四川超級氣盆地

戴金星，倪云燕，劉全有，吳小奇，龔德瑜，洪峰，張延玲，廖鳳蓉，嚴(yán)增民，李宏偉

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

1 超級盆地概念的提出

四川盆地是在克拉通基礎(chǔ)上發(fā)育的大型疊合盆地，面積約18×104km2。在13世紀(jì)就開發(fā)了全世界首個氣田——自流井氣田[1-2]。1949—2019年，四川盆地累計產(chǎn)氣6 487.8×108m3，是同期中國產(chǎn)氣最多的盆地。四川盆地沉積巖發(fā)育，最厚可達(dá)12 000 m，主要發(fā)育9套烴源巖，故也成為了中國烴源巖發(fā)育層系最多的盆地。四川盆地蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源，常規(guī)和非常規(guī)天然氣剩余可采資源量達(dá)136 404×108m3[3]。盆地內(nèi)含油氣層系多，形成了多個含油氣系統(tǒng)，常規(guī)和致密油氣產(chǎn)層25個（海相18個），頁巖氣產(chǎn)層2個，是中國迄今發(fā)現(xiàn)工業(yè)性油氣層最多的盆地[4-5]，盆地中最大氣田——安岳氣田，也是中國最大的碳酸鹽巖儲集層氣田，2019年底共探明天然氣地質(zhì)儲量11 709×108m3，當(dāng)年產(chǎn)氣120.13×108m3，不僅成為四川盆地第1個年產(chǎn)上百億立方米的氣田，也是中國第 3個年產(chǎn)上百億立方米的氣田。雄厚的地質(zhì)儲量，眾多大氣田的開發(fā)，使四川盆地2019年產(chǎn)氣335×108m3，成為中國第2大產(chǎn)氣區(qū)。

超級盆地的概念首先由IHS（Information Handling Sevices）油氣咨詢公司于2016年提出[6]。Fryklund和Stark[7]指出，全世界有49個陸上超級盆地（見圖1），所謂超級盆地系指累計產(chǎn)量超過50×108bbl油當(dāng)量（6.82×108t油或7 931.66×108m3氣）和剩余可采資源量超過50×108bbl油當(dāng)量的沉積盆地。超級盆地主要具有以下5個特征：①產(chǎn)量超過50×108bbl油當(dāng)量（6.82×108t油或7 931.66×108m3氣）；②往往具有兩套或更多套烴源巖；③油氣系統(tǒng)通常由疊置油層組成；④發(fā)展成熟，如基礎(chǔ)設(shè)施較好，服務(wù)業(yè)發(fā)達(dá)，可以通往下游市場；⑤含有至少50×108bbl油當(dāng)量的潛在剩余資源[7]。四川盆地的基本特征，與上述Fryklund等[7]總結(jié)的超級盆地的5個關(guān)鍵特征相似，故被Fryklund等列為世界49個陸上超級盆地之一。在49個超級盆地中，有25個累計產(chǎn)量和剩余可采資源量均超50×108bbl油當(dāng)量，稱為一級超級盆地，如中國的松遼盆地和渤海灣盆地；其余24個盆地累計產(chǎn)量或剩余可采資源量略少，按以上標(biāo)準(zhǔn)則稱為二級超級盆地，如中國的四川盆地、塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地[7]。實際上，按上述累計產(chǎn)量和剩余可采資源量標(biāo)準(zhǔn)，中國的鄂爾多斯盆地也可列入超級盆地，所以世界實際陸上超級盆地數(shù)目前應(yīng)為50個（見圖1）。

圖1 世界超級盆地分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[7]修改補(bǔ)充）

2 四川盆地天然氣地質(zhì)的4個優(yōu)勢

四川盆地能成為超級天然氣盆地，是因為其在天然氣地質(zhì)上具有氣源巖、資源量、大氣田和總產(chǎn)量 4個優(yōu)勢。

2.1 氣源巖優(yōu)勢

四川盆地氣源巖數(shù)量在全國各盆地中排名第1，共有9套主要氣源巖，分別為震旦系陡山沱組、燈影組，寒武系筇竹寺組，奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組，二疊系棲霞組、茅口組、長興組/大隆組、龍?zhí)督M/吳家坪組，以及三疊系須家河組（見圖2），前7套均以海相為主，龍?zhí)督M/吳家坪組為一套海陸過渡相烴源巖，其中龍?zhí)督M為煤系氣源巖，與須家河組相似，而吳家坪組則與龍?zhí)督M同期異相，主體為一套海相腐泥型烴源巖。因此，四川盆地具備形成大量天然氣資源的氣源巖優(yōu)勢。四川盆地的總生氣量為4 286.35×1012m3，其中主要氣源巖下寒武統(tǒng)筇竹寺組生氣量為1 451.61×1012m3，在威遠(yuǎn)地區(qū)生氣強(qiáng)度最高達(dá) 360×108m3/km2；志留系龍馬溪組氣源巖總生氣量達(dá)819.01×1012m3，在瀘州和石柱地區(qū)生氣強(qiáng)度最高值分別達(dá) 280×108m3/km2和 160×108m3/km2。

圖2 四川盆地生-儲-蓋層綜合柱狀圖

2.2 資源量優(yōu)勢

四川盆地常規(guī)和非常規(guī)天然氣資源量十分豐富。常規(guī)天然氣剩余可采資源量為59 561×108m3，總可采資源量為73 859×108m3。非常規(guī)天然氣類型齊全，包括致密砂巖氣、頁巖氣和煤層氣，剩余可采資源量共計 76 842.86×108m3，總可采資源量為 82 623×108m3。盆地總剩余可采資源量為136 404×108m3，總可采資源量為156 482×108m3。四川盆地天然氣剩余可采資源量（見圖3）和總可采資源量在全國各盆地中均位列第1，因而在中國具有資源優(yōu)勢。同時四川盆地剩余可采資源量和總可采資源量均超過了世界超級盆地的油當(dāng)量指標(biāo)[7]（7 931.66×108m3氣），故四川盆地應(yīng)是超級氣盆地。挪威2019年天然氣總可采資源量為7×1012m3，年產(chǎn)天然氣1 143.9×108m3，為當(dāng)年世界第8產(chǎn)氣大國[8]。四川盆地目前天然氣總可采資源量超過7×1012m3，故將來有年產(chǎn)超1 000×108m3的可采資源量基礎(chǔ)。

圖3 四川盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地天然氣剩余可采資源量對比

2.3 大氣田優(yōu)勢

勘探和開發(fā)大氣田是快速發(fā)展一個國家天然氣工業(yè)的重要途徑。世界產(chǎn)氣大國荷蘭和俄羅斯（前蘇聯(lián)）均通過勘探和開發(fā)大氣田從貧氣國變?yōu)楫a(chǎn)氣大國。荷蘭在1958年天然氣可采儲量不足740×108m3，年產(chǎn)氣僅2×108m3，但1959年發(fā)現(xiàn)可采儲量近3×1012m3的格羅寧根超大型氣田，1975年產(chǎn)氣828.8×108m3，由此向德國、法國和比利時出口天然氣，成為產(chǎn)氣大國。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)50年代初天然氣儲量不足2 230×108m3，年產(chǎn)氣僅 57×108m3，是個貧氣國；1960—1990年發(fā)現(xiàn)40多個大氣田，使天然氣儲量達(dá)453 069×108m3，天然氣年產(chǎn)量從 453×108m3增長到 8 150×108m3，使其由貧氣國一躍成為當(dāng)時世界第1的產(chǎn)氣大國[9]。中國在1949—1990年天然氣儲量和產(chǎn)量增長緩慢，主要原因是在此期間發(fā)現(xiàn)的大氣田數(shù)量很少，全國僅探明6個大氣田[10]，而且沒有一個大氣田的儲量超過1 000×108m3[11]。但1991—2019年的29年間，平均每年發(fā)現(xiàn)2.65個大氣田，而且單個大氣田的規(guī)模也增大了，探明儲量超過1 000×108m3的大氣田36個，其中蘇里格和安岳大氣田的儲量均超過10 000×108m3。至2019年底，中國74個大氣田累計探明天然氣地質(zhì)儲量140 035×108m3，當(dāng)年大氣田年產(chǎn)量1 348×108m3，分別占全國總儲量和年產(chǎn)量的76.5%和76.5%。大氣田主要分布于四川（27個）（見圖4）、鄂爾多斯（15個）和塔里木（10個）3個盆地。四川盆地大氣田數(shù)在全國各盆地中名列首位而具有大氣田優(yōu)勢。四川盆地安岳超大氣田是中國第1個在古老碳酸鹽巖中（寒武系龍王廟組、震旦系燈影組）探明儲量大于萬億立方米（11 709×108m3）、年產(chǎn)量超百億立方米的超大氣田；同時還發(fā)現(xiàn)了涪陵、長寧和威遠(yuǎn)3個探明儲量均大于4 000×108m3的頁巖氣大氣田，目前年產(chǎn)氣量已超 200×108m3。因此，四川盆地不僅在大氣田數(shù)量，而且在非常規(guī)氣大氣田儲量和數(shù)量上均在全國優(yōu)勢明顯。

圖4 四川盆地大氣田分布圖

2.4 總產(chǎn)量優(yōu)勢

四川盆地截至 2019年底探明天然氣地質(zhì)總儲量57 966×108m3（見圖 5），累計總產(chǎn)氣 6 488×108m3（見圖6），位列全國各盆地之首。但截至2019年底累計產(chǎn)油則很低，為 729.6×104t（折合氣當(dāng)量 84.85×108m3），故其2019年底油氣總產(chǎn)量為6 569.24×108m3，氣油比為80︰1，是產(chǎn)氣占絕對優(yōu)勢的天然氣盆地。按超級盆地天然氣累計產(chǎn)量7 931.66×108m3標(biāo)準(zhǔn)，目前四川盆地油氣總產(chǎn)量為6 569.24×108m3而稍低于標(biāo)準(zhǔn)值，故Fryklund等把四川盆地列為二級超級盆地[7]。總體上四川盆地剩余可采資源量達(dá)136 404×108m3，總產(chǎn)油氣量6 569.24×108m3，按這兩項指標(biāo)，同時根據(jù)其氣油比為80︰1，故四川盆地應(yīng)為超級氣盆地。劉樹根等曾期待“四川盆地有望成為“超級”的含油氣盆地”[12]。

圖5 中國主要產(chǎn)氣盆地2019年底累計探明天然氣地質(zhì)儲量

圖6 中國主要產(chǎn)氣盆地2019年底累計天然氣產(chǎn)量

3 四川盆地在中國天然氣勘探開發(fā)上4個方向性的重大突破

四川盆地在頁巖氣、致密砂巖氣、碳酸鹽巖萬億立方米大氣田和超深層氣藏的勘探開發(fā)上，均在全國首次取得方向性的重大突破，從而引領(lǐng)了中國天然氣勘探開發(fā)，開辟了 4個新領(lǐng)域，加速了中國天然氣工業(yè)的發(fā)展。

3.1 頁巖氣方向性的重大突破

美國“頁巖氣革命”是世界天然氣勘探開發(fā)上一個方向性的重大突破，使美國從天然氣進(jìn)口國躍變?yōu)樘烊粴獬隹趪漠a(chǎn)氣大國[13]，2019年其頁巖氣產(chǎn)量為7 140×108m3[14]，為當(dāng)年美國總產(chǎn)氣量的76.8%。美國頁巖氣勘探開發(fā)上的重大突破，對世界天然氣工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。中國四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)取得重大業(yè)績：至2019年底，頁巖氣累計探明地質(zhì)儲量18 099.9×108m3，累計產(chǎn)氣 492×108m3。探明了涪陵、長寧、威遠(yuǎn)、太陽、威榮和永川6個頁巖氣田，其中前5個頁巖氣田均為探明地質(zhì)儲量超1 000×108m3的大氣田。而國內(nèi)其他盆地頁巖氣勘探至今均未取得重大突破，因此，四川盆地是中國率先在頁巖氣勘探開發(fā)上取得成功的范例。許多學(xué)者對五峰組—龍馬溪組頁巖氣在發(fā)展四川盆地乃至全國天然氣工業(yè)上具有方向性的引領(lǐng)作用作了研究和評論[15-16]。

目前世界頁巖氣產(chǎn)氣國美國、中國、阿根廷和加拿大，頁巖氣均來自海相腐泥型泥頁巖中。近幾年在四川盆地元壩、涪陵地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段湖相頁巖中也有天然氣重要發(fā)現(xiàn)。大安寨段頁巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2或Ⅲ型，TOC值為 0.33%～3.78%，Ro值為 1.11%～1.82%。已有 12口井獲得高產(chǎn)油氣流，總體上以產(chǎn)氣為主。在元壩地區(qū)9口井中8口為氣井，僅有1口井為油氣同產(chǎn)（YB161井），YB21井產(chǎn)氣量最高達(dá)50.70×104m3/d[17-18]，此實例為勘探開發(fā)陸相腐殖型頁巖氣提供了方向性啟迪，意義重大。

3.2 致密砂巖氣方向性的重大突破

四川盆地西北部的中壩氣田由2個主力氣藏組成：①中三疊統(tǒng)雷口坡組三段碳酸鹽巖氣藏，1972年 12月發(fā)現(xiàn)，探明儲量86.3×108m3；②上三疊統(tǒng)須家河組二段砂巖氣藏，1973年1月發(fā)現(xiàn)，探明儲量100×108m3。根據(jù)須二段5口取心井1 435個孔隙度樣品統(tǒng)計，孔隙度為0.08%～16.63%，平均值為6.20%；1 319個樣品滲透率統(tǒng)計，最大值為22.230×10-3μm2，最小值小于0.001×10-3μm2，平均值為 0.080×10-3μm2，故儲集層基質(zhì)物性差，屬于低孔低滲的致密砂巖儲集層[19]。1973年8月投入試采，至2005年底，累計產(chǎn)氣72.81×108m3，采出程度72.81%。中壩氣田須二段氣藏不僅是四川盆地、也是全國最先開發(fā)的高采出度的致密砂巖氣藏，在致密砂巖氣勘探開發(fā)上具有方向性的啟蒙作用。如今全國年產(chǎn)氣量的1/4為致密砂巖氣，受益于須二段致密砂巖氣藏先導(dǎo)性的成功開發(fā)。

3.3 古老碳酸鹽巖超大氣田的方向性重大突破

安岳氣田發(fā)育的寒武系龍王廟組、震旦系燈影組四段和二段這 3套主力儲集層巖性均為碳酸鹽巖[20]，根據(jù)氣田震旦系—寒武系天然氣與烴源巖、儲集層瀝青的樣品分析，采用氣-氣對比、氣-源對比、儲集層瀝青與烴源巖的綜合研究對比，龍王廟組天然氣主要來源于寒武系筇竹寺組烴源巖，燈四段和燈二段天然氣主要來源于震旦系燈影組和寒武系筇竹寺組烴源巖[21]，均為原油裂解氣[20-22]。安岳碳酸鹽巖超大氣田的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)，為在四川盆地、塔里木盆地和鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖中勘探開發(fā)超萬億立方米超大氣田起到了方向性的先導(dǎo)作用[23]，如川中古隆起的磨溪北斜坡角探1井在寒武系滄浪鋪組一段產(chǎn)氣達(dá)51.62×104m3/d，是繼安岳超大氣田龍王廟組氣藏之后天然氣勘探又一重大突破[24-27]，預(yù)示了川中古隆起磨溪北斜坡可能為萬億立方米氣區(qū)的征兆。

3.4 超深層氣藏方向性的重大突破

深度大于6 000 m的氣藏稱超深層氣藏[4]。老關(guān)廟氣田二疊系茅口組氣藏（7 153.5～7 175.0 m）是中國最早發(fā)現(xiàn)的超深層氣藏[4,28]。1978年6月上旬對關(guān)基井茅口組7 053.57～7 175.00 m井段進(jìn)行裸眼測試，獲得4.88×104m3/d的工業(yè)氣流，為以后的深井和超深井試氣工藝技術(shù)提供了寶貴經(jīng)驗[29]，為四川盆地及全國超深層氣藏勘探開發(fā)起到了方向性的先導(dǎo)作用?，F(xiàn)今四川盆地元壩氣田和龍崗氣田的主力產(chǎn)層，塔里木盆地克深氣田和大北大氣田均為超深層氣藏[4,30-32]，顯示了中國超深層天然氣勘探的巨大潛力[33]。

4 超級盆地的分類

可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行超級盆地的分類。按超級盆地的總產(chǎn)油氣量和剩余可采資源量50×108bbl油當(dāng)量（6.82×108t油或7 931.66×108m3氣）標(biāo)準(zhǔn)劃分，大于標(biāo)準(zhǔn)的盆地為一級超級盆地，略少于標(biāo)準(zhǔn)的盆地為二級超級盆地[7]。按超級盆地的大地構(gòu)造屬性，超級盆地可分為 5類：①前陸型超級盆地，以阿爾伯達(dá)西加盆地、二疊盆地為典型；②陸內(nèi)克拉通型超級盆地，以西西伯利亞盆地和威利斯頓盆地為典型；③沖斷帶型超級盆地，以扎格羅斯盆地為典型；④裂谷型超級盆地，以松遼盆地和阿納達(dá)科盆地為典型；⑤被動大陸邊緣型超級盆地，以墨西哥灣盆地和尼日爾三角洲盆地為典型[12]。前陸型超級盆地占超級盆地累計油氣產(chǎn)量的 47%，占剩余油氣可采儲量的 62%，貢獻(xiàn)程度最高，其次為克拉通型超級盆地、被動大陸邊緣型超級盆地和沖斷帶型超級盆地，裂谷型超級盆地所占比例最低[12]。

本文根據(jù)油氣總產(chǎn)量中油和氣所占百分比大小標(biāo)準(zhǔn)，把超級盆地分為3類（見表1）：①超級油盆地，油氣總產(chǎn)量中油占 80%以上，氣少于 20%，如松遼盆地、渤海灣盆地、坎普斯盆地和威利斯頓盆地，其中松遼盆地和坎普斯盆地油產(chǎn)量占比高達(dá)94.71%；②超級油氣盆地，油的產(chǎn)量在20%～80%，絕大部分超級盆地屬此類，例如阿爾伯達(dá)盆地、二疊盆地、西西伯利亞盆地；③超級氣盆地，油氣總產(chǎn)量中氣占比80%以上，油占比少于 20%，如四川盆地和阿巴拉契亞前陸盆地，四川盆地產(chǎn)氣占98.76%，幾乎是超級純氣盆地。在以上 3種標(biāo)準(zhǔn)超級盆地分類中，大地構(gòu)造屬性分類不隨油氣生產(chǎn)時間變化而改變，而一級超級盆地和二級超級盆地可能隨油氣生產(chǎn)進(jìn)展，由二級超級盆地升為一級超級盆地，超級油盆地、超級油氣盆地和超級氣盆地，也可能隨油氣生產(chǎn)進(jìn)展比例變化而出現(xiàn)變化。

表1 世界一些超級盆地油氣產(chǎn)量及油氣比

5 結(jié)論

超級盆地的條件，一是累計產(chǎn)量超過 50×108bbl油當(dāng)量（6.82×108t油或 7931.66×108m3氣），二是剩余可采資源量至少 50×108bbl油當(dāng)量。凡是達(dá)到兩個條件的稱為一級超級盆地，而當(dāng)累計產(chǎn)量或剩余可采資源量略少的稱為二級超級盆地。根據(jù)超級盆地的大地構(gòu)造屬性，其可分為 5類：前陸型超級盆地，陸內(nèi)克拉通型超級盆地，沖斷帶型超級盆地，裂谷型超級盆地和被動大陸邊緣型超級盆地。根據(jù)油氣總產(chǎn)量中油和氣所占比例大小，其可分為3類：①超級油盆地，總產(chǎn)量中油占 80%以上；②超級油氣盆地，總產(chǎn)量中油占 20%～80%；③超級氣盆地，總產(chǎn)量中氣占 80%以上。

四川盆地至2019年底油氣累計產(chǎn)量為6 569.24×108m3，剩余可采資源量為136 404×108m3，累計產(chǎn)量中氣占98.76%，故而是超級氣盆地。四川盆地能成為超級氣盆地，是因在天然氣地質(zhì)上具有 4個優(yōu)勢：①氣源巖優(yōu)勢，共有 9套主要氣源巖（陡山沱組、燈影組、筇竹寺組、五峰組—龍馬溪組、棲霞組、茅口組、長興組/大隆組、龍?zhí)督M/吳家坪組和須家河組），氣源巖層系數(shù)為全國各盆地中第1；②資源量優(yōu)勢，總可采資源量為 156 482×108m3，總剩余可采資源量為136 404×108m3，在全國各盆地中均位列第1；③大氣田優(yōu)勢，勘探開發(fā)大氣田是快速發(fā)展天然氣工業(yè)的重要途徑。2019年中國有74個大氣田，其產(chǎn)量和總儲量分別占當(dāng)年全國總量的 76.5%和 76.5%，四川盆地有27個大氣田而占全國大氣田總數(shù)的 36.5%，故具全國大氣田優(yōu)勢；④總產(chǎn)量優(yōu)勢，四川盆地至2019年底累計總產(chǎn)氣量為6 488×108m3，位列全國各盆地之首。

四川盆地在中國天然氣勘探開發(fā)上有 4個方向性的重大突破：①頁巖氣方向性的重大突破，成功發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了五峰組—龍馬溪組頁巖氣；②致密砂巖氣方向性的重大突破，發(fā)現(xiàn)和高采出度開發(fā)了中壩氣田須二段致密砂巖氣藏；③碳酸鹽巖超大氣田的方向性重大突破，成功發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了萬億立方米安岳碳酸鹽巖超大氣田；④超深層氣藏方向性的重大突破，老關(guān)廟氣田茅口組氣藏（7 153.5～7 175.0 m）是中國最早發(fā)現(xiàn)的超深層氣藏，為全國超深層氣田（元壩、龍崗、克深和大北等大氣田）勘探開發(fā)發(fā)揮了方向性的先導(dǎo)作用。

致謝：本文相關(guān)國外超級盆地數(shù)據(jù)得到中國石油勘探開發(fā)研究院趙喆高級工程師、王紅軍教授的指導(dǎo)和幫助，在此深表謝意。