超压是指孔隙流体压力超过静水压力的现象。一般认为，当孔隙流体压力接近或略超过静岩压力时，岩石即发生破裂，从而引起超压流体的释放，是油气运移和成矿流体迁移的重要机制。然而，流体超压幅度与古应力状态及构造环境密切相关，并不能简单用静岩压力加以限制。理论上来讲，孔隙流体压力可以不断累积并显著超过静岩压力，但是异常高压流体和构造环境之间的关系尚不明晰，主要在于缺少典型异常高压流体活动的地质记录。
王小林教授团队以四川盆地东部志留系龙马溪组黑色页岩裂隙方解石和石英脉中的流体包裹体为研究对象，综合地质—地球化学研究手段，包括包裹体岩相学观察、显微测温、拉曼光谱定量分析、热力学计算等技术，对含甲烷包裹体的捕获温度、压力进行了准确厘定。研究发现，包裹体记录了异常高压含甲烷古流体的作用过程，甚至在室温条件下即可观察到甲烷水合物。包裹体异常高的内压对传统显微测温和压力计算提出了巨大挑战。本研究将热液金刚石压腔技术引入到油气包裹体研究领域，通过对包裹体样品施加外压，保证了流体体系的等容性，进而获得有效均一温度(图1)；应用拉曼光谱定量分析技术获取包裹体组成，基于CH4-CO2体系状态方程确定与盐水包裹体共生的纯气相包裹体捕获压力，以克服由于气-液两相包裹体均一压力超过现有NaCl-H2O-CH4体系状态方程压力范围而无法获得有效均一压力的难题。结果显示，上述含甲烷古流体的作用压力可达2310 bar，与埋藏史曲线对比后发现，已显著超过静岩压力。石油地质学经典理论认为，干酪根热解和原油裂解产生甲烷等气体导致孔隙流体体系显著增大，是形成超压的重要原因，然而相关证据主要来自数值模拟。显然，本研究为生烃作用产生异常高压流体提供了直接地质证据。
图1.包裹体(FI)在传统热台(a-b)和热液金刚石压腔(c-g)中测温结果的对比
四川盆地东部在早-晚白垩世之交处于构造平静期，弱挤压构造环境是超压流体得以不断积聚和保存的关键因素，也说明页岩气在这一时期的保存条件较好。值得注意的是，同样处于四川盆地东部的焦石坝(JSB)地区的流体压力却远小于东溪(DX)和新店子(XDZ)背斜，这主要是因为其处于不同的构造位置(图2)。白垩纪时期，构造变形从东向西传播到盆地内部，形成以齐岳山为界的西部隔档式构造和东部隔槽式构造。图2表明焦石坝地区位于深部前寒武纪滑脱层控制的东部隔槽式构造前端，而东溪和新店子地区则位于盆地内部浅部滑脱层控制的隔档式构造。前寒武纪片岩和千枚岩的强度明显高于寒武纪蒸发岩，加之构造动力来源于东部，导致构造应力在初始变形阶段更容易集中于焦石坝地区，而盆地内部的东溪和新店子地区所受的构造应力则非常低，从而为超压流体的保存提供了保障。因此，本研究建立了微米尺度流体包裹体记录和盆地尺度构造演化的关系，能够为古构造应力的约束提供一定的启示，是今后重要的研究方向。
图2. 四川盆地东部地貌特征和地下构造解释
上述工作是实验地球化学、石油地质学和构造地质学等学科方向交叉合作的结果。部分成果于2022年4月11日以“Fluid inclusion evidence for extreme overpressure induced by gas generation in sedimentary basins”为题在线发表于地质学领域顶级杂志《Geology》上。太阳官网王小林教授为第一兼通讯作者，共同作者包括胡文瑄教授、丘靥（2020级博士生）、刘一锋副教授（浙江大学）、贾东教授、曹剑教授、刘显（2018级硕士生）等，地理与海洋科学学院李一泉副教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金委重点项目、面上项目和太阳集团tyc539关键地球物质循环前沿科学中心青年教师独立团队项目的资助。
附论文信息: Wang Xiaolin*, Hu Wenxuan, Qiu Ye, Liu Yifeng, Jia Dong, Cao Jian, Liu Xian, Li Yiquan* (2022) Fluid inclusion evidence for extreme overpressure induced by gas generation in sedimentary basins. Geology, https://doi.org/10.1130/G49848.1
