煤層氣、深盆氣、頁巖氣成藏條件對比研究

孫雄進(jìn)　郝煒　張金龍

摘 要：煤層氣、深盆氣和頁巖氣是十分重要的非常規(guī)天然氣，研究分析發(fā)現(xiàn)，三者在成藏條件上既有相似性又有差異性：氣源成因都包括生物成因、熱成因和混合成因；低孔隙度、低滲透率和強(qiáng)非勻質(zhì)性是儲集層的共同特征；煤層氣需要良好的頂?shù)装鍋矸獯嫣烊粴猓钆铓夂晚搸r氣不需要其他的巖性介質(zhì)作為蓋層等等。

關(guān)鍵詞：煤層氣；深盆氣；頁巖氣；成藏條件

前言

煤層氣指賦存于煤層，以甲烷為主的，吸附在煤基質(zhì)顆粒表面的、部分游離于煤孔隙或溶解于煤層水中的烴類氣體。根據(jù)IEA（2004）的統(tǒng)計(jì)顯示，全世界煤層氣的資源量超過260×1012m3。美國、加拿大、澳大利亞及中國等國家目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同程度的商業(yè)化開發(fā)。深盆氣是一種賦存于盆地深凹陷部位、低孔低滲儲集層中的一種氣水關(guān)系倒置的非常規(guī)氣藏?！吧钆铓狻边@個(gè)術(shù)語并不具備成因或成藏機(jī)理的意義，它是特定歷史時(shí)期內(nèi)延續(xù)使用的描繪性術(shù)語。很多研究者分別從不同的角度給它們命名，先后經(jīng)歷了隱蔽氣藏、水動力和孤立體圈閉氣藏、深盆氣藏、水封氣藏、盆地中心氣藏、連續(xù)氣藏、致密砂巖氣藏等等，其中尤以“深盆氣”的名稱應(yīng)用最為廣泛。頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。中國頁巖氣可采資源量為26×1012m3，和美國28×1012m3可采資源量差不多，資源儲量非常龐大。

成藏條件對比：

煤層氣、深盆氣和頁巖氣在成藏條件上具有相同點(diǎn)，也有各自的獨(dú)特性，下面主要從油氣藏形成的基本石油地質(zhì)條件——生、儲、蓋、圈、運(yùn)、保這六個(gè)方面來進(jìn)行對比分析。

1 生氣條件

煤層氣、深盆氣和頁巖氣的氣源成因類型都包括生物成因（其中生物成因又可細(xì)分為原生生物成因和次生生物成因）、熱成因以及二者的混合。

原生生物成因型煤層氣是在溫度相對較低的地表較淺處，在有機(jī)質(zhì)演化的最初階段由微生物作用生成的未熟、低熟型烴類氣體，生氣量隨著Ro的增高逐漸降低，生氣溫度一般小于50°C，Ro≤0.3%。次生生物成因型煤層氣是細(xì)菌等微生物由于構(gòu)造作用通過地層水的連通進(jìn)入煤層中，通過微生物的生命代謝活動將其中的有機(jī)質(zhì)和已經(jīng)存在的烴類氣體分解成甲烷等氣體。熱成因型煤層氣是在較高的溫度（大于50°C）和壓力條件下，地層中的有機(jī)質(zhì)通過煤化作用釋放出以甲烷為主的烴類氣體，統(tǒng)計(jì)表明：甲烷δ13 C值總體偏小。混合型煤層氣是生物成因氣和熱成因氣之間的過渡區(qū)域，為兩者共同作用的結(jié)果，Ro為0.3%～0.6%。

深盆氣的氣源來源非常廣泛，主要是暗色頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)頁巖及煤層， 但以海陸過渡相煤系地層為主，干酪根類型以Ⅲ型為主。有機(jī)質(zhì)的熱演化程度一般較高。

充足的氣源是形成具有工業(yè)開采價(jià)值頁巖氣藏的基本物質(zhì)條件，要求生烴有機(jī)質(zhì)的生烴能力滿足一定要求，其中有機(jī)質(zhì)含量、干酪根類型和有機(jī)質(zhì)成熟度是影響生氣量的最重要因素。中國含氣頁巖的有機(jī)碳含量在0.2%～30%；中國古生代時(shí)期形成了分布廣泛、厚度巨大且以Ⅰ型、Ⅱ型干酪根為主的海相黑色頁巖層系，具有良好的生烴潛力；中國產(chǎn)氣頁巖具有典型的高有機(jī)質(zhì)含量、高熱演化程度和高后期變動程度的“三高”特點(diǎn)。

2 儲集條件

煤層氣和頁巖氣作為生、儲、蓋“三位一體”的自生自儲式氣藏，烴源巖自身便是其儲集層。煤層氣主要以吸附態(tài)存在，游離態(tài)和溶解態(tài)的煤層氣很少；頁巖氣主要以吸附態(tài)和游離態(tài)的形式存在，因此孔隙與裂縫越發(fā)育，越有利于這兩類氣藏的富集。深盆氣具有“源-藏伴生”的特點(diǎn)，儲集層主要是緊鄰烴源巖的致密砂巖儲層，它與頁巖氣儲集層的共同點(diǎn)都是低孔低滲、非勻質(zhì)性強(qiáng)等。通常，煤層氣儲集層的孔隙度大小與煤的變質(zhì)程度相關(guān)，一般情況下，在2%～25%之間變化，滲透率小于1.0×10-3μm2；深盆氣致密儲層的孔隙度為3%～12%，滲透率小于0.1×10-3μm2；頁巖孔隙度比較小，最高僅為4%～5%，滲透率小于1×10-3μm2。

3 蓋層條件

煤層氣需要一定的蓋層條件，致密巖石孔滲性小，有利于煤層甲烷的封存；相反，孔滲性好的巖層不利于封存。深盆氣和頁巖氣不需要蓋層，這是它們與常規(guī)天然氣的重要區(qū)別之一。

4 圈閉條件

常規(guī)天然氣需要有效的圈閉來富集形成氣藏。頁巖氣在烴源層內(nèi)部生成，具有低孔低滲的特點(diǎn)，原地或就近聚集，因此，不需要常規(guī)意義上的圈閉，頁巖氣藏的分布受烴源巖控制，分布范圍近似等于烴源巖的分布范圍；深盆氣位于緊鄰烴源巖的致密砂巖儲層中，依靠的是儲層中細(xì)小孔隙的毛細(xì)管作用力封閉的，因此也不需要常規(guī)意義上的圈閉；煤層氣主要以吸附態(tài)存在于煤層內(nèi)部，不需要圈閉條件。

5 運(yùn)移條件

頁巖氣是烴源巖生氣后原地就近聚集的結(jié)果，沒有運(yùn)移；深盆氣的儲集層和烴源巖是緊鄰的，發(fā)生了極短距離的運(yùn)移；煤層氣與頁巖氣類似，幾乎沒有發(fā)生運(yùn)移。

6 保存條件

頁巖氣對保存條件沒有特殊要求，即使發(fā)生了較大的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動，仍然可以具有頁巖氣的勘探開發(fā)前景。深盆氣則不同，深盆氣藏依靠的是致密儲層的毛細(xì)管力封閉作用，一旦儲層的物性變好，產(chǎn)生的毛細(xì)管力不足以封蓋住天然氣，天然氣就會逸散出來，因此深盆氣要求相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境以維持氣水界面的動平衡狀態(tài)。煤層頂?shù)装宓膸r性對煤層甲烷的含量有一定影響，通常情況下，泥巖為頂?shù)装鍟r(shí)煤層甲烷含量高，粉砂巖次之，砂巖最次。構(gòu)造條件和水文地質(zhì)條件也能影響煤層氣的保存。構(gòu)造沉降促進(jìn)煤層氣的生成和吸附保存，構(gòu)造抬升導(dǎo)致氣體散逸損失；張性、張扭性等開放性斷層是煤層氣運(yùn)移的主要通道，不利于煤層氣的保存，壓性、壓扭性斷層的封閉性較好；背斜的核部、向斜傾角較陡的翼部斷裂發(fā)育含氣性較差，向斜核部、背斜的兩翼和傾伏端方向含氣性較好。高礦化度地下水有利于高煤級煤層氣保存，而低礦化度地下水有利于低煤級煤層氣的保存。

7 結(jié)束語

經(jīng)過對煤層氣、深盆氣和頁巖氣成藏條件的對比分析，可以得出以下認(rèn)識：

（1）三類氣藏的氣源成因都包括生物成因（原生生物成因和次生生物成因）、熱成因以及混合成因；儲集空間都是孔隙和裂縫，煤層氣主要以吸附態(tài)為主，孔隙度變化較大，滲透率低，頁巖氣以吸附態(tài)和游離態(tài)為主，深盆氣和頁巖氣儲層都具有低孔低滲、非勻質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)；煤層氣需要一定的蓋層條件，深盆氣和頁巖氣不需要其他巖性介質(zhì)作為蓋層。

（2）煤層氣和頁巖氣都是自生自儲式氣藏，深盆氣屬于源-藏伴生式氣藏，三類氣藏都不需要常規(guī)意義上的圈閉；三類氣藏都沒有發(fā)生運(yùn)移或者運(yùn)移距離極短；煤層氣的保存需要良好的頂?shù)装鍡l件，構(gòu)造條件和水文地質(zhì)條件也能影響煤層氣的富集，深盆氣要求相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境以維持氣水界面的動平衡狀態(tài)，頁巖氣不需要特殊的保存條件。

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作者簡介：孫雄進(jìn)（1990-），男，湖北應(yīng)城人，碩士研究生，就讀于長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面的研究。