吐哈盆地致密砂巖氣成藏條件與分布預(yù)測(cè)

楊鐿婷1，2，張金川1，2，黃衛(wèi)東3，唐玄1，2，俞益新1，2，尹騰宇1，2，楊升宇1，2，王廣源4

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)石油吐哈油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009；4.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

在分析大量實(shí)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)源巖、儲(chǔ)層及構(gòu)造條件，利用地質(zhì)信息疊合法，預(yù)測(cè)吐哈盆地致密砂巖氣的有利分布區(qū)。研究表明，吐哈盆地中、下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖的母質(zhì)類型主要為Ⅲ型，有利于大量生氣，其中煤巖分布更為廣泛，熱演化程度中等—較高，供氣能力更強(qiáng)。由于快速堆積和微弱的溶蝕作用，吐哈盆地水西溝群儲(chǔ)層自侏羅紀(jì)末以來普遍致密化，裂縫和孔隙是影響儲(chǔ)層含氣的主要因素，三角洲相和沖積扇相為有利的“低熟”儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。根據(jù)致密砂巖氣的成藏特征，采用配置系數(shù)P，將有利區(qū)的定性預(yù)測(cè)進(jìn)行定量化。結(jié)合源儲(chǔ)配制地質(zhì)評(píng)價(jià)，認(rèn)為在吐哈盆地山前帶地區(qū)水西溝群西山窯組地層中，煤系地層和炭質(zhì)泥巖與儲(chǔ)層疊置發(fā)育，有利于致密砂巖氣的成藏。

致密砂巖氣；成藏條件；預(yù)測(cè)；吐哈盆地

致密砂巖氣藏是指孔隙度低（小于12%）、滲透率較低（小于0.1×10-3μm2）、含氣飽和度低（小于60%）、含水飽和度高（大于40%）、天然氣在其中流動(dòng)速度較為緩慢的砂巖層中的天然氣藏［1］，有滿盆含氣、孤立孔隙體圈閉、沉積-成巖-構(gòu)造復(fù)合圈閉、水動(dòng)力圈閉、水鎖、毛細(xì)管封閉、致密動(dòng)態(tài)氣藏及巖性圈閉氣等稱謂，是資源前景較好的非常規(guī)氣藏中的一種 。美洲、歐洲、亞洲、大洋洲及非洲都有發(fā)現(xiàn)，美國(guó)已發(fā)現(xiàn)并預(yù)測(cè)出34個(gè)致密砂巖氣發(fā)育的盆地，在加拿大阿爾伯達(dá)盆地已實(shí)現(xiàn)了致密砂巖的大面積常規(guī)技術(shù)性開采。在常規(guī)天然氣儲(chǔ)量不斷遞減的今天，隨著天然氣消費(fèi)量的迅速增長(zhǎng)，作為非常規(guī)能源的致密砂巖氣，無疑是對(duì)能源缺口的一個(gè)重要補(bǔ)充。吐哈盆地為我國(guó)的一個(gè)大型富煤盆地，煤系源巖形成的致密砂巖氣資源豐富，柯克亞地區(qū)的勘探，已展現(xiàn)出致密砂巖氣良好的發(fā)展前景，也將成為吐哈盆地未來油氣增長(zhǎng)的主要領(lǐng)域。

1 地質(zhì)背景

吐哈盆地面積約5.23×104km2，為天山山脈中的一個(gè)含油、含煤盆地。吐哈盆地經(jīng)歷了多期成盆階段，侏羅系—第四系以來的盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑再_系構(gòu)造層特征為主，同時(shí)在亞一級(jí)，特別是二級(jí)構(gòu)造帶的劃分時(shí)，兼顧新生代的構(gòu)造特征，對(duì)于古今構(gòu)造繼承較好的構(gòu)造帶則統(tǒng)一劃分，構(gòu)造變化較大的區(qū)帶分期次劃分。侏羅系—第四系可劃分為3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（吐魯番坳陷、了墩隆起及哈密坳陷）和6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（布爾加凸起、托克遜凹陷、臺(tái)北凹陷、艾丁湖斜坡、三堡凹陷及黃田凸起）。

2 成藏條件

2.1 氣源巖

吐哈盆地侏羅系水西溝群儲(chǔ)層廣泛發(fā)育生烴強(qiáng)度較高的氣源巖。該地層在盆地內(nèi)普遍鉆遇，自西向東發(fā)育了托克遜、勝北、丘東、小草湖及四道溝5個(gè)大的沉降區(qū)，最大沉積厚度超過2 400 m（小草湖）。從北美已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣藏來分析，除了暗色泥巖、頁巖外，煤系地層的分布也為致密砂巖氣藏的天然氣供給做出了重要貢獻(xiàn)。吐哈盆地致密砂巖氣藏的主要?dú)庠磶r包括八道灣組、三工河組及西山窯組的暗色泥巖和煤巖。

2.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

根據(jù)96個(gè)樣品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，下侏羅統(tǒng)（八道灣組和三工河組）和中侏羅統(tǒng)（西山窯組）的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.4%～25.0%和0.5%～1.0%，平均為2.41%和0.83%，巖石熱解平均生烴潛量分別為10.873 mg/g和6.010 mg/g。其中，煤巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在50%～ 70%，最高達(dá)90%。有機(jī)質(zhì)豐度的高低，直接決定著烴源巖是否具備形成工業(yè)性油氣聚集的潛力，對(duì)于致密砂巖氣藏的形成尤其重要。

2.1.2 有機(jī)質(zhì)類型與成熟度

有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的重要參數(shù)之一。從經(jīng)典的氫指數(shù)與熱解峰溫值圖版可以看出，在吐哈盆地的各個(gè)凹陷（洼陷）中，下侏羅統(tǒng)與中侏羅統(tǒng)西山窯組儲(chǔ)層的有機(jī)質(zhì)類型，主體都為Ⅲ型干酪根（見圖1）。

圖1 中、下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)前人的研究成果［9-11］，目前吐哈盆地不同坳陷（洼陷）的水西溝群烴源巖，大都已進(jìn)入低熟階段，烴源巖Ro值多數(shù)超過了0.5%，熱演化程度適中。早期古地溫場(chǎng)較高的熱盆，促使了源巖有機(jī)質(zhì)向烴類大量轉(zhuǎn)化，而后期向冷盆的轉(zhuǎn)變，又延長(zhǎng)了烴源巖的生、供氣時(shí)間，構(gòu)成了氣源巖的長(zhǎng)期有效性。

2.1.3 分布與評(píng)價(jià)

本研究以有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和熱演化程度作為關(guān)鍵的評(píng)價(jià)參數(shù)。優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在臺(tái)北凹陷內(nèi)的勝北洼陷、小草湖洼陷及丘東洼陷。以水西溝群西山窯組烴源巖為例，經(jīng)評(píng)價(jià)，其烴源巖生氣中心主要位于臺(tái)北凹陷，優(yōu)質(zhì)烴源巖分布在托克遜凹陷、小草湖洼陷及三堡凹陷。其中，在小草湖疙瘩臺(tái)構(gòu)造帶，暗色泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)主體超過1.0%，厚度在100～400 m；煤巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)主體超過20.0%，厚度超過50 m，最高可達(dá)100 m；Ro值主體大于0.7%，烴源巖生氣強(qiáng)度最高達(dá)25×108m3/km2。

表1 烴源巖評(píng)價(jià)分級(jí)

表2 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)分級(jí)

2.2 儲(chǔ)層

能否形成致密砂巖氣藏，除了致密儲(chǔ)層與諸如源巖、構(gòu)造等因素的關(guān)系匹配以外，還與致密儲(chǔ)層本身的特點(diǎn)密切相關(guān)。

2.2.1 儲(chǔ)層物性

吐哈盆地水西溝群在柯克亞、溫吉桑及恰勒坎等地區(qū)發(fā)育致密砂巖氣，其中，柯克亞地區(qū)目前的產(chǎn)氣量最高。在致密砂巖氣地區(qū)，研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的含氣層段，對(duì)進(jìn)一步研究整個(gè)吐哈盆地致密砂巖儲(chǔ)層具有重要的意義。

柯克亞地區(qū)產(chǎn)氣層的孔隙度主峰位于6%～8%，孔隙度分布在2%～10%的占90%以上（見圖2）。綜合分析吐哈盆地八道灣組、三工河組及西山窯組的產(chǎn)氣井資料，可以得出吐哈盆地產(chǎn)氣層的孔隙度分布情況（見圖3），其規(guī)律與柯克亞地區(qū)大體一致：孔隙度主峰位于6%～8%，孔隙度分布在4%～10%的占90%以上。這也與美國(guó)典型盆地中心氣的孔隙度分布范圍一致。由此可以說明，柯克亞地區(qū)致密砂巖氣藏與整個(gè)吐哈盆地致密砂巖氣藏的孔隙度分布規(guī)律相同，具有一定的代表性。

同樣，對(duì)柯克亞地區(qū)產(chǎn)氣層的滲透率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果表明，柯克亞地區(qū)和吐哈盆地產(chǎn)氣層的滲透率峰值分別位于（0.1～0.5）×10-3μm2和（0.1～1.0）×10-3μm2。由此可以看出，吐哈盆地的產(chǎn)氣層屬于典型的致密儲(chǔ)氣層。

圖2 柯克亞地區(qū)產(chǎn)氣層孔隙度頻率分布

圖3 吐哈盆地產(chǎn)氣層孔隙度頻率分布

2.2.2 儲(chǔ)層類型

沉積相的發(fā)育制約了儲(chǔ)層厚度的發(fā)育，也對(duì)儲(chǔ)層的物性和致密砂巖的含氣性有一定的影響。本文主要根據(jù)孔隙度、滲透率及裂縫的發(fā)育程度，對(duì)致密儲(chǔ)層進(jìn)行了評(píng)價(jià)分級(jí)。

通過研究沉積相，結(jié)合鉆井資料，并根據(jù)儲(chǔ)層原始成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度，將吐哈盆地致密砂巖分為“低熟”和“高熟”2種儲(chǔ)層類型（見表3）。

表3 致密砂巖儲(chǔ)層類型

“低熟”儲(chǔ)層具有近距離搬運(yùn)的特點(diǎn)，礦物磨圓度較低，分選較差，砂巖中巖屑、長(zhǎng)石及鎂鐵礦物等不穩(wěn)定礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。因此，在巨厚的上覆地層壓力下，更容易形成非常緊密的排列，其中的原生孔隙更容易被巖屑充填，形成孔隙度和滲透率都特別低的致密砂巖儲(chǔ)層。如果受地層水的侵蝕，其中的不穩(wěn)定礦物又容易形成較好的局部高孔、高滲帶，進(jìn)而可能成為較好的甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)。

“高熟”儲(chǔ)層多以石英等穩(wěn)定礦物為主，受后期的風(fēng)化作用較弱，次生孔隙相對(duì)于“低熟”儲(chǔ)層欠發(fā)達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，吐哈盆地水西溝群正在或有過產(chǎn)氣歷史的井（如恰1井、柯19井、吉深1井），基本都分布在“低熟”儲(chǔ)層內(nèi)，表明“低熟”儲(chǔ)層對(duì)致密砂巖氣的分布有一定的控制作用。單井樣品的顯微鏡觀察分析表明，吐哈盆地致密砂巖的成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都不高，即使是柯24井，其砂巖巖樣為極細(xì)砂巖，碎屑成分和雜基也較多，成熟度依然表現(xiàn)為不高。

2.3 構(gòu)造

致密砂巖氣區(qū)（田）多發(fā)育于低平、寬緩的構(gòu)造背景，如大型坳陷盆地、克拉通后海陸交互相盆地、前陸盆地斜坡-隆起帶等［12-17］，其中以坳陷盆地最具典型和特色。吐哈盆地臺(tái)北凹陷在中生代穩(wěn)定發(fā)展，特別是侏羅紀(jì)的沉降中心，在北部博格達(dá)山前地帶呈繼承性發(fā)育，地層連續(xù)性好。

吐哈盆地雖在后期遭受抬升和擠壓等變形，并在盆地內(nèi)出現(xiàn)了部分?jǐn)嗔?，但臺(tái)北凹陷屬于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期的構(gòu)造弱變形區(qū)，其基本構(gòu)造格局仍保持了燕山運(yùn)動(dòng)期的古構(gòu)造面貌。因此，從構(gòu)造條件來看，有利于致密砂巖氣的形成。

3 致密砂巖氣藏分布預(yù)測(cè)

3.1 源儲(chǔ)配置地質(zhì)預(yù)測(cè)

致密砂巖氣藏能否形成及形成后的規(guī)模和具體位置除與儲(chǔ)層條件有關(guān)外，還與儲(chǔ)層和源巖的匹配關(guān)系密切。從致密砂巖氣的形成來看，穩(wěn)定的煤系地層和Ⅲ型干酪根有機(jī)質(zhì)分布是必要的氣源條件，它們與致密砂巖氣儲(chǔ)層緊密相鄰或互層出現(xiàn)，形成了強(qiáng)有力的“氣泵”，使儲(chǔ)層最大限度地為天然氣所飽和［12］。針對(duì)吐哈盆地?zé)N源巖與儲(chǔ)層特征，以中侏羅統(tǒng)水西溝群為例，按評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行分類，再根據(jù)平面組合特征，將其配置關(guān)系分為優(yōu)質(zhì)、有效和一般源儲(chǔ)配置區(qū)3類（見圖4）。

圖4 水西溝群西山窯組致密砂巖氣藏源儲(chǔ)配置評(píng)價(jià)

3.2 成藏特征參數(shù)預(yù)測(cè)

北美已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣藏均出現(xiàn)在碎屑巖儲(chǔ)層中，且儲(chǔ)層多為盆地快速沉降期形成的巨厚海陸相砂、泥巖系，分選性差，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，加之埋藏迅速，尤其是成巖作用（膠結(jié)）強(qiáng)烈。這些儲(chǔ)層常形成于河流和濱岸相帶中，構(gòu)成犬齒交互狀的砂泥巖分布。因此，本文根據(jù)致密砂巖氣“源儲(chǔ)互層”的成藏特征，采用配置系數(shù)P，將抽象的源儲(chǔ)有利區(qū)預(yù)測(cè)定量化。

配置系數(shù)P是用來衡量源儲(chǔ)配置的關(guān)系，是指單位厚度地層中泥巖（煤巖）的層數(shù)。該值越大，說明單位厚度地層中源巖越多，且與儲(chǔ)層接觸關(guān)系越廣泛，更有利于致密砂巖氣的成藏。筆者以吐哈盆地中侏羅統(tǒng)水西溝群西山窯組儲(chǔ)層為例，通過對(duì)單井配置系數(shù)P進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見圖5），可以看出部分單井配置系數(shù)的值較高，可超過10×10-2層/m，平面上的相對(duì)高值區(qū)，主要分布在臺(tái)北凹陷，如丘東洼陷北部柯克亞構(gòu)造帶及小草湖洼陷疙瘩臺(tái)構(gòu)造帶(見圖6）。

圖5 水西溝群西山窯組致密砂巖氣藏源儲(chǔ)配置系數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖6 水西溝群西山窯組致密砂巖氣藏源儲(chǔ)配置系數(shù)等值線

如果將成藏特征參數(shù)預(yù)測(cè)與地質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)合起來，對(duì)單井資料豐富的盆地有利區(qū)預(yù)測(cè)，可以提供一定的參考。

4 結(jié)論

1）分布廣、成熟度高、以生氣母質(zhì)為主、且現(xiàn)今仍在生氣的源巖是形成致密砂巖氣藏的根本。吐哈盆地中、下侏羅統(tǒng)煤巖和煤系泥巖的母質(zhì)類型，是以陸生高等植物輸入為主的腐殖型，有利于大量生氣。其中煤巖分布更為廣泛，熱演化程度中等—較高，供氣能力更強(qiáng)，與其相鄰的致密砂巖相比，具有優(yōu)先的成藏條件。

2）吐哈盆地水西溝群儲(chǔ)層致密，是形成致密砂巖氣藏的前提條件，裂縫和孔隙（儲(chǔ)層成分和結(jié)構(gòu)成熟度）是影響儲(chǔ)層含氣的主要因素，三角洲相和沖積扇相為有利的“低熟”儲(chǔ)層。由于快速堆積及微弱的溶蝕作用，吐哈盆地水西溝群儲(chǔ)層自侏羅紀(jì)末以來普遍致密化。目前，約有90%產(chǎn)層的孔隙度主要為2%～10%，滲透率主要為（0.1～1.0）×10-3μm2。

3）吐哈盆地水西溝群西山窯組源巖與儲(chǔ)層直接接觸，具備形成致密砂巖氣藏的必要條件。結(jié)合其構(gòu)造特征，并根據(jù)源儲(chǔ)配置地質(zhì)預(yù)測(cè)和成藏特征參數(shù)預(yù)測(cè)的結(jié)果認(rèn)為，吐哈盆地山前帶地區(qū)侏羅統(tǒng)地層中，煤系地層和炭質(zhì)泥巖與儲(chǔ)層疊置發(fā)育，有利于致密砂巖氣的成藏。

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（編輯 姬美蘭）

Accumulation conditions and distribution prediction of tight sandstone gas in Turpan-Hami Basin

Yang Yiting1，2,Zhang Jinchuan1，2,Huang Weidong3,Tang Xuan1，2,Yu Yixin1，2,Yin Tengyu1，2,Yang Shengyu1，2,Wang Guangyuan4
(1.MOE Key Laboratory for Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China; 3.Research Institute of Exploration and Development,Tuha Oilfield Company,PetroChina,Hami 839009,China;4.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China)

Based on experimental analysis and statistical data,beneficial distribution areas of tight sandstone gas are predicted in Turpan-hami Basin through the analysis of source rock,reservoir and structure conditions and using the superposition method of geological information.Study result shows that the organic matter type of coal measure source rock in Middle-Lower Jurassic of Turpan-hami Basin is mainly typeⅢ,which is favor of gas generation in quantity.Coal bed is widely distributed.Thermal evolution degree is medium to higher,with gas supply capability being strong.Because of the rapid accumulation and weak denudation,the reservoir has been universally tight since the end of Jurassic Period in Shuixigou Group of Turpan-hami Basin.Fractures and pores are the main factors of affecting gas reservoir.Delta facies and alluvial fan facies are the favorable reservoir development area with low maturity.Allocation factor P is adopted to make the qualitative prediction quantification according to the accumulation characteristics of tight sandstone gas.Combined with the geological evaluation of source rock and reservoir preparation,coal measure formation,battie and reservoir are developed with superposition in Xishanyao Formaion of Shuixigou Group of foothill belt in Turpan-Hami Basin,which is favor of the accumulation of tight sandstone gas.

tight sandstone gas;accumulation condition;prediction;Turpan-Hami Basin

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目“天然氣聚集激勵(lì)與分布序列”（20100022110006）

TE122.1

A

10.6056/dkyqt201204009

2011-12-22；改回日期：2012-05-14。

楊鐿婷，女，1988年生，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獬刹嘏c分布規(guī)律。E-mail：yangyitingxinjiang@126.com。

楊鐿婷，張金川，黃衛(wèi)東，等.吐哈盆地致密砂巖氣成藏條件與分布預(yù)測(cè)［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：440-444.

Yang Yiting，Zhang Jinchuan，Huang Weidong，et al.Accumulation conditions and distribution prediction of tight sandstone gas in Turpan-Hami Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：440-444.