引用本文
戴金星, 倪云燕, 刘全有, 吴小奇, 龚德瑜, 洪峰, 张延玲, 廖凤蓉, 严增民, 李宏伟. 四川超级气盆地[J]. 石油勘探与开发, 2021,48(6): 1081-1088.
DAI Jinxing, NI Yunyan, LIU Quanyou, WU Xiaoqi, GONG Deyu, HONG Feng, ZHANG Yanling, LIAO Fengrong, YAN Zengmin, LI Hongwei. Sichuan super gas basin in southwest China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2021,48(6): 1081-1088.  
Doi: 10.11698/PED.2021.06.01
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四川超级气盆地
戴金星1, 倪云燕1, 刘全有2, 吴小奇2, 龚德瑜1, 洪峰1, 张延玲1, 廖凤蓉1, 严增民1, 李宏伟1
1.中国石油勘探开发研究院,北京 100083
2.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083
联系作者简介：倪云燕（1977-）,女,浙江乐清人,博士,中国石油勘探开发研究院高级工程师,主要从事油气地球化学方面研究。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心,邮政编码：100083。E-mail: niyy@petrochina.com.cn

第一作者简介：戴金星（1935-）,男,浙江温州人,中国科学院院士,中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师,从事天然气地质与地球化学研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院,邮政编码：100083。E-mail: djx@petrochina.com.cn

收稿日期: 2021-08-09 修回日期: 2021-09-12
基金项目: 中国科学院地学部咨询评议项目（2018-G01-B-005）; 国家重点研发课题（2019YFC1805505）; 国家自然科学基金项目（41872122）; 国家自然科学基金杰出青年项目（41625009）
摘要

当沉积盆地累计产量超过50×108 bbl油当量（6.82×108 t油或7 931.66×108 m3气）和剩余可采资源量超过50×108 bbl油当量即称之为超级盆地。四川盆地至2019年底油气总产量为6 569×108 m3,气油比为80︰1,总剩余可采资源量达136 404×108 m3,属二级超级盆地;由于产出以气为主,故为超级气盆地。四川盆地之所以成为超级气盆地,因其具有4个优势：①气源岩优势,有9组主要气源岩,为全国各盆地之首;②资源量优势,总剩余天然气可采资源量为136 404×108 m3,全国各盆地中为第1;③大气田优势,有大气田27个,在全国各盆地位列首位;④总产量优势,至2019年底天然气累计总产量6 487.8×108 m3,是全国各盆地之冠。四川盆地在天然气勘探上有4个方向性的重大突破：①页岩气方向性的重大突破,在中国首先发现开发奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩气;②致密砂岩气方向性的重大突破,中坝气田三叠系须家河组二段气藏是全国首个高采出度致密砂岩气藏;③碳酸盐岩超大气田方向性重大突破;④超深层气藏方向性重大突破。这些方向性重大突破引领和推动相关领域全国盆地取得重要进展。此外,按累计油气产量和剩余可采资源量、盆地大地构造属性和累计产量中油和气占比3类标准,对超级盆地进行了分类。图6表1参34

关键词: 四川盆地; 超级盆地; 油气产量; 资源量; 烃源岩; 大气田; 页岩气; 致密砂岩气; 超深层气藏
中图分类号:TE122.1 文献标志码:A
Sichuan super gas basin in southwest China
DAI Jinxing1, NI Yunyan1, LIU Quanyou2, WU Xiaoqi2, GONG Deyu1, HONG Feng1, ZHANG Yanling1, LIAO Fengrong1, YAN Zengmin1, LI Hongwei1
1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China
2. Research Institute of Exploration and Development, Sinopec, Beijing 100083, China
Abstract

A sedimentary basin is classified as a super basin when its cumulative production exceeds 5 billion barrels of oil equivalent (6.82×108t of oil or 7931.66×108m3 of gas) and its remaining recoverable resources are at least 5 billion barrels of oil equivalent. By the end of 2019, the total output of oil and gas in Sichuan Basin had been 6569×108m3, the ratio of gas to oil was 80:1, and the total remaining recoverable resources reached 136 404×108 m3, which makes it as a second-tier super basin. Because the output is mainly gas, it is a super gas basin. The reason why the Sichuan Basin is a super gas basin is that it has four advantages: (1) The advantage of gas source rocks: it has the most gas source rocks (9 sets) among all the basins in China. (2) The advantage of resource quantity: it has the most total remaining recoverable resources among all the basins in China (136 404×108 m3). (3) The advantage of large gas fields: it has the most large gas fields (27) among all the basins in China. (4) The advantage of total production: by the end of 2019, the total gas production had been 6 487.8×108m3, which ranked the first among all the basins in China. There are four major breakthroughs in natural gas exploration in Sichuan Basin: (1) Breakthrough in shale gas: shale gas was firstly found in the Ordovician Wufeng-Silurian Longmaxi formations in China. (2) Breakthrough in tight sandstone gas: the Triassic Xu2 Member gas reservoir in Zhongba gas field is the first high recovery tight sandstone gas reservoir in China. (3) Breakthrough in giant carbonate gas fields. (4) Breakthrough in ultra-deep gas reservoir. These breakthroughs have led to important progress in different basins across the country. Super basins are classified according to three criteria: accumulative oil and gas production, remaining recoverable resources, tectonic attributes of the basin and the proportion of oil and gas in accumulative oil and gas production.

Keyword: Sichuan Basin; super basin; oil and gas production; resource; source rocks; large gas fields; shale gas; tight sandstone gas; ultra-deep gas reservoir
1 超级盆地概念的提出

四川盆地是在克拉通基础上发育的大型叠合盆地, 面积约18× 104 km2。在13世纪就开发了全世界首个气田— — 自流井气田[1, 2]。1949— 2019年, 四川盆地累计产气6 487.8× 108 m3, 是同期中国产气最多的盆地。四川盆地沉积岩发育, 最厚可达12 000 m, 主要发育9套烃源岩, 故也成为了中国烃源岩发育层系最多的盆地。四川盆地蕴藏着丰富的天然气资源, 常规和非常规天然气剩余可采资源量达136 404× 108 m3[3]。盆地内含油气层系多, 形成了多个含油气系统, 常规和致密油气产层25个（海相18个）, 页岩气产层2个, 是中国迄今发现工业性油气层最多的盆地[4, 5], 盆地中最大气田— — 安岳气田, 也是中国最大的碳酸盐岩储集层气田, 2019年底共探明天然气地质储量11 709× 108 m3, 当年产气120.13× 108 m3, 不仅成为四川盆地第1个年产上百亿立方米的气田, 也是中国第3个年产上百亿立方米的气田。雄厚的地质储量, 众多大气田的开发, 使四川盆地2019年产气335× 108 m3, 成为中国第2大产气区。

超级盆地的概念首先由IHS（Information Handling Sevices）油气咨询公司于2016年提出[6]。Fryklund和Stark[7]指出, 全世界有49个陆上超级盆地（见图1）, 所谓超级盆地系指累计产量超过50× 108 bbl油当量（6.82× 108 t油或7 931.66× 108 m3气）和剩余可采资源量超过50× 108 bbl油当量的沉积盆地。超级盆地主要具有以下5个特征：①产量超过50× 108 bbl油当量（6.82× 108 t油或7 931.66× 108 m3气）; ②往往具有两套或更多套烃源岩; ③油气系统通常由叠置油层组成; ④发展成熟, 如基础设施较好, 服务业发达, 可以通往下游市场; ⑤含有至少50× 108 bbl油当量的潜在剩余资源[7]。四川盆地的基本特征, 与上述Fryklund等[7]总结的超级盆地的5个关键特征相似, 故被Fryklund等列为世界49个陆上超级盆地之一。在49个超级盆地中, 有25个累计产量和剩余可采资源量均超50× 108 bbl油当量, 称为一级超级盆地, 如中国的松辽盆地和渤海湾盆地; 其余24个盆地累计产量或剩余可采资源量略少, 按以上标准则称为二级超级盆地, 如中国的四川盆地、塔里木盆地和准噶尔盆地[7]。实际上, 按上述累计产量和剩余可采资源量标准, 中国的鄂尔多斯盆地也可列入超级盆地, 所以世界实际陆上超级盆地数目前应为50个（见图1）。

图1 世界超级盆地分布图（据文献[7]修改补充）

2 四川盆地天然气地质的4个优势

四川盆地能成为超级天然气盆地, 是因为其在天然气地质上具有气源岩、资源量、大气田和总产量4个优势。

2.1 气源岩优势

四川盆地气源岩数量在全国各盆地中排名第1, 共有9套主要气源岩, 分别为震旦系陡山沱组、灯影组, 寒武系筇竹寺组, 奥陶系五峰组— 志留系龙马溪组, 二叠系栖霞组、茅口组、长兴组/大隆组、龙潭组/吴家坪组, 以及三叠系须家河组（见图2）, 前7套均以海相为主, 龙潭组/吴家坪组为一套海陆过渡相烃源岩, 其中龙潭组为煤系气源岩, 与须家河组相似, 而吴家坪组则与龙潭组同期异相, 主体为一套海相腐泥型烃源岩。因此, 四川盆地具备形成大量天然气资源的气源岩优势。四川盆地的总生气量为4 286.35× 1012 m3, 其中主要气源岩下寒武统筇竹寺组生气量为1 451.61× 1012 m3, 在威远地区生气强度最高达360× 108 m3/km2; 志留系龙马溪组气源岩总生气量达819.01× 1012 m3, 在泸州和石柱地区生气强度最高值分别达280× 108 m3/km2和160× 108 m3/km2。

图2 四川盆地生-储-盖层综合柱状图
T3x— 上三叠统须家河组; T2l— 中三叠统雷口坡组; T1j— 下三叠统嘉陵江组; T1f— 下三叠统飞仙关组; P3ch— 上二叠统长兴组; P2m— 中二叠统茅口组; P2q— 中二叠统栖霞组; P1l— 下二叠统梁山组; C2h— 中石炭统黄龙组

2.2 资源量优势

四川盆地常规和非常规天然气资源量十分丰富。常规天然气剩余可采资源量为59 561× 108 m3, 总可采资源量为73 859× 108 m3。非常规天然气类型齐全, 包括致密砂岩气、页岩气和煤层气, 剩余可采资源量共计76 842.86× 108 m3, 总可采资源量为82 623× 108 m3。盆地总剩余可采资源量为136 404× 108 m3, 总可采资源量为156 482× 108 m3。四川盆地天然气剩余可采资源量（见图3）和总可采资源量在全国各盆地中均位列第1, 因而在中国具有资源优势。同时四川盆地剩余可采资源量和总可采资源量均超过了世界超级盆地的油当量指标[7]（7 931.66× 108 m3气）, 故四川盆地应是超级气盆地。挪威2019年天然气总可采资源量为7× 1012 m3, 年产天然气1 143.9× 108 m3, 为当年世界第8产气大国[8]。四川盆地目前天然气总可采资源量超过7× 1012 m3, 故将来有年产超1 000× 108 m3的可采资源量基础。

图3 四川盆地、鄂尔多斯盆地和塔里木盆地天然气剩余可采资源量对比

2.3 大气田优势

勘探和开发大气田是快速发展一个国家天然气工业的重要途径。世界产气大国荷兰和俄罗斯（前苏联）均通过勘探和开发大气田从贫气国变为产气大国。荷兰在1958年天然气可采储量不足740× 108 m3, 年产气仅2× 108 m3, 但1959年发现可采储量近3× 1012 m3的格罗宁根超大型气田, 1975年产气828.8× 108 m3, 由此向德国、法国和比利时出口天然气, 成为产气大国。前苏联在20世纪50年代初天然气储量不足2 230× 108 m3, 年产气仅57× 108 m3, 是个贫气国; 1960— 1990年发现40多个大气田, 使天然气储量达453 069× 108 m3, 天然气年产量从453× 108 m3增长到8 150× 108 m3, 使其由贫气国一跃成为当时世界第1的产气大国[9]。中国在1949— 1990年天然气储量和产量增长缓慢, 主要原因是在此期间发现的大气田数量很少, 全国仅探明6个大气田[10], 而且没有一个大气田的储量超过1 000× 108 m3[11]。但1991— 2019年的29年间, 平均每年发现2.65个大气田, 而且单个大气田的规模也增大了, 探明储量超过1 000× 108 m3的大气田36个, 其中苏里格和安岳大气田的储量均超过10 000× 108 m3。至2019年底, 中国74个大气田累计探明天然气地质储量140 035× 108 m3, 当年大气田年产量1 348× 108 m3, 分别占全国总储量和年产量的76.5%和76.5%。大气田主要分布于四川（27个）（见图4）、鄂尔多斯（15个）和塔里木（10个）3个盆地。四川盆地大气田数在全国各盆地中名列首位而具有大气田优势。四川盆地安岳超大气田是中国第1个在古老碳酸盐岩中（寒武系龙王庙组、震旦系灯影组）探明储量大于万亿立方米（11 709× 108 m3）、年产量超百亿立方米的超大气田; 同时还发现了涪陵、长宁和威远3个探明储量均大于4 000× 108 m3的页岩气大气田, 目前年产气量已超200× 108 m3。因此, 四川盆地不仅在大气田数量, 而且在非常规气大气田储量和数量上均在全国优势明显。

图4 四川盆地大气田分布图

2.4 总产量优势

四川盆地截至2019年底探明天然气地质总储量57 966× 108 m3（见图5）, 累计总产气6 488× 108 m3（见图6）, 位列全国各盆地之首。但截至2019年底累计产油则很低, 为729.6× 104 t（折合气当量84.85× 108 m3）, 故其2019年底油气总产量为6 569.24× 108 m3, 气油比为80︰1, 是产气占绝对优势的天然气盆地。按超级盆地天然气累计产量7 931.66× 108 m3标准, 目前四川盆地油气总产量为6 569.24× 108 m3而稍低于标准值, 故Fryklund等把四川盆地列为二级超级盆地[7]。总体上四川盆地剩余可采资源量达136 404× 108 m3, 总产油气量6 569.24× 108 m3, 按这两项指标, 同时根据其气油比为80︰1, 故四川盆地应为超级气盆地。刘树根等曾期待“ 四川盆地有望成为“ 超级” 的含油气盆地” [12]。

图5 中国主要产气盆地2019年底累计探明天然气地质储量

图6 中国主要产气盆地2019年底累计天然气产量

3 四川盆地在中国天然气勘探开发上4个方向性的重大突破

四川盆地在页岩气、致密砂岩气、碳酸盐岩万亿立方米大气田和超深层气藏的勘探开发上, 均在全国首次取得方向性的重大突破, 从而引领了中国天然气勘探开发, 开辟了4个新领域, 加速了中国天然气工业的发展。

3.1 页岩气方向性的重大突破

美国“ 页岩气革命” 是世界天然气勘探开发上一个方向性的重大突破, 使美国从天然气进口国跃变为天然气出口国的产气大国[13], 2019年其页岩气产量为7 140× 108 m3[14], 为当年美国总产气量的76.8%。美国页岩气勘探开发上的重大突破, 对世界天然气工业发展产生了深远的影响。中国四川盆地奥陶系五峰组— 志留系龙马溪组页岩气勘探开发取得重大业绩：至2019年底, 页岩气累计探明地质储量18 099.9× 108 m3, 累计产气492× 108 m3。探明了涪陵、长宁、威远、太阳、威荣和永川6个页岩气田, 其中前5个页岩气田均为探明地质储量超1 000× 108 m3的大气田。而国内其他盆地页岩气勘探至今均未取得重大突破, 因此, 四川盆地是中国率先在页岩气勘探开发上取得成功的范例。许多学者对五峰组— 龙马溪组页岩气在发展四川盆地乃至全国天然气工业上具有方向性的引领作用作了研究和评论[15, 16]。

目前世界页岩气产气国美国、中国、阿根廷和加拿大, 页岩气均来自海相腐泥型泥页岩中。近几年在四川盆地元坝、涪陵地区下侏罗统自流井组大安寨段湖相页岩中也有天然气重要发现。大安寨段页岩有机质类型为Ⅱ 2或Ⅲ 型, TOC值为0.33%~3.78%, Ro值为1.11%~1.82%。已有12口井获得高产油气流, 总体上以产气为主。在元坝地区9口井中8口为气井, 仅有1口井为油气同产（YB161井）, YB21井产气量最高达50.70× 104 m3/d[17, 18], 此实例为勘探开发陆相腐殖型页岩气提供了方向性启迪, 意义重大。

3.2 致密砂岩气方向性的重大突破

四川盆地西北部的中坝气田由2个主力气藏组成：①中三叠统雷口坡组三段碳酸盐岩气藏, 1972年12月发现, 探明储量86.3× 108 m3; ②上三叠统须家河组二段砂岩气藏, 1973年1月发现, 探明储量100× 108 m3。根据须二段5口取心井1 435个孔隙度样品统计, 孔隙度为0.08%~16.63%, 平均值为6.20%; 1 319个样品渗透率统计, 最大值为22.230× 10-3 μm2, 最小值小于0.001× 10-3 μm2, 平均值为0.080× 10-3 μm2, 故储集层基质物性差, 属于低孔低渗的致密砂岩储集层[19]。1973年8月投入试采, 至2005年底, 累计产气72.81× 108 m3, 采出程度72.81%。中坝气田须二段气藏不仅是四川盆地、也是全国最先开发的高采出度的致密砂岩气藏, 在致密砂岩气勘探开发上具有方向性的启蒙作用。如今全国年产气量的1/4为致密砂岩气, 受益于须二段致密砂岩气藏先导性的成功开发。

3.3 古老碳酸盐岩超大气田的方向性重大突破

安岳气田发育的寒武系龙王庙组、震旦系灯影组四段和二段这3套主力储集层岩性均为碳酸盐岩[20], 根据气田震旦系— 寒武系天然气与烃源岩、储集层沥青的样品分析, 采用气-气对比、气-源对比、储集层沥青与烃源岩的综合研究对比, 龙王庙组天然气主要来源于寒武系筇竹寺组烃源岩, 灯四段和灯二段天然气主要来源于震旦系灯影组和寒武系筇竹寺组烃源岩[21], 均为原油裂解气[20, 21, 22]。安岳碳酸盐岩超大气田的发现与开发, 为在四川盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩中勘探开发超万亿立方米超大气田起到了方向性的先导作用[23], 如川中古隆起的磨溪北斜坡角探1井在寒武系沧浪铺组一段产气达51.62× 104 m3/d, 是继安岳超大气田龙王庙组气藏之后天然气勘探又一重大突破[24, 25, 26, 27], 预示了川中古隆起磨溪北斜坡可能为万亿立方米气区的征兆。

3.4 超深层气藏方向性的重大突破

深度大于6 000 m的气藏称超深层气藏[4]。老关庙气田二叠系茅口组气藏（7 153.5~7 175.0 m）是中国最早发现的超深层气藏[4, 28]。1978年6月上旬对关基井茅口组7 053.57~7 175.00 m井段进行裸眼测试, 获得4.88× 104 m3/d的工业气流, 为以后的深井和超深井试气工艺技术提供了宝贵经验[29], 为四川盆地及全国超深层气藏勘探开发起到了方向性的先导作用。现今四川盆地元坝气田和龙岗气田的主力产层, 塔里木盆地克深气田和大北大气田均为超深层气藏[4, 30, 31, 32], 显示了中国超深层天然气勘探的巨大潜力[33]。

4 超级盆地的分类

可以按不同的标准来进行超级盆地的分类。按超级盆地的总产油气量和剩余可采资源量50× 108 bbl油当量（6.82× 108 t油或7 931.66× 108 m3气）标准划分, 大于标准的盆地为一级超级盆地, 略少于标准的盆地为二级超级盆地[7]。按超级盆地的大地构造属性, 超级盆地可分为5类：①前陆型超级盆地, 以阿尔伯达西加盆地、二叠盆地为典型; ②陆内克拉通型超级盆地, 以西西伯利亚盆地和威利斯顿盆地为典型; ③冲断带型超级盆地, 以扎格罗斯盆地为典型; ④裂谷型超级盆地, 以松辽盆地和阿纳达科盆地为典型; ⑤被动大陆边缘型超级盆地, 以墨西哥湾盆地和尼日尔三角洲盆地为典型[12]。前陆型超级盆地占超级盆地累计油气产量的47%, 占剩余油气可采储量的62%, 贡献程度最高, 其次为克拉通型超级盆地、被动大陆边缘型超级盆地和冲断带型超级盆地, 裂谷型超级盆地所占比例最低[12]。

本文根据油气总产量中油和气所占百分比大小标准, 把超级盆地分为3类（见表1）：①超级油盆地, 油气总产量中油占80%以上, 气少于20%, 如松辽盆地、渤海湾盆地、坎普斯盆地和威利斯顿盆地, 其中松辽盆地和坎普斯盆地油产量占比高达94.71%; ②超级油气盆地, 油的产量在20%~80%, 绝大部分超级盆地属此类, 例如阿尔伯达盆地、二叠盆地、西西伯利亚盆地; ③超级气盆地, 油气总产量中气占比80%以上, 油占比少于20%, 如四川盆地和阿巴拉契亚前陆盆地, 四川盆地产气占98.76%, 几乎是超级纯气盆地。在以上3种标准超级盆地分类中, 大地构造属性分类不随油气生产时间变化而改变, 而一级超级盆地和二级超级盆地可能随油气生产进展, 由二级超级盆地升为一级超级盆地, 超级油盆地、超级油气盆地和超级气盆地, 也可能随油气生产进展比例变化而出现变化。

表1 世界一些超级盆地油气产量及油气比
5 结论

超级盆地的条件, 一是累计产量超过50× 108 bbl油当量（6.82× 108 t油或7931.66× 108 m3气）, 二是剩余可采资源量至少50× 108 bbl油当量。凡是达到两个条件的称为一级超级盆地, 而当累计产量或剩余可采资源量略少的称为二级超级盆地。根据超级盆地的大地构造属性, 其可分为5类：前陆型超级盆地, 陆内克拉通型超级盆地, 冲断带型超级盆地, 裂谷型超级盆地和被动大陆边缘型超级盆地。根据油气总产量中油和气所占比例大小, 其可分为3类：①超级油盆地, 总产量中油占80%以上; ②超级油气盆地, 总产量中油占20%~80%; ③超级气盆地, 总产量中气占80%以上。

四川盆地至2019年底油气累计产量为6 569.24× 108 m3, 剩余可采资源量为136 404× 108 m3, 累计产量中气占98.76%, 故而是超级气盆地。四川盆地能成为超级气盆地, 是因在天然气地质上具有4个优势：①气源岩优势, 共有9套主要气源岩（陡山沱组、灯影组、筇竹寺组、五峰组— 龙马溪组、栖霞组、茅口组、长兴组/大隆组、龙潭组/吴家坪组和须家河组）, 气源岩层系数为全国各盆地中第1; ②资源量优势, 总可采资源量为156 482× 108 m3, 总剩余可采资源量为136 404× 108 m3, 在全国各盆地中均位列第1; ③大气田优势, 勘探开发大气田是快速发展天然气工业的重要途径。2019年中国有74个大气田, 其产量和总储量分别占当年全国总量的76.5%和76.5%, 四川盆地有27个大气田而占全国大气田总数的36.5%, 故具全国大气田优势; ④总产量优势, 四川盆地至2019年底累计总产气量为6 488× 108 m3, 位列全国各盆地之首。

四川盆地在中国天然气勘探开发上有4个方向性的重大突破：①页岩气方向性的重大突破, 成功发现和开发了五峰组— 龙马溪组页岩气; ②致密砂岩气方向性的重大突破, 发现和高采出度开发了中坝气田须二段致密砂岩气藏; ③碳酸盐岩超大气田的方向性重大突破, 成功发现和开发了万亿立方米安岳碳酸盐岩超大气田; ④超深层气藏方向性的重大突破, 老关庙气田茅口组气藏（7 153.5~7 175.0 m）是中国最早发现的超深层气藏, 为全国超深层气田（元坝、龙岗、克深和大北等大气田）勘探开发发挥了方向性的先导作用。

致谢：本文相关国外超级盆地数据得到中国石油勘探开发研究院赵喆高级工程师、王红军教授的指导和帮助, 在此深表谢意。

（编辑 黄昌武）

参考文献
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