0 引言

页岩气的勘探开发利用是近年来石油行业一项伟大的技术革命.页岩气和致密气一道改变了能源行业格局，使全世界的天然气可采储量增加了一倍，同时改变了美国等大国的能源前景.国内企业在页岩气勘探开发关键技术方面，结合我国地质条件，均取得了较大进展尤其是海相页岩气勘探取得重大突破(CURTIS，2002；刘洪林，2013).中国东部广泛发育一系列近海中新生代含油气超压盆地如松辽盆地、渤海湾盆地、莺歌海盆地等.许多学者已经对东部盆地中的超压系统进行过深入研究，其超压形成机制多样.地层流体压力是油气勘探开发中最重要的参数之一，在中国南方海相页岩高成熟、构造抬升.断裂发育的背景下，已认识到须把地层压力系数作为一项关键的参数进行考虑(柳波等，2012；刘洪林和王红岩，2013).据此提出了页岩气地质选区的新指标，把超压地质条件作为重要指标.近期勘探实践也发现陆相断陷盆地同样具有页岩油气形成的条件，并初步提出只有超压发育的地区才有可能实现商业化开发.本文在调研国内外超压盆地研究的基础上，结合东部陆相盆地超压发育情况与页岩气勘探进展，重点讨论页岩气藏与超压体系共生关系，以期深化页岩气成藏理论并指导东部页岩气勘探开发.

1 国外超压盆地现状

异常压力是指地下某一特定深度范围的地层中，由于地质因素引起的背离正常地层静水压力趋势线的流体压力，包括异常的超压和欠压.超压的形成机制多样，但一般只有某一种或很少的几种成因占主导地位，很多学者针对不同的压力形成机制提出了不同的压力计算模型，在油气资源勘探与远景预测中起着越来越重要的作用.目前众多文献在探讨异常超压与油气分布的关系时, 多依据压力系数的大小, 并认为超压体系的过渡带是油气富集带；当有机质演化达到一定程度时, 易产生超压并形成大油气田.一般超压体系就是烃源岩，但也可以作为盖层，对下伏油气藏起压力封闭作用.超压又是油气运移的源动力，它迫使地下流体通过水力压裂断层或各种输导体系，由高势区向低势区运移、聚集.通常，压力系数大于2的强超压储层成藏比较困难.

Hunt在Poweley和Bradley的流体压力封存箱概念的基础上，统计了全世界180个沉积盆地，其中有160个盆地发育超压(Hunt，1990).北美地台是世界著名产油气区，油气田数量大约35000个，从寒武系至新近系均有常规油气发现.该区沉积盆地中超压的成因及其与油气富集成藏的关系研究较为充分，多认为北美落基山前陆盆地异常超压存在单一的生烃增压机制；对于气藏，超压意味着其储层岩石孔隙容积中含有更多的天然气.常规勘探一般从盆地整体的动力系统出发，采用地质、地球物理和计算机模拟技术等多学科的结合，分析盆地中高压富烃热流体的形成条件、运动及聚集过程.

北美页岩气区一般在位于断裂不发育的构造稳定区，生烃条件好，页岩气藏保存良好.其富含天然气的页岩由于含气饱和度高，游离气含量大，地层孔隙压力显著加大以至页岩气层形成原始超压状态，即形成页岩气富集区.超压区域盖层缺失将导致地层压力降低，可能造成页岩气解吸和散失.由于北美地质条件简单，页岩成熟度适中，孔隙度相对较低，在地层低压、欠压条件下也可以实现商业性开发(McMaster，1981；张金川等，2004).

美国福特沃斯盆地Newark East页岩大气田代表了一个集烃源岩、储层和盖层等成藏关键要素存在于同一套Barnett页岩层的经典页岩气藏，为弱超压.Meissner(1978)最早对位于美国蒙大纳州及北达科他州的Williston盆地中的Ⅱ型Bakken页岩进行了研究，并提出了超压的存在与烃类生成的一致性.Marcellus页岩和Haynesville页岩气为现今北美最具发展前景的页岩气区带，其中Marcellus页岩压力系数0.9~1.4.Haynesville页岩地层压力较大，其压力系数约1.61~2.07；加拿大Horn River页岩气区压力梯度13.57 kp/m；Duvernay页岩气区超压较强，压力梯度15.83~20.35 kp/m.从现有公布成果来看，超压是上述新兴页岩气开发取得成功的重要因素.

2 东部超压页岩气概述

我国近海及东部盆地属滨太平洋构造体系域的张性盆地类，普遍具断陷特征，是我国重要的油气勘探区且具有巨大的页岩油气资源潜力.1962年在中国东部胜利油田营2井2738~2758 m首次钻遇渐新统沙河街组沙三段超压油气藏，并获得高产.20世纪70年代以后在东部陆地与海上许多含油气盆地中接连不断地发现超压，同时获得了许多与超压有关的油气田成果(陈中红和查明, 2008；张林晔等，2008).

在常规油气勘探中已有发现表明，东部盆地主力烃源岩层系多发育超压.如松辽盆地主力层系青山口组普遍存在超压，其中古龙凹陷压力系数分布在1.2~2.18间，均值为1.7，齐家凹陷在1.4~1.9间，均值为1.57，龙虎泡阶地在1.13~1.9间，均值为1.57.白垩系青山口组烃源岩质量好, 储层优良, 生气条件良好, TOC＞2.0%的页岩厚度在中央凹陷带超过100 m，具页岩气生储潜能.整体上，我国东部断陷盆地富油气凹陷古近系泥页岩与美国福特沃斯盆地Barnett页岩具有较好的可比性.以下通过钻井实测压力、测井资料以及地震计算的地层压力统计分析，重点总结渤海湾盆地古近系烃源岩异常压力及页岩气分布状况(表 1).

渤海湾盆地古近系发育多套富有机质泥页岩，广泛分布于区内各断陷中.岩性以钙质页岩、厚层黑色页岩为主，有机质类型为腐泥型-偏腐泥混合型.尤其以沙河街组三段发育的暗色泥页岩最为重要，多认为该层有机碳含量高，厚度大，并且整体进入成熟阶段.济阳坳陷发育沙四上亚段、沙三下亚段和沙一段3套陆相泥页岩，其下部有效烃源岩中普遍发育异常超压.纵向上，烃源岩压力分布总体上呈现从常压或弱超压到强超压的特征，沙三中亚段压力系数在深部达到1.6左右，沙三下亚段和沙四段则达到1.7以上(图 1).超压异常主要分布在东营凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷的临南地区以及车镇凹陷.超压带整体分布特征和超压发育幅度与成熟烃源岩的累积厚度、埋深和热成熟生烃作用具有明显的相关性.该坳陷具较好的形成页岩气的物质基础和储集条件，地层异常超压是页岩气富集高产的重要因素.勘探实践表明，沙三下亚段与沙三中亚段是坳陷最重要的烃源岩层，其暗色富有机质泥页岩有机质类型好、丰度高、厚度大、发育广泛，成为济阳坳陷页岩气勘探的重点研究层系.

东濮凹陷深层超压现象非常突出，除北部文明寨地区，南部马厂、三春集地区及西部斜坡带不存在高压外，其他地区均发育异常超压(图 2).纵向上的分布基本表现为双层结构特征，结合盐岩分布与超压发育层位的配置关系可划分为沙一段盐下弱超压带、沙三段盐间强超压带、沙三段盐下超压带.东濮凹陷烃源岩主要形成于始新世-渐新世强烈断陷期的深湖-半深湖环境，沉积巨厚的富有机质的古近系沙河街组地层，为该层系油气生成奠定了良好物质基础.经过30多年的勘探证实东濮凹陷天然气资源丰富，油气藏压力系数较大，大多分布在隆起带翼部或构造斜坡带.以往不断在深层超压带发现页岩油气显示，但未形成有效产能.在文古2、文300、文403等井的钻探表明东濮凹陷文留地垒带上存在泥岩裂缝油气藏.近几年，PS18-1等井强超压泥岩裂缝油气藏已获得高产，展现出良好的泥页岩油气勘探前景.柳屯洼陷等地普遍发育超压, 其对盐湖盆地内泥岩裂缝的形成和泥岩裂缝油气藏成藏效应等具有明显的控制作用.

北部辽河坳陷声波测井和钻井资料同样揭示凹陷内泥页岩压力特征可划分为正常压力、弱超压和强超压三大类.坳陷存在多个超压体系，且受控于沉积，成岩和构造等三种因素.其中，辽河东部凹陷古近系3套泥页岩段普遍存在气测全烃异常，显示蕴藏着巨大的页岩气资源.凹陷主力烃源岩分布面积广、厚度大、有机碳含量高、有机质成熟度变化范围宽，具备形成页岩气的物质基础.另外，泥页岩中微裂缝和裂缝发育，为游离态气体的赋存提供了良好的储集空间.

中北部黄骅坳陷歧口凹陷歧深地区超压体系展布也有研究，纵向上地层压力结构可划分为静水压力体系、上部超压体系和下部超压体系；平面上，在北大港东翼、歧口凹陷及板桥凹陷部分均显示超压，且在凹陷深部出现明显的2个超压体系.上超压带压力系数相对较低，一般为1.3~14；下超压带超压值高，压力系数可达1.5~16.黄骅坳陷内已发现的深层常规油气藏中，几乎都与异常压力有关或形成超压封闭型油气藏.歧口凹陷沙三段烃源岩累积厚度大、有机质类型适中、有机质丰度高、优质烃源岩发育，具备页岩气富集的基础.

总体上看，中国东部近海含气盆地或凹陷深部普遍超压.异常超压段往往和大套泥页岩层相对应，致密页岩分布范围广、有效厚度大、有机质丰富、含气量大、裂缝系统较发育，具备良好的页岩气成藏条件，是今后页岩气勘探最值得关注的层系.

3 共生机理探讨

不同规模的超压封存箱系统控制着盆地内的油气运移与聚集，因此开展超压体系的地球化学行为及与油气运聚关系研究具有积极的现实意义.近期济阳坳陷车古25、车66和丰深1等井的钻探也表明坳陷的深层存在异常超压带，并且这些井获得了高产工业油气流，超压的存在与常规油气成藏有一定的成生关系.北美以及中国东部页岩气勘探开发目标均是成熟盆地含油气系统主力烃源岩，现就烃源岩层超压与页岩气两者之间的共生机制做进一步探讨.

3.1 有效气源岩发育是基础

对于页岩气，泥页岩既是烃源岩又是储集层.在页岩气藏中，富含有机质的泥页岩即是良好的烃源岩.泥页岩有机地化特征不但影响着生气能力，而且对储集能力具有重要的控制作用.相对于北美经典海相页岩来说，我国陆相泥页岩尤其是东部新生代断陷盆地中的富有机质泥页岩沉积速率快，累计厚度大，湖盆中有机质类型更为多样和复杂，腐泥、混合、腐殖型有机质常可混合发育，类型以Ⅰ-Ⅱ型为主.有机碳含量和热演化程度各不相同，通常具有更宽的生气窗和更多样的生烃产物.其中有机碳含量是生烃强度的主要影响因素，决定着生气量的多少，高的有机碳含量意味着更高的生烃潜力，因此对页岩气成藏具有基础性作用.东部断陷盆地的古近系富含有机质泥页岩已普遍进入低成熟-高成熟演化阶段，通过老井复查表明，很多井在钻遇大套暗色泥页岩段时有大量气测异常.这些有效烃源岩发育区域控制了超压大规模分布的区带，应为页岩气有利赋存部位.如东营等凹陷主力烃源岩的生烃深度与分布正好与异常超压的深度范围一致(图 1，2)，表明超压的形成与烃源岩生烃具有密切联系.

3.2 天然裂缝系统发育程度直接影响页岩气富集

页岩气资源很丰富, 但尚未得到广泛勘探开发, 根本原因是致密页岩的渗透率很低.裂缝既是储集空间, 也是渗流通道, 页岩气藏的勘探目标应首选那些拥有较高渗透能力或可改造条件的泥页岩裂缝发育带.依据成因将泥页岩储层裂缝划分出了构造裂缝和非构造裂缝两大类.泥页岩非构造裂缝较其他岩性储层更发育，是由成岩、干裂、风化、重结晶及压溶作用形成的，还包括超压裂缝等.岩石在封闭压力条件下，由于烃类生成、粘土矿物脱水、水热增加等产生异常超压，当其达到临界破裂压力时即发生破裂产生裂隙.对济阳坳陷古近系碎屑岩中的超压裂缝的研究表明，该类裂缝主要发育于压力系数大于1.4的油页岩上部、泥质砂岩和砂泥互层中.岩心和测井分析也证实，该段地层泥页岩裂缝发育.说明济阳拗陷富有机质陆相泥页岩的含气条件优越.

3.3 盖层主要为泥岩膏盐层封闭

天然气要形成富集对保存条件的要求极为苛刻，特别是天然气以游离气态为主时更是如此.研究区域多套大区域分布的膏盐岩段和厚层泥岩段，是天然气得以保存的重要地质条件.饱含流体的高压泥岩本身就是一种理想的盖层, 表现为压力封闭.页岩气具有的自封闭性在于泥页岩本身就具有封闭性, 可以作为页岩气藏的盖层, 特别是对于厚度较大的泥页岩, 当厚度大于泥页岩生烃高峰期上下排烃的最大距离时, 气体将有效地自封闭在自身泥页岩储层中.渤海湾盆地不少地区古近系发育有数套巨厚的膏盐层段, 更加强了压力和物性封闭的双重封闭机制效果.按照流体封存箱概念, 相当于好的顶底板与含气页岩层段组成区内超压流体分隔单元.

3.4 生烃增压机制为主

在沉积盆地的形成演化过程中，很多物理、化学过程都可以产生超压(Hunt, 1990).根据产生超压的过程，将超压的发育机理分为三类(Osborne and Swarbrick, 1997)：① 与应力有关的增压过程；② 孔隙流体体积增大引起的生压过程；③ 流体流动和浮力的增压作用.尽管多种过程都可引起流体体积膨胀或孔隙体积缩小，但东部断陷盆地可独立产生大规模超压的机制可能为压实不均衡与天然气生成等.干酪根成烃作用引起的超压是由Momper(1978)提出的，最新湖相烃源岩样品的模拟实验证明生烃增压机制的存在为主导.生烃型超压形成主要是因烃源岩中相对密度较大的干酪根转化为密度较小的石油和天然气而使孔隙流体体积膨胀，大大超过原始干酪根的体积(郭小文等, 2011).随烃源岩埋藏深度的增加、温度升高、成熟度逐渐增加、烃源岩有机质转化率逐渐变大，使超压强度也逐渐增大.郭小文等通过东营凹陷的证据表明：

(1) 超压泥岩不具有所谓异常低密度特征.

(2) 超压烃源岩现今仍具有很强的生油气能力.

(3) 超压砂岩不具有异常高的原生孔隙度和地温梯度.

(4) 超压储层主要为油层或者油水同层，水层很少.东营凹陷砂岩超压主要是由烃源岩中生烃排出的高压流体运移至储层中而发生超压传递造成的(武晓玲等，2013；宁方兴，2015).

张金川等则认为热成因的页岩气系统一般以超压为主要特征(张金川等，2004)，而生物成因的页岩气系统则一般以低压为主要特征.具有热成因气的页岩气藏通常都是在经历过足够的埋藏作用，压实作用、上覆地层压力的作用、水热增压及有机质向烃类转化过程中由于体积的膨胀等引起了超压.

综合上述生烃增压机制分析，页岩气藏原生的地层压力表现为超压异常.在多数情况下，泥页岩地层的超压往往是不断生成的烃类气体原地大量聚集的结果.东濮凹陷等膏盐岩发育地区，压力系统封闭作用更为显著(图 2).对于同一烃源岩来说, 随着热演化程度增高, 生烃增压值迅速增大; 当热演化程度相当时, 生烃增压值与样品的有机碳含量成正相关关系.

4 超压勘探方向 4.1 超压作用

对于常规油气而言，超压影响着油气藏的形成和分布且是油气运聚的重要动力来源.泥页岩中由于浮力难以发挥作用，区域水动力影响较小，超压作用更为显著(李明诚和李剑，2010；杨显成等，2014).区域泥页岩大量生气是基础，超压存在则是控制油气富集的关键因素.

4.1.1 延滞有机质的成熟过程

地层中所发生的各种化学过程均遵循化学动力学原理，温度是主要动力，压力是重要控制因素(郝芳等，2004；王杰等，2013；王惠勇等，2015).烃类气体的大量生成及排烃不畅而滞留导致超压的形成；超压的存在又延滞了有机质成熟度的演化，使油气生成速率降低，液态窗的下限下移，深层超压抑制作用相应增大了生烃窗的范围.可见，超压将增加页岩气物质基础.

4.1.2 提高储集性能

前述页岩气赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩及其夹层状的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩储层中.若超压流体排流不畅，孔隙流体将承受一部分上覆地层的压力，导致作用于骨架颗粒上的有效应力变小，在其他条件不变的情况下，压实作用会变弱，导致储层具有较高的粒间孔隙.同时裂缝对于提高常规集性能意义重大，当流体压力升高到一定程度时，将产生微裂缝，为游离气赋存提供良好的储集空间.

4.1.3 增强油气的封存

压力系统的性质反映了地下流体的能量和系统内流体的封闭程度.泥页岩存在超压系统，表明深部地层流体动能较高，同时指示了盆地深、浅层流体的连通性差而不利于能量的交换.因此，在东部断陷盆地断裂发育背景下，超压的存在更有利于页岩油气的封存.

4.1.4 增加含气量

由于超压页岩的厚度大，有机质丰度高，生烃量充沛，气体饱和程度高，致使里面可动水较少.一般情况下，随压力的增大，吸附气和游离气含量都会增加.压力与页岩气吸附能力呈正相关关系(郭怀志等，2016).在压力较低的情况下，气体吸附需达到较高的结合能，当压力不断增大，所需结合能不断减小，气体吸附的量随之增加；即在相同温度下同煤层气类似，吸附气含量随压力的增加而增大(图 3).烃类的生成可使地层压力升高，从而提高页岩气的吸附性能.热压模拟实验也发现超压的存在能显著提高页岩解析气产率，超压系数越大，解析气产率越高.由于页岩中存在超压时具有较高的天然能量，使得页岩气最终具有较高的实际产能.总体上，地层超压有利于页岩气的聚集成藏与产出.

4.2 勘探方向

以往东部盆地常规油气勘探实践认为，压力过渡带和常压带是油气藏聚集的有利场所，对超压体系油气藏重视不够(Surdam等，2003).东濮凹陷和东营凹陷等渤海湾地区深层详细解剖资料反映，超压带或强超压带油气亦相当富集，只是不同压力区域油藏类型发生明显变化.现在源岩油气是新领域、新目标，包括页岩气、煤层气等形成机制均是原位滞留超压成藏.东部地区油气勘探思路必须有由外而内的转变，即重点研究超压层系内部富集状态(图 4).另外，非常规油气资源资源丰度较低，可考虑页岩气与其上下连续型分布的超压致密砂岩气、煤层气等同步勘探开发, 可提高最终产量和效益.中国南方海相页岩的实践已证明只有超压较强的稳定地区才有可能实现商业化开发(郭旭升，2014).综合国内外成功的经验，寻找超压富集区，就是可能的页岩气“甜点”，应为东部页岩气勘探的重点领域.

5 结论 5.1

大多数含油气盆地存在异常流体压力现象.从国外典型页岩气盆地尤其是北美在产的新兴页岩气区来看，热成因的高产页岩气系统一般以原生超压为主要特征.

5.2

中国东部断陷富油气盆地或凹陷深部普遍超压，异常超压段往往和大套泥页岩层相对应.古近系泥页岩分布范围广、有效厚度大、有机质丰富、含气量大、裂缝系统较发育，具备较好的形成页岩气的物质基础和储集条件.

5.3

有效烃源岩区域控制了超压大规模发育的区带，为东部页岩气有利赋存部位，其共生机制在于良好盖层封闭下的生烃增压作用占主导.

5.4

超压存在是控制区内页岩油气富集的关键因素，断裂复杂地区可作为良好保存条件标志；非常规勘探思路必须有由外而内的转变，即重点研究超压层系内部页岩气成藏，超压富集区应为东部页岩气勘探的重点领域.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！