張東東，劉文匯,3，王曉鋒，羅厚勇，王慶濤，李憶寧，李風(fēng)嬌

(1.大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北大學(xué)，陜西 西安 710069；2. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；3. 中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

1 深層油氣勘探研究概況

當(dāng)前，隨著中國國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展需求以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，深層油氣成為重要的能源勘探接替領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)[1-10]。由于中國處于3大板塊拼合部位，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)和多期改造作用形成了中國受控于大陸多旋回演化控制的疊合含油氣盆地[6,11-12]，如塔里木、鄂爾多斯和四川盆地等。具中國特色的疊合沉積盆地通常發(fā)育淺層中-新生界沉積構(gòu)造層以及深層古生界-元古宇沉積構(gòu)造層，半個(gè)多世紀(jì)的油氣地質(zhì)研究與勘探實(shí)踐多集中于中、淺層沉積構(gòu)造層，且形成了具有中國特色的油氣地質(zhì)理論，如“陸相生油”“源控論”“復(fù)式油氣聚集理論”等[13]。而隨著油氣勘探深度和范圍的不斷拓展，前期所總結(jié)形成的油氣勘探理論和認(rèn)識(shí)受到了很大程度的限制，溫度和壓力的增長致使深層油氣的來源、聚集以及保存機(jī)理等問題均與中、淺層油氣有著很大的差異和變化，需要針對(duì)含油氣盆地深層開展相關(guān)方面的地質(zhì)研究，深層油氣資源將是全球探明儲(chǔ)量的增長主體，推動(dòng)深層油氣勘探的發(fā)展，不僅具有重要的學(xué)科理論意義，更具有重大國家戰(zhàn)略和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

深層油氣藏的定義在國際上現(xiàn)仍未有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，不同國家以及不同企業(yè)對(duì)深層的定義、界限以及地質(zhì)內(nèi)涵亦不統(tǒng)一。國際上一般將埋深超過15 000 ft(4 500 m)的油氣藏定義為深層油氣藏；中國所頒布的《石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》(2019)將埋深在3 500～4 500 m的油氣藏劃分為深層油氣藏，埋深在4 500 m以深的則定義為超深層油氣藏；《頁巖氣資源儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(2014)中將頁巖氣藏中的深層埋深定義為3 500～4 500 m，超深層則定義為4 500～6 000 m；《石油天然氣鉆進(jìn)工程術(shù)語》(2012)中將埋深在4 500～6 000 m的地層作為深層，埋深大于6 000 m的地層作為超深層；一些學(xué)者根據(jù)中國深層的地質(zhì)條件以及勘探資料，將深層油氣藏的埋深定為4 500～6 000 m，認(rèn)為深層油氣藏指儲(chǔ)于4 500 m以深的油氣和源巖在5 000 m深度之下生成的油氣，6 000 m以深則認(rèn)為是超深層油氣藏[4-8,14-15]；2017年國家“深地資源勘查開采”重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目中將超深層的深度界限定為≥6 500 m，進(jìn)一步推進(jìn)了深層油氣的概念?，F(xiàn)今，在深層甚至超深層找尋油氣資源已是全球油氣勘探開發(fā)的重要趨勢(shì)，向深層進(jìn)軍也是中國2035科技關(guān)鍵攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。

隨著深井-超深井鉆采設(shè)備等研發(fā)的迅速進(jìn)展，深層油氣的勘探開發(fā)迎來了快速發(fā)展的機(jī)遇期，前蘇聯(lián)和美國分別在1984和1972年創(chuàng)造了12 869和9 583 m的鉆深記錄，中國在2019年由中國石油在新疆塔里木盆地創(chuàng)造了8 882 m的亞洲直井井深記錄。目前世界上已在71個(gè)盆地中發(fā)現(xiàn)了562個(gè)埋深大于4 500 m的工業(yè)油氣藏[4,7,10,14]。前蘇聯(lián)沉積地層厚度超過6 000 m的盆地有18個(gè)，目前已在其中的4個(gè)含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)了5個(gè)埋深大于6 000 m的工業(yè)油氣藏；在美國墨西哥灣卡斯基達(dá)(Kaskida)油田和戴維瓊斯(Davy Jones)氣田發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)層深度分別為7 356和7 620 m；在美國西內(nèi)盆地阿納達(dá)科凹陷米爾斯蘭奇(Mills Ranch)油氣田中發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)層深度為7 663～8 103 m的氣田；俄羅斯的濱里海盆地在7 550 m的深度(295 ℃)依然發(fā)現(xiàn)有液態(tài)烴聚集；波斯灣馬倫(Mullen)油田產(chǎn)層溫度超過了230 ℃。此外在委內(nèi)瑞拉、意大利、法國和阿聯(lián)酋等國均發(fā)現(xiàn)了埋深大于5 000 m的工業(yè)性油氣田。2008—2018年全球4 000 m以深新增油氣探明儲(chǔ)量為234×108t，占全球新增儲(chǔ)量的60%以上。全球87個(gè)含油氣盆地深層油氣層系的分布統(tǒng)計(jì)顯示，深層油氣主要分布在新近系、古近系、白堊系、侏羅系和上古生界等5套儲(chǔ)集層系內(nèi)[14]。

在中國油氣資源總量中，埋深大于4 500 m的深層油氣資源約占40%，其中2/3以上分布在塔里木、四川和鄂爾多斯等3大盆地中，大型碳酸鹽巖油氣藏占主要組成部分，如普光大氣田、元壩大氣田、安岳大氣田、塔河油田和順北油氣田等。塔里木盆地油氣探明儲(chǔ)量中80%以上的油氣藏埋深大于5 000 m，深層油氣以塔河、順北、哈拉哈塘、塔中、輪古、克拉蘇、塔中Ⅰ號(hào)以及克拉2等油氣田為代表，形成多個(gè)億噸級(jí)大油田和萬億立方米大氣區(qū)。四川盆地埋深大于5 000 m的大氣田占總探明儲(chǔ)量的37.9%，同時(shí)四川盆地的深層頁巖氣亦取得了可喜成績[16-17]，如威榮頁巖氣田(部分水平井深度可達(dá)5 200 m以深)在2018年提交的探明地質(zhì)儲(chǔ)量為1247×108m3，四川盆地建成了涪陵、長寧-威遠(yuǎn)、昭通等多個(gè)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，據(jù)評(píng)價(jià)超過60%的頁巖氣資源埋藏在深層。鄂爾多斯盆地奧陶系發(fā)現(xiàn)萬億方大氣區(qū)，在盆地東部的鹽下深層(馬家溝組四段以下層段)已落實(shí)了多個(gè)天然氣藏，同時(shí)盆地中-新元古界裂谷帶和寒武系也具有深層油氣的勘探潛力。

隨著深層勘探開發(fā)技術(shù)水平的不斷提高，在2019年中國深層油氣取得了多點(diǎn)突破。塔里木盆地中，完鉆深度達(dá)7 880 m的博孜9井測(cè)試獲氣41.8×104m3/d、凝析油115.2×104m3/d；順北地區(qū)的順北53X井在鷹山組7 750～8 341 m井段獲油125 t/d、氣7.5×104m3/d。四川盆地鉆井垂深為5 047 m的磨溪129H井燈影組四段測(cè)試獲氣141×104m3/d；川東南綦江東溪構(gòu)造的東頁深1HF井完鉆井深6 062 m(垂深4 259 m)，測(cè)試獲氣31.2 ×104m3/d。柴達(dá)木盆地切克里克凹陷的切探2井在4 700 m深層自噴獲油54.9 m3/d、氣6 899 m3/d。中國深層油氣多分布于疊合盆地的下沉積構(gòu)造層，地層時(shí)代較老，以震旦系、寒武系、奧陶系、志留系和上古生界為主[9,14]。

2 深層油氣藏成因類型劃分

深層油氣藏不僅在勘探實(shí)踐領(lǐng)域獲得了一系列重大突破，而且在成因理論上也對(duì)經(jīng)典的干酪根晚期生油理論的溫度和壓力界限提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的油氣成因理論認(rèn)為液態(tài)烴的形成分布溫度在60～120 ℃(即鏡質(zhì)體反射率Ro=0.60%～1.35%)，當(dāng)?shù)貙訙囟瘸^120 ℃(鏡質(zhì)體反射率Ro>1.35%)，有機(jī)質(zhì)和液態(tài)烴將開始發(fā)生分解形成以甲烷為主的氣態(tài)烴類，而150℃以上的高溫地層則不應(yīng)該存在液態(tài)原油[18-19]。但近期的勘探發(fā)現(xiàn)卻證實(shí)在150 ℃以上(甚至200℃左右)的地層中依然有液態(tài)烴存在，如渤海灣盆地霸縣凹陷牛東1井在深度5 641～6 027 m儲(chǔ)層中依然存在液態(tài)烴[20]；塔里木盆地順北地區(qū)在深度7 000 m的儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)油藏[21-25]；前蘇聯(lián)南里海(South Caspian)油田的油藏埋深可達(dá)8 000～9 000 m等等。前人研究結(jié)果表明，液態(tài)烴在烴源巖熱成熟度Ro達(dá)到7.0%～8.0%時(shí)仍然存在[26-27]，烴源巖中的滯留液態(tài)烴裂解成氣期(Ro=1.6%～3.2%)晚于干酪根，模擬實(shí)驗(yàn)也表明壓力的增大會(huì)抑制有機(jī)質(zhì)熱演化和生烴作用，進(jìn)一步拓寬了油氣死亡線[28-40]。在有石墨存在的地層中甲烷可以保存到至少12 000 m深度[41]。在深層環(huán)境中天然氣(烴類氣體)有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，大部分的烴類氣體[地溫>220 ℃時(shí)重?zé)N氣體(C2+)才發(fā)生裂解，甲烷的裂解對(duì)應(yīng)地溫則高于350 ℃]在深層高溫條件下是可以穩(wěn)定存在的[35-39]。

深層油氣可以通過兩種途徑形成：①由深層烴源巖中的干酪根等成烴母質(zhì)在一定的溫度、壓力和化學(xué)條件下直接形成油氣；②早期形成的液態(tài)烴在深層高溫條件下進(jìn)一步裂解形成烴類氣體。因此，深層油氣的形成受溫度、壓力和介質(zhì)條件等多種因素的控制。深層油氣藏則不僅僅涉及深層油氣的來源，同時(shí)需從動(dòng)力學(xué)角度關(guān)注深層地質(zhì)條件下油氣供給、運(yùn)移和聚集等動(dòng)態(tài)過程。中國疊合盆地構(gòu)造改造和熱演化歷史復(fù)雜多變，不同盆地和地區(qū)的構(gòu)造演化和地層溫度差異較大[2, 42-43]，故而有著不同類型的深層油氣藏成因，按照油氣藏的形成主因、演化歷程以及成藏特征將深層油氣藏成因類型劃分為3類(圖1)。

1) 淺成深埋型

油氣藏早期在淺層已經(jīng)形成，伴隨盆地沉降迅速埋深至深層保持成藏，油氣藏的儲(chǔ)層、蓋層等保存條件不發(fā)生較大變化，僅所儲(chǔ)藏的烴類物質(zhì)發(fā)生一定的相態(tài)和組分的變化。

圖1 深層油氣藏成因類型劃分Fig.1 Genetic types of deep playsa 烴源巖Tissot生烴模式；b 不同類型深層油氣藏演化模式

2) 淺備深成型

在地層淺部成烴和儲(chǔ)備條件不足以成藏，但隨著地層埋深過程中深層溫度和壓力的提升，以及成巖作用的改造，不同類型的烴源可以形成足夠的烴類物質(zhì)聚集在改造后的儲(chǔ)層中得以最終深層成藏。

3) 深層成藏型

伴隨盆地深部構(gòu)造作用、熱液作用以及熱力作用等大量無機(jī)物質(zhì)和能量的強(qiáng)烈交換與改造下，并在有機(jī)-無機(jī)相互作用的參與中，在盆地內(nèi)或者邊緣以及構(gòu)造活動(dòng)區(qū)的深部地層中形成油氣藏，該類油氣藏不同于傳統(tǒng)油氣成因(傳統(tǒng)石油地質(zhì)學(xué)所認(rèn)知的有機(jī)成因形成的油氣藏)，屬于非傳統(tǒng)深層油氣成藏。

淺成深埋型深層油氣藏在現(xiàn)實(shí)油氣勘探中不斷取得發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)方法可對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，在已有勘探發(fā)現(xiàn)的深層油氣藏中較為常見，如順北油氣田、安岳氣田等；淺備深成型深層油氣藏正在取得勘探突破，是比較現(xiàn)實(shí)的油氣勘探接替領(lǐng)域，潛力巨大，評(píng)價(jià)技術(shù)方法正在形成，如鄂爾多斯盆地中東部鹽下氣藏、四川盆地深層頁巖氣藏[16-17]等；深層成藏型深層油氣藏屬于理論遠(yuǎn)景領(lǐng)域，需要強(qiáng)大理論技術(shù)支撐，評(píng)價(jià)技術(shù)方法未起步，該類油氣藏通常分布于構(gòu)造板塊邊緣與活動(dòng)斷裂附近，如渤海灣盆地郯廬斷裂帶兩側(cè)部分氣藏。

3 深層油氣藏成藏基本特征

3.1 淺成深埋型深層油氣藏特征

1) 主要發(fā)育于大、中型較穩(wěn)定的沉積盆地或坳陷中。

淺成深埋型深層油氣藏成藏機(jī)制和過程符合傳統(tǒng)油氣成藏理論，油氣在埋深過程中會(huì)發(fā)生一定的相態(tài)和組分變化。龐雄奇等通過對(duì)全球深層油氣藏進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中42%為氣藏，51%為油氣藏，僅7%為油藏[10]，然而中國塔里木盆地和渤海灣盆地等深層地層中依然發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)油，因此深層油氣相態(tài)類型較為復(fù)雜。

2) 構(gòu)造演化導(dǎo)致盆地持續(xù)沉降是深層成藏的關(guān)鍵，優(yōu)質(zhì)的保存條件是抵御油氣藏破壞的關(guān)鍵。

在淺層地層中形成穩(wěn)定油氣藏后，盆地或者坳陷發(fā)生整體快速沉降，并且在沉降過程中之前淺層地層中所形成的油氣藏沒有發(fā)生會(huì)導(dǎo)致原油氣藏發(fā)生破壞的較大斷裂或者裂縫以及熱液流體活動(dòng)，同時(shí)油氣藏原有的保存條件在埋深過程中由于壓力遞增致使其封堵和保存油氣藏的能力能夠有效提高，使得淺層所形成的油氣藏在深層依然能夠得以完整保存。

3) 深層勘探在于確定含油氣空間的存在及含油氣性。

此類深層油氣藏因在淺層已經(jīng)形成，且在埋深過程中未發(fā)生破壞，故而一般為較為簡單且穩(wěn)定的油氣藏類型，如背斜油氣藏、古潛山油氣藏和斷塊油氣藏等構(gòu)造油氣藏，因此其對(duì)應(yīng)的勘探技術(shù)和理論較為成熟，含油氣空間易于確定，含油氣性在地震和測(cè)井等地球物理勘探技術(shù)實(shí)施下也較易于發(fā)現(xiàn)。

4) 資源前景以目前理論可以進(jìn)行基本評(píng)價(jià)。

淺成深埋深層油氣藏的成源、成烴和成藏主要元素以及地質(zhì)作用皆符合傳統(tǒng)的含油氣系統(tǒng)理論，可用目前的石油地質(zhì)理論進(jìn)行基本評(píng)價(jià)。

5) 最現(xiàn)實(shí)的資源，但規(guī)模有限。

對(duì)于中國深層油氣資源評(píng)價(jià)工作來講，此類油氣資源潛力是最為直接、最能判識(shí)和最為現(xiàn)實(shí)的資源，但因中國含油氣盆地多數(shù)經(jīng)歷了后期抬升和疊置改造，深層油氣藏的保存條件較難保持穩(wěn)定，能夠滿足淺成深埋型深層油氣藏地質(zhì)演化條件的盆地?cái)?shù)量較少，且盆地愈老愈難以滿足，所以整體上淺成深埋型油氣藏的規(guī)模有限。

6) 油氣相態(tài)和油氣地球化學(xué)是識(shí)別該類油氣的主要方法。

塔里木盆地作為深部克拉通盆地(主要儲(chǔ)層的埋深超過6 000 m)經(jīng)歷了多期次旋回疊加和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致油氣聚集的復(fù)雜分布[21-24]。在塔里木盆地北部的塔北地區(qū)，海西晚期(二疊紀(jì))是盆地主力烴源巖下寒武統(tǒng)玉兒吐斯組的主要生烴和排烴時(shí)期，盆地中發(fā)現(xiàn)的油氣藏多數(shù)形成于這一時(shí)期，如英買力和哈拉哈塘油田。結(jié)合熱史和埋藏史分析，塔北地區(qū)輪探1井所發(fā)現(xiàn)的圈閉中油氣聚集與成藏就是形成于海西晚期(二疊紀(jì))，油氣藏類型為較簡單的背斜油氣藏(圖2)；在油氣成藏之后，該油氣藏自三疊紀(jì)以來一直處于連續(xù)沉降埋藏狀態(tài)，圈閉基本上保持了海西晚期油氣成藏狀態(tài)，直至喜馬拉雅晚期(5 Ma)，油藏的埋深在短時(shí)間內(nèi)增加了2 500 m以上，形成了現(xiàn)今的深層油氣藏(圖3)，輪探1井中的寒武系油藏溫度可達(dá)171 ℃(在深度8 260 m處)，并且油藏中的液態(tài)烴并沒有發(fā)生熱裂解[22-23]。油藏的主力烴源巖為寒武系碳酸鹽巖層系，厚度為81 m，有機(jī)碳含量(TOC)介于2.43%～18.48%，成熟度(Ro)可達(dá)1.5%～1.8%，發(fā)育白云巖與膏巖的儲(chǔ)-蓋組合，儲(chǔ)層以孔洞型為主，有角礫狀構(gòu)造，可見高角度裂縫和溶蝕孔洞，形成優(yōu)質(zhì)的生-儲(chǔ)-蓋組合，現(xiàn)油藏日產(chǎn)油134 m3，日產(chǎn)氣45 917 m3[24-25]，可用常規(guī)的油藏描述方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2 塔里木盆地過輪探1井SE-NW向剖面解釋示意圖[22-23]Fig.2 Schematic diagram showing the SE-NW-trending cross section across Well Luntan 1 in the Tarim Basin[22-23]

圖3 塔里木盆地輪探1井地層埋藏史演化模型[22-23]Fig.3 Diagram showing the evolutionary model of the stratigraphic burial history in Well Luntan 1, Tarim Basin[22-23]

3.2 淺備深成型深層油氣藏特征

1) 淺備深成型深層油氣藏主要發(fā)育于大、中型沉積盆地，特別是疊合盆地當(dāng)中。

該類型深層油氣藏形成的重點(diǎn)在于其所蘊(yùn)藏的烴類物質(zhì)、圈閉的存儲(chǔ)空間等主要含油氣系統(tǒng)要素主體在深層形成，而非淺層，但淺層已具備成源條件、成儲(chǔ)潛力和成藏組合的雛形，成藏過程有別于傳統(tǒng)油氣成藏理論。

2) 多元生烴、儲(chǔ)層保持和保存條件優(yōu)化是淺備深成型深層油氣成藏的關(guān)鍵。

盆地經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，盆地演化早期(淺部)具有一定烴源基礎(chǔ)和潛在保存條件，特別是良好的成層型儲(chǔ)集空間，但在早期烴源巖未能形成足夠的烴類物質(zhì)供給圈閉成藏。隨著盆地演化，地層在深埋過程中溫度和壓力增大，同時(shí)伴隨著熱液流體及外源氫等深部物質(zhì)的參與反應(yīng)，烴源巖中原本在淺層難以生烴的有機(jī)質(zhì)在高溫、高壓下發(fā)生了生烴以及排烴作用[44-46]。此類有機(jī)質(zhì)不僅僅是傳統(tǒng)的干酪根物質(zhì)，還包含了烴源巖地層甚至儲(chǔ)層當(dāng)中的其他分散有機(jī)質(zhì)、有機(jī)酸鹽和固體瀝青等物質(zhì)(圖4)。在深埋過程中，碳酸鹽巖層系中富含脆性礦物的儲(chǔ)層因流體活動(dòng)和壓實(shí)作用等發(fā)生溶蝕和斷裂，改善和提升了儲(chǔ)層的孔隙空間和儲(chǔ)藏能力；同時(shí)在深埋過程中，上部蓋層以及側(cè)向斷層的保存條件因壓力的增強(qiáng)而進(jìn)一步提升。

3) 深層勘探不僅要確定含油氣空間的存在及其含油氣性，還要反演成藏要素。

在此類深層油藏勘探過程中，不僅僅是發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏空間以及其含油氣性，更需對(duì)其主要的成藏要素進(jìn)行分析和描述，尤其是烴源條件。深部多元生烴的客觀事實(shí)對(duì)傳統(tǒng)的生烴理論提出挑戰(zhàn)，而儲(chǔ)層隨深度而發(fā)生的改變(溶蝕-縫洞)如何進(jìn)行有效表征(微米-納米級(jí)別孔隙結(jié)構(gòu))與反演(原始結(jié)構(gòu)恢復(fù)及演化)亦是勘探家需面對(duì)的難題[47-48]。

4) 資源前景評(píng)價(jià)需要?jiǎng)?chuàng)新，成藏理論是關(guān)鍵。

對(duì)深層多元生烴進(jìn)行資源評(píng)價(jià)現(xiàn)今仍未有較為行之有效的標(biāo)準(zhǔn)方法，傳統(tǒng)的成因法因這類油氣藏具有多期生烴、多元生烴以及各個(gè)烴源貢獻(xiàn)不明等特征而不適用，類比法又因各個(gè)古老盆地的源-儲(chǔ)參數(shù)不具相似性、可類比的成熟目標(biāo)太少而導(dǎo)致無從下手，所以此類深層油氣藏的評(píng)價(jià)需深入了解其各自獨(dú)特的成藏要素以及成藏模式，并且抓住主要成藏因素進(jìn)行定性判識(shí)、定量計(jì)算以及資源量模擬核實(shí)，切不可一概而論。

5) 資源潛力大。

此類盆地廣泛分布，盆地層系愈老、比例愈高。中國西部疊合盆地深層中、下組合發(fā)育多套烴源，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。不同于淺成深埋型深層油氣藏成藏關(guān)鍵在于保存條件不受破壞，油氣藏整體處于類封閉環(huán)境中，淺備深成型深層油氣藏在埋深過程中則處于半開放條件下，油氣和孔隙的形成均是在深埋過程中或者在深部逐步完成，而在此期間亦發(fā)生了各種流-巖相互作用以及與之相關(guān)的有機(jī)-無機(jī)相互作用，因此深層所發(fā)生的有機(jī)-無機(jī)相互作用是此類深層油氣藏成烴、成儲(chǔ)、成藏的主線。

6) 油氣地質(zhì)-地球化學(xué)是識(shí)別該類油氣的主要方法。

圖4 淺備深成型深層油氣藏深部相互作用機(jī)理示意圖Fig.4 Schematic diagram showing interaction mechanisms of deep reservoirs of syn-deep-burial enrichment type

在油源識(shí)別所涉及的各類油氣地球化學(xué)方法中，有機(jī)酸鹽的識(shí)別與定量分析、分散有機(jī)質(zhì)生烴機(jī)制、油氣-源穩(wěn)定同位素以及生物標(biāo)志化合物等方法漸漸成為不容忽視的主要方法。

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通的西部，近年在盆地中東部地區(qū)奧陶系中組合鹽下天然氣勘探持續(xù)取得重大發(fā)現(xiàn)[49-53]。盆地奧陶系碳酸鹽巖有機(jī)碳含量(TOC)低(均值為0.2%，一般<0.5%)，且下古生界烴源巖成熟度(Ro)值多數(shù)大于2.0%，學(xué)者們一度認(rèn)為其不具備生氣潛力，但近期隨著勘探的不斷深入，在奧陶系馬家溝組中不僅常見分散可溶有機(jī)質(zhì)，同時(shí)在中-低成熟度樣品中存在較為可觀的酸溶有機(jī)質(zhì)。常規(guī)烴源中的成烴生物組合以生烴能力較強(qiáng)的浮游生物為主，干酪根、分散可溶有機(jī)質(zhì)和有機(jī)酸鹽共同構(gòu)成奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖烴源，這些不同類型的烴源在盆地深部可以為盆地中東部鹽下氣藏提供充足的烴類物質(zhì)，下古生界天然氣的甲烷氫同位素(主要分布在-180‰～-160‰)也證實(shí)鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下天然氣屬于自生自儲(chǔ)油型氣(圖5)[49]，與下古生界馬家溝組碳酸鹽層系中烴源巖的酸解烴地球化學(xué)特征相近，表明盆地中東部奧陶系厚層膏鹽層下的海相碳酸鹽巖可能是盆地天然氣藏的氣源巖。

3.3 深層成藏型深層油氣藏特征

1) 深層成藏型深層油氣藏主要發(fā)育于沉積盆地及其周緣，甚至構(gòu)造活動(dòng)區(qū)。

不同于傳統(tǒng)的油氣成藏理論，該類型油氣藏的形成屬于全新的油氣成藏理論，且大多以深層氣為主。

2) 構(gòu)造活動(dòng)及其演化形成了巖體儲(chǔ)集和油氣保存要素。

在盆地邊緣以及構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，地層在深部受到較強(qiáng)的構(gòu)造改造、隆升沉降以及熱力交換，在此過程中，原始沉積地層或火成巖、變質(zhì)巖遭受應(yīng)力變化而發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)改造，形成新的儲(chǔ)集空間；同時(shí)伴隨應(yīng)力加強(qiáng)以及物質(zhì)遷移，在部分區(qū)域形成的封閉空間具有一定的油氣藏保存能力。在此期間，對(duì)于深部地球物質(zhì)的形成和演化的研究是認(rèn)識(shí)深層成藏型油氣藏的關(guān)鍵。

3) 此類深層油氣藏勘探在于確定構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致的含流體空間及其含油氣性，對(duì)于深部地質(zhì)的刻畫也是必須的。

圖5 不同含油氣盆地古生界天然氣中甲烷氫、碳同位素組成特征[49]Fig.5 Hydrogen and carbon isotopic compositions of methane in the Paleozoic natural gas in different petroliferous basins[49]

深部地質(zhì)的刻畫不僅僅是地球物理方面的空間刻畫，同時(shí)也包含深部地質(zhì)體中的物質(zhì)組成、化學(xué)成分等方面的巖石學(xué)、沉積學(xué)以及地球化學(xué)方面的分析和判識(shí)。

4) 加氫成烴甚至無機(jī)成烴、斷裂成儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)成藏是關(guān)鍵要素，亦是理論探索的核心科學(xué)問題。

在構(gòu)造活動(dòng)區(qū)內(nèi)不斷發(fā)生著不同圈層、深層與淺層的物質(zhì)和能量交換，傳統(tǒng)的Tissot生烴理論在深部會(huì)被進(jìn)一步豐富和深化，在地球深部存在大量外源氫(火山熱液攜帶、俯沖帶中橄欖巖的蛇紋石化生氫、輻射生氫、地幔脫氣等)，而氫氣的加入不但會(huì)改變傳統(tǒng)的生烴模式，增大深部生烴量，同時(shí)也可與一氧化碳或二氧化碳發(fā)生費(fèi)托合成反應(yīng)進(jìn)而直接以無機(jī)作用的方式生成烴類物質(zhì)；斷裂在深部的不斷活動(dòng)亦會(huì)改造周圍巖石的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成烴類物質(zhì)可聚集的儲(chǔ)集空間；而構(gòu)造活動(dòng)區(qū)的演化復(fù)雜性無疑會(huì)增加人們對(duì)此類深層油氣藏識(shí)別和認(rèn)知的難度。

5) 資源前景不明朗，但具有規(guī)模潛力(地質(zhì)條件特殊，完全新領(lǐng)域)，評(píng)價(jià)體系需重建。

傳統(tǒng)的油氣資源評(píng)價(jià)體系完全不適用于此類深層油氣藏，但重要的是應(yīng)對(duì)各種油氣資源持開放態(tài)度，解放思想，發(fā)展地球物理、地球化學(xué)以及構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等學(xué)科的交叉，從不同角度和方向探尋此類油氣藏的成因機(jī)制以及定量評(píng)價(jià)體系。

6) 識(shí)別該類油氣的地質(zhì)-地球化學(xué)方法仍處于爭議當(dāng)中。

此類典型且被公認(rèn)的油氣藏尚未有公開報(bào)道，但從一些勘探事實(shí)以及地質(zhì)發(fā)現(xiàn)中不難觀察到此類油氣藏存在的可能性。伏爾加-烏拉爾(Volga Ural)油區(qū)前寒武系花崗巖和變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了油質(zhì)瀝青和烴類氣體；科拉半島深度11 600 m超深井結(jié)晶基底中見瀝青包裹體；加勒比海的深斷裂附近發(fā)現(xiàn)了噴發(fā)強(qiáng)烈的CH4；在板塊俯沖帶以及洋中脊等構(gòu)造活躍區(qū)也出現(xiàn)過無機(jī)成因烴類氣體的報(bào)道，東太平洋海隆與圣安德烈大斷裂相接處瓜伊馬斯(Guaymas)盆地中發(fā)現(xiàn)的油氣形成與深部熱液侵入有關(guān)；菲律賓三描禮士省(Zambales)蛇綠巖的超基性-基性巖、西南印度洋中脊、加拿大魁北克(Quebec)堿性花崗巖、格陵蘭伊利毛沙克(Ilimaussaq)堿性雜巖、東非烏干達(dá)蘇庫魯(Sukulu)碳酸巖等均有無機(jī)成因烴類氣體的報(bào)道。中國松遼盆地地幔上隆、地殼減薄且發(fā)育火山活動(dòng)以及深大斷裂，地質(zhì)背景非?；钴S，沿主要深大斷裂所發(fā)現(xiàn)的一些氣藏被認(rèn)為存在無機(jī)成因的可能[54-57]，如徐家圍子氣藏、萬金塔CO2氣藏、肇州西和昌德的烷烴氣藏等?？傮w上，此類油氣藏主要分布于構(gòu)造活躍地區(qū)，如活動(dòng)大陸邊緣、深大斷裂、巖漿熱液活動(dòng)頻繁地區(qū)、洋中脊與海溝處等(圖6)，存在大量有機(jī)-無機(jī)相互作用和深-淺物質(zhì)交換等作用，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)尚有難度。

4 問題討論

在深層油氣的識(shí)別和勘探過程中仍存在很多科學(xué)問題亟需討論，其中，油氣成源和成烴的機(jī)理和過程是最為重要的難點(diǎn)問題，也是油氣勘探與資源評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的理論已難以對(duì)深層油氣進(jìn)行有效預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。從地球化學(xué)觀點(diǎn)看，深層面臨的問題主要是中-高成熟度油氣生成、演化、儲(chǔ)集和保存問題：豐富的烴源巖、充足的能量供給、良好的運(yùn)保條件和有利的成烴演化環(huán)境。而在深層所處的溫壓條件、流體性質(zhì)和相態(tài)等都發(fā)生了重大變化，使得水-巖-烴相互作用可能性大大增加，有機(jī)與無機(jī)相互作用更為頻繁，因此，深層油氣形成的關(guān)鍵在于深部無所不在的有機(jī)與無機(jī)相互作用，這其中主要存在以下問題亟待商榷。

1) 按有機(jī)與無機(jī)相互作用成烴的觀點(diǎn)[58-60]，外來氫的加入是高演化碳酸鹽源巖成烴的關(guān)鍵因素。

關(guān)于外源氫的來源可分為以下幾種[61-67]：①相對(duì)活動(dòng)區(qū)孔、裂隙發(fā)育帶地下潛水的加入；②巖石相互作用形成的揮發(fā)性氣體，特別是深部揮發(fā)份沿大斷裂的運(yùn)移；③熱水流體與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)時(shí)，某些礦物或巖石產(chǎn)生蝕變現(xiàn)象，這樣也會(huì)釋放出氫氣；④深部斷裂活動(dòng)所伴隨的侵入巖或熱液中的放射性物質(zhì)對(duì)流體的輻射分解。因此，上述區(qū)域應(yīng)是高演化碳酸鹽源巖發(fā)育區(qū)尋找烴類形成與聚集的有利場(chǎng)所。

2) 富鈣烴源巖物質(zhì)組成對(duì)深層油氣來源的影響。

特殊烴源，主要是有機(jī)酸鈣(有機(jī)-無機(jī)作用產(chǎn)物)。碳酸鹽礦物和有機(jī)酸反應(yīng)條件在地質(zhì)過程中存在：高鹽度海水中含有豐富的、能夠形成有機(jī)酸的有機(jī)質(zhì)，碳酸鹽巖的形成環(huán)境為堿性環(huán)境，而膏鹽巖層系具有很高的鹽水飽和度，有利于形成大量有機(jī)酸鹽[68-69]。在有機(jī)質(zhì)演化的早期階段有大量的有機(jī)酸，有機(jī)酸鹽熱穩(wěn)定性很高，其成烴演化呈現(xiàn)出與Ⅰ型干酪根近似的成烴過程，但在成烴轉(zhuǎn)化率、烴類氣體占比、CO2碳同位素組成等方面具有特殊性，主要表現(xiàn)為成烴轉(zhuǎn)化率高和成烴時(shí)間滯后的特征[70]。在液態(tài)烴大量生成時(shí)期很少分解，但在過成熟階段可以裂解生成凝析油(輕質(zhì)油)和氣態(tài)烴，因而對(duì)氣藏貢獻(xiàn)更直接有效。

3) 深層油氣來源繞不開的問題——無機(jī)成因氣。

無機(jī)成因氣主要有兩種學(xué)說[71-73]：①地幔脫氣說。認(rèn)為地球深部存在著大量的甲烷及其他非烴資源, 這些甲烷向上運(yùn)移，并大量聚集在地殼深部15 km左右的地帶，形成無機(jī)成因的油氣藏。②費(fèi)托地質(zhì)合成說。地幔脫氣生成的CO2，CO和H2沿玄武巖的破裂帶上升到超基性的蛇紋巖帶，發(fā)生了著名的費(fèi)托合成反應(yīng)，即氫氣與二氧化碳或一氧化碳經(jīng)高溫超壓以及Fe，Co，Ni和V等物質(zhì)的催化下生成烴類物質(zhì)。故而在火山熱液活動(dòng)區(qū)域、深大斷裂區(qū)域以及構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域需綜合油氣有機(jī)成因、無機(jī)成因以及有機(jī)-無機(jī)混合成因多種模式對(duì)深層油氣成藏機(jī)理進(jìn)行分析和判識(shí)。

5 結(jié)論

1) 將深層油氣藏類型分為淺成深埋型、淺備深成型和深層成藏型3種，并總結(jié)了不同深層油氣藏類型的特征、形成過程、油氣勘探和評(píng)價(jià)理論以及存在的重要科學(xué)問題，目的在于認(rèn)識(shí)深層油氣藏的分布規(guī)律、評(píng)價(jià)勘探前景以及預(yù)測(cè)勘探目標(biāo)。

2) 海相碳酸鹽巖層系深層有效烴源的類型存在一定的多樣性，分散可溶有機(jī)質(zhì)和有機(jī)酸鹽是構(gòu)成海相碳酸鹽巖烴源的重要組成部分。深層有機(jī)-無機(jī)相互作用，特別是深層外源氫的參與對(duì)高-過成熟有機(jī)質(zhì)的成烴意義重大。高演化碳酸鹽巖中存在有機(jī)碳向無機(jī)碳的轉(zhuǎn)化過程，不能以深層殘余TOC低而低估碳酸鹽巖層系的生烴潛力。