鄂尔多斯盆地北部东胜气田石河子组（P2x1）致密砂岩含气过程与驱动力

为何这段地下历史重要

在中国中北部的草原深处，有一处巨大的天然气藏被封锁在几乎不透流体的岩石中。这些致密砂岩蕴藏的天然气足以供应城市所需，但前提是我们要弄清这些气体如何进入以及最后聚集在哪里。本研究剖析了鄂尔多斯盆地东胜气田的隐秘演化，展示了深部地层压力如何与细小孔隙的阻力相抗衡，使得某些层段充满了天然气而另一些则主要为含水。该工作提供了一种新途径，用以预测致密储层中哪些区域可能有商业价值，哪些可能令人失望。

被锁在致密岩层中的气

东胜气田是中国重要的致密气资源之一。其主要含气层属于下二叠统石河子组，埋深约在两至四千米之间。该处砂岩平均孔隙度仅为8.6%，渗流能力极低，意味着在没有工程措施的情况下天然气难以自由流动。通过分析两千多个岩心样品，研究者表明该地层大部如今已可归类为致密砂岩，尤其是在名为颇儿江海子断层以南的区域。只有在浅埋的北部带，岩石仍保留较好的孔隙和渗流能力。

岩石为何逐渐致密

为理解岩石为何变得如此致密，团队重建了盆地的埋藏与增温史。他们发现，随着数亿年沉积物的不断堆积，石河子层的砂颗粒被挤压得更紧，同时化学过程促使石英和粘土矿物生长，将颗粒焊接为刚性结构。薄片观察显示颗粒相互压接、接触面弯曲，大部分原有孔隙被转化为小型次生孔或被固体沥青部分填充。模拟表明，原始约占岩石体积三分之一的孔隙度在许多区段于重要入气之前已收缩到不足10%。

三次气体充注浪潮

研究者接着分析了夹杂于矿物中的微小含液包裹体，以确定油气进入储层的时间。将这些包裹体证据与关于烃源岩埋藏、增温与烃源演化的数值模型结合，揭示出三次不同的充注事件。早期阶段约在2.3亿至1.8亿年前，伴随下伏富有机质的煤系层开始分解，同时有油与气进入。两次较晚的阶段（约1.8亿至1.2亿年前和1.2亿至8千万年前）以气体为主，因烃源岩成熟度进一步提高。最后一次气体脉冲与峰值生气期重合，被识别为形成今日大型气聚集的关键时期。

压力与孔隙阻力的较量

本研究的核心贡献之一是提出了一个简单而有力的描述框架，用以说明驱动气体进入这种顽固岩层的机制。作者将“净力”定义为生气烃源岩的超压与致密砂岩在代表性含气饱和度下的毛细阻力之间的差值。借助盆地演化模型，他们追踪了深部煤系在峰值生气期如何累积超压。与此同时，基于真实岩样三维扫描的数字岩体模拟显示，要使气体首先突破充满水的孔隙、随后快速充注并最终达到近稳态饱和，需要多大的压力。研究从这些模拟中提取出达到50%气饱和度所需的压力，并将其作为阻力的度量。

预测气体最终分布

通过比较模型化的驱动压力与模拟得到的阻力，团队计算出不同井位与区段的净力值。他们发现三种状态与实际井试结果高度一致：当净力较低且仍处于突破阶段时，井多为干或仅含少量气体；当净力进入快速充注区并超过毛细阻力阈值时，井开始产出商业量的气层；介于两者之间的是边缘含气段。分析还显示，在最重要的气体脉冲发生时，颇儿江海子断层以南的大部分储层已相当致密，使得气体更难进入，而北部区带则仍相对更易被充注。

对未来气勘的启示

对非专业读者而言，关键结论是：致密气资源的规模不仅由该盆地曾经含有多少有机质决定，还取决于推动气体离开烃源岩的压力与周围砂岩微观结构之间的拉锯。该研究表明，通过重建这一随时间变化的拉锯并将其表述为净力，地质学家可以更好地预测哪些致密区段可能富气、哪些不然。这类洞见可指导钻探指向东胜气田及类似深埋致密储层中最有前景的区段，提高勘探效率并减少不必要的钻井。

引用: Cao, Q., He, F., Zhang, W. et al. Process and forces of tight-sandstone gas charging in the Shihezi formation (P₂x¹) Dongsheng gas field, northern Ordos Basin China. Sci Rep 16, 11818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39614-0

关键词: 致密砂岩气, 鄂尔多斯盆地, 含气史, 储层压力, 毛细力