摘  要  地层强烈隆升与天然气成藏效应的关系一直是地质学界关心的重要问题之一，但对于中国中西部含油气盆地喜山期的强烈隆升剥蚀与大气田的成藏效应之间关系的系统研究却很少。为此，通过对我国中西部地区不同盆地不同区带喜山期的强烈隆升剥蚀及其与大气田成藏效应关系的分析，认为这种强烈隆升与剥蚀对大规模天然气的聚集成藏，不仅具有重要作用，而且还会因所处地质条件的不同而产生较大的成藏效应差异，主要表现在3个方面：①膏盐发育区的挤压冲断与快速隆升剥蚀，产生流体高效抽吸效应；②大规模储集体发育区持续隆升剥蚀，产生大面积水溶气的减压脱溶效应；③高泥地比与高热演化区持续隆升剥蚀，产生大面积地层减压吸水效应。之所以会产生上述3种不同的成藏效应，是其成藏地质条件差异大所造成的。结论认为：流体高效抽吸效应，主要形成于有膏岩与盐岩封盖很好的冲断构造带；大面积水溶气脱溶效应主要发生在储集体巨大、天然气充注不足的地层；大面积泥岩吸水效应，主要发育于气源较充足且烃源岩热演化程度高、泥岩含量高的地层。

关键词  中国  中西部含油气盆地  喜山期  隆升  剥蚀  天然气成藏效应  抽吸效应  脱溶效应  吸水效应

 1喜山期中西部含油气盆地隆升与剥蚀

中国中西部自喜山期开始，受印度板块的向北俯冲作用，不仅相关褶皱山系进入强烈隆升与剥蚀阶段，而且中西部含油气盆地内也有大面积的隆升与剥蚀区带发育^[1-3]。中西部含油气盆地中隆升剥蚀区主要发育于山前冲断带及盆内局部地区(表1)。四川盆地除川西坳陷区外大部分地区以隆升剥蚀为特征，如川中-川东地区基本不发育白垩纪-新近纪地层，上侏罗统-白垩系基本被剥蚀^[4]。川东的高陡构造带中局部地区下三叠统嘉陵江组也被剥蚀，剥蚀厚度介于2 000～4 000 m，东部高陡构造带剥蚀量更大，隆升剥蚀厚度介于4 000～5 500 m，而且主要是晚喜山期以来的强烈隆升与剥蚀作用^[5]。川西北冲断带喜山期以来隆升剥蚀更为强烈，剥蚀厚度达6 500 m，大部分地区上古生界大面积出露地表，局部地区下古生界也有出露^[6]。鄂尔多斯盆地虽然目前大面积的覆盖第四系黄土层，但是其直接覆盖在中生代地层之上，大部分地区缺失晚白垩世-上新世的沉积，证明其隆升剥蚀时期主要是晚白垩世-新近纪早期，而且喜山期以来隆升的幅度以盆地东部黄河流域较高，可达l 600 m，其次是盆地西部坳陷带，介于400～800 m^[7-8]。塔里木盆地喜山期隆升较大的是库车坳陷北缘冲断带、塔东南隆起带与巴楚隆起南缘玛扎塔格冲断带。库车坳陷北缘冲断带主要出露的地层为三叠系-新近系，为晚喜山期快速隆升剥蚀后形成，隆升剥蚀了l 800～4 800 m的厚度^[9]；玛扎塔格冲断带主要出露古新世、始新世、渐新世、中新世和上新世地层，为渐新世与上新世快速隆升剥蚀后形成，隆升剥蚀了1 800～2 500m的厚度^[10]；塔东南隆起带因气源条件差，在此不做论述。准噶尔盆地喜山期的隆升剥蚀主要发生在南缘冲断带，该区出露侏罗系-新近系，是上新世快速隆升剥蚀后形成的，隆升剥蚀了2 000～6 000 m的厚度，越向山前带，隆升剥蚀越强烈^[11]。吐哈盆地喜山期主要隆升剥蚀，发生在北部山前带与盆地中央七克台-火焰山冲断带，山前带隆升较明显的是吧喀构造带，主要出露白垩系-新近系，其西北端局部地区也出露侏罗系，该区隆升剥蚀厚度介于1 000～4 000 m；盆地中央构造带主要出露侏罗系-新近系，局部还出露了三叠系，其冲断与隆升作用主要发育于上新世以来，剥蚀厚度介于l 600～4 500 m^[12]。

综上所述，中国中西部含油气盆地内都有不同程度的隆升与剥蚀，但相对于盆地面积而言，中部的四川盆地与鄂尔多斯盆地隆升与剥蚀的面积比例较大，而西部盆地的隆升与剥蚀面积比例较小。这种喜山期隆升剥蚀强度的差别，将对这一时期不同地区天然气的成藏造成较大差异的影响。

2隆升剥蚀与大型天然气田的成藏效应

对于喜山期隆升剥蚀作用与天然气聚集的关系已经有专家学者讨论过，如赵文智^[13]认为克拉2气藏主要形成于喜山期的构造托举与抽吸作用，李一平^[14]与王兰生^[15]提出威远气田形成于喜山期强烈隆升后的水溶气脱溶成藏，Peterson^[16]、Matheton^[17]等报道剥蚀后岩石反弹现象，邹华耀^[18]与姜振学^[19]等提出的剥蚀回弹使苏里格气田产生负压效应等。但是除了戴金星^[20]讨论过晚期成藏对大气田形成的重大作用以外，截至目前，还没有人对中国中西部大气田形成与喜山期强烈隆升剥蚀所产生的效应差异及其成因进行过系统地梳理。为此，笔者对我国中西部地区不同盆地不同区带喜山期的强烈隆升剥蚀及其与大型天然气田成藏效应关系的进行了分析，以便给这一领域的研究者提供参考与借鉴。根据笔者的研究发现，目前主要存在抽吸效应、脱溶效应、吸水效应等有利于大气田形成的地质作用，以下分述之。

2．1  深层流体抽吸效应与大气田的形成

喜山期的隆升剥蚀与抽吸效应形成大气田是有苛刻条件的，并不是所有的强烈隆升剥蚀都能形成抽吸效应并形成大气田。其主要条件包括：上覆厚层膏岩与盐岩盖层、大型冲断构造、断裂下部沟通气源层上部封闭、气源充足、隆升剥蚀量大、储集体厚且大面积发育等。如库车北部山前冲断带就具备这样的条件，其古近系新近系的盐膏层区域发育，厚度介于400～1 000 m，局部可达4 000 m^[21]；库车北部山前发育吐孜、依南、克拉苏、大北、神木等多个冲断构造带，其隆升剥蚀厚度介于1 800～4 800 m^[22]；其冲断隆升形成的断裂大都直通侏罗系-三叠系的气源层，而其上部都被盐膏层封堵^[23]；其中生界的气源十分充足，生气强度达100×10⁸ m³／km²；该山前带白垩系砂岩储层发育，厚达860 m，分布面积达l.2×10⁴ km^2[24-25]。

抽吸效应的地质表现主要包括：气藏高压-超高压(局部气层压力与深层相近)、储层孔隙度增大、天然气干而丙烷含量稀少、碳同位素值变重、气藏内砂岩储层高岭石含量高等特征。如克拉2大气田的天然气储量超过2 000×10⁸ m³，上述地质效应都存在。根据赵文智^[13]等人的研究成果，由于构造的托举与抽吸，造成晚期快速与高效成藏，使克拉2井在深达5 000 m的白垩纪地层中的砂岩储层平均孔隙度达13.7％，最高可达18％，而上下相邻层位的砂岩孔隙度多在5％左右(图1)。笔者认为这种抽吸效应，还产生了超高压封存箱现象，克拉2白垩系气藏地层流体压力高达75 MPa左右，其在厚350 m井段测得的地层压力基本都是这样，而其地层压力系数上部达2.22，下部为1.79，展示气藏内部流体系统为压力基本均一的超高压封存箱特征。正是这种抽吸效应，使其储层中高岭石的含量激增，在黏土矿物的含量中，高岭石的百分比含量高(介于40％～80％)，而该值在上、下邻层却极低^[26]。也正是这种抽吸效应，还使得其天然气组分与碳同位素含量都发生显著的变化(表2)。如其天然气组分中甲烷含量高达98.22％、丙烷含量却为零或极少，天然气同位素值偏重，为-27.3‰～-27.8‰。而邻区依南与依西更靠近侏罗系烃源岩的层位中，甲烷含量仅90％左右，丙烷含量为0.22％～l.58％，其甲烷碳同位素值较轻，为-32‰～-36‰。笔者认为产生这一天然气聚集特征主要有两种成因：①由于抽吸效应，将深层的高成熟度天然气快速的抽吸到目前的气藏中，以致其甲烷含量高、天然气碳同位素值变重；②水溶气的脱溶作用也有一定的影响，因为地层水的脱溶气天然气碳同位素值较重，甲烷含量也较高，天然气多为干气。

在该盆地库车坳陷的北部冲断带或其他盆地，只要具备抽吸效应形成的地质条件，就能够形成这一类型的大气田。如库车坳陷北部冲断带的地质条件，是有利于喜山晚期快速抬升剥蚀而产生抽吸效应的地区。只是其对应的地质效应，可能因抬升剥蚀的强度、盐膏层的厚度、构造的托举强度、邻区天然气的热演化程度而产生差异。笔者认为该区超高压的气藏(包括大北2古近系气藏压力系数为l.62、克拉1白垩系气藏压力系数为l.81～1.92、克拉3古近系气藏压力系数为l.79～1.9、吐孜新近系气藏压力系数为1.4、神木古近系气藏压力系数为2.14～2.29等)都存在一定的抽吸效应，只是抽吸效应的强度不同而已。

又如川东地区，其中下三叠统嘉陵江组-雷口坡组发育大段膏盐层^[29]，能够对下伏地层形成很好的封闭作用，在喜山期强烈的挤压隆升与剥蚀下，产生了构造托举与地层的抽吸效应。该区二叠系-中下三叠统气藏常发育高压流体，地层压力系数为1.6～2.2，而其天然气主要来自石炭系古气藏，其地层压力系数多为1.0左右，大量的天然气被抽吸到了上部的二叠系或三叠系中，使得许多石炭系气藏在断裂的连通下与上部二叠系或中下三叠统的气藏具有相近或相似的地层压力，从而产生地层压力系数石炭系正常而二叠系-中下三叠统超高压的发育特点，如卧龙河气田，石炭系的压力系数在1.1左右、上二叠统气藏的压力系数在1.41左右、雷口坡组气藏的地层压力系数达1.79。对于有膏盐岩发育的川西北地区，目前勘探程度较低，膏盐岩的发育规律还不明，预计在膏盐岩发育较厚的冲断带也将是天然气抽吸效应成藏发育的有利地区。

但是，在另一些挤压冲断隆升带却不能形成这种抽吸效应，如准噶尔盆地南缘冲断带、吐哈盆地北缘冲断带及中央冲断带等地区。虽然这些地区喜山期挤压隆升强烈，但是由于缺少封闭性很好的盐膏层，仍不能形成这种抽吸效应的气藏。如准噶尔南缘古近系紫泥泉子组存在软泥岩段，能够对一定地区形成良好的分隔性，但未能形成这种抽吸效应，呼图壁气田地层压力基本在33.65～34.68 MPa之间变化，压力系数在1.0左右；吐哈盆地中新生界虽然有多套超压泥岩盖层^[30]，但在山前与中央冲断带也未形成这种抽吸效应的气藏，如鄯勒气藏与疙瘩台气藏都是正常压力系统的气藏，压力系数都在1.0左右。由此可知，在没有膏盐岩的地区，是很难形成明显的流体抽吸效应而产生大规模天然气聚集成藏的。

2．2水溶气脱溶效应与大气田的形成

喜山期地层强烈抬升与剥蚀并产生水溶气的脱溶作用进而形成大气田的实例，在国内外都有发现。如西西伯利亚盆地上白垩统乌连戈伊气田^[31-32]、四川盆地威远震旦系气田^[14-15]、四川盆地中部须家河组气田^[33-34]、塔里木盆地和田河气田^[10,35-36]等。这种水溶气脱溶作用形成的天然气田，其地质效应主要表现在天然气组分变化与碳同位素值的变化上。具体而言，其主要地质现象是气藏底部或侧翼水体巨大(或圈闭大而充满度低)，产生的地质效应是甲烷含量高(或干燥系数大)、异构烷烃增加、富集重碳同位素、存在侧向运移效应等。

李一平^[14]、王兰生^[15]、戴金星^[20]等人认为威远震旦系气田是我国水溶气脱溶聚集成藏的重要代表，其展示出圈闭大、充满度低，具有气干、甲烷碳同位素值偏重等地质效应。威远震旦系顶的圈闭面积大(895km²)，闭合度高达800 m，为喜山期构造圈闭，在晚喜山期隆升剥蚀4 700 m，其含气面积仅216 km²，天然气的圈闭充满度仅24％，天然气探明地质储量401×10⁶ m³。李一平认为威远震旦系地层压力从77.7MPa下降到28.0 MPa，地层温度由219℃下降到95℃，按照溶解度下降2.42 m³／m³计算，其水溶气脱溶量约493.21×10⁸ m³。这些分析展示出其水溶气脱溶成藏的基本聚集特点。天然气的干湿度也展示威远气田的干气特征，而资阳地区虽然目前埋深较大，但天然气偏湿，存在干燥系数为0.86左右的天然气(表3)。更重要的是威远震旦系δ¹³C₁为-32‰左右，而邻区喜山期相对处于下降、隆升幅度仅300 m的资阳震旦系气藏的天然气δ¹³C₁为-35.51‰～-38‰，展示出威远震旦系气田存在明显水溶气脱溶变重的特征。

秦胜飞等认为，塔里木盆地和田河石炭系与奥陶系气田为典型的水溶气脱溶聚集气藏，不仅天然气较干，而且还存在脱溶天然气的运移效应^[10]。和田河气田东低西高，发育多个构造高点，石炭系与下伏奥陶系

发育不整合面，构造两侧发育深大断裂^[36]。如表3所示，天然气的干燥系数较大(0.965～0.993)，而且自东向西增大；天然气的甲烷碳同位素值为-37.8‰～-34.9‰，也展示出自东向西甲烷碳同位素加重的趋势。因此，在地层水存在侧向运移时，水溶气也随着发生侧向运移，早脱溶出来的天然气甲烷碳同位素偏轻，运移一段距离后脱溶出来的天然气甲烷碳同位素值变重。由于该气田是碳酸盐岩储层，地层水中含有较多的C0₂，因此其不仅存在烃类的水溶气脱溶与运移效应，而且存在C0₂的运移效应，如气田东部天然气中C0₂的含量为0％～6％，而气田西部天然气中所含的C0₂为8％～l8％^[10]。由此可知，碳酸盐岩储层中水溶气的脱溶聚集，不仅存在甲烷含量高、运移距离越远甲烷碳同位素值越重的特征，而且还存在C0₂运移距离越远含量越高的效应。

四川盆地中部地区须家河组地层中水溶气脱溶聚集与侧向运移的现象也很明显。该区在广安、合川、安岳等地探明天然气地质储量超过4 000×10⁸ m³。笔者近期对川中须家河组天然气的研究结果也展示出运移距离越远其甲烷含量越高、甲烷碳同位素值越重、异构烷烃增多、丙烷系数越大等地质效应。表3还展示该区须家河组天然气的组分特征在同一水溶气的运聚路径上，靠近西部气源中心的充西须四段气藏，明显比远离气源中心的广安须四段气藏的气要湿、iC₄／nC₄与iC₅／nC₅值低；在潼南-合川及安岳-荷包场的须二段水溶气的运聚路径上也存在这样的地质效应。更重要的是甲烷碳同位素值变化展现明显的区域性变化效应。从图2可知，自安岳-充西以西地区产生的天然气地质效应，完全可以应用向西埋深加大，须家河组气源岩热演化增高生成的天然气相关来解释。而其东南部地区只能用水溶气的侧向运移与脱溶聚集来解释，即甲烷碳同位素值向东南逐渐加重的水溶气侧向运移与脱溶效应。如从安岳与充西地区的甲烷碳同位素值从-43‰左右，向东南至广安-合川-丹凤场-荷包场等地区的-37‰左右。

造成这些效应的地质条件有4个：①自西向东的地层压力逐渐降低；②厚层致密非均质储层的大面积发育；③喜山期川中东南部抬升剥蚀量的逐渐加大；④水溶气的长距离侧向运移与幕式脱溶等。因此，在符合这些条件且气源岩发育的地区，就可以形成大型水溶气脱溶聚集的气藏，同时产生类似的地质效应。

2．3泥岩吸水效应与大气田的形成

隆升剥蚀产生的泥岩吸水效应，是指由于强烈隆升与剥蚀后，地层岩石产生回弹，并且由于泥岩的回弹效应大于砂岩的回弹效应，泥岩在回弹中为了保持孔隙中的流体压力平衡^[16-19]，而从砂岩中吸取地层水的作用过程^[37-38]。其主要的地质效应是形成大面积的无水岩性气藏或使地层产生负压现象。笔者认为喜山期隆升剥蚀并在泥岩吸水效应下形成大气田的实例很少，目前仅发现了鄂尔多斯盆地上古生界气藏。

鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏是典型的岩性气藏，其主要储集体是三角洲前缘的分支河道砂与泛滥平原上的分流河道砂^[39]。也并不是所有砂体都是气藏，在单个砂体中只有中下部的块状砂岩是有利的天然气储集体，其底部的砂砾岩与上部的细粉砂岩多为气干层或水干层。由于该盆地上古生界的岩性气藏之间的连通性很差，很难形成统一的气水界面，其单个气层中的地层水大面积地被替除，难以用常规的成藏规律来解释。从目前的勘探现状来看，在苏里格气田及其以东的地区基本是不含水的岩性气藏发育区，而苏里格气田向西逐渐出现产地层水的砂岩，产地层水的频率向西不断增高。而且，也没有发现统一的气水界面，只是含水饱和度向西逐渐增高。这一现象则完全可以用泥岩吸水效应来解释。

岩石的回弹常用来解释地层负压的成因^[18-19]，但是很少应用来解释无水气藏的成因。Fatt^[40]和McLatchie等^[41]在北美Alberta盆地对上白垩统的研究成果认为，储层孔隙的弹性收缩率为48.28×10^-3Pa^-1，当上覆地层被剥蚀时，砂岩储层孔隙的扩容率与收缩率相当，而泥页岩的扩容率高于砂岩，水的收缩率约为20.69×10^-3Pa^-1。即当上覆岩层被剥蚀时，岩石孔隙体积的扩容量比孔隙水的膨胀体积大50％。Neuzil^[42]认为不同岩石的体积回弹量为0．405％～4.529％；姜振学等人的实验认为砂岩回弹量为0.8％～1.2％^[19]。 

这样因泥页岩的扩容率大于砂岩，当上覆岩层被剥蚀时，与泥页岩相邻的砂岩储层中的部分水将在由低压产生的横向压力梯度驱动和毛细管力作用下向泥页岩渗透。而鄂尔多斯盆地在早白垩世沉积末，下古生界的埋深介于4 000～7 000 m，地层温度介于150～170℃^[43-44]。在这样的地层埋深与温度条件下，地层中的水有48％～52％成为气态水^[45-46]。而在隆升剥蚀到现在的2 000～4 000 m埋深时，即地层压力降低20～40 MPa时，根据汤勇等人的研究成果计算，地层中液态水的含量有8％～l2％的水转化为液态，还剩下33％～40％的气态水^[46]。该盆地上古生界的储层孔隙度仅为5％～l0％，转化成的液态水仅占岩石空间的0.4％～l.2％，这样的储集物性条件下地层中束缚水饱和度常为40％～70％。在砂岩百分比小于40％的地区，不考虑储层自身回弹产生的吸水效应，仅占岩石体积0.4％～1.2％的液态地层水，可能不足以补偿泥岩回弹后的地层水回补率(泥岩的回弹率应大于1.2％)。因此，这种抬升剥蚀产生的岩石体积回弹所引起的泥岩吸水效应，不仅产生无水气藏，而且对地层负压的成因也有重要贡献。

鄂尔多斯盆地苏里格气田及其以东地区的上古生界就具备这样的地质条件(图3)。首先其在晚白垩世-新近纪隆升剥蚀了l 200～l 600 m；其次地层存在明显的低砂岩百分比。如：砂岩百分比由石炭系太原组-下二叠统山西组的20％～38％，向上依次变成下二叠统下石盒子组的l0％～21％、上二叠统上石盒子组的5％～l2％、上二叠统石千峰组的3％～5.5％。正是由于存在产生大面积泥岩吸水效应的有利条件，其对应的地层压力系数也由太原组-山西组的0.95～1.1，向上依次变成下石盒子组的0.7～0.9、上石盒子组-石千峰组的0.4～0.6。这显示该区上古生界地层越向上，其泥岩含量越高，抬升剥蚀后泥岩的吸水率越强，压力系数也越低；含气饱和度向上变低，主要是远离下部气源所引起的；虽然上部的含水饱和度增高了，但是主要是束缚水，目前的钻探还没有在石千峰组发现产水层，只有测井研究发现了一些致密的水干层。

另外，川东志留系小河坝组致密砂岩分布区具备类似的条件，预测可能也存在这样的气藏。因为在川东志留系小河坝组砂岩大面积发育于大段泥页岩中，砂地比仅5％～l2％，其下部龙马溪组是该盆地最有利的气源岩之一^[29]，喜山期也有大规模的隆升剥蚀发生。

3  结论

1)中国中西部含油气盆地由于受喜马拉雅造山运动的影响，不同盆地内不同区带隆升剥蚀的强度与地质背景不同，导致不同地区大气田的成藏效应差异很大。

2)喜山期隆升剥蚀形成大气田的成藏效应主要表现在流体高效抽吸效应、大面积水溶气脱溶效应与大面积泥岩吸水效应等3个方面。

3)之所以会产生这3种不同的成藏效应，主要是其成藏地质条件差异大所造成的：①在都有喜山期强烈隆升剥蚀的条件下，其中流体高效抽吸效应，主要形成于有膏岩与盐岩封盖很好的冲断构造带，如库车坳陷北部山前冲断带、川东高陡构造带、川西逆冲带等膏盐盖层发育的区带；②大面积水溶气脱溶效应，主要发生在储集体巨大、天然气充注不足的地层，如川中地区的须家河组与震旦系、塔里木盆地玛扎塔格构造带奥陶系-石炭系；③大面积泥岩吸水效应，主要发育于气源较充足且烃源岩热演化程度高、泥岩含量较高的地层，如鄂尔多斯盆地中东部上古生界、川东志留系等。

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本文作者：李伟  朱智鹏  张海杰

作者单位：中国石油勘探开发研究院  提高石油采收率国家重点实验室  西南石油大学资源与环境学院  中国石油西南油气田公司重庆气矿