前陆逆冲带超深砂体的应力控制储集体形成模型：塔里木盆地库车坳陷博孜-大北地区白垩纪巴什吉其克组案例研究

深部岩石为何对我们的能源未来很重要

在中国西部的沙漠下方，超过7到8公里的深度处，致密的砂岩储存着巨量的天然气。在如此极端的深度，热与压力已经挤压出岩石中大部分空隙，使气体难以流动。然而有些地带仍然产气良好，而另一些则不然。本研究提出一个简单但有力的问题：山体构造挤压和变形的方式如何决定优良储层的形成位置？哪些地方不形成良好储层？

山麓前缘被挤压的盆地

研究聚焦于库车坳陷——一个随着南天山向南推进而形成的前陆盆地。河流与三角洲持续沉积的砂体后来形成了白垩纪的巴什吉其克组。更晚期，重新发生的压缩将这些地层挤皱成一系列褶皱与逆冲断层。这种褶皱并非仅仅使岩层倾斜；它在不同深度和应力水平上产生了明确的构造带。部分地块被抬升至相对浅部，另一些被埋得更深并承受更强的挤压，还有部分位于应力集中的或释放的位置。作者认为，正是这些构造环境差异，决定了为何某些超深气藏效果更好而另一些则差别甚大。

从微观看孔隙与裂缝的样貌

研究团队利用19口井的岩心、薄片和电子显微照片描述了那些储存并传输气体的细小空间。砂岩主要由石英和长石颗粒组成，粒度分选中等到差，原始“开阔度”较低。当前的主要孔隙是颗粒之间残留的间隙以及长石和岩屑被化学溶蚀形成的小孔。同时，构造应力产生了穿过颗粒的微裂缝网络。总体而言，孔隙度平均仅约6%，而渗透率极低。然而，一些含裂缝较多的样品即便孔隙体积少，仍能出乎意料地传导流体，显示裂缝在一定程度上可以弥补丧失的孔隙空间。

长期埋藏与挤压如何重塑岩石

巴什吉其克砂岩经历了与主要构造事件相关的复杂埋藏、抬升与再埋藏历史。早期埋藏阶段，压实与碳酸盐胶结堵塞了孔隙；后期抬升又使部分胶结物和长石溶解，短暂改善了储空间。从大约近500万年以来，深埋伴随强烈的南北向挤压将该区变成真正的“高压釜”。在该阶段，压实变得剧烈，许多残余孔隙被关闭，但与此同时产生裂缝并允许酸性流体侵蚀形成新的溶蚀孔。其结果是一个微妙的平衡：应力过小，岩石保持相对疏松但裂缝较少；应力过大，孔隙坍塌速度超过裂缝所能弥补的速度。

如何测量地球内部的应力与变形

为超越单一埋藏叙事，作者们量化了岩石所受的挤压力。他们对岩心圆柱样本进行了声发射试验，结合测井资料和数值模拟来估算三个方向上的现今与过往应力，同时测定了岩石的刚度（杨氏模量）和侧向变形倾向（泊松比）。这些力学性质充当了应力历史的一种“记忆”。在由北向南排列的四个构造带中，他们发现最大水平应力先增大后减小，应力和应变较大的带往往表现为致密岩石和更低的孔隙度。关键是，这种关系并不一致：某些高应力但应力差异小的区域保留了较好的孔隙系统，而应力高度集中的区域则发展出致密且高度裂缝化的岩石。

最佳深部储层的藏身之处

通过将力学测量与孔隙裂缝观察结合，团队概括出三个主要演化阶段：从以孔隙为主的中等致密岩石，经由孔隙收缩但裂缝开始帮助流动的混合阶段，直到以裂缝网络主导的高度致密岩石。然后他们将这些阶段映射到褶皱-逆冲带内的不同构造位置。浅部悬挂壁与远端脚墙地块在较弱的有效挤压下保持相对较高的孔隙度（常接近或超过10%），但裂缝较少。相比之下，中央脚墙带承受应力集中，导致极低的孔隙度（常低于5%）却具有致密的裂缝系统。这一模式解释了为何在相似岩性与年代条件下，有些超深气田表现为经典的孔隙型储层，而另一些则尽管岩性相近却作为裂缝控流体系运行。

这对未来勘探意味着什么

对非专业读者而言，关键教训是：仅凭深度无法决定某一超深岩层是否为良好气藏。同等重要的是岩石在何处、以何种方式以及在多长时间内被邻近造山体挤压。通过将岩石刚度和原位应力测量转换为“应力—应变控制”模型，本研究展示了如何预测以开敞孔隙为主的区与以裂缝为主的区。这一见解为勘探团队提供了一种新途径，利用常规测井和力学数据来定位地球上一些最深且最具挑战性的气田中最有希望的富集甜点。

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

关键词: 超深砂岩储层, 构造挤压, 库车坳陷, 孔隙与裂缝演化, 岩土力学