叩擊地球深部的“大門”

“深天”“深海”和“深地”是我國乃至全世界都在大力推進的重大科研課題，具有重大的理論與實踐意義，對于石油和天然氣的勘探開發(fā)，更是如此。那么，從我們居住的地表往下究竟多少是“深層”呢？

關(guān)于地層“深部”的判別有不同的標(biāo)準(zhǔn)。目前，大多數(shù)學(xué)者都是依據(jù)埋藏深度來劃分的，由于不同盆地同一深度對應(yīng)的地層溫度或孔隙度或滲透率是不相同的，因此，不同學(xué)者提出的深度界限也不統(tǒng)一，包括3500米、4000米和4500米，等等。

石油業(yè)界通常將地層埋深超過4500米定為深層。我國東部、西部地質(zhì)條件有差異，國土資源部2005年頒布了劃分標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定東部盆地以3500米為深部界限，3500~4500米為深層，大于4500米為超深層；西部盆地4500~6000米為深層，大于6000米為超深層。國內(nèi)還有按鉆井深度劃分的，垂直深度4500~6000米為深井，垂直深度超過6000米為超深井，超過9000米為特深井。我國近年來油氣勘探獲得的重要發(fā)現(xiàn)大多在深層、超深層范圍內(nèi)。

縱觀石油天然氣勘探歷史，最初鉆探的油層僅有幾十米、幾百米或者上千米，大多數(shù)油田的油層深度都在2000～3000米，最深的也就在4000米左右。目前，已經(jīng)在從地表到7000多米的深度都發(fā)現(xiàn)了石油，最深的石油鉆井已經(jīng)超過9000米，最深的天然氣井深達7482米，最深產(chǎn)油井深度為5344米。2019年7月，中國石油的鉆井隊在塔里木盆地輪南地區(qū)鉆成了深度達8884米深的輪探1井，并且發(fā)現(xiàn)了商業(yè)性油氣。

有人做過估算，世界各盆地中4500米深度以下進行石油勘探的面積可達1600多萬平方千米，在地球上沉積巖層越厚的地方，深部找到石油和天然氣的希望越大。

石油勘探的實踐也證明，一個產(chǎn)油區(qū)內(nèi)的淺部或深部都有可能發(fā)現(xiàn)新的油氣層，在深部找到新的油氣層的希望更大。一些石油地質(zhì)學(xué)家估計80%的油氣田深層都有尚未發(fā)現(xiàn)的油氣層存在。

中國是地震多發(fā)的國家，大地震深度一般在10～20千米。中國又是一個地層發(fā)育極為豐富的國家，從最古老的太古宇到第四紀(jì)系地層相對連續(xù)發(fā)育，且各個地質(zhì)歷史時期均有各種造山運動。中國還是一個各個地質(zhì)歷史時期形成的深大斷裂均有的國家。大盆地邊緣一般都是20~30千米深的大斷裂，斷裂深度可達到下地殼底部。

地球科學(xué)和大數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，中國大地震空間分布與大煤田、天然氣田的空間分布相對一致。中國大地震發(fā)生在大盆地周邊的深大斷裂帶。地震、煤氣田、大斷裂三者一致，有斷裂但沒有大煤田或天然氣田的地區(qū)一般沒有發(fā)生過大地震，煤田下部可能是天然氣田。天然氣田在大盆地深度為8000米的地層中。沉積盆地邊上就是10～20千米的深大斷裂，且處于大地震震中。這就產(chǎn)生了一個令人深思的問題：地殼的更深處有豐富的油氣資源嗎？

經(jīng)典地球科學(xué)理論認為，石油和天然氣是百萬、千萬年前的地質(zhì)歷史時期地表和海洋生物遺體的有機質(zhì)，快速埋藏保存在沉積土石之中，經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)逐漸形成的，保存在有致密蓋層下方的圈閉地層之中。埋藏深度很深的沉積地層一般都相對古老。古生代深埋的沉積盆地形成時間距今2.5億～5.4億年。

石油和天然氣的比重或密度遠遠小于巖石，且具滲流能力。各種巖石都有空隙、裂隙、斷層等不連續(xù)面。這些不連續(xù)面就是油、氣和流體的高滲透通道。因此，有人認為，深部油氣應(yīng)該早已滲流到淺部地應(yīng)力低、溫度低的地層圈閉，或排放到大氣之中。

陸殼厚度在20～40千米。沉積巖覆蓋在火成巖之上，原始沉積物都是從火成巖經(jīng)物理化學(xué)風(fēng)化形成的?；鸪蓭r是地殼的結(jié)晶基底，厚度很大。沉積巖厚度薄，為0～5千米。在地槽造山帶，沉積巖厚度可達10千米。地殼沉積巖的平均厚度不到3千米。地殼厚層火成巖沒有任何古代生物遺體，因此，按照經(jīng)典地球理論，它們不可能產(chǎn)生油氣。深部沉積地層一般被火成巖包圍，沒有其他外來的有機物源。

地球科學(xué)界和石油勘探界已經(jīng)認識到，油氣地質(zhì)勘探向地殼深部進軍，深入到地表以下5000～10000米，是對經(jīng)典的地球科學(xué)理論和認識的突破。

按照目前公認的地球科學(xué)理論，尤其是石油地質(zhì)學(xué)理論，隨著向地殼深部延伸，油氣的含量應(yīng)該越來越少，甚至消失。在5千米到10千米深度的地殼內(nèi)勘探油氣，就是對經(jīng)典地球科學(xué)理論和認識的突破?？v觀科學(xué)發(fā)展史，這種突破往往會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

地殼深部的沉積盆地真的會有豐富的油氣資源嗎？在目前僅有假設(shè)的情況下能向地球深部進軍嗎？

一些地球科學(xué)家提出，地幔地核產(chǎn)生極高壓甲烷氣體，不斷聚集在深大斷裂帶。隨著氣體聚集量的增加，壓強也不斷增大。最終，大量極高壓氣體突然擠脹開裂高度擠壓的巖石斷裂，高速逃出，形成地震。一部分高壓氣體逃出地表，進入大氣，在地面留下山崩地裂的同時，在大氣中造成變化，形成降溫和降雨。另外一部分高壓氣體進入水平地層，充填巖石空隙、孔隙和空洞，儲存在其中，形成了高壓大氣田，等待人們的認識、探明和開采。當(dāng)然，這部分高壓氣體也會順著高滲透率的斷裂面等通道，緩慢滲流到地表，再進入大氣，給空氣增添碳和氫元素。人們還用這種觀點解釋大西洋百慕大飛機和艦船屢屢失事的原因——正是飛機和艦船的發(fā)動機吸入了從海底深處（地殼深部）突然釋放的大量易燃甲烷氣體，引發(fā)了爆炸！

目前，隨著地質(zhì)勘探工作的持續(xù)深入，深層勘探的比重逐漸增大。以中國為例，對西部盆地如塔里木盆地、四川盆地進行了深層勘探, 尤其是塔里木盆地探井深度均大于4000米, 目前開展的勘探均屬深層勘探范疇。四川盆地的深層勘探也占有相當(dāng)?shù)谋戎? 如川東石炭系天然氣勘探均屬深層勘探。即使在埋藏深度較淺的東部地區(qū)，發(fā)現(xiàn)油氣藏的深度也在不斷增加。

我國超深層及古老地層油氣勘探潛力巨大。以新疆塔里木盆地庫車、四川盆地元壩大型氣田為代表，超深層（大于7000米）天然氣儲量規(guī)模超萬億立方米；以塔北-塔中過渡帶（7200～7500米）、庫車克深-大北（6900～7500米）等為代表的超深層石油取得重大突破；以四川盆地安岳特大型氣田為代表，元古界-寒武系天然氣儲量規(guī)模超過1.56萬億立方米，展示了我國疊合盆地超深層油氣勘探開發(fā)的巨大潛力。

我國已完成一批高難度超深井，亞洲最深井馬深1井、東部最深井勝科1井、西部最深井塔深1井、克深氣田克深7井和克深902井等，推動了我國石油行業(yè)超深井鉆井技術(shù)向高難度發(fā)展。

還有一系列問題需要解決——我國超深層油氣到底有多少資源？分布在哪里？是否存在無機成因氣等新型油氣資源？與此相關(guān)的科學(xué)問題包括超深層及古老地層油氣成藏機理、資源潛力和油氣富集區(qū)等。因此，油氣勘探向地殼深部進軍，不僅僅是地球物理勘探的重大理論創(chuàng)新，更要給出原創(chuàng)地球科學(xué)新理論的重要依據(jù)。

來吧，努力尋找、叩開地殼深部的油氣大門吧！

作者：王大銳