0 引言
西昆仑山前油气勘探工作始于20世纪50年代。1977年发现了柯克亚凝析气藏， 2010年发现柯东1凝析气藏。钻探结果显示西昆仑山前柯东气藏古近系和白垩系柯克亚气藏新近系、古近系和白垩系均发育超压，但对山前超压分布规律的揭示仍不够精细，新钻井经常出现井漏和溢流事故。西昆仑山前超压的成因机制研究较为薄弱，已有的研究都肯定了构造挤压作用对超压的贡献，但对于欠压实和油气充注的贡献认识上还存在分歧［11-13］。之前对该地区超压成因的研究多是基于地质背景分析，缺乏对超压地层岩石物理性质的研究。研究结果表明不同成因类型的超压地层在岩石物理性质上存在明显差异［14-15］。西昆仑山前储气构造形成较晚，从前陆到前缘地层深度变化大［12，16］。山前构造复杂，地震资料品质较差导致部分构造具体样式不清，不同构造单元的流体场特征及其与油气成藏的关系尚未揭示，以至于至今未发现大型、特大型气田。随着近几年三维地震的部署，构造样式逐渐清晰，梳理构造、超压与油气三者之间的关系将有助于明确下一步油气勘探方向。
本文选取西昆仑山前油气勘探程度较高，各种资料丰富的柯东、柯克亚和固满—合什塔格构造带为研究对象，根据实测压力和钻井液数据分析各构造带现今压力分布特征，结合测井资料和实际地质情况系统分析西昆仑山前各构造带超压形成机制，基于构造演化和油气成藏过程分析超压与油气成藏的关系，为前陆盆地超压和油气成藏研究提供样例，并为西昆仑山前的油气勘探与开发部署提供依据。
1 研究区概况
研究区主要发育石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系（图2）。主要发育3套烃源岩，分别为石炭系卡拉乌依组、二叠系普司格组、侏罗系煤系地层叶尔羌群［21］。新近系中新统在柯东地区分为3组，在柯克亚地区统称为西河甫组，可细分为10段，其中：西河甫组x 1—x 2段（N1 x 1—N1 x 2）对应帕卡布拉克组（N1 p），西河甫组x 3—x 7段（N1 x 3—N1 x 7）对应安居安组（N1 a），西河甫组x 8—x 10段（N1 x 8—N1 x 10）对应克孜洛依组（N1 k）。目前钻遇3套主要储盖组合，新近系阿图什组（N2 a）厚层泥岩为盖层，中新统（N1 x）细砂岩、粉砂岩为储层；古近系巴什布拉克组（E3 b）和乌拉根组（E2 w）厚层泥岩为盖层，卡拉塔尔组（E2 k）碳酸盐岩为储层；阿尔塔什组（E1 a）的膏盐岩为盖层，下白垩统克孜勒苏群（K1 kz）砂岩为储层（图2）。
2 压力分布特征
2.1 柯东构造带
2.1.1 甫沙段
甫沙段南部主要出露元古界， 北部零星出露上古生界石炭系和二叠系 ［17］。在这一地区钻井主要钻遇古近系到二叠系，FS2井完钻深度5 792 m，从第四系钻到二叠系均未发现超压。
2.1.2 柯东段
2.2 柯克亚构造带
2.3 固满—合什塔格构造带
图7 固满构造带GT1井综合泥岩压实曲线及地层压力分布Fig. 7 Comprehensive mudstone compaction curve and formation pressure distribution of Well GT1 in the Guman structural belt |
3 超压成因分析
3.1 测井曲线组合分析法
声波时差和电阻率测井主要反映传导属性变化，而密度测井反映了岩石体积属性变化［15］。因此不同超压成因导致地层流体类型、孔隙结构和岩石有效应力的变化，都可以从测井曲线变化得出大致结论。
山前地区不同构造带所受到的构造挤压和抬升剥蚀强度不同导致测井曲线特征有所差异。从图5—图8可以看出不同构造带的声波时差减小至180~210 μs/m之后变化很小，且密度也几乎保持稳定，这反映地层达到了压实极限。由于剥蚀厚度差异，KD1井的压实极限深度为2 500 m，KZ107井和KX1井的压实极限深度分别为4 500 m和6 500 m。位于第二排构造带的KZ107井受到的构造挤压强于第三排构造带的KX1井，其达到压实极限后的地层密度（约2.7 g/cm3，图6）明显大于KX1井（约2.5 g/cm3，图8）。KX1井不发育超压可以看出声波时差符合正常压实趋势，声波时差和密度在6 500 m以深几乎不再变化（图8）。
柯东构造带KD1井从4 000 m深度开始超压发育，泥岩声波时差减小，由于阿尔塔什组（E1 a）的膏盐岩对超压封存较好使得泥岩孔隙度较高，密度略有减少，反映构造挤压形成超压的测井特征；强超压从卡拉塔尔组（E2 k）发育，碳酸盐储层电阻率增大，反映在储层中存在油气充注（图5）。
在固满—合什塔格构造带新近系埋深超过7 000 m。GT1井仅见油气显示，无大规模油气成藏。从5 000 m发育强超压，声波时差相对正常压实偏小，并且电阻率逐渐增大，显示出构造挤压作用测井特征（图7）。
3.2 加载—卸载曲线法
沉积物压实过程中，流体被排出，垂直有效应力持续增加，符合正常沉积加载曲线。BOWERS［30］认为欠压实不能使有效应力减小，因此正常压实曲线也适用于欠压实超压地层，最不充分压实产生的效果是在时间上“冻结”有效应力，这将导致速度固定在原始曲线上；流体膨胀会导致孔隙压力以比上覆岩层应力更快的速度增加，这迫使有效应力随着深度的增加而减小，从而产生速度反转，速度将沿着沉积卸载曲线变化。TINGAY等［31］基于内陆架三角洲层序缺乏良好烃源岩等地质分析，排除了任何常规流体膨胀机制产生超压的可能，根据有效应力—声波速度图认为传递型超压也位于卸载曲线上。赵靖舟等［15］研究发现，构造挤压同样属于卸载成因的超压并给出了各种成因超压的垂向有效应力—声波速度关系特征（图9）。
本文分别选取柯东、柯克亚和固满构造带各一口井进行分析，其中KD1井和KZ107井为工业油气井，GT1井在西河甫组8段和9段（N1 x 8和N1 x 9）仅见油气显示，未获得有价值工业油气流，油气充注程度低［图10（a）］。
3.3 超压成因地质分析
基于岩石物理性质分析确定了研究区超压成因主要为流体膨胀/传导和构造挤压，通过地质背景分析可以进一步明确西昆仑山前超压形成条件，区分流体膨胀和超压流体传递。
3.3.1 欠压实
柯东地区强超压从古近系卡拉塔尔组（E2 k）碳酸盐岩储层开始发育，碳酸盐岩地层中压实作用不是主要的成岩作用。西河甫组已进入成岩晚期［32］，成岩演化阶段高，砂岩储层物性差，不具备欠压实形成条件。从山前往盆地中心新近系泥岩沉积越来越厚，KX1井新近系阿图什组岩性（N2 a）以薄—巨厚层状泥岩、粉砂质泥岩为主，厚度达5 000 m，却未发育超压。如果是欠压实成因，那么应该从厚层泥岩开始发育超压并且山前到盆地中心超压逐渐增强，而事实却相反。综上所述欠压实作用对超压影响有限。
3.3.2 黏土矿物转化和生烃作用
3.3.3 构造挤压
构造挤压是山前超压形成的主要机制被广泛认可［34-35］。柯东—柯克亚—固满构造带依次逐渐远离山前构造挤压变弱，深部超压从压力系数为1.9的强超压逐渐过渡到常压，与各构造带构造挤压强度具有很好的契合度（图4）。柯克亚构造带油气井和干井都在4 500 m左右发育强超压，证实了构造挤压对超压的主控作用。在新西兰东海岸盆地利用盆地孔隙弹性模型和含油气系统模型测试了水平缩短的影响，显示水平缩短影响盆地内主应力的大小和等级，导致水平应力接近或超过垂直应力，对超压形成具有贡献；结果表明新近纪构造挤压事件期间产生5%的缩短，现今水平应力超过垂直应力［36］。西昆仑山前新生代剖面总缩短量为54.5 km， 缩短率为35.9%［17］，显然构造挤压引起的水平缩短会形成超压。西昆仑山前缺少声发射实验所测量的最大主应力数据，但是可以从区域断层发育看出最大水平主应力和上覆负荷的关系。在柯东—柯克亚附近发育铁克里克逆断层、甫沙—克里阳走滑断层和阿尔塔什走滑断层［16］，在断层发育的时期，可以看出水平最大应力大于垂直应力，山前压实作用和流体排出明显受横向挤压控制，导致流体承担更多骨架压力形成强超压。欠压实作用主要引起泥岩超压，油气充注导致储层超压，2种增压机制都会引起泥岩与砂岩超压强度不同的情况。研究区泥岩和砂岩压力未见明显区别，在塔里木库车地区的研究表明泥岩和砂岩超压都是主要由构造挤压引起的［4］。
3.3.4 油气充注
4 超压成因类型与油气成藏关系
在西昆仑山前发现了柯东和柯克亚2个凝析气藏，柯东气藏油气主要分布在古近系和白垩系，柯克亚气藏油气主要分布在新近系、古近系和白垩系，固满—合什塔格构造带暂未发现油气藏。研究区超压与油气关系尚不明确，梳理超压成因类型与油气成藏的关系将有利于了解山前成藏机理，为油气勘探提供思路。
4.1 超压传递与浅层油气成藏
而在柯东构造带，更新世中晚期，甫沙—克里阳走滑断层错断柯东背斜核部［19］，盖层阿图什组被剥蚀，使得柯东构造带浅层西河甫组油气散失，现今为正常压力。在固满—合什塔格构造带，浅层盖层阿图什组厚度达3 000~4 000 m，未发育超压，部分地区浅层发育储层但缺少与油气沟通断裂，也不发育超压。可以看出在研究区油气充注导致的超压传递是浅层是否发育超压的决定性因素，浅层油气藏常常伴随着弱超压发育。
4.2 构造挤压与油气成藏
4.3 异常压力带与油气藏的耦合关系
浅层异常压力带与油气藏重叠。浅层是否存在油气藏受控于是否有断裂沟通浅层，盖层能否保存油气。浅层的超压是由油气充注导致，因此异常压力带与油气藏共同受控于断裂和盖层情况。柯东构造带和固满—合什塔格构造带分别由于盖层条件差和断裂系统不发育导致浅层不发育超压和不存在油气藏。
深层超压带受控于构造作用，从山前向盆地中心超压强度减弱。在柯东和柯克亚构造带构造挤压强，断裂发育，油气由烃源岩经断裂充注在古近系和白垩系储层形成油气藏，超压与油气藏共存。在固满—合什塔格构造带，构造挤压弱，断裂不发育，超压强度弱不足以突破上覆岩层成藏，出现有超压但不存在油气藏的现象。
5 结论
（1）西昆仑山前深部地层存在强超压，随着构造带远离山前，强超压顶界面逐渐加深，压力系数逐渐减小；在柯克亚构造带浅层存在弱超压。地层测试结果表明，古近系压力系数为1.82~2.05，白垩系压力系数为1.78~1.96，柯克亚构造带西河甫组压力系数为1.01~1.48。
（2）西昆仑山前异常高压主要形成机制为构造挤压和超压传递。构造应力是深部超高压形成的最主要原因，无论是否存在油气，深部都发育强超压；在柯克亚构造带新近系保存条件较好，油气充注导致的超压传递使得西河甫组储层发育超压，油气充注是浅层是否发育超压的决定性因素。
（3）浅层油气藏常常伴随着弱超压发育，构造作用是控制山前油气成藏的关键。柯克亚构造带浅层存在流体散失作用，当油气散失速率小于油气充注速率时形成超压油气藏。构造挤压一方面使得山前地层发育强超压并形成断裂沟通上下储盖组合，来自深部烃源岩的油气在超压驱动下沿断裂向上运移；另一方面构造挤压引起的抬升剥蚀和断层活动决定了盖层的保存条件，凹陷快速沉积作用加快了烃源岩热演化。
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