趙文智，王紅軍，卞從勝，汪澤成，柳廣弟

(1.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

我國(guó)低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏特征與分布規(guī)律

趙文智1，王紅軍2，卞從勝2，汪澤成2，柳廣弟3

(1.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源是目前和未來(lái)一段時(shí)間我國(guó)天然氣勘探和開(kāi)發(fā)的主體，具有大型化成藏的特點(diǎn)。集中討論了這類天然氣資源大型化成藏的特征和分布規(guī)律，認(rèn)識(shí)到成藏要素具有大型化發(fā)育與規(guī)模變化的特征，是天然氣大型化成藏的基礎(chǔ);薄餅式、集群式成藏是天然氣大型化成藏的主要樣式;氣源灶埋藏期規(guī)模“蓄能”和抬升期規(guī)模排氣是大型化成藏重要?dú)庠摧斎?體積流和擴(kuò)散流充注是天然氣大型化成藏的主要運(yùn)聚方式。低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏的成藏分布具有近源性，成藏組合以大面積和大范圍兩種類型為主，成藏類型以地層—巖性圈閉為主，主要分布在海相克拉通盆地古隆起圍斜區(qū)、陸內(nèi)坳陷盆地廣大斜坡區(qū)和向斜區(qū)以及前陸盆地緩翼斜坡等地區(qū)。低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏認(rèn)識(shí)的提出，提升了我國(guó)天然氣資源發(fā)現(xiàn)潛力，擴(kuò)展了勘探范圍，為客觀評(píng)價(jià)我國(guó)天然氣主體資源總量和分布、推動(dòng)有效發(fā)現(xiàn)大氣田提供了理論基礎(chǔ)。

低孔滲儲(chǔ)層;大型化成藏;體積流;擴(kuò)散流;薄餅式;集群式

1 前言

我國(guó)天然氣工業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，對(duì)天然氣資源的需求逐漸增大。截至2010年年底，全國(guó)累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量7.67×1012m3，可采儲(chǔ)量4.47×1012m3。其中儲(chǔ)量在千億立方米以上的大氣田共計(jì)19個(gè)，探明天然氣儲(chǔ)量4.82×1012m3。這些大氣田主要由常規(guī)高豐度天然氣藏和中低豐度低孔滲儲(chǔ)層氣藏構(gòu)成，其中低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源占75%，是我國(guó)目前及未來(lái)一段時(shí)間天然氣資源勘探和開(kāi)發(fā)的主體。這些資源目前主要發(fā)現(xiàn)于我國(guó)四川盆地三疊系、鄂爾多斯盆地下古生界、塔里木盆地的寒武—奧陶系以及松遼盆地的深層等地區(qū)，分布范圍廣，天然氣資源潛力大［1～6］。

中國(guó)陸上多發(fā)育大型海相、海陸過(guò)渡相和陸相多層系疊合沉積盆地，沉積面積大，構(gòu)造背景相對(duì)平緩，其中陸相和海陸過(guò)渡相沉積層序中，碎屑巖體系由于沉積物源多、流程短，沉積相帶變化快，儲(chǔ)集體內(nèi)部物性變化大，且非均質(zhì)性強(qiáng)，通過(guò)后期成巖作用的改造，留下來(lái)的主體為低孔滲儲(chǔ)層，其孔隙度基本小于14%，有效滲透率小于5 mD。這一類儲(chǔ)層的廣泛發(fā)育決定了中低豐度低孔滲儲(chǔ)層氣藏發(fā)育的廣泛性和普遍性。與常規(guī)天然氣藏相比，低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏有其特殊性，主要表現(xiàn)在儲(chǔ)層由常規(guī)儲(chǔ)層和致密儲(chǔ)層混生組成，兩者沒(méi)有明顯的界限，并以致密儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層主體孔隙度為5% ～12%，滲透率為0.05～1 mD(見(jiàn)圖1);氣田含氣面積大，通常在數(shù)百至數(shù)千乃至上萬(wàn)平方千米，而氣層厚度小，只有數(shù)米至十幾米;天然氣藏的豐度低，統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的中低豐度氣藏主體儲(chǔ)量豐度在0.5×108～1.5×108m3/km2;氣藏的壓力通常為常壓或者異常低壓，壓力系數(shù)基本在0.9～1.3;以巖性和地層型氣藏為主，氣藏邊界和氣水關(guān)系復(fù)雜，呈大面積連續(xù)型或大范圍斑塊狀成藏，而高豐度氣藏多為構(gòu)造氣藏，氣水邊界明顯，氣藏范圍清晰。因此，低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏與常規(guī)天然氣藏相比具有很大的差異性，明確這一類氣藏的成藏特征和分布規(guī)律，對(duì)于完善現(xiàn)有的天然氣地質(zhì)理論和針對(duì)這一類氣藏的勘探開(kāi)發(fā)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 中國(guó)主要低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源儲(chǔ)層物性特征Fig.1 Physical properties of low porosity and permeability reservoir in China

2 低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源的成藏特征

低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源主要是指由常規(guī)天然氣藏和致密氣混合共生構(gòu)成的一類天然氣資源。由于儲(chǔ)層平面分布的不規(guī)則性，很難在平面上清晰界分常規(guī)氣藏與致密氣的范圍，這是由中國(guó)含氣盆地特定的地質(zhì)環(huán)境與演化歷史所決定的，不同于國(guó)外所稱的非常規(guī)連續(xù)型天然氣［7～11］。這一類天然氣資源是由中低豐度天然氣藏群集群式成藏組成的，具有大型化成藏的特征。所謂大型化成藏，是指由于成藏要素的大型化發(fā)育與橫向規(guī)模變化，在我國(guó)陸上大型坳陷和前陸盆地構(gòu)造平緩區(qū)或斜坡區(qū)廣泛發(fā)育的、由眾多氣藏組成的一類呈規(guī)模分布的天然氣資源。例如，鄂爾多斯盆地上古生界蘇里格氣田，是一個(gè)由眾多小氣藏組成的大型氣田，目前已探明含氣面積 2.08×104km2，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量2.85×1012m3，具有典型的大型化成藏特征。

2.1 低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源成藏要素具有大型化發(fā)育和規(guī)模變化的特征

低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏取決于成藏要素大型化發(fā)育以及成藏條件在三方面的規(guī)模變化，包括氣源灶和儲(chǔ)集體的大型化發(fā)育和非均質(zhì)性變化、生儲(chǔ)蓋組合的規(guī)模分布以及抬升過(guò)程的規(guī)模發(fā)生等。

低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源的氣源巖主要是煤系氣源灶和海相烴源巖中滯留烴灶裂解氣源。其中，煤系烴源巖形成于盆地坳陷發(fā)育階段，以鄂爾多斯盆地石炭—二疊系和四川盆地上三疊統(tǒng)等為代表。海相克拉通盆地發(fā)育的由滯留液態(tài)烴在高—過(guò)成熟階段熱裂解形成的氣源灶主要分布于克拉通內(nèi)部具差異沉降的坳陷區(qū)與陸緣斜坡區(qū)中。氣源灶的大型化發(fā)育是指為低孔滲天然氣資源大型化成藏提供氣源輸入的氣源灶規(guī)模、整體進(jìn)入生氣和排氣的規(guī)模都相當(dāng)大，從而使大規(guī)模分布的地層—巖性圈閉廣泛而規(guī)模化成藏。例如，鄂爾多斯盆地上古生界石炭—二疊系煤系氣源灶，由于地層平緩，白堊紀(jì)末期之前，有近90%以上的氣源灶整體進(jìn)入生氣窗，生氣強(qiáng)度平均可達(dá)15×108～20×108m3/km2。塔里木盆地與四川盆地海相烴源巖中滯留分散液態(tài)烴，在高—過(guò)成熟階段發(fā)生熱裂解成氣的規(guī)模很大［12，13］。塔里木盆地滿加爾坳陷裂解氣范圍達(dá)7萬(wàn)km2，四川盆地以震旦—寒武系為主要烴源巖層段的熱裂解氣源灶范圍達(dá)8萬(wàn)km2。同時(shí)，熱裂解氣數(shù)量巨大，塔里木盆地寒武系烴源巖中滯留的液態(tài)烴在奧陶系和二疊紀(jì)末發(fā)生熱裂解氣強(qiáng)度可達(dá)25×108～35×108m3/km2。

儲(chǔ)集體同樣具有大型化發(fā)育的特征，表現(xiàn)為大面積繼承性物源體系形成的沉積砂體受成巖作用改造后留下來(lái)的“儲(chǔ)集體群”，以及碳酸鹽巖層系經(jīng)過(guò)后生溶蝕改造作用形成的“縫洞單元”群，呈規(guī)?；植?。鄂爾多斯盆地蘇里格氣田已探明含氣面積達(dá)到2.08萬(wàn)km2，由數(shù)萬(wàn)個(gè)獨(dú)立的氣藏組成。如果每一個(gè)氣藏都看做一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的儲(chǔ)集體，那么這個(gè)儲(chǔ)集體群的規(guī)模至少在6萬(wàn)km2以上。四川盆地須家河組二、四、六段發(fā)育的儲(chǔ)集體群規(guī)模同樣很大，基本都在1萬(wàn)km2以上(見(jiàn)表1)。改造型儲(chǔ)集體主要是由碳酸鹽巖受風(fēng)化和溶濾改造作用形成的一種似層狀分布的大型儲(chǔ)集體群，如塔里木盆地塔北和塔中隆起斜坡區(qū)的奧陶系一間房組、鷹山組等，構(gòu)成氣藏的縫洞單元儲(chǔ)集體群數(shù)量可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)個(gè)，分布面積在幾千平方千米以上。

表1 中國(guó)低孔滲碎屑巖氣田部分儲(chǔ)集體分布一覽表Table 1 Reservoir distribution table of part low porosity and permeability clastic gas fields in China

2.1.2 發(fā)育4類生儲(chǔ)蓋組合，皆呈大型化分布

我國(guó)陸上大型含氣盆地內(nèi)共發(fā)育4類與低孔滲儲(chǔ)層大型化成藏有關(guān)的生儲(chǔ)蓋組合。這些組合中，烴源巖、儲(chǔ)層與蓋層在三度空間范圍內(nèi)通過(guò)緊密的面狀接觸或緊密的通道連接面形成生、儲(chǔ)、蓋組合體，呈大規(guī)模分布。由于其中烴源巖與儲(chǔ)集體群的大型化發(fā)育，因而組合的規(guī)模也呈大型化分布。

1)廣覆式組合，即儲(chǔ)集體覆蓋在氣源灶之上，二者以席狀方式大面積緊密接觸，以鄂爾多斯盆地石炭—二疊系海陸過(guò)渡相煤系碎屑巖組合最典型［14，15］，如圖 2(a)所示，這類組合中的天然氣從氣源灶排出以后，可以整體進(jìn)入儲(chǔ)集體群并大型化成藏。

由于在電力、軌道交通與電動(dòng)車輛等行業(yè)的生產(chǎn)、制造、物流及自動(dòng)化過(guò)程中都需要大量的連接，包括物理連接和數(shù)字連接，而工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025和互聯(lián)網(wǎng)+進(jìn)一步加速了這一進(jìn)程，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)價(jià)值拓展，連接技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在電氣化、自動(dòng)化和數(shù)字化三大方面，這讓浩亭如魚得水，也正是浩亭連接技術(shù)解決方案要重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。

2)三明治式組合，即氣源巖與儲(chǔ)集體呈指狀交互的方式緊密接觸，規(guī)模很大，以四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組最為典型［16～20］，如圖2(b)所示。須家河組一、三、五段氣源巖生成的天然氣可以近距離規(guī)模進(jìn)入近鄰儲(chǔ)集體從而發(fā)生大型化成藏。

3)轉(zhuǎn)接式組合，是指氣源灶通過(guò)大規(guī)模分布的斷層和不整合與儲(chǔ)集體群發(fā)生規(guī)模接觸的一類生儲(chǔ)蓋組合。主要發(fā)育于塔里木盆地塔中和塔北隆起斜坡區(qū)的奧陶系中，以一間房組、良里塔格組和鷹山組最有代表性。

4)倒灌式組合，是指氣源巖以“鍋蓋”方式超覆在儲(chǔ)集體之上，天然氣以一種倒灌的方式進(jìn)入下伏的儲(chǔ)集體中并大型化成藏。這也是一類規(guī)模相當(dāng)大的儲(chǔ)蓋組合，主要發(fā)育于鄂爾多斯盆地中部奧陶系頂部馬家溝組溶濾型儲(chǔ)集體與上覆石炭、二疊系煤系氣源灶構(gòu)成的組合中，成藏規(guī)模在數(shù)千億立方米至萬(wàn)億立方米。

2.1.3 成藏要素在三個(gè)方面具呈規(guī)模性變化

低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏的成藏要素除了具有大型化發(fā)育之外，在三個(gè)方面還具有規(guī)模性的變化，分別為源灶和儲(chǔ)集體的均質(zhì)性橫向規(guī)模變化，以及地層和巖性的規(guī)模變化。這三個(gè)規(guī)模變化使得大氣田被分隔成若干小氣藏，以集群式方式組合，是大型化成藏的重要保證。源灶均質(zhì)性的橫向變化主要是煤系氣源灶在大型化發(fā)育背景上，內(nèi)部因煤系沉積分布的不連續(xù)性，使得供氣強(qiáng)度在平面上有較大變化。在大型發(fā)育的氣源灶范圍內(nèi)存在一系列氣源巖發(fā)育很差或無(wú)源巖分布的空白區(qū)，使得氣源灶的生排氣在平面上有很強(qiáng)的不均一性，導(dǎo)致天然氣在儲(chǔ)集體中的成藏也很不均一。例如，四川盆地須家河組煤系氣源灶，累計(jì)生氣強(qiáng)度大于20億m3/km2的范圍占?xì)庠丛羁偯娣e的80%以上，但是須一、三、五段單層生氣強(qiáng)度在多數(shù)地區(qū)小于15億m3/km2，在川中東南部地區(qū)只有5～10億m3/km2，這使得相鄰儲(chǔ)集體中的氣藏分布具有斑塊狀特征，天然氣富集區(qū)與高生氣強(qiáng)度的源灶分布區(qū)相對(duì)應(yīng)［14］。

圖2 廣覆式與三明治式生儲(chǔ)蓋組合實(shí)例圖Fig.2 Example of widely distributed type and sandwich type source－reservoir－cap assemblage

由于沉積環(huán)境、成巖改造作用強(qiáng)度和規(guī)模的橫向變化，使儲(chǔ)集體在總體呈連續(xù)且大型化發(fā)育的背景上，內(nèi)部存在儲(chǔ)集空間與物性在橫向上的強(qiáng)烈變化。例如，鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)集體是由一系列孔滲物性和結(jié)構(gòu)相對(duì)較好的高孔滲儲(chǔ)層組成的，周圍則是物性和孔喉結(jié)構(gòu)更差的致密砂巖或泥巖，形成高孔滲常規(guī)儲(chǔ)層與致密砂巖儲(chǔ)層共生的特征。另外，由于構(gòu)造平緩、儲(chǔ)集體物性和孔隙結(jié)構(gòu)的橫向規(guī)模變化，導(dǎo)致地層、巖性圈閉的集群式發(fā)育和橫向規(guī)模變化。其中包括由原始沉積作用形成的巖性圈閉，由成巖后生作用形成的物性圈閉和地層圈閉等(見(jiàn)圖3)。這些眾多獨(dú)立—半獨(dú)立分布的圈閉一旦成藏便出現(xiàn)“氣藏群”，雖然單體有限，而成千上萬(wàn)個(gè)氣藏構(gòu)成的氣藏群規(guī)模就相當(dāng)大，分布面積可達(dá)數(shù)千甚至上萬(wàn)平方千米。這使得我國(guó)大型沉積盆地腹地和斜坡區(qū)雖然缺乏大型構(gòu)造圈閉，蓋層條件也差，但是仍然可以大規(guī)模成藏。

圖3 鄂爾多斯盆地盒8段南北向砂體剖面圖Fig.3 North－South sand－bodies section figure of P1he8in Ordos Basin

2.2 薄餅式、集群式成藏是天然氣大型化成藏的主要樣式

薄餅式成藏是指氣藏的氣柱高度(以碾平的純氣層高度示之)很小(一般只有幾米至數(shù)十米)，而含氣面積卻很大(一般在數(shù)千至數(shù)萬(wàn)平方千米)的一類成藏，氣層在空間上分布形似薄餅故稱之。為表述其特征，將該類氣藏分布面積轉(zhuǎn)化為正方形面積，方形面積的邊長(zhǎng)與氣柱高度之比可以反映氣藏的餅式特征。對(duì)我國(guó)四川、鄂爾多斯等盆地已發(fā)現(xiàn)的低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏群統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表2)，發(fā)現(xiàn)這類氣藏的氣柱高度與含氣面積比多在1∶1000以上，最大可達(dá)上萬(wàn)之多。例如，榆林氣田已探明含氣面積約為1715 km2，氣層有效厚度為5～12 m，平均含氣范圍寬度與氣層平均厚度之比可達(dá)1∶3570，而蘇里格氣田這一比值高達(dá)14422。高豐度大氣田如克拉2氣田含氣面積為48 km2，氣層高度平均為55 m，平均含氣范圍寬度與氣層平均厚度之比僅為126，遠(yuǎn)低于低孔滲儲(chǔ)層氣田。

薄餅式成藏可以在蓋層條件較差的地區(qū)大規(guī)模成藏，這是薄餅式成藏在低孔滲天然氣資源大型化成藏中的重要貢獻(xiàn)。例如，鄂爾多斯盆地蘇里格氣田，上古生界地層構(gòu)造平緩，傾角在1°～3°的單斜，氣田的氣層厚度一般在5～15 m，單個(gè)含氣砂體規(guī)模一般0.3～1.5 km2，由氣柱高度所產(chǎn)生的浮力最大為0.15 MPa，而作為氣田直接蓋層的致密砂巖排驅(qū)壓力基本在1.2 MPa以上，因此蓋層可以對(duì)氣藏進(jìn)行有效封蓋，從而使氣藏得于保存。

表2 中國(guó)低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏與氣層厚度一覽表Table 2 Gas filed and thickness of low porosity and permeability reservoir in China

集群式成藏是指天然氣在一系列呈集群式發(fā)育的地層、巖性圈閉中聚集而形成的一類成藏。我國(guó)陸上大型含氣盆地的構(gòu)造平緩地區(qū)和廣大斜坡區(qū)中，因原始沉積作用和后生成巖改造作用，導(dǎo)致儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，形成眾多呈獨(dú)立或半獨(dú)立狀分布的聚集體，它們單體規(guī)模不大，但眾多儲(chǔ)集體以集群方式形成規(guī)模很大的儲(chǔ)集體群。當(dāng)天然氣充注以后，由于封蓋條件要求不高(蓋層排替壓力多數(shù)小于幾兆帕)，形成了規(guī)模巨大的天然氣藏群。鄂爾多斯盆地上古生界盒8至山1段心灘砂體，由于橫向連續(xù)型和物性的劇烈變化，使得儲(chǔ)集體被分隔為成千上萬(wàn)個(gè)單體規(guī)模較小的儲(chǔ)集體群，豐度較高的常規(guī)巖性氣藏與含氣飽和度較低的致密氣層、局部干層或水層混合共生，形成常規(guī)氣與非常規(guī)氣的混合成藏特征。蘇里格氣田的解剖表明(見(jiàn)圖4)，該氣田依據(jù)砂體形態(tài)可以劃分出5萬(wàn)～8萬(wàn)個(gè)小氣藏，單個(gè)氣藏儲(chǔ)量規(guī)模一般在0.3×104～1.0×104m3，氣藏間的致密砂巖也普遍含氣，分布連續(xù)，但含氣飽和度不高。

2.3 氣源灶具有埋藏期規(guī)?！靶钅堋焙吞谝?guī)模排氣的特征

眾所周知，煤系烴源巖具有較強(qiáng)的吸附烴能力，且吸附量隨著地層溫壓條件的變化而變化［21］。在早期地層深埋階段，成熟的煤系源巖生成的天然氣只能部分排出母體，有相當(dāng)多部分則以吸附和壓縮性游離狀態(tài)存在于源巖內(nèi)部，稱之為天然氣在源巖內(nèi)部的“儲(chǔ)蓄性”。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，以川中須家河組為代表的煤系源巖在較高的地層壓力下，對(duì)天然氣的吸附量高達(dá)15～25 m3/t，這一地區(qū)氣源巖在埋藏期的天然氣總吸附量達(dá)到2.8×1016m3，規(guī)模非常大，使得烴源巖在埋藏期發(fā)生了天然氣的規(guī)模性“蓄能”。在白堊紀(jì)末期，這一地區(qū)發(fā)生了大規(guī)模抬升和剝蝕，隨著地層壓力的降低，煤系烴源巖中儲(chǔ)蓄的天然氣發(fā)生解吸膨脹，而巖石骨架在抬升過(guò)程中，體積雖有變化，但總體變化不大。這樣，孔隙中的氣體體積相對(duì)于巖石骨架的體積在抬升過(guò)程中會(huì)有較大膨脹，可成為天然氣自源巖排出的重要?jiǎng)恿?，從而?dǎo)致烴類氣體大量排烴、運(yùn)移和成藏。

從鄂爾多斯、四川、塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地看，后期抬升幅度基本在1000～3000 m不等(見(jiàn)圖4)，但成藏主目的層的現(xiàn)今埋藏深度在2000～2500 m。抬升過(guò)程中，由于地層壓力降低使源巖中“儲(chǔ)蓄”的天然氣發(fā)生體積膨脹，源巖內(nèi)部出現(xiàn)天然氣集中釋放過(guò)程，可以出現(xiàn)規(guī)模排烴，為這些地區(qū)天然氣得以大型化成藏提供了重要的氣源條件。

圖4 蘇里格氣田近東西向氣藏剖面圖Fig.4 East-west gas reservoir section figure of Sulige gas filed

2.4 天然氣藏以體積流和擴(kuò)散流方式充注成藏

前已述及，有煤系氣源灶與海相烴源巖中滯留液態(tài)烴熱裂解氣是低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源的兩種類型氣源灶，它們的共同特點(diǎn)如下:

1)源灶規(guī)模大，且階段性生氣和排氣強(qiáng)度與數(shù)量都較大，可以保證氣源輸入的充分性;

2)儲(chǔ)集體與氣源灶近鄰且大面積接觸，可以保證大型化成藏的規(guī)模性;

3)兩類氣源灶都具有較大的排烴動(dòng)力，可以保證排烴數(shù)量的規(guī)模性。

烴源巖與儲(chǔ)集體近鄰且大面積接觸，對(duì)低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏的形成發(fā)揮了兩方面的重要作用:

1)利用氣源灶內(nèi)部的過(guò)剩壓力把源灶中產(chǎn)生的烴類大規(guī)模、短距離地推入儲(chǔ)集體，為致密儲(chǔ)集體中天然氣大型化成藏提供了動(dòng)力條件;

2)大面積直接接觸導(dǎo)致天然氣短距離運(yùn)移和成藏，既減少了運(yùn)移過(guò)程中天然氣的損失，也提高了排烴效率和聚集效率，保證了天然氣成藏的規(guī)模性。

研究表明，天然氣在物性較差的儲(chǔ)集體中大規(guī)模成藏運(yùn)聚充注方式有兩種:一是體積流方式充注，依靠源灶內(nèi)部大量生氣形成的超壓，這種壓力又高于與之緊密接觸的儲(chǔ)集體，這種源—儲(chǔ)間存在的剩余壓力差，將天然氣以體積流的方式整體推入儲(chǔ)集體中聚集成藏;二是擴(kuò)散流方式充注，依靠源儲(chǔ)間的烴類濃度差異，天然氣由高濃度的氣源巖向相對(duì)低濃度的儲(chǔ)層進(jìn)行擴(kuò)散充注而成藏。

低孔滲儲(chǔ)層總體具高排替壓力、高束縛水飽和度的特征，這種成藏環(huán)境決定了體積流充注主要發(fā)生于源儲(chǔ)剩余壓力差發(fā)育的地層埋藏期，也是氣藏形成的重要充注方式。鄂爾多斯盆地上古生界氣田的包裹體測(cè)試壓力數(shù)據(jù)表明，盆地埋藏期山西組氣源灶與上覆的石盒子組砂巖之間的剩余壓力差約為5 MPa(見(jiàn)圖5)，使得氣源巖中天然氣在超壓驅(qū)動(dòng)下向儲(chǔ)集層運(yùn)移，即發(fā)生體積流充注。后期盆地構(gòu)造抬升，氣源灶生氣過(guò)程停止，源儲(chǔ)剩余壓力差也逐漸降低，體積流充注趨于減弱，但抬升導(dǎo)致氣源巖微孔隙中的游離氣體積膨脹和源灶內(nèi)吸附天然氣發(fā)生解吸，增加了源巖的壓力和孔隙中游離氣的數(shù)量。這樣一方面增加了源儲(chǔ)間的剩余壓力，使得體積流充注繼續(xù)進(jìn)行，另一方面加強(qiáng)了靠源儲(chǔ)間烴濃度差驅(qū)動(dòng)下的擴(kuò)散流充注作用。特別是在孔隙結(jié)構(gòu)更差的致密儲(chǔ)層中，天然氣則主要以擴(kuò)散方式進(jìn)入儲(chǔ)層。源儲(chǔ)間的大面積直接接觸使得擴(kuò)散作用可以呈區(qū)域性大面積發(fā)生，因此擴(kuò)散作用也是低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏群大型化成藏的重要充注運(yùn)聚方式。

3 低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏的分布規(guī)律

由于我國(guó)含氣盆地特定的地質(zhì)環(huán)境與演化歷史，決定了低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源成藏分布與國(guó)外非常規(guī)氣資源既有共性，也有特殊性。

圖5 蘇里格氣田埋藏史與生烴及壓力演化過(guò)程Fig.5 Burial history and hydrocarbon generation as well as pressure elusion in Sulige gas filed

3.1 天然氣分布受氣源灶控制，具有近源性

天然氣資源的近源成藏是指這類氣藏主體都分布于有效烴源灶范圍內(nèi)或與烴源灶緊密關(guān)聯(lián)的范圍內(nèi)，成藏分布具有明顯的源控性。這是因?yàn)榈涂诐B儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏的烴源灶和儲(chǔ)集體不僅規(guī)模大，而且兩者必須緊密接觸，以利于天然氣在物性較差的儲(chǔ)層中規(guī)模成藏。同時(shí)，烴源灶與儲(chǔ)集體間需要存在較大的壓力差或烴類濃度差，以保證天然氣有效成藏和大規(guī)模成藏。近期通過(guò)對(duì)鄂爾多斯、四川、松遼、吐哈和準(zhǔn)噶爾盆地已發(fā)現(xiàn)低孔滲天然氣藏的研究，發(fā)現(xiàn)這類天然氣藏分布于源灶范圍內(nèi)的比例在90%以上。由于成藏分布的近源性，使低孔滲氣藏群分布具有明顯的地域性，主要分布于陸內(nèi)坳陷盆地的向斜區(qū)和廣大斜坡區(qū)、低部位、克拉通盆地古隆起的圍斜部位與前陸盆地緩翼斜坡區(qū)，如四川盆地須家河組已發(fā)現(xiàn)的氣藏，基本分布在煤和炭質(zhì)泥巖厚度在10 m以上的前路斜坡和平緩構(gòu)造區(qū)，具有典型的近源特征。

3.2 成藏組合具有大范圍和大面積兩種類型

所謂成藏組合(play)，就是指由相同或相似成藏條件控制形成的，在成因機(jī)制和分布特征上具有同因性和相似性的一組天然氣藏構(gòu)成的集合體。大面積成藏組合與大范圍成藏組合是低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏的主要類型。

大面積成藏組合是指受連續(xù)性較好、氣源供給充足的源灶控制的一類成藏組合，這類組合中相對(duì)高孔滲的“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層和致密砂巖都含氣，形成近似連續(xù)型的天然氣聚集。這類組合主要分布于鄂爾多斯盆地石炭—二疊系低孔滲砂巖儲(chǔ)層中，如蘇里格大氣田。此外，一些鄰近主力氣源灶的碎屑巖層系，如準(zhǔn)噶爾盆地環(huán)瑪湖坳陷的二疊系佳木河組、夏子街組和烏爾禾組，鄂爾多斯盆地太原組，四川盆地鄰近川西坳陷的須家河組，以及須一、三、五段氣源巖層系內(nèi)部的砂巖體等，都有形成這類組合的可能性。大范圍成藏組合是指“甜點(diǎn)”富氣，而在較大的范圍卻不連續(xù)分布、成藏范圍很廣的一類成藏組合。這類組合主要形成于“三明治”式生儲(chǔ)蓋組合和倒灌式組合之中，見(jiàn)于四川盆地川中地區(qū)須家河組和鄂爾多斯盆地中部奧陶系馬家溝組巖溶風(fēng)化殼?？碧奖砻鹘?jīng)濟(jì)性的天然氣聚集范圍有限，但平面上數(shù)十乃至上百個(gè)天然氣藏散布于廣泛的區(qū)域內(nèi)，氣藏之間多被水區(qū)、致密區(qū)構(gòu)成的“天窗”阻隔，具有斑塊狀成藏特征。

研究表明，導(dǎo)致成藏分布的不連續(xù)性與區(qū)域性的原因有兩個(gè):一是氣源灶分布的不均勻性與供氣總量的不充分性，近源儲(chǔ)集體優(yōu)先成藏;二是儲(chǔ)集體的連續(xù)性較差，導(dǎo)致形成的天然氣藏在很大的范圍內(nèi)呈星羅棋布式分布。例如，四川盆地須家河組(見(jiàn)圖6)，由于須家河組一、三、五段煤系源巖分布平面變化較大，一些區(qū)域煤系源巖明顯減薄甚至缺失，造成與之接觸的須家河組二、四、六段儲(chǔ)層中含氣飽和度與資源豐度平面上有明顯變化，氣源巖厚度較薄或缺失的地區(qū)，含氣性很差，如廣安須四段氣藏。而氣源巖厚度較大的地區(qū)，若與有效儲(chǔ)層相疊置，則天然氣相對(duì)富集，含氣飽和度相對(duì)較高，如廣安須六段氣藏。

3.3 成藏類型以巖性—地層性為主

研究發(fā)現(xiàn)，低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏群的主要?dú)獠仡愋拖鄬?duì)單一，以巖性—地層型油氣藏為主，比例在95%以上，這是由這一類天然氣資源大型化成藏的地質(zhì)環(huán)境決定的。在平緩的海相碳酸鹽巖、海陸過(guò)渡相—陸相煤系沉積層系，由于建設(shè)性改造作用形成的縫洞體系和由繼承性牽引流形成的眾多沉積砂體橫向變化強(qiáng)烈，極易形成地層和巖性圈閉，且往往以集群方式發(fā)育，因而形成的氣藏群也是這類氣藏的集合體，如鄂爾多斯、四川與塔里木等大型疊合盆地的腹部地區(qū)構(gòu)造十分平緩，地層傾角一般1°～3°，大型構(gòu)造圈閉并不發(fā)育，不利于大型構(gòu)造天然氣藏的形成。而巖性、地層圈閉的廣泛而大量的發(fā)育彌補(bǔ)了構(gòu)造條件的不足，降低了天然氣成藏對(duì)蓋層條件的要求，使得天然氣呈大型化成藏。

圖6 四川盆地須家河組煤層和炭質(zhì)泥巖與氣藏分布圖Fig.6 Coal bed，carbon mudstone and gas reservoir distribution of Xujiahe formation in Sichuan Basin

3.4 成藏分布具有地域性

低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源大型化成藏特征決定了其分布具有明顯的地域性。這一類氣藏主要分布在構(gòu)造相對(duì)平緩、源儲(chǔ)大型化發(fā)育且緊密接觸，儲(chǔ)層低孔低滲以及后期發(fā)生適度大范圍的抬升剝蝕作用的地區(qū)。我國(guó)海相克拉通盆地古隆起圍斜區(qū)、陸內(nèi)坳陷盆地廣大斜坡區(qū)和向斜區(qū)以及前陸盆地緩翼斜坡區(qū)等，都具有這類氣藏分布的條件。在層位上，這類氣藏主要分布在緊鄰氣源灶或者位于氣源灶的內(nèi)部，處于常規(guī)氣與非常規(guī)氣資源分布的過(guò)渡區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)陸上大型含氣盆地廣泛發(fā)育低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源，是由常規(guī)天然氣藏和致密氣混合共生構(gòu)成的一類天然氣資源，具有大型化成藏的特征。成藏要素的大型化發(fā)育和規(guī)模變化的特征是天然氣藏大型化成藏的基礎(chǔ)，四類生儲(chǔ)蓋組合的大型化分布為大型化成藏創(chuàng)造了條件，薄餅式、集群式成藏是天然氣大型化成藏的主要樣式。氣源灶埋藏期規(guī)?！靶钅堋焙吞诖笠?guī)模排氣是天然氣大型化成藏的重要?dú)庠垂?yīng)，體積流和擴(kuò)散流充注是大型化成藏的重要運(yùn)聚機(jī)制。低孔滲天然氣資源大型化成藏分布具有近源性、以大范圍和大面積兩種成藏組合為主，成藏類型較單一。

低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏大型化成藏特征和分布規(guī)律的提出，首先增加了我國(guó)天然氣資源的總量?；谶@一成果認(rèn)識(shí)計(jì)算了我國(guó)低孔滲天然氣資源，較全國(guó)新一輪油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，凈增天然氣可采資源量5萬(wàn)億～8萬(wàn)億m3，占我國(guó)常規(guī)氣和過(guò)渡型天然氣資源總量的30%，增長(zhǎng)比例相當(dāng)可觀，其次推動(dòng)天然氣勘探從局部二級(jí)構(gòu)造帶的有限范圍擴(kuò)大到以主力源灶為中心的全盆地(坳陷)勘探。按經(jīng)典天然氣成藏理論，中低豐度天然氣藏群分布區(qū)，多數(shù)地區(qū)屬于不利于天然氣成藏的范圍，是前期勘探的“禁區(qū)”。低孔滲儲(chǔ)層天然氣藏群大型化成藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)的提出，推動(dòng)勘探深度增加1500～2000 m，同時(shí)大大推動(dòng)了勘探范圍的拓展。另外，低孔滲儲(chǔ)層天然氣資源是我國(guó)天然氣資源的主體，國(guó)家應(yīng)根據(jù)我國(guó)天然氣資源品位構(gòu)成，盡快制訂相應(yīng)的發(fā)展政策，推動(dòng)相關(guān)工程技術(shù)研發(fā)與配套發(fā)展。

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Large-scale accumulation characteristic and distribution law of low porosity and permeability reservoir in China

Zhao Wenzhi1，Wang Hongjun2，Bian Congsheng2，Wang Zecheng2，Liu Guangdi3
(1.Petrochina Exploration ＆ Production Company，Beijing 100007，China;2.Research Institute of Petroleum Exploration ＆ Development，Petrochina，Beijing 100083，China;3.China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China)

Natural gas resource of low porosity and permeability reservoir is the main body of natural gas exploration and development of current and future period in China，with the characteristics of large-scale hydrocarbon accumulation.This paper focuses on the large-scale gas accumulation characteristics and distribution law of this type gas resource，and it is recognized that reservoir-forming factors have the characters of development and change in a large scale，which is the foundation of gas accumulation in a large scale.The main types of gas accumulation in a large scale are the“pancake type”outside and“cluster type”inside;the scale“energy storage”in burial period and scale“exhausting gas”in uplift stage are the important gas source;the volume flow and diffusion flow filling are the main migration and accumulation modes.The distribution of low porosity and permeability gas reservoir is close to source ，and reservoir combination mainly contains two types，which are large area and large scope types，and the stratigraphic and lithologic traps are the main type.The synclinal area of marine cratonic basin，the broad slope zone of intracontinental Down-Warped basin and slope slow wing area of foreland basin are the main areas of large scale accumulation of this kind of natural gas resources.The recognization of large scale gas accumulation of low porosity and permeability gas resources has been put forward，which prompts the discovery potential of natural gas resource，expands the range of exploration，provides the theoretical basis for objective evaluation of the total amount and distribution of natural gas resources，and promotes the large gas field effective discovery in China.

low porosity and permeability reservoir;large-scale gas accumulation;volume flow;diffusion flow;“pancake type”;“cluster type”

TE348

A

1009－1742(2012)06－0031－09

2012－04－06

中國(guó)工程院重大咨詢研究項(xiàng)目“我國(guó)非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略研究”(2011－ZD－19－2);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2007CB209500)

趙文智(1958—)，男，河北昌黎縣人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師，主要從事石油地質(zhì)綜合研究;E－mail:zwz@petrochina.com.cn