李 偉 王雪柯 趙容容 唐大海 尹 宏 裴森奇

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部 3.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

超壓體系指地層流體壓力超過(guò)正常靜水壓力的地層系統(tǒng)，多數(shù)指地層流體壓力系數(shù)大于1.1或1.2的地層[1-3]。世界上主要含油氣盆地都存在不同程度的超壓或異常高壓，中國(guó)多數(shù)含油氣盆地發(fā)育超壓體系，而且超壓體系對(duì)油氣的聚集具有重要作用[3-21]。長(zhǎng)期以來(lái)，含油氣盆地中超壓與油氣的關(guān)系也是油氣地質(zhì)工作者的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，而且前人已經(jīng)提出了異常高壓的眾多形成機(jī)制，如：構(gòu)造擠壓、生烴作用、欠壓實(shí)、水熱作用、黏土礦物轉(zhuǎn)化、超壓傳遞、底辟作用、充氣作用等[3-6]。對(duì)于超壓體系形成與演化的歷史也有較多的研究，但是，超壓體系的形成歷史仍然是目前一個(gè)重要研究課題。

含油氣盆地中超壓體系形成與演化歷史研究非常有利于開(kāi)展油氣聚集規(guī)律探討，尤其是喜馬拉雅期構(gòu)造改造十分明顯的四川盆地，一些地質(zhì)工作者從四川盆地西部上三疊統(tǒng)須家河組（T3x）封存箱的角度或超壓發(fā)育特征的角度，簡(jiǎn)要探討了這一超壓體系的形成與演化[22-27]。為了進(jìn)一步深化川西前陸盆地中生界致密砂巖天然氣聚集規(guī)律認(rèn)識(shí)與有利勘探區(qū)帶預(yù)測(cè)，筆者以該區(qū)氣藏壓力、鉆井液密度以及前人關(guān)于包裹體均一溫度研究成果與含烴鹽水包裹體PVT模擬氣藏古壓力恢復(fù)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合須家河組不同含氣區(qū)的埋藏史研究與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)規(guī)律，試圖探索川西前陸盆地須家河組沉積以來(lái)超壓體系的發(fā)育特征、形成與演化歷史，并探討其與天然氣富集的相關(guān)性，以期為川西前陸盆地中生界碎屑巖地層中天然氣大規(guī)模聚集的方向提供重要地質(zhì)依據(jù)。

1 川西前陸盆地超壓體系的形成與演化

川西前陸盆地指龍門(mén)山造山帶前緣至上揚(yáng)子克拉通地塊前緣之間的狹長(zhǎng)坳陷帶，其主要形成于晚三疊紀(jì)，由龍門(mén)山造山帶的前緣沖斷帶、川西前緣坳陷帶與川中—蜀南克拉通地塊邊緣繞曲形成的前陸斜坡與前陸隆起等主要構(gòu)造單元組成[28]。其發(fā)育的地層主要有淺海陸棚相的上三疊統(tǒng)馬鞍塘組局限碳酸鹽巖沉積、海陸過(guò)渡相的上三疊統(tǒng)小塘子組碳酸鹽巖與碎屑巖交互沉積以及須家河組二段—六段的砂泥巖交互沉積[29-31]。隨后，發(fā)育了侏羅系—白堊系的拗陷型盆地沉積與喜馬拉雅期的局限沖積扇與洪泛河湖沉積[29]。川西前陸盆地自形成以來(lái)，經(jīng)歷了印支晚期以龍門(mén)山中北段為主的安縣構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[31-32]、印支末期以川西北劍閣—廣元地區(qū)強(qiáng)烈隆升為主的區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[33-34]、燕山中期與晚期川西中部山前帶與峨邊—威遠(yuǎn)等地區(qū)為主的褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[32-34]、喜馬拉雅期以區(qū)域性強(qiáng)烈隆升剝蝕為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[32-37]以及喜馬拉雅末期以來(lái)川西南部與龍泉山構(gòu)造帶的強(qiáng)烈沖斷為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng) [32-34,38]。

川西前陸盆地須家河組天然氣資源十分豐富，目前勘探已發(fā)現(xiàn)了37個(gè)氣藏與含氣構(gòu)造，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)8 300×108m3，預(yù)測(cè)與控制天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約 10 000×108m3，其多以低豐度、大面積的巖性致密氣藏為主（圖1），多數(shù)具有超壓或異常高壓特征。其超壓體系的演化經(jīng)歷了原始超壓體系的形成與消亡、古超壓體系的形成與新生代超壓系統(tǒng)改造等3個(gè)發(fā)展階段。

圖1 川西前陸盆地須家河組頂界構(gòu)造概要與氣藏分布圖

1.1 川西前陸盆地中生代古超壓體系的形成

前人對(duì)川西前陸盆地須家河組超壓或異常高壓做過(guò)大量研究，但是，這些研究多是沉積型與構(gòu)造型[27,39]古超壓形成機(jī)制與現(xiàn)今超壓簡(jiǎn)要特征的論述。沉積盆地中的超壓主要有欠壓實(shí)增壓、生烴增壓、構(gòu)造應(yīng)力增壓等區(qū)域性超壓體系的形成機(jī)制[7-8,27,39-41]，川西前陸盆地也是如此。

1.1.1 欠壓實(shí)作用形成原始超壓體系

晚三疊世—侏羅紀(jì)是川西前陸盆地須家河組欠壓實(shí)作用形成超壓體系階段。關(guān)于川西前陸盆地須家河組欠壓實(shí)超壓體系的形成時(shí)間，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是侏羅系，欠壓實(shí)作用產(chǎn)生的過(guò)剩壓力最盛于侏羅紀(jì)末[7-8,27,39]。然而，筆者認(rèn)為不同地區(qū)形成時(shí)間存在差異，這主要是因不同區(qū)域沉積埋藏快慢與時(shí)期不同所致（圖2、3）。由于欠壓實(shí)形成于生烴作用之前，也就是熱演化程度（Ro）小于0.5%時(shí)的沉積埋藏與早成巖階段，其埋藏深度受地溫梯度高低的影響，一般發(fā)生在1 500 m以淺的地層中[42-44]。因此，筆者根據(jù)川西前陸盆地三疊紀(jì)晚期至侏羅紀(jì)的古地溫梯度主要區(qū)間值介于3.2～2.8 ℃/100 m[45-47]，白堊紀(jì)至新生代的古地溫梯度主要區(qū)間值介于3.2～1.5 ℃/100 m[45-47]，開(kāi)展了不同含氣區(qū)的埋藏史分析，分析結(jié)果認(rèn)為其欠壓實(shí)主要形成于晚三疊世后期—侏羅紀(jì)。其中川西坳陷帶的欠壓實(shí)主要形成于晚三疊世—早侏羅世。如老關(guān)廟須家河組在早侏羅世的地層壓力系數(shù)就達(dá)到1.34[27]，預(yù)測(cè)劍閣—九龍山—元壩地區(qū)有類(lèi)似的欠壓實(shí)超壓系統(tǒng)形成（圖2）；而平落壩、大邑、新場(chǎng)等地區(qū)在三疊紀(jì)后期多數(shù)達(dá)到1 500～2 000 m的埋深，其形成欠壓實(shí)超壓體系的時(shí)間更早，預(yù)測(cè)為須家河組沉積的早中期（圖3）。前陸隆起帶及其鄰區(qū)欠壓實(shí)的形成時(shí)間較晚，如威東、荷包場(chǎng)、八角場(chǎng)等地區(qū)多在中晚侏羅世才發(fā)育欠壓實(shí)超壓（圖3）。

圖2 元壩與劍閣地區(qū)須家河組氣藏埋藏史與超壓演化史圖

圖3 川西前陸盆地不同氣區(qū)須家河組埋藏史與超壓演化史圖

由于川西前陸盆地須家河組還存在生烴增壓的改造，目前不能準(zhǔn)確計(jì)算須家河組欠壓實(shí)作用所形成的古超壓體系的地層壓力系數(shù)，即使利用現(xiàn)今須家河組泥巖段測(cè)井計(jì)算的地層壓力系數(shù)，也是不能代表當(dāng)時(shí)的地層壓力系數(shù)。因此，筆者根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地南緣古近系古新統(tǒng)—始新統(tǒng)紫泥泉子組在強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓與欠壓實(shí)作用下的地層壓力系數(shù)高達(dá)2.00～2.30[16-19,48-49]，與無(wú)構(gòu)造擠壓的渤海灣盆地小于2 000 m異常高壓泥巖的地層壓力系數(shù)多小于1.35[50]，結(jié)合川西前陸盆地三疊紀(jì)末—侏羅紀(jì)為微弱構(gòu)造擠壓與欠壓實(shí)作用，因此預(yù)測(cè)須家河組地層壓力系數(shù)多低于1.40。川西前陸盆地須家河組欠壓實(shí)所形成的超壓體系，其賦存時(shí)間的長(zhǎng)短與壓實(shí)作用、后期生烴作用相關(guān)。前人通過(guò)包裹體PVT模擬研究認(rèn)為，Ro=0.75%時(shí)（圖2），因壓實(shí)作用的影響，元壩4井須家河組欠壓實(shí)作用所形成的超壓體系基本消失，如晚侏羅世早期（距今時(shí)間約160.8 Ma）的古地層壓力系數(shù)僅為1.11[22]；通過(guò)數(shù)值模擬，侏羅紀(jì)須家河組古地層壓力系數(shù)多介于1.05～1.12，少量介于1.27～1.34[26]。因此，筆者也認(rèn)為欠壓實(shí)作用所形成的超壓會(huì)在生烴高峰到來(lái)之前，因壓實(shí)成巖而基本消失，至多維持弱超壓狀態(tài)，但在厚層泥巖中有欠壓實(shí)殘留。

1.1.2 生烴作用形成古超壓體系

晚侏羅世—白堊紀(jì)是川西前陸盆地須家河組生烴增壓作用形成超壓體系的重要階段。關(guān)于川西前陸盆地須家河組生烴增壓的論述較多，如：羅嘯泉[51]認(rèn)為烴源巖Ro=0.9%時(shí)，因大量生烴，并大量伴生CO2，在碳酸鹽礦物大量溶解形成次生孔隙發(fā)育帶的同時(shí)，碳酸鹽礦物溶液向上運(yùn)移至低溫低壓地層時(shí)，碳酸鈣沉淀形成致密頂板，而促使超壓封存箱的形成；王震亮等[27]認(rèn)為因須家河組滲透性較差，生烴作用特別是天然氣的大量生成導(dǎo)致地層壓力的快速增長(zhǎng)；徐國(guó)盛等[26]認(rèn)為須家河組內(nèi)的生烴作用使地層壓力系數(shù)由生烴前的1.10上升為1.16～2.10；張俊武等[22]認(rèn)為進(jìn)入生烴高峰期的后期時(shí)，雖然包裹體的溫度與壓力都在隨埋深的加大而增加，但其地層壓力系數(shù)開(kāi)始逐漸減小。筆者根據(jù)古今地溫梯度、埋藏史與熱演化歷史，結(jié)合前人包裹體的研究結(jié)果，開(kāi)展了古壓力的計(jì)算。具體步驟為：①根據(jù)埋藏史確定包裹體形成時(shí)間；②根據(jù)包裹體均一溫度與古今地溫梯度、結(jié)合埋藏史計(jì)算包裹體形成的最大埋深，即包裹體均一溫度除以平均地溫梯度所得數(shù)據(jù)；③根據(jù)埋藏史計(jì)算該包裹體形成時(shí)所在地層的實(shí)際埋深，即包裹體均一溫度在埋藏?zé)嵫莼穲D中對(duì)應(yīng)的深度；④將包裹體形成的最大埋藏與其地層的實(shí)際埋深都轉(zhuǎn)化為靜水柱高或靜水地層壓力，并用前者除以后者所得值就是古地層壓力。研究結(jié)果表明，川西前陸盆地坳陷帶中侏羅世—晚侏羅世因生烴作用形成古超壓體系，其古地層壓力系數(shù)多介于1.41～1.69，甚至更高，如新場(chǎng)—孝泉地區(qū)個(gè)別古地層壓力系數(shù)可達(dá)1.87[26]；而隆起帶及其鄰區(qū)，至白堊紀(jì)才開(kāi)始因生烴作用而形成古超壓體系，其地層壓力系數(shù)多介于1.40～1.50（圖2、3、表1）。因此，筆者認(rèn)為生烴作用所形成的古超壓體系是須家河組現(xiàn)今超壓體系發(fā)育的基礎(chǔ)。

表1 川西前陸盆地部分須家河組含氣區(qū)古地層壓力系數(shù)計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)今地層壓力系數(shù)對(duì)照表

另外，印支末期—燕山期，雖然構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以擠壓為主，構(gòu)造擠壓所產(chǎn)生的超壓成分也應(yīng)該存在，但前人開(kāi)展的有關(guān)聲發(fā)射測(cè)試結(jié)果反映，這一時(shí)期川西地區(qū)因巖石的最大水平主應(yīng)力遠(yuǎn)小于上部負(fù)荷應(yīng)力，巖石變形以垂向壓實(shí)為主[39]。因此，此時(shí)構(gòu)造應(yīng)力所產(chǎn)生的超壓貢獻(xiàn)很小。

由此可知，晚三疊世—侏羅紀(jì)的欠壓實(shí)作用形成了須家河組最原始的超壓體系，坳陷帶超壓形成于晚三疊世早中期—早侏羅世，前陸盆地隆起及其鄰區(qū)的超壓形成于中晚侏羅世；欠壓實(shí)形成的超壓多在Ro=0.75%時(shí)消失或維持弱超壓狀態(tài)。晚侏羅世—白堊紀(jì)生烴作用形成了須家河組古超壓體系，這也是現(xiàn)今超壓體系發(fā)育的基礎(chǔ)；坳陷帶古超壓形成于中侏羅世—晚侏羅世，隆起帶及其鄰區(qū)古超壓形成于白堊紀(jì)中期。印支末期—燕山期的構(gòu)造擠壓作用對(duì)須家河組超壓體系形成的貢獻(xiàn)很小。

1.2 川西前陸盆地新生代超壓體系的改造與演化

川西前陸盆地自喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，隨全盆地一起進(jìn)入?yún)^(qū)域性擠壓隆升與剝蝕階段[59]。這一階段的構(gòu)造擠壓、隆升與剝蝕、斷裂形成與活動(dòng)對(duì)須家河組古超壓體系產(chǎn)生了重要影響。筆者以埋藏史研究為基礎(chǔ)，結(jié)合前人在古流體包裹體、古構(gòu)造應(yīng)力、儲(chǔ)層致密化等方面的分析結(jié)果，認(rèn)為川西前陸盆地須家河組古超壓體系在這一時(shí)期經(jīng)歷了明顯的差異演化。

1.2.1 構(gòu)造應(yīng)力作用對(duì)古超壓體系形成的貢獻(xiàn)

構(gòu)造應(yīng)力作用所產(chǎn)生的流體超壓是古超壓體系形成的重要組成部分。筆者主要依據(jù)前人的研究成果來(lái)進(jìn)行討論。雖然川西前陸盆地須家河組在印支末期—燕山期也是擠壓構(gòu)造背景，但因其最大水平主應(yīng)力遠(yuǎn)小于上部負(fù)荷應(yīng)力，因此其構(gòu)造應(yīng)力對(duì)超壓的貢獻(xiàn)是不可能與喜馬拉雅期相比的。王震亮等[39]研究認(rèn)為開(kāi)放體系的構(gòu)造應(yīng)力充分釋放，構(gòu)造擠壓作用難以引起流體增壓；而較為封閉的流體體系的應(yīng)力釋放困難且緩慢，構(gòu)造增壓的貢獻(xiàn)明顯存在，且差異較大。如中壩、平落壩、三和場(chǎng)、大興西、漢王場(chǎng)、三蘇場(chǎng)等構(gòu)造因斷裂發(fā)育，其地層應(yīng)力比例系數(shù)介于0.75～0.92，流體處于開(kāi)放體系，構(gòu)造擠壓作用難以引起流體增壓[39]。而川西坳陷帶北部?jī)?chǔ)層物性極致密且斷裂不發(fā)育區(qū)構(gòu)造擠壓增壓較顯著。李軍等[40]通過(guò)通南巴—元壩一帶的須家河組鉆井巖心古構(gòu)造應(yīng)力測(cè)定，認(rèn)為構(gòu)造擠壓增壓貢獻(xiàn)介于28%～39%；王震亮等[39]通過(guò)老關(guān)廟—柘壩場(chǎng)一帶的須家河組鉆井巖心古構(gòu)造應(yīng)力測(cè)定，認(rèn)為構(gòu)造擠壓增壓貢獻(xiàn)介于80%～100%。因此，川西前陸盆地除去喜馬拉雅期斷裂活動(dòng)頻繁且轉(zhuǎn)變成開(kāi)放地層體系的地區(qū)外，構(gòu)造擠壓所產(chǎn)生的流體增壓不同程度的存在，且與儲(chǔ)層致密程度與斷裂發(fā)育程度相關(guān)。

1.2.2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的差異性對(duì)超壓體系演化的影響

構(gòu)造隆升與地層剝蝕是古超壓體系差異演化的主要成因。由于四川盆地自新生代以來(lái)，不同地區(qū)隆升與剝蝕的程度不同，必然會(huì)對(duì)不同區(qū)域古超壓體系的演化產(chǎn)生不同的影響。

從圖2與表1可知，劍閣須家河組氣藏與元壩須家河組氣藏東部分別地處九龍山構(gòu)造的西南翼上傾部位與東南翼下傾部位，其演化規(guī)律具有一定的相似性。劍閣須家河組氣藏包裹體計(jì)算的白堊紀(jì)末期的古地層壓力系數(shù)為1.62，而劍閣須家河組氣藏與元壩須家河組氣藏東部現(xiàn)今地層壓力系數(shù)分別介于2.15～2.38、1.65～1.82。顯然二者在這一時(shí)期的超壓體系經(jīng)歷了不同構(gòu)造演化過(guò)程。從其埋藏史曲線(xiàn)來(lái)看，二者在古近紀(jì)緩慢隆升過(guò)程中剝蝕了約500 m厚的地層，這對(duì)二者超壓改造的影響是相似的，雖有一定流體壓力的釋放，但因儲(chǔ)層致密仍存在較高的超壓流體。新近紀(jì)以來(lái)，二者因構(gòu)造隆升導(dǎo)致的地層剝蝕厚度差異十分明顯，劍閣地區(qū)經(jīng)歷了約2 000 m的地層剝蝕，元壩東部區(qū)只有約500 m的地層剝蝕，因此在極致密巖石的封堵下，劍閣地區(qū)須家河組地層壓力系數(shù)上升超過(guò)2.15，而元壩東部地區(qū)須家河組的地層壓力系數(shù)只比白堊紀(jì)末的古地層壓力系數(shù)（1.62）略有升高。

從圖3與表1可知，前陸盆地坳陷帶的平落壩、新場(chǎng)、大邑等構(gòu)造與前陸盆地斜坡帶的八角場(chǎng)構(gòu)造在古近紀(jì)具有相似的超壓演化規(guī)律，即因都經(jīng)歷了白堊紀(jì)的深埋與較強(qiáng)—強(qiáng)成巖作用，儲(chǔ)層致密化明顯，流體壓力釋放困難，至古近紀(jì)地層中仍維持了較多剩余流體壓力，展現(xiàn)出地層壓力系數(shù)略有升高的規(guī)律。進(jìn)入新近紀(jì)后，由于斷裂發(fā)育程度不同，各自超壓發(fā)育規(guī)律差異較大。沿前陸盆地坳陷帶西南—東北向，地層壓力系數(shù)有逐漸增大的趨勢(shì)。平落壩構(gòu)造在新近紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁，斷裂發(fā)育，須家河組泄壓后成了常壓氣藏；大邑構(gòu)造斷裂與裂縫較發(fā)育，地層壓力系數(shù)略有降低，介于1.50～1.60；新場(chǎng)構(gòu)造及其鄰區(qū)相對(duì)較穩(wěn)定，小斷裂較發(fā)育，斷裂沒(méi)有通達(dá)淺層，在構(gòu)造擠壓與封存作用的共同作用下，剩余的流體壓力越來(lái)越多，地層壓力系數(shù)上升，介于1.70～1.90；而劍閣地區(qū)斷層不發(fā)育，構(gòu)造完整，地層壓力系數(shù)上升至2.15～2.38；但是，位于川中地區(qū)的八角場(chǎng)構(gòu)造發(fā)育1條大斷裂，在擠壓作用與封存作用的聯(lián)合作用下，地層壓力系數(shù)略有下降，介于1.70～1.80。前陸盆地隆起區(qū)由于熱演化程度較低，成巖作用較弱，儲(chǔ)層致密化程度較弱，至白堊紀(jì)末期才達(dá)到流體超壓的最高值；新生代由于強(qiáng)烈隆升、剝蝕，以及斷裂與裂縫的產(chǎn)生，一直處于泄壓狀態(tài)，尤其是新近紀(jì)以來(lái)成巖作用相對(duì)更弱的荷包場(chǎng)構(gòu)造泄壓更快，現(xiàn)今多為常壓特征；而威東含氣區(qū)由于儲(chǔ)層比荷包場(chǎng)構(gòu)造略致密，熱演化程度也略高于荷包場(chǎng)構(gòu)造，剝蝕后還剩余了一定的流體壓力，呈現(xiàn)弱高壓狀態(tài)，地層壓力系數(shù)介于1.30～1.50（圖4）。

須家河組現(xiàn)今超壓體系的平面發(fā)育規(guī)律與喜馬拉雅期以來(lái)形成的斷裂關(guān)系十分密切，但與須家河組生氣強(qiáng)度的關(guān)系并不明顯。由于生烴增壓是古超壓體系發(fā)育的基礎(chǔ)，生氣強(qiáng)度較大的地區(qū)應(yīng)該超壓最發(fā)育。但從圖4可以看出，生氣強(qiáng)度最大的川西南大部分地區(qū)不存在超壓體系，超壓強(qiáng)度最大的卻發(fā)育在生氣強(qiáng)度較小的梓潼坳陷區(qū)。這顯然與川西南地區(qū)喜馬拉雅晚期以來(lái)形成的斷裂[59]較多有關(guān)。平落壩—大興場(chǎng)—眉山—資陽(yáng)等一線(xiàn)以南、華鎣山斷裂帶西側(cè)以及江油以北的龍門(mén)山山前與米倉(cāng)山山前等超壓基本不發(fā)育，也是強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成。這進(jìn)一步證明強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞了古超壓體系。

圖4 川西前陸盆地須家河組超壓體系與斷裂、生氣強(qiáng)度、氣藏分布等疊合圖

由此可知，川西前陸盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的差異性對(duì)須家河組超壓體系演化的影響十分明顯。前陸盆地坳陷帶與斜坡帶，在古近紀(jì)的隆升與剝蝕期，致密儲(chǔ)層阻滯了流體壓力的釋放，并在構(gòu)造擠壓下以維持超壓體系與導(dǎo)致地層壓力系數(shù)略有增加為特征；至新近紀(jì)，因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的差異，斷裂發(fā)育區(qū)以超壓系統(tǒng)破壞為主，斷裂欠發(fā)育區(qū)以超壓維持或超壓增強(qiáng)為主。前陸盆地隆起帶與斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，在強(qiáng)烈隆升與剝蝕作用下，須家河組持續(xù)泄壓，超壓系統(tǒng)遭受不同程度的破壞。

2 超壓體系發(fā)育特征與天然氣富集關(guān)系

川西前陸盆地超壓體系的發(fā)育特征及其與天然氣富集的關(guān)系，前人做過(guò)較多的研究。王震亮等[27]認(rèn)為川西坳陷南部為“兩段式”超壓模式，川西坳陷北部為“三段式”超壓模式，梓潼凹陷為超壓最高地區(qū)，并提出了山前帶低幅超壓近源成藏與中—低幅超壓多級(jí)成藏，及坳陷內(nèi)超高壓近源成藏3種成藏模式；宋鈺等[8,40]認(rèn)為元壩—通南巴地區(qū)發(fā)育封隔型超壓體系，天然氣充注與構(gòu)造擠壓是超壓發(fā)育的主要?jiǎng)恿C(jī)制等認(rèn)識(shí)；張聞林等[60]認(rèn)為封存箱頂部是油氣藏形成的有利部位，壓力降低區(qū)有利于規(guī)模油氣藏形成；羅嘯泉[51]認(rèn)為后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)封存箱的改造使天然氣向箱外“混相涌流”，在淺中深層形成了規(guī)模次生氣藏；楊克明[61]認(rèn)為須家河組分為下部和上部?jī)蓚€(gè)成藏組合，下部成藏組合為高壓驅(qū)趕與低壓吸拉天然氣成藏模式，上部成藏組合為水溶氣運(yùn)移釋放與浮力順優(yōu)勢(shì)通道輸導(dǎo)天然氣成藏模式；李偉等[38-39]認(rèn)為川中地區(qū)烴類(lèi)充注和構(gòu)造抬升與剝蝕是異常高壓的主要形成機(jī)制，等等。由此可知，前人的研究多局限于川西坳陷、川中隆起等具體的氣藏或天然氣聚集區(qū)。筆者在此成果基礎(chǔ)上，以川西前陸盆地的主體為基礎(chǔ)開(kāi)展流體壓力、鉆井液密度、天然氣分布等方面的研究，并編制地層壓力系數(shù)平面圖與剖面圖來(lái)描述現(xiàn)今超壓發(fā)育規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)討論其與天然氣富集規(guī)律的關(guān)系。

2.1 川西前陸盆地須家河組超壓發(fā)育特征

超壓或異常高壓的定量描述，國(guó)內(nèi)外有多種分類(lèi)[11]，但都很簡(jiǎn)單。為了較準(zhǔn)確地描述超壓特征，筆者將地層壓力系數(shù)介于0.9～1.2定義為常壓、大于1.2統(tǒng)稱(chēng)為超壓，其中介于1.2～1.6為弱超壓、介于1.6～2.0為強(qiáng)超壓、大于2.0為極強(qiáng)超壓。川西前陸盆地由于受喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，完全改變了由生烴增壓而形成的古超壓體系原始特征。筆者利用須家河組單井壓力測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算的地層壓力系數(shù)，并根據(jù)地層壓力系數(shù)編制了平面分布圖（圖4）；同時(shí)利用鉆井液密度結(jié)合實(shí)際測(cè)試地層壓力系數(shù)編制了部分過(guò)井剖面的超壓體系剖面圖（圖5～7）。

圖5 川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)超壓體系發(fā)育特征與天然氣聚集關(guān)系圖

從超壓體系的平面發(fā)育特征來(lái)看，須家河組的極強(qiáng)超壓主要發(fā)育于川西坳陷帶的中北部的洛帶—綿陽(yáng)—老關(guān)廟—九龍山構(gòu)造南部等地區(qū)，強(qiáng)超壓環(huán)繞川西坳陷帶及部分斜坡帶發(fā)育，弱超壓主要發(fā)育于川西前陸盆地的斜坡帶與隆起帶。而川西南斷裂發(fā)育區(qū)、龍門(mén)山山前沖斷帶北部、米倉(cāng)山山前帶以及華鎣山山前帶為須家河組常壓發(fā)育區(qū)（圖4）。

從超壓體系剖面發(fā)育特征來(lái)看，不僅不同區(qū)域差異較大，而且不同區(qū)域的不同構(gòu)造部位差異更大。例如：前陸盆地龍門(mén)山?jīng)_斷帶北部、梓潼凹陷與九龍山等構(gòu)造的超壓特征各不相同（圖5）。龍門(mén)山?jīng)_斷帶礦山梁構(gòu)造基本不發(fā)育超壓；梓潼凹陷西側(cè)以弱超壓為主，展現(xiàn)出超壓強(qiáng)度自上而下加大的特征；梓潼凹陷東側(cè)劍閣地區(qū)以強(qiáng)超壓—極強(qiáng)超壓為主，剖面上展現(xiàn)出明顯的超壓透鏡狀特征；九龍山構(gòu)造區(qū)—元壩地區(qū)以強(qiáng)超壓為主，展現(xiàn)出由九龍山構(gòu)造主體部位須家河組超壓上弱—中強(qiáng)—下較強(qiáng)，向元壩地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樯先酢聫?qiáng)的超壓特征，而且展示出其超壓強(qiáng)度與烴源巖現(xiàn)今埋深的關(guān)系并不明顯。劍閣—九龍山—元壩地區(qū)的強(qiáng)超壓—極強(qiáng)超壓的形成，顯然與九龍山構(gòu)造在喜馬拉雅期的強(qiáng)烈回返有關(guān)。

前陸盆地中部鴨子河沖斷帶、坳陷區(qū)、龍泉山?jīng)_斷帶、安岳—磨溪隆起區(qū)也是各不相同（圖6）。鴨子河構(gòu)造帶的超壓強(qiáng)度展現(xiàn)出自上而下由低增高又降低的變化過(guò)程，且以弱超壓—強(qiáng)超壓為主；坳陷區(qū)則是自上而下超壓逐漸增強(qiáng)的過(guò)程，即由弱超壓增加至強(qiáng)超壓，局部可能達(dá)極強(qiáng)超壓；龍泉山構(gòu)造帶及其鄰區(qū)的永深1井與永探1井展示，也是自上而下由弱超壓轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)超壓的特征，更重要的是其上傾部位的斜坡區(qū)須家河組下部可能發(fā)育透鏡狀強(qiáng)超壓；安岳—磨溪隆起區(qū)是相對(duì)略有變化的弱超壓為特征。

圖6 川西沖斷帶—川中上三疊統(tǒng)超壓體系發(fā)育特征與天然氣聚集關(guān)系圖

前陸盆地南部的霧中山?jīng)_斷帶、灌口—邛崍—熊坡斷裂褶皺帶、龍泉山?jīng)_斷帶南段以及隆起區(qū)威遠(yuǎn)褶皺帶存在更大的差異（圖7）。沖斷帶的霧中山構(gòu)造須家河組以常壓為特征；坳陷區(qū)的灌口—邛崍—熊坡斷裂褶皺帶須家河組以下弱上強(qiáng)的常壓—弱超壓為特征，而泥巖段多數(shù)發(fā)育弱—強(qiáng)超壓；斜坡區(qū)的龍泉山?jīng)_斷帶南段須家河組以相對(duì)穩(wěn)定的弱超壓為特征；隆起區(qū)的資陽(yáng)—威遠(yuǎn)須家河組以地層壓力系數(shù)低于1.05的常壓為主。

圖7 川西南地區(qū)上三疊統(tǒng)超壓體系發(fā)育特征與天然氣聚集關(guān)系圖

由此可知，川西前陸盆地須家河組超壓體系主要發(fā)育于構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的中北部坳陷帶與斜坡帶，川西南邛崍—熊坡—資陽(yáng)—威遠(yuǎn)以南、龍門(mén)山—米倉(cāng)山山前沖斷帶、華鎣山西側(cè)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)的古超壓體系遭受破壞，以常壓為特征。從超壓發(fā)育的剖面結(jié)構(gòu)特征來(lái)看，須家河組多數(shù)自上而下超壓強(qiáng)度加大，但在老關(guān)廟—九龍山構(gòu)造帶及其鄰區(qū)發(fā)育透鏡狀極強(qiáng)超壓、鴨子河構(gòu)造帶以東的坳陷帶可能存在厚層疊置極強(qiáng)超壓、龍泉山以東的斜坡帶須家河組下部發(fā)育透鏡狀強(qiáng)超壓、川中隆起帶須家河組發(fā)育弱超壓?，F(xiàn)今川西前陸盆地須家河組超壓是在致密巖性阻滯下，以生烴增壓與構(gòu)造擠壓為主形成的古超壓體系經(jīng)歷喜馬拉雅期強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后的殘余壓力體系。

2.2 川西前陸盆地須家河組超壓與天然氣富集關(guān)系

川西前陸盆地由于須家河組超壓體系的復(fù)雜演化，其對(duì)須家河組天然氣富集有著多種獨(dú)特的作用。

1）西強(qiáng)東弱的超壓體系持續(xù)發(fā)育促進(jìn)了川中隆起區(qū)大面積、低豐度、低含氣飽和度天然氣區(qū)的形成。從圖2、3可知，自晚侏羅世至白堊紀(jì)末期，是川西坳陷天然氣大規(guī)模生成的時(shí)期，也是西強(qiáng)東弱的古超壓體系形成與持續(xù)發(fā)育期。新生代以來(lái)，雖然古超壓體系發(fā)生不同程度的破壞與分異，但由于川西坳陷須家河組埋深大、地層流體壓力高，仍然可以持續(xù)使地層流體向東南部的華鎣山前褶皺斷裂帶運(yùn)移，不僅在川中—川南過(guò)渡帶的隆起區(qū)形成須家河組的泄水區(qū)，而且形成側(cè)向順層壓力梯度遠(yuǎn)大于浮力現(xiàn)象[62]。這不僅長(zhǎng)期使坳陷帶的大量天然氣順層向東運(yùn)移至川中地區(qū)，而且使川中地區(qū)須家河組厚層砂體中的大量水體順層向合川—廣安一線(xiàn)的華鎣山山前低壓斷裂帶排泄，產(chǎn)生水溶氣的減壓脫溶與地層水濃縮脫溶而聚集成藏[62]，形成了安岳、合川、廣安、蓬萊等多個(gè)天然氣探明或預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)2 000×108m3的大面積、低豐度致密巖性大氣田（圖4）。因此，須家河組超壓體系的長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)育是弱超壓—常壓的隆起帶及其鄰區(qū)天然氣順層側(cè)向運(yùn)移與大規(guī)模聚集的重要?jiǎng)恿?。根?jù)這一規(guī)律，隆起帶及其鄰區(qū)仍然具有尋找大氣田的潛力。

2）強(qiáng)超壓—極強(qiáng)超壓體系的持續(xù)發(fā)育確保了致密氣的大面積封存。前人研究結(jié)果認(rèn)為，劍閣—元壩地區(qū)自侏羅紀(jì)末期以來(lái)由于強(qiáng)烈的成巖作用，儲(chǔ)層極其致密，孔隙度介于2%～6%[37,55,63]，而且在源儲(chǔ)交互發(fā)育的巖性組合下，與致密儲(chǔ)集體聯(lián)合阻滯了流體壓力的釋放。另外，該區(qū)須家河組自侏羅紀(jì)末期至古近紀(jì)一直處于強(qiáng)超壓狀態(tài)（圖2），新近紀(jì)雖然有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，但主要以褶皺隆升為主，斷穿須家河組的斷裂基本不發(fā)育，這十分有利于古超壓流體的持續(xù)封存。正是由于整套須家河組的超壓封閉，使得劍閣與元壩地區(qū)預(yù)測(cè)與控制天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量分別超過(guò)1 000×108m3與3 000×108m3（圖4）。筆者研究認(rèn)為，黎雅—老關(guān)廟—文星場(chǎng)—柘壩場(chǎng)一帶發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的極致密砂巖天然氣的聚集，有可能也是極致密氣的大面積發(fā)育，具備拓展成大型極致密氣聚集區(qū)的潛力。根據(jù)前人對(duì)新場(chǎng)—川合等須家河組氣藏研究結(jié)果的認(rèn)識(shí)，須家河組氣藏天然氣是致密砂巖氣，也是近源聚集，具有強(qiáng)超壓特征，超壓封閉作用十分明顯，其中新場(chǎng)構(gòu)造須家河組探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)1 200×108m3[61]。因此，川合—黎雅一帶也存在強(qiáng)超壓—極強(qiáng)超壓大面積封存的極致密砂巖氣聚集區(qū)。

3）生烴增壓形成的古超壓體系是燕山期—喜馬拉雅期須家河組天然氣聚集成藏的重要?jiǎng)恿Α?cè)向壓差驅(qū)動(dòng)是坳陷帶褶皺構(gòu)造天然氣大規(guī)模聚集的重要?jiǎng)恿?。如前人認(rèn)為新場(chǎng)構(gòu)造須家河組氣藏是侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)形成的超壓烴源巖，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“斷而未破”的小斷裂與裂縫情況下，天然氣被“高壓驅(qū)趕”至須家河組致密儲(chǔ)層中聚集而成；平落壩構(gòu)造須家河組氣藏是燕山晚期—喜馬拉雅期在逆沖斷裂泄壓成常壓后，使鄰區(qū)超壓環(huán)境下的天然氣被大量“低壓吸拉”至致密儲(chǔ)層中聚集而成[61]，平落壩—邛西—白馬廟地區(qū)天然氣聚集超過(guò)500×108m3。實(shí)際上，筆者認(rèn)為這都是在須家河組超壓體系的大背景下，區(qū)域性的側(cè)向壓差驅(qū)動(dòng)天然氣聚集的結(jié)果。因此，沖斷帶—坳陷帶潛在皺褶構(gòu)造與復(fù)合圈閉仍有天然氣大規(guī)模聚集的可能，值得重視。

4）生烴增壓與構(gòu)造擠壓形成的古超壓是侏羅系—白堊系等淺層天然氣規(guī)模聚集的重要?jiǎng)恿?。前人研究認(rèn)為川西致密碎屑巖生烴增壓和成巖致密化后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)須家河組封存箱的改造，并在超壓作用下，使天然氣向箱外“混相涌流”，于淺中深層形成了規(guī)模次生氣藏[51]；川西前陸盆地須家河組為一異常高壓封存箱，箱內(nèi)外相差懸殊的壓力差，是天然氣跨層運(yùn)移持續(xù)作用的源動(dòng)力[64]。川西前陸盆地中氣源來(lái)自須家河組的淺層天然氣聚集規(guī)模很大。如孝泉、新場(chǎng)、洛帶、中江、平落壩、白馬廟、蘇碼頭等侏羅系—白堊系氣藏已累計(jì)發(fā)現(xiàn)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)3 000×108m3。如：新場(chǎng)構(gòu)造侏羅系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量834×108m3；洛帶氣田侏羅系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為324×108m3；白馬廟氣田侏羅系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量269×108m3、預(yù)測(cè)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量670×108m3；中江氣田侏羅系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量 219×108m3、三級(jí)天然氣儲(chǔ)量超過(guò) 2 000×108m3；平落壩氣田侏羅系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量20×108m3。筆者認(rèn)為，古超壓體系形成后，燕山期—喜馬拉雅期的改造促進(jìn)了天然氣的快速向上充注。從受改造較嚴(yán)重的平落壩上三疊統(tǒng)須家河組與侏羅系氣藏來(lái)看（圖8），其經(jīng)歷了侏羅紀(jì)末期—白堊紀(jì)早期（距今時(shí)間介于148.4～117.4 Ma）[65]的強(qiáng)超壓環(huán)境下的首次油氣充注，天然氣最早由須一段天然氣生成的天然氣聚集于須二段，后期調(diào)整到最上部的侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，干燥系數(shù)較大（0.94～0.95）、甲烷碳同位素值介于-36.8‰～-35.0‰；而后其經(jīng)歷了晚白堊世后期（距今時(shí)間介于83.0～78.0 Ma）[65]弱超壓環(huán)境下熱演化程度略低的天然氣充注，其天然氣為須家河組三段—四段生成的天然氣在須二段—須三段中的聚集，后期調(diào)整到侏羅系遂寧組—沙溪廟組，干燥系數(shù)偏低（0.93）、甲烷碳同位素值介于-38.3‰～-39.2‰，同時(shí)還存在來(lái)自須家河組上部須五段相對(duì)較低成熟烴源巖所生天然氣的貢獻(xiàn)[66]；最后其經(jīng)歷了喜馬拉雅期構(gòu)造隆升泄壓后，充注了來(lái)自斷裂下盤(pán)弱超壓環(huán)境下成熟度更高的須一段烴源巖所生的天然氣（與邛崍斷壘構(gòu)造于距今時(shí)間為14.0 Ma形成的時(shí)期相當(dāng)），干燥系數(shù)最大（0.97～0.98）、甲烷碳同位素組成最重（-34.8‰～-32.5‰）。因此，筆者認(rèn)為，超壓體系發(fā)育的環(huán)境中，天然氣的運(yùn)聚不僅存在斷裂帶在浮力作用下的垂向運(yùn)移，而且還存在壓差驅(qū)動(dòng)，這增加了天然氣幕式運(yùn)移的頻率，促進(jìn)了淺層天然氣的規(guī)模聚集。因此，在須家河組較強(qiáng)—強(qiáng)超壓體系之上的侏羅系淺層天然氣的規(guī)模聚集與更多發(fā)現(xiàn)值得期待。

圖8 平落壩氣田中生界—新生界天然氣多期次運(yùn)移與聚集示意圖

由此可知，川中隆起區(qū)持續(xù)發(fā)育的西強(qiáng)東弱超壓體系促進(jìn)了大面積、低豐度、低含氣飽和度天然氣區(qū)的形成，川西坳陷北部強(qiáng)超壓—極強(qiáng)超壓體系的持續(xù)發(fā)育確保了致密氣的大面積封存，生烴增壓形成的古超壓體系不僅是須家河組自身天然氣破壞與調(diào)整的重要源動(dòng)力，也是燕山期—喜馬拉雅期須家河組致密砂巖天然氣聚集成藏中壓差驅(qū)動(dòng)的重要?jiǎng)恿?，還是侏羅系—白堊系等淺層天然氣規(guī)模聚集的主要?jiǎng)恿?。隆起帶及其鄰區(qū)還存在較大規(guī)模致密巖性大氣田發(fā)現(xiàn)的潛力，坳陷帶的川合—黎雅存在大面積極致密砂巖氣聚集的可能，沖斷帶—坳陷帶的皺褶構(gòu)造與復(fù)合圈閉仍是天然氣大規(guī)模聚集的有利場(chǎng)所，須家河組超壓體系之上的淺層侏羅系仍具有大面積天然氣聚集的潛力。

3 結(jié)論

1）川西前陸盆地須家河組最早于晚三疊世—侏羅紀(jì)因欠壓實(shí)作用形成了超壓體系，但這一超壓體系多在Ro=0.75%時(shí)（三疊紀(jì)末—侏羅紀(jì)末）消失或維持弱超壓狀態(tài)。晚侏羅世—白堊紀(jì)的生烴作用形成了須家河組的古超壓體系，坳陷帶的古超壓形成早于隆起帶。

2）川西前陸盆地燕山期—喜馬拉雅期差異構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)須家河組超壓體系演化的影響十分明顯。坳陷與斜坡等相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，超壓體系得以維持并略有增強(qiáng)；隆起帶和斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，須家河組持續(xù)泄壓，超壓系統(tǒng)遭受不同程度的破壞。

3）川西前陸盆地現(xiàn)今須家河組超壓體系主要發(fā)育于川西坳陷的中北部與斜坡帶。須家河組多數(shù)地區(qū)縱向上自上而下超壓強(qiáng)度加大，但坳陷帶—斜坡帶還發(fā)育透鏡狀極強(qiáng)超壓體、厚層疊置極強(qiáng)超壓體、透鏡狀強(qiáng)超壓體?，F(xiàn)今須家河組超壓是生烴作用與構(gòu)造應(yīng)力聯(lián)合形成的古超壓體系經(jīng)歷強(qiáng)烈構(gòu)造改造后的殘余壓力體系。

4）超壓體系的持續(xù)發(fā)育促進(jìn)了川中隆起區(qū)大面積低豐度天然氣區(qū)的形成，確保了致密氣大面積封存。須家河組古超壓體系不僅是其自身天然氣破壞與調(diào)整的重要源動(dòng)力，也是其致密砂巖氣聚集成藏中壓差驅(qū)動(dòng)與淺層天然氣規(guī)模聚集的重要源動(dòng)力。坳陷帶與斜坡帶的須家河組近源致密砂巖、以及須家河組較強(qiáng)—強(qiáng)超壓區(qū)之上的侏羅系存在大面積致密氣聚集的良好條件，是未來(lái)大氣田的重要尋找方向。