“源-儲-輸導(dǎo)系統(tǒng)”聯(lián)控煤系氣富集成藏機制
——以鄂爾多斯盆地東緣為例

李 勇，許衛(wèi)凱，高計縣，吳 鵬，陶傳奇，田 陽，李軍輝，張怡樂

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083; 2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016; 3.遼寧石油化工大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

煤系煤層氣、頁巖氣和致密氣資源豐富，實現(xiàn)多氣綜合開發(fā)有助于提高資源動用率和開發(fā)經(jīng)濟效益[1-2]。鄂爾多斯盆地東緣神府—臨興區(qū)塊、大寧—吉縣區(qū)塊和延川南區(qū)塊等進行了煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣單獨開發(fā)和共探共采試驗，多口井在煤層-砂巖段壓裂試氣獲得高產(chǎn)，其中臨興區(qū)塊在石炭—二疊系本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組等均發(fā)現(xiàn)含氣層系，僅致密氣探明地質(zhì)儲量超過1 010億m3[3]。大寧—吉縣區(qū)塊在山西組下段發(fā)現(xiàn)有利的過渡相頁巖氣層段，測試產(chǎn)氣量穩(wěn)定，預(yù)測鄂爾多斯盆地東緣山2段頁巖氣資源量為1.8萬億～2.9萬億m3[4]。煤層氣已在鄂爾多斯盆地東緣的保德、三交、柳林、延川南、韓城等多個區(qū)塊實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)[5]。近年來，隨著煤層氣開發(fā)深度增加，煤層氣勘探逐漸向煤系致密氣和頁巖氣開拓，臨興、大寧—吉縣等區(qū)塊分別取得了致密氣和過渡相頁巖氣開發(fā)突破，煤系氣展現(xiàn)了良好的綜合勘探開發(fā)前景。

筆者以鄂爾多斯盆地東緣為例，綜合分析和模擬煤系烴源巖生烴期次，揭示煤層氣飽和和逸散過程;解剖煤系砂巖儲層致密化和天然氣充注順序，查明有利致密氣圈閉形成及疊置成藏過程;分析煤系頁巖生烴能力及儲層特征，揭示煤系泥頁巖的氣體生成和賦存潛力?；谝陨隙囝愋兔合堤烊粴馍伞⒕凵?、成藏動態(tài)過程，建立煤系氣綜合成藏模式，闡明其動態(tài)作用機制，以期為鄂爾多斯盆地東緣煤系氣綜合開發(fā)和相似盆地煤系氣勘探突破提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是發(fā)育于穩(wěn)定克拉通之上的多重疊合盆地，中生代鄂爾多斯盆地疊加在大型石炭—二疊紀(jì)華北克拉通內(nèi)盆地之上[6-8]。華北克拉通在晚石炭世—二疊紀(jì)發(fā)育廣泛聚煤作用，形成了相對統(tǒng)一的石炭—二疊紀(jì)含煤巖系[2,9-12]。早三疊世末，受印支運動影響，華北地區(qū)東隆西坳，鄂爾多斯地塊對應(yīng)東升西降，形成了盆地雛形，并在三疊紀(jì)末定型[13-14]。燕山運動時期盆地內(nèi)部持續(xù)沉降，盆地邊緣隆起，早白堊世晚期盆地整體抬升導(dǎo)致沉積缺失[9-11]。

研究區(qū)由北往南跨越伊盟隆起、晉西撓褶帶和渭北隆起三大構(gòu)造單元[4,15](圖1)，構(gòu)造上經(jīng)歷了由南高北低向北高南低轉(zhuǎn)變的“翹板”式變化[18]。構(gòu)造多為NE—SW走向，區(qū)內(nèi)發(fā)育5條較大斷裂，北部構(gòu)造變形程度弱于南部，北部以西傾的單斜構(gòu)造為主，其上發(fā)育少量小斷裂，南部斷層及擠壓褶皺構(gòu)造較為發(fā)育。燕山期巖漿活動在臨興區(qū)塊發(fā)育紫金山堿性巖體侵入[6,19]。石炭—二疊紀(jì)煤系沉積時研究區(qū)由海陸過渡相向陸相沉積轉(zhuǎn)變[11,20]。在本溪組和太原組可見障壁島、潟湖和開闊臺地等過渡相沉積體系，進入山西組以陸相河流-三角洲為主[21]，且氣候逐漸干旱。

圖1 鄂爾多斯盆地東緣位置及沉積體系格架[16-17]Fig.1 Location and sedimentary system framework of the east margin of Ordos Basin[16-17]

2 煤系烴源巖

2.1 發(fā)育特征

太原組和山西組各一套主力煤層在全區(qū)發(fā)育，分別為太原組底部的8+9號煤層和山西組下部的4+5號煤層[22-23]，煤層埋深總體在2 600 m以淺。沿盆地邊緣，埋深等值線整體呈南北向分布(圖2(a))。其中，4+5號煤層厚1～15 m，一般在2.5 m以上，連續(xù)性較好，自北往南呈現(xiàn)“厚-薄-厚-薄”相間分帶，中部分岔(圖2(b))。8+9號煤層厚度多在2～20 m變化，一般在3.5 m以上。

一定厚度的頁巖是形成具有工業(yè)開采價值頁巖氣藏的基本條件[4]。研究區(qū)上古生界海陸過渡相頁巖廣泛發(fā)育，縱向上可見本溪組、太原組及山西組(圖2(c)～(e))。本溪組頁巖區(qū)域穩(wěn)定性較差，中部石樓-隰縣一帶最厚，南北減薄;太原組頁巖區(qū)域穩(wěn)定性好于本溪組，厚薄相間分布，厚度一般在20～40 m，在河曲-準(zhǔn)格爾一帶最厚可達60 m以上。山西組頁巖整個區(qū)域發(fā)育穩(wěn)定性好，呈現(xiàn)南北帶狀分布的特點，向西逐漸減薄，在佳縣-臨縣及石樓-大寧一帶最厚可達80 m以上?？傮w來看，研究區(qū)頁巖層數(shù)多、累厚大，可以滿足頁巖氣勘探開發(fā)的基本要求。

圖2 研究區(qū)煤系烴源巖埋深和厚度[24]Fig.2 Contour shows the depth and thickness of coal measure source rock in the study area[24]

2.2 生烴潛力與演化

研究區(qū)煤系頁巖、炭質(zhì)頁巖均發(fā)育，有機碳含量(TOC)較高，但變化較大(圖3(a))?？傮w上，TOC含量平均為3.40%，屬于好—很好烴源巖。研究區(qū)已有的測試數(shù)據(jù)顯示，山西組TOC含量在1.13%～8.62%，平均3.91%;太原組TOC含量為1.15%～12.04%，平均3.72%;本溪組TOC含量為0.95%～2.75%，平均1.83%。山西組頁巖總體具有較高的TOC含量，生烴潛量好于太原組和本溪組頁巖。

研究區(qū)4+5號煤層鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.59%～2.35%(圖3(c))，8+9號煤層Ro為0.44%～2.11%，紫金山附近Ro高異常，達到4.00%以上。已測試和收集頁巖Ro在0.82%～1.61%，平均為1.30%，主要處于成熟階段(圖3(b))，平面上呈現(xiàn)西高東低、南北向帶狀分布的特點。河曲部分頁巖Ro低于0.6%，處于未成熟-低成熟階段，臨興地區(qū)由于紫金山巖體侵入的影響，導(dǎo)致局部頁巖Ro偏高。有機質(zhì)類型為傾氣型的II2型和III型干酪根[25-28]，目前正處于主要生氣期，基本滿足頁巖氣勘探開發(fā)要求[29]。

圖3 鄂爾多斯盆地東緣煤系頁巖有機地球化學(xué)特征Fig.3 Organic geochemical characteristics of coal-shale in the eastern margin of Ordos Basin

應(yīng)用PetroMod10.0盆地模擬軟件對埋藏史和熱演化史進行數(shù)值模擬，主要輸入:地層名、現(xiàn)今地層頂?shù)咨?、各組地層剝蝕量、沉積起止時間、剝蝕起止時間、巖性特征，古水深等參數(shù)。通過聲波時差法估算白堊紀(jì)末以來地層剝蝕量約為1 618 m。大地?zé)崃髦祽?yīng)用Ro古地標(biāo)和磷灰石裂變徑跡聯(lián)合模擬的結(jié)果，其中石炭—二疊紀(jì)為64 mW/m2，三疊紀(jì)為68 mW/m2，侏羅紀(jì)—早白堊世晚期為75 mW/m2，現(xiàn)今為61 mW/m2。煤巖成熟度采用Easy%Ro模型，煤巖氣態(tài)烴產(chǎn)率基于IES_TIII_Tertiary-Coal_2C化學(xué)動力學(xué)模型。通過埋藏史、熱史和生烴史模擬(圖4)，結(jié)合天然氣充注史和儲層致密史[30]，晚二疊世儲層普遍致密。晚侏羅世有機質(zhì)達到成熟階段發(fā)生初次生烴，煤層源內(nèi)滯留體系中物性好的砂巖首先被充滿。早白堊世盆地達到最大埋深時發(fā)生區(qū)域性的大面積二次生氣，除滿足自身吸附，天然氣開始排烴運移，超壓產(chǎn)生的微裂縫有利于氣體運移。早白堊世末期—新近紀(jì)經(jīng)歷了約100 Ma的抬升剝蝕[30]，壓力降低及冷卻收縮效應(yīng)造成煤系吸附氣的解吸，釋放出一定數(shù)量的天然氣。上古生界儲層致密、超壓普遍發(fā)育，氣體膨脹力作為驅(qū)使油氣運移的主要動力是地層超壓的主要原因;差異隆升導(dǎo)致原生氣藏后期調(diào)整、逸散，最終定位形成次生氣藏，為局部構(gòu)造高部位天然氣的富集提供氣源。

圖4 鄂爾多斯盆地東緣LX-1井埋藏史和熱史模擬Fig.4 Simulation of burial history and thermal history of well LX-1 in the eastern margin of Ordos Basin

3 煤系氣儲層

3.1 自源儲層物性與含氣性

研究區(qū)2套主力煤層主體孔隙度在2.4%～13.4%，主體滲透率在(0.01～15.00)×10-15m2，受煤階和埋深影響，由北向南煤巖孔滲性呈下降趨勢，北部滲透率較高，中部普遍在1×10-15m2，而南部普遍低于1×10-15m2?？紫抖群蜐B透率表現(xiàn)出弱的正相關(guān)性(圖5)，滲透率不僅與孔隙度大小有關(guān)，還與孔隙結(jié)構(gòu)和孔喉連通性有關(guān)，自北向南隨著煤階增大，殘余組織孔減少，氣孔等次生孔隙增加。南部韓城等地區(qū)構(gòu)造煤發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)和孔隙連通性受到不同程度破壞。

頁巖微納米孔喉網(wǎng)絡(luò)是氣體富集空間和運移通道，頁巖氣產(chǎn)能與其發(fā)育程度密切相關(guān)[31]。掃描電鏡可見眾多孔隙類型，包括顆粒不完全膠結(jié)和成巖作用后期改造形成的粒間孔、礦物結(jié)晶形成的晶間孔(圖6(a))、礦物晶體脫落形成的礦物鑄?？?、礦物溶蝕產(chǎn)生的次生溶蝕孔(圖6(b))及有有機植物組織孔和次生氣孔(圖6(b)，(c))。頁巖骨架礦物和黏土礦物中還發(fā)育大量呈明顯鋸齒彎曲狀，具有較好的延展性的微裂縫，包括有機質(zhì)和黏土礦物內(nèi)的微裂縫(圖6(d)，(e))，以及連接廣泛分布的有機質(zhì)孔的粒緣縫(圖6(f))。微裂縫的產(chǎn)生可能與斷層和褶皺等構(gòu)造運動有關(guān)，也與有機質(zhì)生烴超壓有關(guān)。

受不同層系、不同煤階煤巖含氣量差異的影響，煤層含氣量與埋深并沒有很好的相關(guān)性(圖7(a))。石樓地區(qū)含氣量可達15 m3/t，與埋深相關(guān)性好，其他地區(qū)相關(guān)性較差。紫金山地區(qū)由于巖漿活動時的烘烤作用，高灰分含量極大制約了吸附氣含量。紫金山巖漿活動發(fā)生在136～125 Ma，延續(xù)了近120 Ma，與其所在的華北地臺早白堊世大規(guī)模巖漿活動屬于相同時期和構(gòu)造背景下的產(chǎn)物[32]。該期巖漿活動與盆地沉降近乎一致，早白堊世沉積埋藏增溫與區(qū)域巖漿活動的共同作用對于石炭—二疊系主要烴源巖系大規(guī)模油氣成藏具有重要作用。大寧—吉縣—韓城地區(qū)埋深達1 000～1 200 m，煤層含氣量也相對較高，一方面是這些勘探區(qū)煤層埋深相對較大，另一方面也說明了較高煤階的儲氣能力相對更強。

對比2套主力煤層含氣量與埋深關(guān)系，總體上隨埋深均呈現(xiàn)含氣量增高趨勢(圖7(b)，(c))。需要注意的是準(zhǔn)格爾—紫金山地區(qū)低煤階和高灰分煤儲層的低含氣量特點;柳林焦煤地區(qū)存在一定數(shù)量淺埋深-高含氣的數(shù)據(jù)點，展現(xiàn)了良好的煤層氣開發(fā)潛力。太原組總體數(shù)據(jù)相對分散，最大值分布在20 m3/t左右。山西組最大值僅為15 m3/t，太原組煤層含氣量總體較淺部山西組高。

3.2 相控下的砂巖儲層物性

沉積相是決定儲層物性優(yōu)劣的基礎(chǔ)[33]，同時影響后期成巖作用對儲層的改造[10-12]。不同沉積體系優(yōu)勢沉積微相不同，其中潮坪-潟湖體系潮道、三角洲體系分流河道、河流體系河床滯留和心灘等具有沉積時水體能量大、砂巖粒度粗的特點。就粒度而言，礫巖與粗砂巖巖性粗、水動力強，大量原生孔隙可以保存，物性最好。臨興區(qū)塊勘探開發(fā)結(jié)果表明，優(yōu)質(zhì)氣層主要分布于河道、潮道及砂坪的粗粒砂巖等儲層。隨著粒度變細(xì)，孔滲性也逐漸降低;相同孔隙度條件下，粒度越粗滲透性越好(圖8)。含礫砂巖粒度粗，礦物溶蝕易形成大孔喉，因此滲透性好，這也是含礫砂巖高產(chǎn)的原因。

圖8 不同粒級砂巖孔隙度和滲透率關(guān)系Fig.8 Relationship between porosity and permeability of sandstone with different grain sizes

成巖作用具有疊加性和階段性，是打破原有物理化學(xué)體系的平衡，重建新的動態(tài)平衡的過程[34-35]，對儲層物性既有破壞性，也有建設(shè)性，體現(xiàn)在改變孔隙的數(shù)量、形態(tài)、孔喉半徑及連通性[35]。臨興地區(qū)早期強壓實作用和持續(xù)膠結(jié)作用是造成儲層的致密化的重要因素，減孔率可達65%～75%[9]，而不同程度的溶蝕作用在一定程度上改善儲層的孔隙度。沉積和成巖作用雙重控制下，砂巖儲層經(jīng)歷了“先致密后成藏”過程[36]。對于致密儲層而言，物性的好壞直接決定著致密氣的富集程度和開發(fā)效益。

4 煤系氣輸導(dǎo)系統(tǒng)與源儲關(guān)系

源儲空間配置關(guān)系對煤系氣富集具有重要的控制作用[37]。常規(guī)油氣源巖與儲層可劃分為自生自儲、上生下儲和下生上儲3種類型[38]。然而勘探實踐證實，源儲組合關(guān)系并不能直接決定油氣藏的形成，而是取決于各種成藏要素的時空配置。參考陸相石油源內(nèi)聚集地質(zhì)認(rèn)識及源儲組合關(guān)系分析[39]，提出煤系氣源內(nèi)滯留、近源充注和遠源調(diào)整3種成藏類型，進一步依據(jù)輸導(dǎo)系統(tǒng)配置，將煤系氣源儲組合關(guān)系劃分為7種亞型(圖9)。

圖9 源巖-儲層-輸導(dǎo)系統(tǒng)綜合配置模式Fig.9 Comprehensive configuration mode of source rock-reservoir-transportation system

源內(nèi)滯留型略區(qū)別于以往的自生自儲型組合，可進一步細(xì)分為原位滯留、三明治式源內(nèi)擴散和間互式源內(nèi)擴散3亞型。原位滯留型中氣體分子基本不發(fā)生運移，烴源巖生烴后即富集于微納米孔喉網(wǎng)絡(luò)中原位成藏。三明治式源內(nèi)擴散型是氣體生烴后直接充注到被烴源巖包夾的砂巖中，縱向上短距離運移，源內(nèi)成藏。間互式源內(nèi)擴散型是烴源巖和砂巖儲層多層疊置，大面積緊密接觸，發(fā)生短距離運移后源內(nèi)成藏。源內(nèi)3種亞型中，氣體分子主要在烴源巖內(nèi)部的微納米孔隙網(wǎng)絡(luò)中滯留或擴散，以吸附態(tài)和游離態(tài)滯留于烴源巖內(nèi)部或緊鄰烴源巖。

源外富集包括近源充注和遠源調(diào)整型，按輸導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)分為砂體型、砂體+裂縫型、斷層型和不整合面型4種亞型。砂體型輸導(dǎo)系統(tǒng)(I)是研究區(qū)上古生界最主要的輸導(dǎo)配置，源巖生烴超壓產(chǎn)生源儲壓差，氣體克服毛細(xì)管力沿著砂體內(nèi)連通性孔隙向外運移成藏。裂縫+砂體型輸導(dǎo)系統(tǒng)(II)是油氣運移過程中裂縫與砂體共同發(fā)揮輸導(dǎo)作用，其輸導(dǎo)能力強于單獨的砂體或裂縫。如研究區(qū)盒8段砂體與山2段砂體垂向上不疊加，山1段內(nèi)發(fā)育的裂縫網(wǎng)格作為輸導(dǎo)系統(tǒng)。這種裂縫網(wǎng)格與兩套或多套砂體垂向或側(cè)向上相互配套形成裂縫+砂體型輸導(dǎo)系統(tǒng)，大大提高了輸導(dǎo)能力，延長了輸導(dǎo)距離。斷層輸導(dǎo)系統(tǒng)(III)由斷裂系統(tǒng)作為輸導(dǎo)通道，研究區(qū)斷裂整體欠發(fā)育，在中南部相對集中，結(jié)合差異壓實形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)，連接的地層厚度較大，運輸距離較長。奧陶系馬家溝組受加里東運動形成古地貌-地層輸導(dǎo)系統(tǒng)(IV)，燕山期上部源巖和下部源巖普遍生烴，沿侵蝕溝侵入古風(fēng)化殼可以形成混源氣藏[40]。源外4種類型中，氣體分子依靠不同輸導(dǎo)系統(tǒng)運移，主要以游離態(tài)富集于儲層，構(gòu)成砂巖或灰?guī)r氣藏。

5 煤系氣綜合聚集模式及啟示

5.1 煤系氣綜合聚集模式

氣藏聚集模式具有2個方面的內(nèi)涵：一方面包括生烴演化運移的關(guān)鍵過程，另一方面包括決定氣藏特征的關(guān)鍵地質(zhì)因素[7,35,41-42]。石炭—二疊紀(jì)沉積速率與地殼沉降速率相對一致[11-12,43]，為煤系生烴演化提供穩(wěn)定條件。沉積有機質(zhì)達到一定厚度，經(jīng)歷埋深發(fā)生一次生烴，對于以吸附氣為主的煤層氣和吸附氣占較大比例的頁巖氣，生氣量超過了儲集能力，理論上可以形成較高飽和度的非常規(guī)氣藏。最大埋深和構(gòu)造熱事件引起的二次生烴作用形成相當(dāng)規(guī)模的煤系氣藏，后期構(gòu)造活動和氣藏調(diào)整奠定現(xiàn)今格局。這一系列過程中，區(qū)域穩(wěn)定地層、源儲空間配置和輸導(dǎo)系統(tǒng)有效性是控制氣藏形成的地質(zhì)基礎(chǔ)。二次生烴過程經(jīng)歷的構(gòu)造熱異常，構(gòu)造抬升和再沉降導(dǎo)致的氣藏調(diào)整是氣藏形成的關(guān)鍵地質(zhì)因素。

源內(nèi)滯留體系中煤系氣原位聚集，主要以吸附態(tài)滯留于烴源巖中，廣泛發(fā)育的微納米孔喉網(wǎng)絡(luò)是煤系氣富集的主要因素，構(gòu)成原位滯留型聚集模式。源外充注富集體系構(gòu)成了研究區(qū)主要的氣藏類型，輸導(dǎo)系統(tǒng)的復(fù)雜性和特殊性使得煤系氣重新分配。這一體系中包括大面積“連續(xù)”近源充注型致密氣和局部“圈閉”遠源調(diào)整型致密氣[44]。煤系氣在宏觀斷層、不整合面等和微觀孔隙、裂縫等微納米網(wǎng)絡(luò)中運移，形成源外近源充注型和遠源調(diào)整型聚集模式。

煤系宏觀上箱式封存，箱體內(nèi)部具有封閉的水動力系統(tǒng)和物理化學(xué)動態(tài)平衡(圖9)。煤系有機質(zhì)以傾氣型干酪根為主，具有相當(dāng)?shù)暮穸惹移毡檫_到生烴門限，構(gòu)成成藏的基本要素。微相控儲，優(yōu)勢沉積微相宏觀上控制著優(yōu)質(zhì)儲層的展布。根據(jù)輸導(dǎo)系統(tǒng)將成藏箱體劃分為源內(nèi)滯留體系和源外富集體系，兩者的界線取決于輸導(dǎo)系統(tǒng)配置的轉(zhuǎn)換。物性控藏，儲層物性是決定成藏下限最直接的指標(biāo)，物性好壞直接決定了成藏的有效性，是否具有工業(yè)開采價值的產(chǎn)能。總的來說，鄂爾多斯盆地東緣煤系非常規(guī)天然氣聚集規(guī)律可概括為生烴膨脹、幕式排烴;微相控儲、階段聚集;箱內(nèi)聚散、調(diào)整定位;物性控藏、擇優(yōu)富集。

5.2 區(qū)域性煤系沉積規(guī)律與勘探方向

研究區(qū)煤系砂巖、碳酸鹽巖和頁巖均廣泛發(fā)育，發(fā)育有碳酸鹽臺地、障壁-潟湖、淺水三角洲、湖泊、曲流河、辮狀河及其對應(yīng)的三角洲等多種沉積體系，各體系在不同時空內(nèi)的疊加發(fā)育，為煤系氣的富集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。沉積體系受北部阿拉善—陰山古陸、西南隴西古陸和南部秦嶺—大別古陸物源的共同控制，不同物源水系在南部匯聚。伴隨來自北東向的初期海侵，本溪組沉積于奧陶系風(fēng)化面上，對下部地層起填平補齊的作用(圖10)。太原期存在南北兩個物源，北部發(fā)育三角洲體系，三角洲前緣僅延伸到保德地區(qū)，南部韓城—合陽地區(qū)僅有三角洲前緣局部發(fā)育。至山西期，保德—興縣地區(qū)河漫沼澤發(fā)育，是有利的成煤環(huán)境。三交—石樓地區(qū)位于三角平原上，分流間灣淤積形成平原沼澤成煤環(huán)境。大寧—吉縣地區(qū)是南北物源交匯地帶，屬于三角洲前緣-淺湖環(huán)境，為有利的聚煤環(huán)境，中部含氣性好，說明物源交匯的匯水區(qū)有利于煤層氣的富集。南部韓城合陽地區(qū)山西期三角洲規(guī)模較小，主要為三角洲前緣，煤層呈透鏡狀分布。山西期北面地勢隆起明顯，由北向南的古河流發(fā)育，形成了厚層的砂體沉積。其中興縣和臨縣地區(qū)地層較厚，大寧到韓城地層均相對較薄。上、下石盒子組廣泛沉積了河流相的砂體，其中盒八段是重要的天然氣儲集砂體。與太原組沉積一致，在臨縣—興縣和大寧—鄉(xiāng)寧地區(qū)沉積厚度極大，均是天然氣聚集的有利富集區(qū)。另外，大寧—吉縣地區(qū)山西期是鄂爾多斯盆地海水最后退出的區(qū)域，平面上表現(xiàn)為匯水淺湖和局限海灣，垂向上厚層的過渡相頁巖局部疊置發(fā)育，具有良好的頁巖氣富集潛力，是未來過渡相頁巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

圖10 鄂爾多斯盆地東緣煤系沉積剖面Fig.10 Sedimentary section of coal measures in the eastern margin of Ordos Basin

鄂爾多斯盆地作為華北地臺的一部分，地層組合具有相似性，早二疊世山西期整個華北地臺發(fā)生區(qū)域性海退，淺水三角洲沉積體系廣泛發(fā)育。石炭—二疊紀(jì)煤系烴源巖的生烴條件具有區(qū)域相似性，但已發(fā)現(xiàn)的煤系氣藏區(qū)域分布極不平衡。探明儲量主要分布在鄂爾多斯盆地陜北斜坡，沁水盆地和渤海灣盆地也有重要發(fā)現(xiàn)，但尚未形成規(guī)?；a(chǎn)能。源巖-儲層-輸導(dǎo)系統(tǒng)的綜合影響控制著煤系氣的富集成藏，是制約華北地臺煤系氣區(qū)域性差異成藏的主要因素。

華北地臺石炭—二疊系埋藏史總體可分為沉降—抬升和沉降—抬升—再沉降2種類型，不同類型決定了生烴階段和輸導(dǎo)系統(tǒng)的差異，源-匯系統(tǒng)決定了區(qū)域儲層展布[10,13]。鄂爾多斯盆地屬于抬升—沉降型克拉通盆地，受南北物源控制在慶城—延安—韓城一帶形成匯水區(qū)(圖11)，具有相當(dāng)厚度的烴源巖，有利于源內(nèi)滯留氣的富集。北部榆林—定邊河道砂體廣泛發(fā)育，下伏煤系烴源巖具有一定厚度且普遍生烴，有利于近源充注型煤系氣富集，往往形成大型的致密氣田，如蘇里格和大牛地氣田等。北部靠近物源區(qū)沖積扇體系，烴源巖條件較差，如果輸導(dǎo)條件有利可以形成大型致密氣田，如杭錦旗氣田，含礫砂巖往往是煤系氣富集的主要場所。沁水盆地也屬于沉降—抬升型，沉積上處于物源交匯后的過水區(qū)，烴源巖條件優(yōu)越，然而河道砂體不發(fā)育，有利于源內(nèi)滯留氣的富集。渤海灣盆地屬于沉降—抬升—再沉降型，受中新生代構(gòu)造活動控制，不同地區(qū)沉降和抬升時期不同，對應(yīng)主要生烴階段不同，加之復(fù)雜大斷裂發(fā)育，不利于煤系氣富集。南華北盆地是海水最后退出的區(qū)域，大面積潟湖連片發(fā)育，具有優(yōu)越的煤系烴源巖條件。然而由于區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，僅以晚期生烴為主型且“生烴期晚、生烴潛力大”的地區(qū)有利于煤系氣富集。

圖11 泛華北晚古生代盆地沉積古地理格局(盒8 段沉積期)(參考文獻[45]修改)Fig.11 Sedimentary paleogeographic pattern of Late Paleozoic basins in North China (sedimentary period of He 8 member) (modified after Reference[45])

綜上所述，對于區(qū)域穩(wěn)定發(fā)育的盆地，源巖-儲層-輸導(dǎo)系統(tǒng)的時空耦合關(guān)系是決定煤系氣能否富集的關(guān)鍵因素。未來的勘探方向需要厘清深埋期、生烴期、成藏期和調(diào)整期的耦合關(guān)系，圍繞“一井多層”、“多氣合采”尋找煤系氣綜合富集區(qū)。而對于復(fù)雜構(gòu)造發(fā)育的盆地，煤系氣的富集取決于盆地構(gòu)造演化歷史、多期次沉積物的疊加和斷裂的發(fā)育情況。未來的勘探方向需要結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，圍繞喜馬拉雅期等構(gòu)造運動期次注重保存條件的研究，尋找源內(nèi)滯留氣富集區(qū)。

6 結(jié) 論

(1)煤系烴源巖是煤系氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，研究區(qū)廣泛發(fā)育煤層和過渡相頁巖，區(qū)域穩(wěn)定性相對較好，普遍達到生烴門限，煤層總體含氣量較高，煤層和頁巖生烴潛力和熱演化程度滿足氣體生成和富集要求。

(2)煤系氣儲層分為源內(nèi)和源外儲層，受控于埋深和熱演化程度，儲層相對致密;頁巖儲層主要受巖礦組成和成巖作用控制，微納米孔喉網(wǎng)絡(luò)是煤系氣富集的空間和運移通道;優(yōu)勢沉積微相和后期成巖作用直接影響砂巖儲層物性，決定了煤系致密氣成藏有效性。源內(nèi)氣體分子受范德華力和毛管力作用，源外受毛管力和浮力作用為主。

(3)依據(jù)源巖、儲層和輸導(dǎo)系統(tǒng)的配置關(guān)系將煤系氣劃分為源內(nèi)滯留、近源充注和遠源調(diào)整三大類，其中源內(nèi)滯留包括原位滯留、三明治式源內(nèi)擴散和間互式源內(nèi)擴散，近源充注包括砂體輸導(dǎo)型和砂體+裂縫輸導(dǎo)型，遠源調(diào)整包括斷層輸導(dǎo)型和古地貌-地層輸導(dǎo)型。微納米孔喉網(wǎng)絡(luò)中氣體原位滯留或擴散，砂體、微裂縫和斷裂系統(tǒng)作為宏觀輸導(dǎo)系統(tǒng)延長了煤系氣的運移距離，擴展了煤系氣成藏空間。

(4)源巖-儲層-輸導(dǎo)系統(tǒng)時空配置決定了煤系非常規(guī)天然氣的富集潛力，形成了煤系連續(xù)成藏序列。對于區(qū)域穩(wěn)定的疊合盆地，其內(nèi)涵在于源巖-儲層-輸導(dǎo)系統(tǒng)的有效配置下有利于規(guī)?；合禋獬刹?，核心是關(guān)鍵要素配置和關(guān)鍵時期耦合;對于多期構(gòu)造疊加的復(fù)雜盆地，其內(nèi)涵在于多期構(gòu)造疊加和斷裂系統(tǒng)發(fā)育，需重點落實煤系氣保存條件。