論油氣本源共同體
——老油區(qū)發(fā)現(xiàn)新儲(chǔ)量的探索思路

林隆棟，陶士振，袁學(xué)誠(chéng)，李玉琪，陳偉立

(1.中國(guó)石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000； 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 發(fā)展研究中心，北京 100037； 4.西安石油大學(xué) 石油史研究所，陜西 西安 710065； 5.北京匯夢(mèng)沃德高新科技有限公司，北京100195)

引 言

近年，我國(guó)原油年產(chǎn)量超過(guò)2×108t，天然氣年產(chǎn)量超過(guò)1×1011m3，境外份額油超過(guò)1×108t[1]。但缺口依然很大，嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。2017年，我國(guó)原油對(duì)外依存度高達(dá)69%[2]、天然氣對(duì)外依存度逼近40%[3]。這是否表明我國(guó)石油的勘探前景并不樂(lè)觀？對(duì)此，不妨回顧一下美國(guó)的勘探歷史。1956年美國(guó)石油地球物理學(xué)家M.K哈伯特在美國(guó)石油學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)表一篇名為“石油峰值”的論文，宣稱(chēng)“石油儲(chǔ)量有限，美國(guó)石油在1970年達(dá)到峰值，世界能源即將枯竭”[4]。按照他的預(yù)測(cè)，現(xiàn)在世界油氣資源早已步入產(chǎn)量下降的衰竭期，油價(jià)應(yīng)居高不下。然而，現(xiàn)實(shí)情況正好相反，當(dāng)今世界范圍油氣資源仍供大于求，油價(jià)處于低迷徘徊狀態(tài)，美國(guó)靠頁(yè)巖油氣基本做到了油氣資源自給，能源獨(dú)立，變進(jìn)口國(guó)為出口國(guó)。

事實(shí)上，從本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)有四大油區(qū)表現(xiàn)非凡：鄂爾多斯油區(qū)，已開(kāi)發(fā)110 a，近20 a來(lái)才快速上產(chǎn)；四川油區(qū)已勘探超過(guò)70 a，氣田越找規(guī)模越大；渤海灣油區(qū)，塵戰(zhàn)超過(guò)60 a，產(chǎn)量高峰迭起；克拉瑪依油區(qū)開(kāi)發(fā)超過(guò)60 a，仍后勁十足……

本文提出“油氣本源共同體”這一新概念，嘗試著回答這些問(wèn)題。

1 傳統(tǒng)生烴學(xué)說(shuō)的油氣成因理論

1.1 傳統(tǒng)生油理論[5]

按照現(xiàn)在主流的觀點(diǎn)，石油(包括狹義所說(shuō)的石油和天然氣)來(lái)源于有機(jī)物質(zhì)。其生成機(jī)理具體有2種觀點(diǎn)，早期成因說(shuō)和晚期成因說(shuō)。早期成因說(shuō)認(rèn)為沉積物所含原始有機(jī)質(zhì)在成巖作用的早期逐步轉(zhuǎn)化為石油和天然氣，并運(yùn)移到鄰近的儲(chǔ)集層形成油氣藏。晚期成因說(shuō)(即干酪根熱降解生烴說(shuō))認(rèn)為沉積物埋藏到較大深度，到了成巖作用晚期或后生作用初期，沉積巖中的不溶有機(jī)質(zhì)(即干酪根)在溫度的作用下達(dá)到成熟，通過(guò)熱降(裂)解生成大量液態(tài)石油和天然氣。

具體到狹義的石油，一般認(rèn)為是晚期成因，即干酪根熱降解生烴。能夠通過(guò)熱降解生成石油(成熟油)的主要是Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根，地層埋深一般在1 500～4 500 m，地層溫度60～180 ℃。此外，還有早期成因生成的所謂的未熟—低熟油(即非常規(guī)油氣藏)，它的生成溫度約60 ℃，一般埋深<1 500 m?？傊?，石油的生成，一般情況下要求地層溫度在60～180 ℃，埋深1 000～4 500 m。

1.2 傳統(tǒng)生氣理論[6]

相對(duì)于石油來(lái)說(shuō)，天然氣的生成條件要廣泛的多，它幾乎可以形成于各種深度環(huán)境。目前，按照成因類(lèi)型將天然氣分為無(wú)機(jī)成因氣和有機(jī)成因氣。

無(wú)機(jī)成因的天然氣根據(jù)其形成機(jī)制可以進(jìn)一步分為幔源氣、宇宙氣、巖漿巖氣、變質(zhì)巖氣、放射作用氣、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)分解氣，目前發(fā)現(xiàn)的氣藏主要是幔源氣、巖漿巖氣，它們是在地?；顒?dòng)或者深部巖漿活動(dòng)作用下生成的，通過(guò)深大斷裂或者轉(zhuǎn)換運(yùn)移至上部地層，聚集形成工業(yè)氣藏。

有機(jī)成因氣又可以進(jìn)一步細(xì)分為生物氣、熱解氣、裂解氣等。生物氣一般是在10～75 ℃的還原環(huán)境下形成的，埋深一般不超過(guò)1 500 m，地表或者近地表的環(huán)境下也可以生成，母質(zhì)為沉積有機(jī)質(zhì)。熱解氣的形成溫度一般在60～250 ℃，埋深1 500～7 500 m，根據(jù)其母質(zhì)不同，又可以分為油型熱解氣和煤型熱解氣，油型熱解氣的母質(zhì)為Ⅰ型干酪根和Ⅱ1型干酪根，煤型熱解氣的母質(zhì)為Ⅱ2型干酪根和Ⅲ型干酪根。裂解氣的形成溫度一般在250～375 ℃，埋深>7 500 m，母質(zhì)為已生成的液態(tài)烴、殘余干酪根以及部分重?zé)N氣。

可見(jiàn)，傳統(tǒng)的生烴理論認(rèn)為石油和天然氣的生成機(jī)制并不相同，它們的生成溫度與埋深均不相同，母質(zhì)也有區(qū)別。值得指出的是無(wú)機(jī)成因的天然氣已經(jīng)得到公認(rèn)，但無(wú)機(jī)成因的石油并未被廣泛認(rèn)可。

2 傳統(tǒng)生烴理論的2個(gè)推論

2.1 哈伯特的“石油峰值論”

既然有機(jī)生烴理論認(rèn)為石油和天然氣是由地質(zhì)時(shí)代的有機(jī)質(zhì)沉積后生成的，而地質(zhì)時(shí)代的有機(jī)質(zhì)總是有限的，很容易就得出石油是有限的這一結(jié)論。也就是說(shuō)，石油不是源源不斷地供給的，總有一天它的產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)下滑，甚至消耗殆盡。1956年，美國(guó)石油地球物理學(xué)家哈伯特正式提出了石油峰值論。哈伯特認(rèn)為石油作為不可再生資源，任何地區(qū)的石油產(chǎn)量都會(huì)達(dá)到最高點(diǎn)；達(dá)到峰值后該地區(qū)的石油產(chǎn)量將不可避免地開(kāi)始下降。他還預(yù)測(cè)美國(guó)最終的石油開(kāi)采產(chǎn)量為2 000億桶的峰值，美國(guó)石油產(chǎn)量將在1970年前后達(dá)到峰值[4]。

“石油峰值論”的另一個(gè)重要發(fā)展者是愛(ài)爾蘭地質(zhì)學(xué)家坎貝爾，他不僅繼續(xù)研究“石油峰值論”，還成立了石油峰值研究會(huì)。1998年，他與法國(guó)石油地質(zhì)學(xué)家Jean Laherrere發(fā)表了《廉價(jià)石油時(shí)代的終結(jié)》[4]。

2.2 深部無(wú)油論

石油因其產(chǎn)生機(jī)制與賦存條件所限，對(duì)地層溫度和埋深都有要求，當(dāng)?shù)販睾吐裆钸_(dá)到要求即到達(dá)生油門(mén)限之后，才會(huì)大量生成石油，當(dāng)溫度和埋深超過(guò)限度，就會(huì)導(dǎo)致石油裂解，進(jìn)一步生成天然氣。因此，傳統(tǒng)生烴理論認(rèn)為地殼深部是不存在石油的，深部只能生成天然氣。

3 勘探實(shí)踐打破了傳統(tǒng)生烴理論

3.1 “石油峰值論”的破產(chǎn)

1970年，美國(guó)本土的石油產(chǎn)量達(dá)1.13×107bbl/d，此后產(chǎn)量開(kāi)始下降。這一事實(shí)一度給世人一種“石油峰值論”被驗(yàn)證的錯(cuò)覺(jué)。事實(shí)上，美國(guó)本土石油產(chǎn)量的下降，主要原因是大量廉價(jià)中東石油的采出給市場(chǎng)帶來(lái)的沖擊，而不是美國(guó)本土無(wú)油可采[4]。

1998年《廉價(jià)石油時(shí)代的終結(jié)》發(fā)表后，1999年后，全球油價(jià)經(jīng)歷了一波飛速上漲。1998年12月的原油期貨價(jià)格為9.25 $/bbl，2008年7月14日紐約商品交易所原油期貨價(jià)格創(chuàng)出147.27 $/bbl的歷史高點(diǎn)。似乎這一預(yù)言又成為了現(xiàn)實(shí)。但是2009年之后油價(jià)又出現(xiàn)了下降，近幾年的原油期貨價(jià)格還不到2008年最高值的一半。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003—2013年，全球石油產(chǎn)量總體來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)出緩慢上漲的趨勢(shì)，可見(jiàn)油價(jià)上漲并不是因?yàn)楫a(chǎn)量下降。

3.2 老油區(qū)的新發(fā)現(xiàn)

3.2.1 美國(guó)的二疊盆地

二疊盆地是美國(guó)的老油區(qū)，也是美國(guó)最重要的一個(gè)產(chǎn)油區(qū)，它的第一個(gè)勘探鼎盛時(shí)期是20世紀(jì)中期(1946—1960年)，此后二疊盆地的油氣勘探長(zhǎng)期沒(méi)有取得突破，一度被認(rèn)為油源已經(jīng)開(kāi)始枯竭，未來(lái)不具有較大的勘探前景。據(jù)美國(guó)能源信息署2003年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，二疊盆地的石油最終可采儲(chǔ)量為3.367×1010bbl，天然氣2.4×1012m3，石油剩余可采儲(chǔ)量3.25×109bbl，天然氣剩余可采儲(chǔ)量為1.2×1012m3[7]。在二疊盆地常規(guī)油氣資源量逐年下降時(shí)，隨著非常規(guī)油氣勘探的推進(jìn)，二疊盆地的油氣勘探重新獲得突破，在水平井和水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用下，開(kāi)辟了大量具有商業(yè)價(jià)值的低滲透地層，原油日產(chǎn)量也從2007年的8.5×105bbl增長(zhǎng)到2013年的1.35×106bbl。2016年11月，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布報(bào)告稱(chēng)，在得克薩斯州西部沙漠的二疊紀(jì)盆地沃夫坎普(Wolfcamp)地區(qū)發(fā)現(xiàn)預(yù)計(jì)儲(chǔ)量達(dá)2×1010bbl的巨大油田，這是美國(guó)評(píng)估過(guò)的最大的非常規(guī)原油儲(chǔ)量[8]。

3.2.2 在老油區(qū)取得重大進(jìn)展的中國(guó)盆地

鄂爾多斯盆地的油氣發(fā)現(xiàn)是比較早的。1907年，我國(guó)陸上第一口油井延1井就誕生在鄂爾多斯盆地。建國(guó)初，對(duì)鄂爾多斯盆地的油氣勘探前景是比較看好的，組織了大規(guī)模的勘探，但一直未取得較大突破，20世紀(jì)70年代末的產(chǎn)量?jī)H為1×106t。直到1983年安塞油田的發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地的勘探才真正打開(kāi)局面，隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了靖邊、榆林、子洲、蘇里格氣田、安塞油田等一系列大油氣田。2012年，長(zhǎng)慶油田的油氣當(dāng)量超過(guò)大慶油田，一躍成為中國(guó)內(nèi)陸第一大油氣田，2013年，長(zhǎng)慶油田的油氣當(dāng)量超過(guò)了5×107 t。

四川盆地是我國(guó)另外一個(gè)油氣發(fā)現(xiàn)較早的盆地，建國(guó)后也進(jìn)行了大規(guī)模的勘探開(kāi)發(fā)，但直到20世紀(jì)末，勘探結(jié)果一直都不理想。1956年的“川中會(huì)戰(zhàn)”只發(fā)現(xiàn)了6個(gè)小油田，而且產(chǎn)量還不穩(wěn)定。20世紀(jì)60年代的“開(kāi)氣找油”大會(huì)戰(zhàn)也只找到了8個(gè)氣田，雖然有威遠(yuǎn)這樣的高產(chǎn)氣田，但其他氣田的規(guī)模都不大。21世紀(jì)初，四川盆地的油氣勘探取得了突破，發(fā)現(xiàn)了普光、元壩、焦石壩等大氣田，四川盆地的油氣產(chǎn)量屢創(chuàng)新高[9]。

3.3 無(wú)機(jī)成因石油的發(fā)現(xiàn)

烏克蘭的第聶伯—頓涅茨盆地曾經(jīng)因?yàn)楸椴蓟鸪蓭r而被否定，被判斷為不存在油氣生產(chǎn)潛力。但大約在20世紀(jì)90年代，在這里發(fā)現(xiàn)了12個(gè)油田，油氣儲(chǔ)量約合2×108t，而且油氣主要產(chǎn)于前寒武紀(jì)的結(jié)晶基底里[10]。此外，越南的白虎油田是在結(jié)晶基底發(fā)現(xiàn)的，我國(guó)在渤海灣、準(zhǔn)噶爾盆地、三塘湖盆地、蘇北盆地等地也發(fā)現(xiàn)了火山巖油藏?；鹕綆r在傳統(tǒng)觀念中是不存在有機(jī)質(zhì)的，傳統(tǒng)理論認(rèn)為，火山巖油氣藏是其上覆地層中的烴源巖生烴后倒灌形成的，或者是兩側(cè)地層中的烴源巖生烴后，通過(guò)側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入火山巖儲(chǔ)存的。我國(guó)遼河油田在興隆臺(tái)太古界變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕發(fā)現(xiàn)億噸級(jí)儲(chǔ)量， 興古7井揭露了潛山1 640 m[11]，有研究者認(rèn)為興隆臺(tái)潛山內(nèi)幕油藏是沙三段、沙四段烴源巖生烴后，通過(guò)興隆臺(tái)潛山北側(cè)的垂直斷距800～1 000 m的興隆臺(tái)北斷層向下運(yùn)移成藏的， 屬于新生古儲(chǔ)雙層結(jié)構(gòu)[12]。 但張景廉指出，油氣“倒灌”理論違背物理學(xué)基本定律，是不可能發(fā)生的[13]。無(wú)機(jī)成因理論認(rèn)為油氣是地球深部物質(zhì)無(wú)機(jī)合成的，向上運(yùn)移成藏，這一理論突破了烴源巖的限制，可以更合理地解釋火山巖油氣藏。

按照傳統(tǒng)的生烴理論，油氣的產(chǎn)量是有限的，過(guò)去經(jīng)過(guò)大規(guī)?？碧介_(kāi)發(fā)的油氣田，產(chǎn)量過(guò)了其峰值后，是不會(huì)再出現(xiàn)大的增長(zhǎng)的，但以上例子中的勘探突破了這一認(rèn)識(shí)。而且，許多長(zhǎng)期高產(chǎn)的油區(qū)的產(chǎn)量早已超過(guò)了傳統(tǒng)生烴理論的產(chǎn)量模型所計(jì)算出來(lái)的產(chǎn)量，大量油氣的來(lái)源問(wèn)題也沒(méi)有得到有說(shuō)服力的解釋。而超過(guò)傳統(tǒng)生油門(mén)限的深部石油的發(fā)現(xiàn)，更是進(jìn)一步證明了傳統(tǒng)生烴理論的局限性?？梢?jiàn)，傳統(tǒng)生烴理論在解釋力上已經(jīng)出現(xiàn)了不足。俄羅斯的羅馬什金油田到2002年已累計(jì)采油3.0×109t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原來(lái)計(jì)算的儲(chǔ)量[14]。俄羅斯石油地質(zhì)學(xué)家通過(guò)深部地震及多種石油地質(zhì)手段研究認(rèn)為，羅馬什金油田的產(chǎn)量最高峰時(shí)期，其產(chǎn)量的14%來(lái)自深部無(wú)機(jī)油源的補(bǔ)充，這部分產(chǎn)量預(yù)計(jì)可以延續(xù)200年。俄羅斯的專(zhuān)家已經(jīng)將無(wú)機(jī)成油理論應(yīng)用于油田的資源開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)量評(píng)估*[俄羅斯]特羅菲莫夫.氣區(qū)地殼構(gòu)造特征與油氣再充填通道.2015.7.6，莫斯科。。

4 油氣本源共同體

4.1 油氣本源共同體的發(fā)現(xiàn)

本文第一作者，長(zhǎng)期供職于新疆油田公司，熟悉克拉瑪依油田的地質(zhì)情況。近年，深入研究、總結(jié)出了隱藏在加依爾山下的神秘的“八大地質(zhì)現(xiàn)象”(圖1)。

(1)加依爾山、哈特阿拉德山，原來(lái)都是無(wú)根的，是從西邊20～30 km處推覆過(guò)來(lái)的巨大推覆體[15-16]。

(2)犁式斷裂。加依爾山縱向上發(fā)育了6條犁式斷裂：4條斷到地面(加依爾山前斷裂、達(dá)爾布特?cái)嗔?、哈圖斷裂、鐵廠溝斷裂)； 2條隱伏斷裂(克烏斷裂、瑪湖斷裂)。這6條斷裂向下延伸至12 km處匯聚為一條。達(dá)爾布特?cái)嗔岩晕?，富集金礦、鐵礦，以東富集石油。

(3)新凹陷。它發(fā)育在加依爾山東邊，稱(chēng)為瑪湖凹陷，是一套陸相沉積，包含二疊系上統(tǒng)直到白堊系地層。沉積厚度向東(即盆內(nèi))加厚，最大厚度10km，最高地溫280 ℃?？死斠烙吞锇l(fā)現(xiàn)后，一直把它當(dāng)作最主要的生油凹陷。

圖1 克拉瑪依-加依爾山地下深部構(gòu)造剖面示意圖[15]Fig.1 Deep structure profile across Gayer mountain in Karamay

(4)古凹陷。在加依爾山下，發(fā)育向盆外增厚，厚度大于6 km，推測(cè)地層從寒武系—二疊系下統(tǒng)[17]。沉積有機(jī)物在深部上來(lái)的流體的加氫、加溫、鐵族元素催化作用下(溫度200～400 ℃，壓力50 MPa)可以轉(zhuǎn)化成油氣。此處現(xiàn)在公認(rèn)的二疊系下統(tǒng)佳木河組、風(fēng)城組的油氣，可能是這樣生成的。

(5)低速高導(dǎo)層(幔源底辟)：古凹陷之下，在中、下地殼內(nèi)存在低速高導(dǎo)層，埋深18～43 km，厚25 km，長(zhǎng)240 km，寬60 km(圖2)[18]。

(6)殼幔斷裂：低速高導(dǎo)層?xùn)|西兩邊，各發(fā)育一條斷裂，深達(dá)40 km以上，向上通到犁式斷裂，和它們連接、溝通，是油氣、深部流體從深處往淺處運(yùn)移的好通道(圖2)[18]。

(7)莫霍面：埋深43 km，隆起幅度9 km，是新疆地區(qū)莫霍面隆起最高，也是新疆地殼最薄之地，推測(cè)應(yīng)該也是斷裂比較發(fā)育的破碎之地(圖2)[18]。

(8)地幔柱：位于上地幔蓋層(或稱(chēng)巖石圈地幔)之下，地幔軟流圈隆65 km，埋深120～185 km，長(zhǎng)240 km，寬推測(cè)約為60～70 km，是幔內(nèi)低速高導(dǎo)層，其特征是低速、低阻、高溫[19](壓力>3 GPa、溫度>700 ℃)。

圖2 額敏—三臺(tái)人工地震反射、折射剖面[18]Fig.2 Emin-Santai artificial seismic reflection and refraction profile[18]

4.2 油氣本源共同體

傳統(tǒng)生烴理論認(rèn)為石油和天然氣的生成機(jī)理不同，但仍將它們歸為一類(lèi)，最根本的原因就是二者從本質(zhì)上講都是碳?xì)浠衔?。研究表明，石油和天然氣不僅物質(zhì)成分相同，均是碳?xì)浠衔?，其生成機(jī)理也有相通之處，地球深部物質(zhì)經(jīng)過(guò)無(wú)機(jī)合成可以生成低碳的甲烷(天然氣)，也可以生成高碳烷烴(石油)，因此本文稱(chēng)石油和天然氣為油氣本源共同體。傳統(tǒng)生烴理論之所以認(rèn)為其生成機(jī)理不同是因?yàn)槠溲芯康闹攸c(diǎn)是碳，而石油大分子中H/C原子數(shù)比，大體是1.8∶1，因此，只注意研究碳，而不注意氫，是主次顛倒。杜樂(lè)天的研究認(rèn)為，氫是形成石油和可燃天然氣的決定性因素，而不是碳。因?yàn)樘嫉娜埸c(diǎn)(沸點(diǎn))極高(4 827 ℃)，只靠它本身不可能有遷移性能，必須有氫的氣化。甲烷H/C比是4∶1，更是以氫為主。沒(méi)有地核深處的強(qiáng)大氫流參與，地球上不可能出現(xiàn)石油和可燃天然氣。從上地核上升的H流(包括一部分C)，進(jìn)入中、下地幔和地幔巖發(fā)生能量交換和物質(zhì)反應(yīng)后逐漸變成氫型幔汁(突出特點(diǎn)是以H為主，不存在自由氧)，氫型幔汁進(jìn)入上地幔軟流層演變?yōu)閴A型幔汁(突出特點(diǎn)是富堿)。深部的C、H體系在地幔的高溫、超高壓下，聚合成超臨界態(tài)烴堿流體，這是油氣最主要來(lái)源，主要以高碳烷烴類(lèi)及H+(質(zhì)子)、H(原子)、H2(分子)、CH4、CO等揮發(fā)性流體、富堿金屬流體出現(xiàn)，并萃取大量地幔內(nèi)富集的重金屬元素(硒、錸、金、銀、鎘等)、鐵族元素(鎳、鉑、釩、鐵、錳等)等。H是奪C能手，又是強(qiáng)力氣裂、氣爆能手，所以深部油氣藏中不缺高孔、滲，H+(質(zhì)子)、H(原子)氫化力最強(qiáng)是油氣母質(zhì)。通俗說(shuō)這里是巨大的堿庫(kù)和氣庫(kù)。堿型幔汁進(jìn)入上地殼進(jìn)一步演化為氧型幔汁(突出特點(diǎn)為開(kāi)始有大量的OH-、H2O出現(xiàn))。深部上來(lái)的H、CO在鐵族元素的催化作用下(溫度300～400 ℃，壓力200 MPa)在中下地殼的低速高導(dǎo)層(幔源底辟)進(jìn)行費(fèi)-托反應(yīng)：

(1)

合成烴，形成幔源油氣。烴堿流體不僅直接生成幔源油氣，對(duì)沉積盆地的有機(jī)物生烴也起著至關(guān)重要的作用，沉積有機(jī)質(zhì)需要其加溫才能達(dá)到生油門(mén)限，深部氫的加入也能提高有機(jī)物生烴的轉(zhuǎn)化率[20]。

無(wú)機(jī)生成油氣取得了大量的實(shí)驗(yàn)室證據(jù)，其中包括中國(guó)(式(2))[21](式(5))[22]、美國(guó)(式(3))[23]、俄羅斯(式(4))[24]科學(xué)家獨(dú)立所做的實(shí)驗(yàn)。其生成方式分別為：

4(-CH2-)n+2nH2O→nCO2+3nCH4；

(2)

8FeO+CaCO3+2H2O=4Fe2O3+CH4+CaO；

(3)

nCaCO3+(9n+3)FeO+(2n+1)H2O→nCa(OH)2+(3n+1)Fe3O4+CnH2n+2；

(4)

Ca(Mg1-a,Fea)(CO3)2+wH2O?Ca(Mg1-b,Feb)(CO3)2+(a-b)/3Fe3O4+xCO2+yC+zH2+gCnH2n+2+fCa2+-bearing COH fluid。

(5)

本文所提出的油氣本源共同體包含兩方面的內(nèi)容：第一，油氣的生成機(jī)理本質(zhì)上是相同的，都是烴堿流體及其作用的產(chǎn)物，油氣的成因是多元的，有機(jī)、無(wú)機(jī)都能生成油氣，有機(jī)生烴要有深部流體的加氫、加溫等作用，否則是不可能的[20]；第二，軟流圈是生成油氣之本源(深源)，殼內(nèi)低速高導(dǎo)層是中間站(中源)，沉積盆地內(nèi)有機(jī)物生油、儲(chǔ)油是終點(diǎn)(淺源)。這三者靠斷裂連通形成地內(nèi)、地表串通，深部、淺部響應(yīng)的共同體。

加依爾山下的八大地質(zhì)現(xiàn)象就是油氣本源共同體的直接體現(xiàn)，生油—運(yùn)移—散失—聚集—成藏—成帶，運(yùn)轉(zhuǎn)有序，這是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的天然配套系統(tǒng)工程。這里發(fā)育3套生油氣的烴灶：地幔柱內(nèi)超臨界態(tài)烴堿流體、地殼低速高導(dǎo)層內(nèi)幔源油氣、古凹陷和新凹陷內(nèi)由沉積有機(jī)物轉(zhuǎn)化成的烴?？繗め嗔押屠缡綌嗔堰@2套深、淺斷裂系統(tǒng)及無(wú)數(shù)裂隙、裂縫系統(tǒng)，深部流體可運(yùn)移到淺部。深部流體隨溫度、壓力由高變低，狀態(tài)也隨之變化：超臨界態(tài)(地幔內(nèi))—亞臨界態(tài)(地殼內(nèi))—熱液(盆地內(nèi))。熱液第一次分離是親水的含金、鐵等金屬元素和厭水的油氣水分道揚(yáng)鑣；第二次分離是油氣水交溶—油水分居—油氣苗(藏)的出現(xiàn)[20]。在這里表現(xiàn)得都非常清楚。親水熱液流向達(dá)爾布特?cái)嗔岩晕鳎斐稍搮^(qū)斷裂帶金礦、鐵礦富集。厭水熱液流向達(dá)爾布特?cái)嗔褞б詵|地區(qū)。由于加依爾山前斷裂斷到了地表，所以造成油氣水在空氣中散失，沿加依爾山前平原帶造成百公里長(zhǎng)、遍地油、氣苗的景象，旅游勝地黑油山至今仍有多個(gè)稠油池氣泡不斷，這是地下油、氣、水持續(xù)補(bǔ)充的證據(jù)。油水于熱液初期是油水交溶，油成小圓球狀，之后油水才分離。烏爾禾瀝青脈附近出現(xiàn)3種形態(tài)瀝青：球狀瀝青、不規(guī)則塊狀瀝青、脈狀瀝青，正是油氣水熱液運(yùn)移早、中、晚三期留下的可靠證據(jù)。該地瀝青軟化點(diǎn)高達(dá)130～160 ℃也很罕見(jiàn)?？藶鯏嗔押同敽嗔咽嵌l相互平行的隱伏斷裂，迫使油氣沿這些斷裂帶中各種圈閉聚集，形成油氣富集帶?，敽嗔褞в蜌獠厥墙陙?lái)才發(fā)現(xiàn)的，其規(guī)模應(yīng)與克烏斷裂帶相當(dāng)。在這些斷裂帶發(fā)育的范圍內(nèi)已找到14個(gè)油田，石油探明地質(zhì)儲(chǔ)量、年產(chǎn)量各占新疆油田公司75%和70%。本地的油氣生成近3×108a，其中規(guī)模較大的運(yùn)移有7次。油氣主要靠垂直向上、向東運(yùn)移。斷裂斷到多高，油氣就會(huì)運(yùn)移到多高，油氣藏成糖葫蘆狀、樹(shù)枝狀出現(xiàn)。

研究發(fā)現(xiàn)，克拉瑪依原油具有來(lái)自殼、幔深部的許多特征[25]，生成于300～400 ℃的高溫，是有機(jī)、無(wú)機(jī)混源油?？梢?jiàn)，僅研究沉積凹陷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)把沉積凹陷，連同其基底在內(nèi)的地殼深部構(gòu)造和上地幔深部構(gòu)造，一起加以研究，將其看作既各自獨(dú)立又相互聯(lián)系、相互作用、不可分離的統(tǒng)一整體。

油氣本源共同體的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)含油氣盆地(凹陷)研究的深化，也是對(duì)當(dāng)今烴源層的突破。沉積有機(jī)物發(fā)育最好的地方，若沒(méi)有深部流體的加氫、加溫等作用，難以轉(zhuǎn)化成油氣(準(zhǔn)噶爾盆地南緣就是如此)；反之，沒(méi)有烴源巖的地方，也能找到巨大油氣藏(如加拿大阿薩巴斯卡瀝青砂巖礦)。深部流體加氫、加溫等作用非常關(guān)鍵，如何才能找到它呢？地殼深部低速高導(dǎo)層，就能起到這種作用！準(zhǔn)噶爾盆地只要地殼深部有低速高導(dǎo)層的地方(當(dāng)然，要配合深大斷裂、圈閉)，都能找到對(duì)應(yīng)的油氣富集帶。如烏魯木齊市油頁(yè)巖、昌吉油田致密砂巖油藏、準(zhǔn)東油氣富集帶、獨(dú)山子油田等(地幔柱相對(duì)較深，往往探測(cè)不到)。

5 國(guó)內(nèi)其他油田的證據(jù)

5.1 準(zhǔn)噶爾盆地的非常規(guī)油氣藏

準(zhǔn)噶爾盆地非常規(guī)油藏最富集的是烏魯木齊—三臺(tái)油頁(yè)巖和昌吉油田致密砂巖油藏。前者位于烏魯木齊市妖魔山—三臺(tái)大龍口，沿博格達(dá)山北坡分布，其二疊系油頁(yè)巖有200 km長(zhǎng)，含油當(dāng)量1×109t以上。后者位于吉木薩爾凹陷，其二疊系蘆草溝組致密砂巖油藏，井控面積471 km2，儲(chǔ)量近1.3×109t。

這兩處非常規(guī)油氣藏的成因與克拉瑪依油區(qū)非常相似。值得說(shuō)明的是，頁(yè)巖油氣以及低滲砂巖油氣更能說(shuō)明油氣本源共同體，它們實(shí)質(zhì)上都是氫化成因。氫流中的超微顆粒H+(質(zhì)子)和H(原子)，具有極強(qiáng)的滲透力，可以和含碳地層中所有碳質(zhì)微粒(包括古凹陷、新凹陷沉積中有機(jī)物所含的碳質(zhì)微粒)化合成CH4(CH系小分子)和石油(CH系大分子)。質(zhì)子級(jí)大小H+和原子級(jí)大小H，滲入納米級(jí)大小的碳質(zhì)微?？臻g后，形成體積大得多的分子級(jí)CH4及油滴，難以運(yùn)移出來(lái)，故必須壓裂才能出來(lái)[26]。

從五彩灣—三臺(tái)—新地鄉(xiāng)地學(xué)斷面(圖3)和庫(kù)爾勒—吉木薩爾、富蘊(yùn)—庫(kù)爾勒地學(xué)斷面，都可看到博格達(dá)山下在下地殼深度54～68 km，有厚度大于14 km的低速高導(dǎo)層存在。這是深部流體通過(guò)博格達(dá)山邊眾多東西向斷裂對(duì)二疊系地層加H、加溫等作用結(jié)果。在額敏—奇臺(tái)地學(xué)斷面中，在盆山結(jié)合部可看到巖石圈磁性消退，是深部流體向上運(yùn)移后的熱效應(yīng)所致(圖4)。昌吉油田致密砂巖油藏的出現(xiàn)，是深部流體通過(guò)南北向開(kāi)放性斷裂對(duì)二疊系蘆草溝組加H、加溫等作用結(jié)果。從莫霍面、基底、蓋層、蘆草溝組頂部構(gòu)造圖，都可看到這種類(lèi)型的斷裂(圖5)。

圖3 北天山博格達(dá)前緣與盆地結(jié)構(gòu)關(guān)系剖面圖(據(jù)《準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造格架綜合工程探測(cè)附圖集》)Fig.3 Deep profile across the edge of Bogeda mountain and east Junggar Basin

5.2 我國(guó)東部地區(qū)的油氣本源共同體

我國(guó)東部裂谷、深斷裂發(fā)育，和西太平洋一樣，是一個(gè)巖石圈地幔撕裂的地區(qū)，地幔軟流圈從撕裂的口子向上涌出，形成多種式樣的地幔柱。華北-渤海灣地區(qū)表現(xiàn)為大、小地幔柱抱在一起形成地幔柱群體，蘑菇云構(gòu)造(圖6)和其上的低速高導(dǎo)層發(fā)育(圖7)，所有已發(fā)現(xiàn)的油田均位于蘑菇云構(gòu)造根部軟流圈上涌處(圖8)，和克拉瑪依油區(qū)很類(lèi)似，但規(guī)模大得多(表1[27]*張景廉.向集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)材料.2012.11.20.)。

其中Ⅳ號(hào)柱最大，包含了華北和渤海灣大部地區(qū)(在灣內(nèi)Ⅳ號(hào)柱和Ⅲ號(hào)柱可能合并為一個(gè)柱)。在華北發(fā)育了5大油田(華北油田、冀東油田、大港油田、中原油田、勝利油田)，已初顯3條北東向油氣聚集帶。據(jù)2001年統(tǒng)計(jì)[28]，已有油氣田163個(gè)，年產(chǎn)原油量近4×107t。渤海灣近年發(fā)現(xiàn)14個(gè)油田，2011年產(chǎn)油2.7×107t。[29]

Ⅰ號(hào)柱，已發(fā)現(xiàn)蘇北46個(gè)油田，年產(chǎn)原油1.57×106t。

Ⅱ號(hào)柱，南邊是河南南陽(yáng)凹陷、泌陽(yáng)凹陷，發(fā)現(xiàn)17個(gè)油田。北邊沁水盆地南斜坡探明煤層氣4.74×1010m3。河南油田僅打第三系以上地層，有些保守，基底很值一探！

圖4 額敏-奇臺(tái)剖面巖石圈二位磁性結(jié)構(gòu)[30]Fig.4 2D lithospheric geomagnetism profile from Emin to Qitai

圖5 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頂界構(gòu)造圖[15]Fig.5 Top boundary tectonic map of Lucaogou Formation in Jimsar Sag

圖6 華北巖石圈蘑菇云構(gòu)造模型[31] Fig.6 Lithospheric mushroom structure beneath north China

圖7 華北地區(qū)地震速度結(jié)構(gòu)[27] Fig.7 Seismic velocity structure of north China

圖8 華北地區(qū)巖石圈蘑菇云構(gòu)造根部地幔低速區(qū)與已發(fā)現(xiàn)油氣田位置對(duì)比圖[29,31] Fig.8 Comparison of the low-velocity mantle zones at the root of lithospheric mushroom structure with the location of the discovered oil and gas fields beneath North China

表1 華北-渤海灣地區(qū)巖石圈蘑菇狀地幔柱狀況簡(jiǎn)表Tab.1 Overview on lithospheric mushroom structures in North China and Bohai Bay

Ⅲ號(hào)柱，陸上無(wú)資料。海上蓬萊19-3大油田，發(fā)現(xiàn)大的氣煙囪，深度>5 km。蓬萊9-1大油田，是中生代花崗巖基底古潛山油藏[32](圖9)。這可能是元古界變質(zhì)巖中的云母片巖被從軟流圈上來(lái)的鉀鈉長(zhǎng)石化堿交代體(花崗巖化)，和越南白虎大油田花崗巖儲(chǔ)層的形成完全相似。在萊州三山島北部海域，發(fā)現(xiàn)我國(guó)首個(gè)海下金山-三山島斷裂帶西嶺金礦，金礦資源量>550 t，有望成為我國(guó)有史以來(lái)最大金礦[33-34]。在萊州、棲霞、文登、威海、招遠(yuǎn)一帶，發(fā)現(xiàn)我國(guó)東部最高干熱巖資源。1 240 m、110 ℃，2 000 m、114.12 ℃，即使利用2%，足可供山東全省使用38 a[35]。

圖9 蓬萊9-1油田區(qū)域位置[32]Fig.9 Regional location of Penglai 9-1 oilfield

渤海灣之下，在地殼內(nèi)有巨厚低速高導(dǎo)層，面積達(dá)6×104km2[36]，空氣中H流濃度特別大*杜樂(lè)天.深鉆放氣治霾工程(概念設(shè)計(jì))，2016.4,北京.。這情況與克拉瑪依油區(qū)非常相像，油田、金礦區(qū)域共生。深部上來(lái)流體，起加H、加溫等作用，很典型的地區(qū)。油田-金礦的區(qū)域共生不是偶然，它們都是地幔流體的堿交代物，環(huán)渤海深部是巨大的堿交代海洋。

Ⅴ號(hào)柱，地面多是山區(qū)(太行山、五臺(tái)山、呂梁山等)，是我國(guó)煤礦富集地。煤多年來(lái)一直被認(rèn)為是植物堆積的生物成因，實(shí)際上深部上來(lái)的甲烷半氧化(不完全氧化)或深源一氧化碳歧化反應(yīng)都可以造成碳的富集生成煤[37](我國(guó)東部從南到北形成一個(gè)環(huán)太平洋的二氧化碳聚集帶，是甲烷氧化生成二氧化碳的)。新疆準(zhǔn)噶爾盆地五彩灣地區(qū)大煤礦也是這樣形成的。

5.3 中國(guó)中部地區(qū)的油氣本源共同體

該區(qū)包括鄂爾多斯油區(qū)、四川油區(qū)、柴達(dá)木油區(qū)和玉門(mén)油田等地區(qū)?？偟目?，都發(fā)育油氣本源共同體，但形態(tài)、規(guī)模與我國(guó)東、西部都有不同。地幔軟流圈以侵入體形態(tài)，穿插到巖石圈中，有的近直立，有的近水平，或介于二者之間，形態(tài)各異。低速高導(dǎo)層在柴達(dá)木油區(qū)阿爾金山至四川盆地西邊龍門(mén)山之間有廣泛分布，四段長(zhǎng)達(dá)1 120 km[38]。與油氣藏關(guān)系，限于資料，還不夠十分明朗。

5.3.1 鄂爾多斯油區(qū)

鄂爾多斯油區(qū)從1907年延1井在三疊系出油后，至今已有110 a的歷史。一直認(rèn)為是三疊系上統(tǒng)的自生自?xún)?chǔ)油藏。導(dǎo)致其勘探在近20 a才取得重大突破的原因是烴源巖束縛了人們的思路。20世紀(jì)90年代，長(zhǎng)慶油田引入煤成氣理論，突破了上古生界石炭-二疊系煤系地層的勘探，發(fā)現(xiàn)并開(kāi)發(fā)了我國(guó)當(dāng)時(shí)最大的世界級(jí)整裝低滲透氣田——靖邊、榆林氣田[39-40]。1969年(即第一口井鉆成后62 a)才打開(kāi)二疊系氣藏。1989年(即第一口井鉆成后82 a)才發(fā)現(xiàn)奧陶系氣藏。2002年又在白堊系、第三系發(fā)現(xiàn)含油層。即往深層打，發(fā)現(xiàn)深部大型、特大型油、氣藏，同時(shí)又找到淺層遺漏掉的油氣藏。這是每個(gè)油田的普遍規(guī)律。

油區(qū)北邊滿(mǎn)都拉—東勝南大地電磁測(cè)深剖面表明殼、幔都有低速層，一直往南延伸。包頭地區(qū)地殼深度19～25 km，地幔深度80～115 km；東勝南地區(qū)地殼深度21～30 km，地幔深度90～108 km(圖10)。另外，盆地基底發(fā)育密集型的南北向斷裂，這是深部流體上來(lái)的好通道。

圖10 東勝-滿(mǎn)都拉大地電磁測(cè)深剖面[28] Fig.10 Magnetotelluric profile from Dongsheng to Mandula

5.3.2 四川油區(qū)

四川油區(qū)勘探至今已超過(guò)70 a，直到1996年，原油年產(chǎn)量才突破2×105t，2004年，天然氣年產(chǎn)量才突破1×1010m3，2017年，四川盆地的油氣當(dāng)量近2×107t。20世紀(jì)50年代以來(lái)，一直以侏羅系、三疊系為目的層。2014年報(bào)導(dǎo)的國(guó)內(nèi)單體海相整裝氣氣藏探明地質(zhì)儲(chǔ)量4.403×1011m3，就在磨溪區(qū)塊寒武系龍王廟組。它之下是地幔軟流圈侵入體和殼幔斷裂。三臺(tái)-遂寧地區(qū)油田廣布也找到深源的依據(jù)，二者和侵入體、斷裂關(guān)系都吻合得非常好(圖11、圖12)。在射洪、遂寧、潼南、合川等地區(qū)，地殼中有低速高導(dǎo)層存在，深度15 km左右， 厚約4～5 km。圖12表明：約8×108a前，震旦紀(jì)沉積初期， 軟流圈物質(zhì)沿二組斷裂破碎面以侵入體形態(tài)在盆地西部、中部、東部從地下120 km深處上涌直達(dá)地表，使地表出現(xiàn)德陽(yáng)—安岳古裂陷[40]，之后沉積了震旦系—寒武系、泥盆系、三疊系、侏羅系厚達(dá)6～7 km沉積蓋層。

圖11 四川油區(qū)安縣-三臺(tái)-遂寧-重慶油氣田分布位置[28] Fig.11 Distribution of oil and gas fields in Anxian,Santai,Suining and Chongqing

圖12 四川省安縣-三臺(tái)-遂寧軟流圈侵入體形態(tài)斷面[39] Fig.12 Section of asthenolith intrusion beneath Anxian,Santai and Suining in Sichuan

其中三疊系厚層膏巖又是盆地蓋層，軟流圈流體中甲烷占90%、氫占6%～8%，億萬(wàn)年來(lái)不斷供給，在古隆起圈閉內(nèi)聚集成藏，才會(huì)出現(xiàn)安岳震旦系—寒武系近1012m3大氣田，才使四川盆地滿(mǎn)盆含氣、多點(diǎn)開(kāi)花，現(xiàn)在找到的氣田規(guī)模越來(lái)越大，可謂找到深源、中源、淺源的確切依據(jù)。

5.3.3 柴達(dá)木油區(qū)

澀北氣田之下有殼內(nèi)低速高導(dǎo)層，一直延伸至玉門(mén)油田。關(guān)于二者是否處于同一個(gè)東北向的構(gòu)造帶上，需要進(jìn)一步探討。

6 油氣本源共同體在勘探上的意義

找油(氣)就是要找油氣本源共同體。100多年來(lái)的油氣勘探一直是從上往下找，顧上(找沉積凹陷內(nèi)烴源巖和各種類(lèi)型圈閉)，不顧下(殼內(nèi)低速高導(dǎo)層、地幔柱)。其結(jié)果是勘探工作拖的時(shí)間長(zhǎng)，花的代價(jià)高，有很多教訓(xùn)值得深入總結(jié)。今后勘探要從下往上找，先把地幔柱、殼內(nèi)低速高導(dǎo)層找出來(lái)，查明范圍，再找此范圍內(nèi)的各種類(lèi)型圈閉，第三步才是擇優(yōu)上鉆，主要考慮深大斷裂、油氣苗發(fā)育情況、圈閉大小、深淺等。

油氣本源共同體理論提供的是一種創(chuàng)新型的勘探思路，如果相關(guān)部門(mén)和研究人員加以細(xì)致研究，反復(fù)求證，定會(huì)為我國(guó)的油氣勘探發(fā)揮重要的推動(dòng)作用。

鳴謝：本文草稿出來(lái)后承蒙查全衡先生、杜樂(lè)天先生指點(diǎn)、補(bǔ)充、完善。在此深表衷心感謝！