煤成氣多層系富集機制與全含氣系統(tǒng)模式
——以鄂爾多斯盆地東緣臨興區(qū)塊為例

李 勇 吳 鵬 高計縣 杜 佳 吳 見 麻振濤 陳建奇

1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院 2. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司

0 引言

1978年，戴金星院士提出中國煤成氣理論，先后準確地預(yù)測了多個特大型和大型氣田，推動了中國天然氣儲量和產(chǎn)量快速增長[1]。在“碳達峰”和“碳中和”背景下，深刻認識煤系生烴特性及其對應(yīng)的煤系含氣序列，不僅有助于低碳天然氣勘探開發(fā)，也有利于煤炭“能源”和“資源”屬性開發(fā)利用。煤化作用是一個長期連續(xù)的生烴過程，較“門限深度”“門限溫度”內(nèi)生烴的腐泥質(zhì)烴源巖在時間、空間和深度上具有更廣泛和更有利的勘探條件[2]。以石炭系、二疊系煤系作為氣源巖的鄂爾多斯盆地先后發(fā)現(xiàn)了蘇里格、靖邊、大牛地、榆林、子洲、烏審旗、臨興—神府等千億立方米級大氣田。同時，以這套煤層為儲集層的煤層氣在盆地東緣儲量也超過千億立方米[3-4]。除此之外，四川盆地廣泛發(fā)育以上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和上三疊統(tǒng)須家河組煤系為烴源巖的煤成氣田，塔里木盆地庫車坳陷及其南緣等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)以中下侏羅統(tǒng)煤系為烴源巖的煤成氣田[1,5]。煤成氣成為天然氣勘探和增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

中國地質(zhì)歷史時期聚煤期次多，在早石炭世、晚石炭世、二疊紀、晚三疊世、早—中侏羅世、早白堊世、古近紀和新近紀都發(fā)育具有工業(yè)價值的煤炭[6]。煤層氣作為一種在煤層中自生自儲的非常規(guī)天然氣，作為獨立礦種在沁水和鄂爾多斯盆地東緣開展了規(guī)?；I(yè)開發(fā)[7]。在煤層氣勘探開發(fā)過程中，開發(fā)層系更多關(guān)注煤層本身，較少關(guān)注煤系其他層系，尚未實現(xiàn)與煤成氣理論的有機結(jié)合。近年來，煤系“三氣”（煤層氣、頁巖氣和致密氣）、煤系非常規(guī)天然氣和煤系氣的概念逐漸強化，發(fā)現(xiàn)煤系內(nèi)部存在多套含氣層系，但對煤系及其上下地層中豐富的天然氣資源仍認識不足[8]。以煤成氣為氣源的多層系天然氣，既有常規(guī)氣藏（有利圈閉富集，浮力成藏為主），也有非常規(guī)氣藏（氣體連續(xù)聚集，非浮力成藏為主），重新審視由同一套烴源巖供烴的多類型、多層系含氣系統(tǒng)，是油氣地質(zhì)理論創(chuàng)新和油氣勘探效率提升的重要方向。

鄂爾多斯盆地上古生界煤系氣、中新元古界—下古生界天然氣[9]和三疊系淺層氣都展現(xiàn)了勘探開發(fā)潛力。其中下古生界和三疊系天然氣雖然在通常所說煤系（一般統(tǒng)稱石炭系—二疊系為煤系）之外，但是煤成氣仍然是全部或者重要貢獻?；诖耍P者以鄂爾多斯盆地東北緣臨興區(qū)塊為例，探討了上古生界—三疊系沉積地層的含氣序列，揭示了煤系及其上下鄰近地層多層含氣系統(tǒng)，系統(tǒng)解剖了煤成氣在烴源巖層系滯留、源外層系富集的成藏過程，以期為鄂爾多斯盆地和其他類似含煤盆地天然氣勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是多旋回疊合盆地，發(fā)育早古生代海相克拉通盆地、晚古生代海陸過渡相克拉通盆地和中生代陸相殘延克拉通盆地，油氣地質(zhì)條件優(yōu)越[10]。臨興區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東緣北部，石炭紀、二疊紀沉積由海陸過渡相向陸相環(huán)境轉(zhuǎn)變，發(fā)育多種泥炭沉積環(huán)境，形成了穩(wěn)定連續(xù)的厚煤層[11]（圖1）。臨興區(qū)塊受盆地邊緣離石斷裂及紫金山巖體侵入影響，由東向西依次發(fā)育呂梁山隆起帶、斷階帶、寬緩背斜帶和平緩斜坡帶，由北向南在臨興區(qū)塊主要為低幅構(gòu)造區(qū)和環(huán)紫金山構(gòu)造區(qū)（圖2）。

圖1 臨興區(qū)塊構(gòu)造位置和地層綜合柱狀圖

圖2 臨興區(qū)塊構(gòu)造分區(qū)與本溪組頂面斷層分布圖

臨興區(qū)塊發(fā)育多套含氣層系。其中，在本溪組、太原組、山西組、下石盒子組等地層發(fā)育煤系源控含氣層系，包括煤層氣、過渡相頁巖氣、致密砂巖氣和鋁土巖天然氣。在距離煤系烴源巖較遠的上石盒子組、石千峰組、和尚溝組和馬家溝組等地層可見源外致密砂巖氣和常規(guī)天然氣富集（圖1）。

2 煤系源控含氣層系

煤系源控含氣層系與烴源巖層系緊密關(guān)聯(lián)，發(fā)育受烴源巖直接或者明顯間接影響的天然氣藏，既包括煤系源內(nèi)煤層氣和頁巖氣，也包括與煤系烴源巖緊密關(guān)聯(lián)的致密砂巖氣，即通常所說的近源致密氣和遠源致密氣[12]。

2.1 煤層氣

2.2 煤系頁巖氣

根據(jù)臨興區(qū)塊5口取心井現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)，頁巖含氣量介于 0.48 ～ 2.49 m3/t，平均值為 1.08 m3/t。其中，山西組頁巖解吸含氣量介于0.58～2.49 m3/t，平均值為1.14 m3/t；太原組頁巖解吸含氣量介于0.48 ～ 2.46 m3/t，平均值為 1.05 m3/t；本溪組頁巖解吸含氣量介于 0.61 ～ 2.28 m3/t，平均值為 1.06 m3/t。研究區(qū)頁巖可見黏土、硅質(zhì)、混合和鈣質(zhì)等巖相類型，總有機碳含量（TOC）介于2%～6%，普遍進入成熟階段，具有良好的生烴潛力[14]。

2.3 鋁土巖天然氣

鄂爾多斯盆地煤系鋁土巖天然氣在多個地區(qū)取得勘探突破。2020年，寧古-3井太原組（直接上覆于馬家溝組）鋁土巖測試日產(chǎn)氣量為13.44×104m3[15]；2021年，隴-47井太原組鋁土巖測試獲得天然氣無阻流量為67×104m3/d[16]，表明鄂爾多斯盆地煤系鋁土巖具有廣闊的天然氣勘探前景。2015年，研究區(qū)臨興-2s井在本溪組底部鉆遇鋁土巖，厚度為4.8 m，氣測全烴顯示良好，且與鄰近泥巖等呈現(xiàn)整段含氣特征（圖3）；2021年，臨興區(qū)塊南部的臨興-41-3D井本2段解釋鋁土層厚度為14.9 m，完井測試火焰高0.5 m，該井于2021年12月22日投產(chǎn)，初期日產(chǎn)氣量為3 731 m3，目前日產(chǎn)氣量為 5 013 m3，已累計產(chǎn)氣34.92×104m3?？梢娕R興區(qū)塊鋁土巖天然氣也具有良好的勘探開發(fā)前景。

圖3 臨興區(qū)塊臨興-2s井本溪組產(chǎn)層測井解釋圖

2.4 致密砂巖氣

近年來，臨興區(qū)塊建成了“多層準連續(xù)型”致密砂巖氣千億立方米級大氣田[17]。上古生界致密氣產(chǎn)層多，在本溪組、太原組、山西組、下石盒子組和石千峰組等均有良好氣層。其中，盒2段、盒4段、盒6段和太2段氣層厚度大，開發(fā)效果好，盒3段、盒5段和本溪組氣層相對較薄。

臨興區(qū)塊上古生界氣層數(shù)量明顯多于盆地內(nèi)部的蘇里格、大牛地和神木等氣田，具有多層疊置含氣的特點。相對盆地內(nèi)部的氣田，研究區(qū)地層埋深較淺，對應(yīng)儲層壓力和含氣飽和度低。盆地中部的蘇里格氣田構(gòu)造簡單，斷裂系統(tǒng)規(guī)模較小，天然氣藏集中發(fā)育于源內(nèi)和近源儲層，儲層厚度大，含氣飽和度高。臨興區(qū)塊西南部的榆林氣田山西組、太原組和下石盒子組也發(fā)育優(yōu)質(zhì)氣層。值得注意的是，榆林氣田下古生界奧陶系馬家溝組發(fā)育白云巖氣藏。大牛地、神木等氣田主力氣層集中發(fā)育，單層厚度小，層系變大，小規(guī)模斷裂發(fā)育，發(fā)育有遠源調(diào)整氣藏。臨興區(qū)塊過渡為盆緣致密氣，主力氣層縱向多層疊置，氣層數(shù)量進一步增多，環(huán)紫金山斷裂帶發(fā)育的垂向斷裂具有良好的油氣輸導(dǎo)作用，天然氣運移距離遠，可遠距離成藏。再往東部和北部地區(qū)縱向大斷裂發(fā)育，部分氣層含水飽和度較高，水層逐步增多（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地中東部主力氣田產(chǎn)層分布圖

總體來看，蘇里格氣田致密氣主力產(chǎn)層為盒8段和山1段，埋深介于3 200～3 600 m，地層壓力介于30～33 MPa，地層溫度較高，介于90～110 ℃，含氣飽和度介于60%～70%[18]；大牛地氣田主力產(chǎn)層為太原組、山西組和下石盒子組下部3個層段，埋深較淺，埋深介于2 500～3 000 m，地層壓力介于25～28 MPa，地層溫度介于76～91 ℃，含氣飽和度介于60%～70%[19]；臨興區(qū)塊主力產(chǎn)層進一步變多，包括盒2段、盒4段、盒6段和太2段，儲層埋深更淺，埋深介于1 300～2 000 m，地層壓力介于13～18 MPa，地層溫度低，介于39～59 ℃，含氣飽和度較低，介于45%～55%（圖4）。

3 源外聚集含氣層系

3.1 圈閉主控型天然氣

臨興區(qū)塊在中三疊統(tǒng)紙坊組和下三疊統(tǒng)和尚溝組發(fā)現(xiàn)淺層氣，氣層埋深淺于500 m。臨興-11井和尚溝組和臨興-24井紙坊組測試分別獲得日產(chǎn)氣量為 12 064 m3和 4 000 m3，臨興 -27 井也有氣層發(fā)現(xiàn)，初步確定淺層氣有利面積為24 km2。該區(qū)塊受局部貫穿斷層影響，上部儲層與下部烴源巖層系連通（圖4）。氣體碳同位素數(shù)據(jù)表明，臨興區(qū)塊淺層氣來源于石炭系、二疊系煤系[20]。因此，對于本區(qū)淺層天然氣成藏，溝通石炭系二疊系煤系烴源巖與三疊系紙坊組、和尚溝組圈閉的垂向運移通道十分重要。

3.2 輸導(dǎo)主控型天然氣

在鄂爾多斯盆地東部，奧陶系頂部不整合面、侵蝕溝槽、斷裂（裂縫）是重要天然氣輸導(dǎo)體系，碳酸鹽巖儲層與煤系烴源巖直接接觸，形成條帶狀展布的供烴窗口（圖4）。這一輸導(dǎo)體系形成了規(guī)?；膴W陶系白云巖氣藏，其中，靖邊氣田奧陶系中組合天然氣探明儲量約為 1 600×108m3；大牛地氣田大48井區(qū)產(chǎn)能建設(shè)井大1-522井、大1-516井在下古生界奧陶系馬家溝組馬五5亞段試氣獲得天然氣無阻流量均超過3×104m3/d，證實了馬五段白云巖具有良好的天然氣勘探開發(fā)潛力[21]。

臨興區(qū)塊臨興-30井馬家溝組井段1 980～2 000 m和2 103～2 121 m鉆遇石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r和泥質(zhì)石灰?guī)r，測井解釋為氣層、含氣層。臨興區(qū)塊局部發(fā)育巖溶殘丘，具備形成古風(fēng)化殼氣藏的條件。同時，混合水白云石化作用控制的白云巖儲層也是重要的天然氣勘探目標，馬五段沉積期后古隆起間歇暴露，形成大氣淡水與富鎂鹵水混合的淺埋藏成巖作用環(huán)境，導(dǎo)致藻屑灘相沉積白云石化形成晶間孔儲層，具備形成巖性氣藏的條件。

為了弄明白突觸的多樣性是否有助于信息處理，研究小組使用計算機模擬來觀察突觸是如何對海馬體內(nèi)——大腦中海馬形狀的區(qū)域，對學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)重要——常見的電模式做出應(yīng)答的。海馬體是突觸亞型表現(xiàn)出顯著多樣性的區(qū)域之一，每個亞型都以驚人的模式在大腦結(jié)構(gòu)中延伸開來。

4 煤成氣多層系富集特征

4.1 多層氣藏疊置特征

臨興區(qū)塊本溪組和太原組主要為障壁海岸沉積，砂體主要發(fā)育在障壁島和潮下砂坪環(huán)境，潮上泥坪沉積厚層泥巖或泥灰?guī)r，砂體橫向連通差，厚砂體相對孤立（圖5-a，圖6-a、b）。太原組陸源碎屑較本溪組有所增加，砂體橫向連通性較本溪組更好。煤層區(qū)域展布穩(wěn)定，同時，形成了一定厚度的潟湖相頁巖，兩套烴源巖氣層在平面穩(wěn)定分布，上下疊置的致密砂巖氣層相對孤立分布。山西組為曲流河—三角洲平原亞相沉積，山2段平均砂巖厚度大于山1段，發(fā)育分流河道及其間灣沉積，河道呈由北向南的展布形態(tài)，砂體以孤立河道為主（圖5-b，6-a、b）。

圖5 臨興區(qū)塊太原組和山西組沉積模式圖

下石盒子組發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相，砂體厚度最大，橫向連通性好，河道砂體以堆疊型為主，側(cè)疊型為輔。上石盒子組發(fā)育曲流河三角洲，河道厚砂體較為分散，橫向連通差，下部河道砂體以孤立型為主，上部以側(cè)疊型砂體為主。石千峰組主體為辮狀河三角洲平原沉積，分流河道發(fā)育，河道間灣較少，砂體以堆疊型為主，側(cè)疊型為輔（圖6-a、b）。

圖6 臨興區(qū)塊不同層段儲層構(gòu)型模式圖

紙坊組、和尚溝組為辮狀河和湖泊相沉積，砂體以孤立型為主[22]；砂體受貫穿古生代和中生代地層的斷裂輸導(dǎo)，含氣區(qū)域相對分散，在良好圈閉內(nèi)可成藏（圖6-a、b）。

本溪組底部鋁土礦和馬家溝組氣藏受輸導(dǎo)體系影響明顯，在相對高滲儲層成藏，含氣層段受巖性差異和裂縫發(fā)育位置影響，氣藏以不連續(xù)型為主（圖6-a、b）。

綜上表明，煤成氣藏在煤系內(nèi)部以連續(xù)型—準連續(xù)型為主，在其上下地層受氣體充注程度和圈閉條件影響，過渡為不連續(xù)型的常規(guī)氣藏。

4.2 優(yōu)質(zhì)氣層分布規(guī)律

煤系沉積可見障壁、潮坪、曲流河、曲流河三角洲、辮狀河三角洲和淺水三角洲等多類型沉積相。致密砂巖儲層質(zhì)量受沉積環(huán)境和成巖作用的雙重影響，沉積背景在很大程度上影響儲層原始孔隙度[23]。臨興區(qū)塊強水動力沉積砂體儲層物性普遍較好，包括障壁島、砂坪、三角洲分流河道和曲流河邊灘等。成巖作用影響儲層物性的后期變化，特別是次生溶蝕孔隙對儲層孔隙度和滲透率具有決定性作用，研究區(qū)上/下石盒子組、太原組和本溪組均發(fā)育明顯的次生溶蝕孔隙，改善了儲層物性[23]。

沉積微相是影響氣層的核心要素。分流河道主干、邊灘易形成高含氣層和高產(chǎn)氣層，分流河道邊部、天然堤等微相容易產(chǎn)水，影響合采效果。儲層物性直接影響氣層產(chǎn)氣量，高滲區(qū)對應(yīng)高產(chǎn)，氣層甜點常見于不同沉積微相物性好的區(qū)域。在氣藏形成過程中，儲層早期壓實致密，后期近源充注，壓差驅(qū)動，非浮力成藏為主（圖7-a）。淺層的構(gòu)造—巖性圈閉受控于裂縫輸導(dǎo)，氣體在生烴高峰或者調(diào)整改造中充注成藏，部分由于后期地層抬升、溫度降低形成異常高壓（圖7-b）。烴源巖滯留的煤層氣和過渡相頁巖氣（圖7-c）主要受分子吸附力和毛細管力影響，甜點位置受控于高含氣、高滲透性和儲層可改造性等影響。

圖7 臨興區(qū)塊不同類型氣藏富集模式圖

鋁土巖儲層主要發(fā)育在潮坪、潟湖環(huán)境，以溶蝕孔為主，與煤系烴源巖直接或間接接觸。同時，斷層和裂縫改善了輸導(dǎo)能力，“源巖—儲層—裂縫”三者耦合共同控制鋁土巖天然氣成藏（圖7-d）。馬家溝組碳酸鹽巖氣藏受地層抬升時期風(fēng)化剝蝕影響，天然氣在剝蝕面附近聚集，輸導(dǎo)體系直接控制氣藏分布范圍，以巖性氣藏和地層—巖性氣藏為主，優(yōu)質(zhì)氣層主要發(fā)育在高滲區(qū)[24]（圖7-e）。

5 全含氣系統(tǒng)形成模式

5.1 富集成藏動力

臨興區(qū)塊現(xiàn)今壓力系統(tǒng)較為復(fù)雜。中生界三疊系發(fā)育超壓和欠壓氣藏，其中和尚溝組—紙坊組地層壓力系數(shù)介于0.69～1.87。上古生界地層壓力系數(shù)介于0.60～1.12，總體上屬于常壓和欠壓壓力系統(tǒng)。其中，石千峰組以常壓系統(tǒng)為主，地層壓力系數(shù)介于0.73～1.06（平均值為0.95），隨埋深增加地層壓力系數(shù)略有降低；上石盒子和下石盒子組以常壓—欠壓系統(tǒng)為主，地層壓力系數(shù)相近，分別為0.53～1.11（平均值為0.88）、0.55～1.09（平均值為0.87）；山西組以常壓—微欠壓系統(tǒng)為主，地層壓力系數(shù)介于0.76～1.09（平均值為0.90），山2段地層壓力系數(shù)略低于山1段；太原組、本溪組以常壓—微欠壓系統(tǒng)為主，地層壓力系數(shù)分別為0.62～1.12（平均值為0.88）、0.58～1.11（平均值為0.90），地層壓力系數(shù)隨埋深增加而增大。

盡管當(dāng)前臨興區(qū)塊現(xiàn)今主體發(fā)育欠壓和常壓致密氣藏，但是致密氣在成藏期多為超壓或異常高壓。舒永[25]、李劍等[26]利用流體包裹體和盆地模擬研究認為，鄂爾多斯盆地上古生界在早白堊世末期普遍存在不同程度超壓。其中，烴源巖層段古超壓為烴源巖生烴壓力所致，致密砂巖古超壓是在源儲壓差驅(qū)動下天然氣向儲層運移充注過程中的壓力傳遞所致。流體包裹體捕獲壓力計算結(jié)果顯示，臨興區(qū)塊受巖體侵入影響的區(qū)域，上古生界煤系在晚侏羅世的儲層壓力為22～25 MPa，在早白堊世天然氣大規(guī)模充注期間儲層壓力可達40 MPa，局部熱異常地區(qū)的儲層壓力最高可達 57 MPa[27]。

地質(zhì)演化歷史中地層抬升導(dǎo)致的溫度降低和天然氣逸散是現(xiàn)今氣藏欠壓的主因[28]。臨興區(qū)塊上古生界普遍常壓和微欠壓也主要是由于地層溫度降低和裂縫體系中天然氣散失所致。致密砂巖儲層孔滲低具有自封閉性，加上良好的區(qū)域保存條件，孔隙流體壓力與外界交換能力較差，普遍具有一定的壓力封存效應(yīng)。三疊系淺層和尚溝組、紙坊組為超壓，受良好封閉條件的壓力封存效應(yīng)影響，同時地層埋深淺，靜水壓力低，相對更容易形成超壓。臨興區(qū)塊典型井煤層生烴強度、累計厚度與無阻流量關(guān)系（圖8）表明，生烴強度大于10×108m3/km2，煤層厚度大于10 m的區(qū)域為工業(yè)氣流井主要分布區(qū)，這說明充足的氣源條件是多層天然氣富集的重要因素。

圖8 臨興區(qū)塊氣井無阻流量與煤層厚度和生烴強度關(guān)系圖

5.2 富集成藏模式

源巖—儲層—輸導(dǎo)系統(tǒng)聯(lián)合控制煤系天然氣富集成藏[29]。臨興區(qū)塊上古生界致密砂巖氣藏為準連續(xù)型[30]，淺層三疊系為巖性—構(gòu)造氣藏。甲烷碳同位素數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，淺層氣來自于煤系烴源巖生成的煤型氣，存在溝通煤系烴源巖與三疊系紙坊組、和尚溝組圈閉的垂向運移通道。三維地震解釋結(jié)果表明，劉家溝組、石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組、太原組及本溪組7個層系發(fā)育的斷裂均為高角度逆斷層，沿著紫金山隆起帶的斷裂呈環(huán)帶狀分布（圖2）。這些斷裂的斷距不大，斷裂延伸長度介于1～7 km，主要形成于燕山中晚期，即晚侏羅世—早白堊世。這些斷裂在縱向上多切穿整個上古生界，因此，下伏煤系烴源巖生成的天然氣可以沿著斷裂向上垂向運移，在具有良好物性的砂體就近聚集成藏。其中，溝通煤系烴源巖與三疊系的斷層是淺層氣運聚成藏的關(guān)鍵。

臨興區(qū)塊下古生界馬家溝組發(fā)育不連續(xù)型氣藏，以奧陶系風(fēng)化殼和白云石化儲集層為典型特征，受控于上古生界氣源輸導(dǎo)補給。上古生界煤系內(nèi)幕發(fā)育多套連續(xù)—準連續(xù)型天然氣聚集帶，包括連續(xù)型的煤層氣和過渡相頁巖氣，以及準連續(xù)型的致密氣，同時，本溪組鋁土巖也展現(xiàn)了良好的天然氣勘探潛力[15]。上、下石盒子組和石千峰組發(fā)育準連續(xù)型為主的致密氣層系。三疊系和尚溝組和劉家溝組發(fā)育典型的巖性—構(gòu)造圈閉天然氣藏。因此，臨興區(qū)塊多層含氣系統(tǒng)以煤系生烴、運移、聚集、逸散為主線，涵蓋3套層系：①下古生界奧陶系巖性和地層—巖性氣藏，受斷裂和地層輸導(dǎo)控制，在高滲區(qū)成藏，為不連續(xù)天然氣聚集帶；②石炭系、二疊系連續(xù)—準連續(xù)型氣藏，既有煤層氣、過渡相頁巖氣和鋁土巖天然氣，又有多層系的致密氣；③三疊系巖性和構(gòu)造—巖性氣藏，氣藏埋深淺，不連續(xù)聚集，受溝通儲層的斷裂和良好的封閉體系綜合影響。

5.3 煤成氣全含氣系統(tǒng)

非常規(guī)油氣地質(zhì)理論的發(fā)展，突破了傳統(tǒng)圈閉成藏和區(qū)帶富集、儲層物性下限和傳統(tǒng)生儲蓋組合的概念[31-32]。賈承造等[30-31]提出全油氣系統(tǒng)概念，包括油氣系統(tǒng)中烴類生成演化全過程、常規(guī)油氣運移成藏及調(diào)整破壞、非常規(guī)油氣原地或運移成藏及調(diào)整，統(tǒng)一的常規(guī)與非常規(guī)油氣分布富集規(guī)律，以及溫壓等地球動力學(xué)環(huán)境，以指導(dǎo)含油氣盆地各類型儲層與各種類油氣資源高效開發(fā)。煤系生成的天然氣，在臨興區(qū)塊發(fā)育常規(guī)天然氣藏和非常規(guī)天然氣藏，以煤系生烴運移為主線，在不同層段差異富集，構(gòu)成全含氣系統(tǒng)。

煤成氣全含氣系統(tǒng)呈現(xiàn)各類型儲集層，受控于煤化作用全過程生烴及貫通性輸導(dǎo)體系，發(fā)育連續(xù)型煤層氣和頁巖氣、準連續(xù)型致密氣和單體型/集群型天然氣藏（圖9）。其核心是煤成氣的“生—運—聚—散”過程變化，儲層不局限于煤系本身，尋找煤系及其上覆下伏整套地層的滯留烴、近距離運移烴和遠距離運移烴，從“源儲耦合、有序聚集”的視角來開展勘探工作（圖10）。煤系烴源巖包括有煤層和煤系泥頁巖，其中厚煤層本身可以獨立開發(fā)煤層氣，合適條件的煤系頁巖氣也可以單獨開發(fā)。對于很多盆地發(fā)育的多薄煤層，為了提升開發(fā)效益，需要將薄煤層及其鄰近砂巖、泥頁巖等當(dāng)作統(tǒng)一儲層進行開發(fā)，筆者稱之為多薄煤系氣。煤系烴源巖生成的天然氣除了一部分滯留外，多數(shù)向鄰近地層擴散、運移，在壓差驅(qū)動下依次形成近源致密氣和遠源致密氣。烴源巖生成氣的運移也受斷裂、不整合、砂體等輸導(dǎo)體系影響，運移聚集形成常規(guī)天然氣藏。除此之外，在盆地演化過程中，受斷裂開閉等影響，先期形成的連續(xù)型和準連續(xù)型天然氣也會擴散運移，進入常規(guī)圈閉中再次富集成藏。

圖9 臨興區(qū)塊多層含氣系統(tǒng)模式圖

圖10 煤成氣全含氣系統(tǒng)源輸儲匹配關(guān)系圖

鄂爾多斯盆地上古生界和下古生界氣藏在盆地內(nèi)廣泛分布，與煤系烴源巖直接或間接關(guān)聯(lián)[32-33]。除了鄂爾多斯盆地上古生界，四川盆地和準噶爾盆地侏羅系、塔里木盆地白堊系等含煤層系均發(fā)現(xiàn)大中型天然氣田[34]。同時，南海海域大氣田主體也為煤成氣田，儲量規(guī)模大于300×108m3的37個氣田主要為煤型氣，煤系烴源巖呈現(xiàn)長時間、多階段連續(xù)生烴特征[35-36]。煤系氣層系廣泛分布，可圍繞煤系沉積演化及其對應(yīng)的源儲組合特征和煤系生烴演化及其對應(yīng)的有序聚集過程等方面系統(tǒng)解剖，揭示含氣系統(tǒng)分布規(guī)律。在全含氣系統(tǒng)開發(fā)中，采用多層合采有利于提高地下資源動用率和單井產(chǎn)氣量，需要結(jié)合地面條件和地下儲層分布，考慮直井/定向井組、直井/水平井組、多臺階水平井組等多井型大井組優(yōu)化布井技術(shù)，實現(xiàn)氣藏立體開發(fā)（圖6-c）。

6 結(jié)論

1）臨興區(qū)塊發(fā)育石炭系—二疊系源內(nèi)連續(xù)型煤層氣和頁巖氣，準連續(xù)型致密砂巖氣，不連續(xù)型的三疊系巖性—構(gòu)造氣藏、石炭系鋁土巖氣藏和奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖氣藏，形成煤系全含氣系統(tǒng)。三角洲平原和濱海平原形成的大面積穩(wěn)定分布煤系是天然氣聚集的物質(zhì)基礎(chǔ)和有利區(qū)段。

2）受沉積、儲層和輸導(dǎo)體系等聯(lián)合控制，臨興區(qū)塊發(fā)育連續(xù)型、堆疊型、側(cè)疊型、孤立型等含氣層。源內(nèi)煤層氣和頁巖氣、近源/遠源致密氣和源外圈閉氣藏的甜點區(qū)段形成機制存在差異，但總體受“源巖—儲層—輸導(dǎo)體”三者耦合共同控制。生烴強度和煤層厚度大的地方易形成工業(yè)氣流，需要考慮立體開發(fā)模式。

3）煤系全含氣系統(tǒng)形成的基礎(chǔ)是煤系生烴持續(xù)充注，核心是煤系天然氣“生—運—聚—散”動態(tài)變化。在勘探工作中應(yīng)當(dāng)以煤系沉積演化為主線，儲層不局限于煤系本身，解決“煤系沉積演化及其源儲組合特征”和“煤系生烴演化及其有序聚集過程”兩大關(guān)鍵問題，尋找煤系及其上下整套地層的滯留烴、近距離運移烴和遠距離運移烴，圍繞“源儲耦合、有序聚集”勘探有利氣藏。