流體的主要形成原因?yàn)樯鸁N增壓、欠壓實(shí)以及構(gòu)造反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的泄壓不暢。與此同時，劍閣—元壩地區(qū)燕山末期—喜馬拉雅早期抬升剝蝕后的封閉作用也是超高壓得以保留的重要原因之一。川西北地區(qū)燕山末期以來持續(xù)隆升，地層剝蝕量大，剝蝕厚度約2 800～6 500 m，原始地層溫度降低了60～80℃[39]。根據(jù)現(xiàn)今地溫梯度與古地溫計(jì)算，劍閣—元壩地區(qū)現(xiàn)今埋藏深度為4 000～5 000 m的須家河組原始埋藏深度達(dá)6 300～7 900 m。在不考慮溫降與泄壓的條件下，現(xiàn)今須家河組整體地層壓力比須家河組未經(jīng)抬升的同等埋深條件下的地層壓力高23～30 MPa。因此，燕山末期以來的隆升剝蝕也為超壓流體的形成做出了貢獻(xiàn)。

其四，極致密儲層的圍巖封閉作用確保了該區(qū)大規(guī)模的超高壓流體的發(fā)育。劍閣—元壩地區(qū)大規(guī)模超高壓氣藏都具極致密的砂/礫巖儲層和封蓋性良好的泥巖蓋層，氣藏地層壓力系數(shù)最高可達(dá)2.37，表明劍閣—元壩地區(qū)須三段氣藏頂部的泥巖具有極高的破裂壓力。根據(jù)壓力系數(shù)、破裂壓力與氣藏保存關(guān)系等分析，其圍巖埋藏條件下的破裂壓力超過150 MPa。由此可知，圍巖封閉性好，這為大規(guī)模超高壓流體的保存創(chuàng)造了條件。

綜上表明，川西北地區(qū)大規(guī)模異常超高壓致密氣藏的形成機(jī)制復(fù)雜，主要包括區(qū)域性致密儲層的形成背景、緊密的源儲組合關(guān)系、烴源巖的高熱演化過程、白堊紀(jì)末期的生烴增壓、喜馬拉雅期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)與地層隆升剝蝕、圈閉圍巖極好的封閉能力、極致密儲層泄壓不暢等重要影響因素。

4 結(jié)論

1）川西北地區(qū)須家河組三段普遍發(fā)育高壓—超高壓條件下的極致密儲層，是強(qiáng)成巖壓實(shí)與沉積物中含大量碳酸鹽巖碎屑并提供大量碳酸鈣強(qiáng)鈣質(zhì)膠結(jié)的結(jié)果。儲層物性由盆地中心向斷裂帶前緣變好，是印支運(yùn)動導(dǎo)致地層持續(xù)埋藏較淺，未被上覆厚層地層壓實(shí)而造成的。

2）川西北地區(qū)須三段致密儲層的形成經(jīng)歷了深埋下的高熱演化過程，最致密儲層發(fā)育區(qū)既是熱演化程度最高的地區(qū)，也是大規(guī)模超高壓致密氣的主要發(fā)育區(qū)，即：超高壓致密氣區(qū)的形成受強(qiáng)成巖作用以及白堊紀(jì)末期高熱演化的影響明顯。

3）川西北地區(qū)須三段高壓—超高壓地層分帶發(fā)育，盆內(nèi)坳陷帶為極致密儲層超高壓發(fā)育區(qū)，龍門山斷裂帶前緣與米倉山斷裂帶前緣地層壓力多呈常壓，儲層物性也好于坳陷帶。這一現(xiàn)象是由于龍門山斷裂帶前緣斷裂發(fā)育導(dǎo)致壓力釋放，而坳陷內(nèi)斷裂不發(fā)育導(dǎo)致泄壓不暢所致。

4）川西北地區(qū)大規(guī)模異常超高壓致密氣藏的形成機(jī)制復(fù)雜，存在多種因素的影響。區(qū)域性的沉積與成巖環(huán)境控制了儲層致密化程度，緊密的源儲組合關(guān)系為大面積天然氣聚集創(chuàng)造了有利條件，烴源巖在白堊紀(jì)末期的高熱演化所形成的生烴增壓、喜馬拉雅期構(gòu)造反轉(zhuǎn)與地層隆升剝蝕、圈閉圍巖極好的封閉能力所導(dǎo)致的極致密儲層泄壓不暢，都是造成超高壓氣藏的形成的重要原因。