Модель формирования резервуаров, контролируемая напряжённым состоянием, для ультраглубоких песчаников в передовых складчатых поясах: тематическое исследование мел-песчаников Башицзикике, район Бози-Дабэй, Кука-депрессия, бассейн Тарим

Почему глубокие породы важны для нашего энергетического будущего

Глубоко под пустынями западного Китая, более чем в 7–8 километрах, плотно упакованные песчаники содержат огромные запасы природного газа. На таких экстремальных глубинах тепло и давление вытеснили большую часть пустот в породе, что затрудняет движение газа. Тем не менее некоторые зоны продолжают давать хорошую продуктивность, а другие — нет. В этом исследовании задаётся простой, но важный вопрос: как способ, которым горные силы сжимают и деформируют породы, определяет, где образуются хорошие резервуары, а где — нет?

Сдавленный бассейн у подножия гор

Исследование сосредоточено на Кука-депрессии — передовом бассейне, образовавшемся при продвижении Южного Тянь-Шаня на юг. Со временем реки и дельты отложили песок, который позже превратился в меловую формацию Башицзикике. Значительно позже повторное сжатие смяло эти слои в ряд складок и насдвигов. Это складкообразование не просто наклонило породы; оно создало отдельные структурные зоны на разных глубинах и при разных уровнях напряжения. Одни блоки выдвинуты вверх и лежат сравнительно мелко, другие погребены глубже и сильнее сжаты, а некоторые находятся в положениях, где напряжение фокусируется или ослабевает. Авторы утверждают, что именно эти различия в тектоническом окружении ключ к пониманию того, почему одни ультраглубокие газовые резервуары работают лучше других.

Как выглядят поры и трещины вблизи

Используя керн из 19 скважин, тонкие шлифы и изображения в электронном микроскопе, команда описывает крошечные пространства, где хранится и через которые передаётся газ. Песчаники состоят в основном из зерен кварца и полевого шпата со средним или плохим сортированием и относительно низкой первичной «открытостью». Сегодня основными порами являются оставшиеся межзерновые промежутки и мелкие пустоты, образованные химическим растворением полевого шпата и обломков. Одновременно тектонические силы породили сети микротрещин, пересекающих зерна. В целом пористость в среднем составляет примерно 6%, а проницаемость чрезвычайно низкая. Однако некоторые образцы с множеством трещин способны передавать флюиды удивительно хорошо, несмотря на малый объём пор, что показывает: трещины частично компенсируют потерянную пористость.

Как длительное погребение и сжатие изменили породу

Песчаники Башицзикике прошли сложную историю погребения, поднятия и повторного погребения, связанную с крупными тектоническими событиями. На ранней стадии погребения поры заполнились кальцитом и произошло уплотнение, тогда как последующее поднятие позволило частично раствориться цементу и полевому шпату, кратковременно улучшив объём хранилища. Примерно за последние 5 млн лет глубокое погребение в сочетании с сильной сжатием с севера на юг превратили район в настоящий «скороварочный» режим. На этой стадии уплотнение стало интенсивным, закрывая многие оставшиеся поры, но одновременно генерировались трещины и кислотные флюиды создавали новые поры растворением. В результате возник тонкий баланс: слишком небольшое напряжение — порода остаётся относительно открытой, но слабо трещиноватой; слишком большое — поры коллапсируют быстрее, чем трещины успевают компенсировать.

Измерение напряжений и деформаций внутри Земли

Чтобы уйти от простой истории погребения, авторы количественно оценили, насколько сильно породы были сжаты. Они использовали акустические эмиссионные тесты на керновых образцах, каротажи и численные моделирования для оценки современных и прошлых напряжений в трёх направлениях. Также были измерены жёсткость породы (модуль Юнга) и склонность к боковой деформации (коэффициент Пуассона). Эти механические свойства служат своего рода «памятью» о истории напряжений. В четырёх структурных зонах, расположенных с севера на юг, они обнаружили, что максимальное горизонтальное напряжение сначала растёт, а затем снижается, и что зоны с более высоким напряжением и большей деформацией, как правило, демонстрируют более плотные породы и более низкую пористость. Важно, что эта связь неоднородна: в некоторых районах при высоких напряжениях, но небольших градиентах напряжения сохраняются лучшие поровые системы, тогда как в зонах с сильной фокусировкой напряжения развиваются плотные, сильно трещиноватые породы.

Где прячутся лучшие глубокие резервуары

Комбинируя механические измерения с наблюдениями пор и трещин, команда выделяет три основных стадии эволюции: от умеренно уплотнённых пород с преобладающими порами, через смешанную стадию, где поры уменьшаются, но трещины начинают помогать потоку, до сильно уплотнённых пород, где доминируют сети трещин. Затем эти стадии сопоставлены с различными структурными позициями в складчато-наскальной системе. Мелкие подвешенные блоки и отдалённые подошвенные блоки, находящиеся под слабым эффективным сжатием, сохраняют относительно высокую пористость (часто около или выше 10%), но имеют меньше трещин. Напротив, центральные подошвенные зоны испытывают концентрированное напряжение, что приводит к очень низкой пористости (часто ниже 5%) при плотных системах трещин. Эта схема объясняет, почему одни ультраглубокие газовые месторождения ведут себя как классические поровые резервуары, тогда как другие функционируют как управляемые трещинами системы при схожих типах и возрастах пород.

Что это означает для поиска будущего газа

Для неспециалистов ключевой вывод таков: только глубина не определяет, будет ли ультраглубокий слой породы хорошим газовым резервуаром. Не менее важно то, как, где и как долго породы сжимались при росте соседних гор. Преобразовав измерения жёсткости пород и напряжённого состояния в «модель, контролируемую напряжением-деформацией», это исследование показывает, как прогнозировать зоны, доминирующие открытыми порами, в противоположность зонам, контролируемым трещинами. Это даёт командам по разведке новый способ использовать стандартные каротажи и механические данные для прицеливания в наиболее перспективные «сладкие пятна» в одних из самых глубоких и сложных газовых месторождений на Земле.

Цитирование: 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

Ключевые слова: ультраглубокие песчаниковые резервуары, тектоническое сжатие, Кука-депрессия, эволюция пор и трещин, геомеханика