前方推覆帯における超深部砂岩の応力制御型貯留層形成モデル：タリム盆地クチャ低地博孜・大北地域白石奇克累層（白亜紀）を事例とした研究

深部の岩石がエネルギーの未来に重要な理由

中国西部の砂漠のはるか地下、7〜8キロ以上の深さには、緻密に詰まった砂岩が莫大な量の天然ガスを蓄えています。そのような極端な深度では、熱と圧力によって岩石の空隙の大部分が押しつぶされ、ガスの移動が困難になります。それでも一部の層は良好に生産し、他はそうではありません。本研究は単純だが重要な問いを投げかけます：山体形成に伴う岩石の締め付けやひずみの様式が、良好な貯留層の形成場所をどのように決めるのか？

山裾で締め付けられた盆地

研究は、南ティアンシャン山地が南方へ押し出すことで形成された前方堆積盆地であるクチャ低地に焦点を当てています。河川や三角州によって堆積した砂はやがて白亜紀の白石奇克累層となりました。その後の再圧縮によりこれらの地層は一連の褶曲と逆断層へと折りたたまれました。この褶曲は単に岩層を傾けただけでなく、深さや応力レベルの異なる明確な構造帯を生み出しました。あるブロックは隆起して比較的浅い位置にあり、別のブロックはより深く埋もれて強く押しつぶされ、さらに応力が集中または緩和される位置にあるものもあります。著者らは、これらの構造的条件の違いこそが、超深部ガス貯留層の働き方の差を理解する鍵であると主張します。

間隙と亀裂の詳細な姿

19本の井戸コア、薄片、電子顕微鏡画像を用いて、チームはガスを貯蔵・透過させる微小な空間を記述しました。砂岩は主に石英と長石粒から成り、並びの良さは中程度から不良で、元々の“開放度”は比較的低いものです。現在、主要な間隙は粒子間に残る隙間と、長石や岩片の化学的溶解によって形成された小孔です。同時に、構造力学的な作用により粒子を切断する微小亀裂のネットワークも発達しています。全体として有効空隙率は平均で約6％にすぎず、透水性は極めて低いです。しかし、亀裂が多数あるサンプルは間隙容積が小さくても流体を驚くほどよく透す例があり、亀裂が失われた間隙を部分的に補っていることが示されています。

長期の埋没と圧縮が岩石をどう変えたか

白石奇克累層の砂岩は、主要な構造イベントに結びつく複雑な埋没・隆起・再埋没の履歴を経ています。初期の埋没期には圧密と炭酸塩のセメント化で間隙が閉塞され、後の隆起期には一部のセメントや長石が溶解して一時的に貯留空間が改善しました。およそ過去500万年以降、深い埋没と強い南北圧縮が重なり、文字通り“圧力鍋”のような状態になりました。この最終段階では圧密が著しく進行して多くの残存間隙が閉鎖した一方で、亀裂を生成し酸性流体による新たな溶解孔を作り出しました。その結果は微妙なバランスです：応力が小さすぎれば岩は比較的開いたままですが亀裂が乏しく、応力が強すぎれば亀裂が役立つ前に間隙が崩壊してしまいます。

地中の応力とひずみをどう測るか

単なる埋没史を越えるために、著者らは岩石がどれほど強く締め付けられてきたかを定量化しました。コアプラグの音響放射試験、井戸ログ、数値シミュレーションを用いて現在および過去の三方向の応力を推定しました。またヤング率（剛性）や横方向変形の傾向を示すポアソン比も測定しました。これらの力学的特性は応力履歴の一種の“記憶”として機能します。北から南へ並ぶ四つの構造帯にわたって、最大水平応力は一旦増加してから減少する傾向を示し、より高い応力と大きなひずみを受ける帯では岩石が緻密化し有効空隙率が低下することが明らかになりました。重要なのはこの関係が一様ではない点で、応力が高くとも応力差が小さい領域は間隙系を比較的保つ一方、応力が強く集中する領域は非常に締まった高密度亀裂性岩石を発達させます。

最高の超深部貯留層が隠れる場所

力学測定と間隙・亀裂観察を組み合わせることで、チームは三つの主要な進化段階を描き出しました。中等度に圧密した主に間隙支配の岩相、間隙が縮小し亀裂が流動を助け始める混合相、そして亀裂ネットワークが支配する高度に圧密した相です。これらの段階を褶曲・推覆帯内の異なる構造的位置に対応させると、懸垂壁の浅部や遠隔の前扉盤ブロックは効果的圧縮が弱く比較的高い有効空隙率（しばしば10％前後またはそれ以上）を維持しますが、亀裂は少なめです。対照的に中央の後扉盤域では応力が集中し、有効空隙率は非常に低く（しばしば5％未満）なる一方で密な亀裂体系が発達します。このパターンは、同様の岩種・時代であっても、ある超深部ガス田が古典的な間隙貯留層として振る舞う一方で、別の田が亀裂支配のシステムとして機能する理由を説明します。

今後のガス探査に対する示唆

専門外の読者にとっての主な教訓は、深さだけが超深部岩層の貯留能を決めるわけではないということです。同じくらい重要なのは、近隣の山体成長が岩石をどのように、どこで、どれくらい長く締め付けてきたかです。岩石剛性と現地応力の測定を“応力—ひずみ制御”モデルに変換することで、本研究は開放間隙が支配するゾーンと亀裂が支配するゾーンを予測する手法を示しました。この知見により、探査チームは標準的な井戸ログと力学データを活用して、地球上で最も深く最も困難なガス田の中でも最も有望なスイートスポットを狙う新たな手掛かりを得られます。

引用: Wang, C., Zhong, D., Mo, T. et al. A stress-controlled reservoir formation model for ultra-deep sandstones in foreland thrust belts: case study of the cretaceous bashijiqike formation, bozi-dabei area, kuqa depression, tarim basin. Sci Rep 16, 11432 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42156-0

キーワード: 超深部砂岩貯留層, 構造的圧縮, クチャ低地（Kuqa Depression）, 間隙・亀裂の進化, 地盤力学