中国致密大气田成藏特征分析–以鄂尔多斯盆地和四川盆地为例

冯鑫¹ 屈凯旋²熊千¹ 刘冬晗¹ 王小龙¹

（1.红山油田公司新疆油田，新疆克拉玛依834000；

2.中国地质大学，北京100083）

摘要：致密砂岩气是最早进行勘探开发的非常规资源之一，且储量巨大。文章通过大量文献调研资料对各个盆地的致密气藏生、储、盖、圈、运、保等成藏条件及成藏机理进行综合研究与总结分析，研究分析表明中国致密大气田具有源储纵向叠置，大面积分布，广覆式生烃等特点。烃源岩以煤系源岩为主，有机质成熟度高，生烃产生的异常超压提供气体运移聚集成藏动力来源，运移方式以非达西渗滤、扩散方式为主；气藏气水关系复杂，没有统一的气水界面，准连续充注、近源成藏，后期历经改造等。

关键字：致密砂岩气；成藏特征；鄂尔多斯盆地；四川盆地

Analysis on Accumulation Characteristics of China’s Tight Gas Field

                   ——Take the Ordos Basin and Sichuan Basin as Examples

FENG Xin, QU Kai-xuan, XIONG Qian, LIU Dong-han, WANG Xiao-long

(1.Hongshan Oilfield Company Xinjiang Oilfield, Karamay 834000, China;

2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract：Tight sand stone gas is one of the earliest unconventional resources for exploration and development, and its reserves are huge. Based on a large number of literature research data, this paper makes a comprehensive study and analysis of the formation conditions and mechanism of tight gas reservoirs in various basins, such as generation, storage, cap, circle, transportation and preservation, taking the Ordos basin and Sichuan basin as examples. The study shows that China’s tight gas field has the characteristics of vertical superposition of source and reservoir, large area distribution, and extensive hydrocarbon generation. The source rocks are mainly composed of coal-measure source rocks with high organic maturity. The abnormal overpressure generated by hydrocarbon generation provides the power source of gas migration and accumulation, and the migration mode is mainly non-darcy filtration and diffusion. The relationship of gas pool and air-water is complex. There is no uniform soda interface, quasi-continuous filling, near-source reservoir formation, and can be reformed on later, etc.

Keywords: tight sandstone gas; reservoir forming characteristics; ordos basin; Sichuan basin.

0 绪论

致密砂岩气是最早开始进行勘探开发的非常规资源之一，目前中国已在多个盆地都发现了致密砂岩气资源，我国已在四川、鄂尔多斯、塔里木盆地实现了大规模的经济开发，建立了多个大型气田。数据显示，中国致密砂岩气的可采资源量为（8.8~12.1）×10¹²m³，具有很大的勘探价值和良好的前景^[1]。

人们采取了不同划分标准对致密砂岩气下了不同的定义（表1）。国内外学者对致密砂岩气成藏机理提出了几种模型。例如，国内外学者提出的“深盆气”、“盆中心气”、“连续油气成藏”等成藏模式描述了致密砂岩气的连续分布、无气水接触、储层边界模糊等特征^[3-4]。

表1  具代表性的致密气定义^[2]

Table.1 Typical definitions of tight gas^[2]

 

1 中国主要致密气气田成藏地质特征

我国致密砂岩气藏虽然分布广泛，但地质特征多样。四川盆地和鄂尔多斯盆地的勘探结果表明，该地区蕴藏着丰富的致密砂岩气资源^[5]。截至到2010年，中国已在四川盆地和鄂尔多斯盆地发现15个致密砂岩大气田^[6]（图1）。

图1  中国致密砂岩大气田分布图（据文献[6]，有修改）

Fig.1 Distribution map of large tight sandstone gas fields in China（According to literature 6, there are modifications）

截至2010年，在鄂尔多斯盆地中已发现苏里格、榆林、乌审旗等5个储量超过10×10¹⁰m³的大型致密砂岩气田。其中，苏里格天然气储量最大，已探明天然气储量1.1×10¹²m^3[7]。四川盆地截至2011年，累计探明天然气地质储量近七千亿方，诞生了中坝、广安等多个致密气，具有巨大的勘探潜力和价值^[8]。四川盆地构造格局总体上呈现一个“三坳一隆”的特征^[9]。

1.1烃源岩大面积分布，广覆式生烃

烃源岩对致密砂岩气藏的形成具有重要作用。鄂尔多斯盆地北高南低，东高西低，内部构造稳定，主体是一个西倾的缓坡，很少发育断层。这为盆地内本溪组–山西组海陆过度环境下煤系地层的大面积分布的形成提供了良好的条件，同时也作为鄂尔多斯盆地上古生界气藏的烃源岩，提供了致密气的供应来源^[10-18]。煤系地层厚度大致介于5~20m之间，平面上呈现东西两侧源岩厚度最大，南部最小的特征，有机质类型主要为III型干酪根，以高成熟度为主（图2、图3）。晚侏罗世烃源岩由于受到燕山运动和生成变质作用的影响，盆地古地温升高，烃源岩有机质成熟度随之升高进入生烃高峰期，大量生成天然气，为盆地后期致密气藏大面积的形成提供了源源不断的补充。

四川盆地在上三叠世期间，须家河组主要发育河流相、湖相、沼泽相砂泥岩和煤系沉积物并覆盖了全盆地，气源主要来自须一段、须三段、须五段的煤系烃源岩，有机质为高–过成熟度，类型为III型干酪根^[20-31]。四川盆地须家河组烃源岩分布面积大，有机质成熟高，厚度从川西向川东减薄。由于须家河气藏总体属于近源气藏，所以烃源灶对气藏的分布具有很重要的控制作用。川西地区烃源岩厚度最大，生气强度高，有利于形成气藏。目前已在川中西地区发现巨大的探明储量，并发现了中坝、广安等储量较大的气藏。而川东地区由于烃源岩条件较差，气源供应程度较低，不利于形成气藏。目前在川东地区仅发现了卧龙河须四气藏。此外，由于垂向上不同深度的烃源岩在盆地沉降时，有机质演化程度也不尽相同，也影响了烃源岩的生烃潜力，进一步影响了气藏的丰度和规模。

图2  鄂尔多斯盆地上古生界煤层厚度分布图（据文献[17]，有修改）

Fig.2 Upper Paleozoic coal seam thickness distribution map（According to literature[17], there are modifications）

 

图3  鄂尔多斯盆地烃源岩成熟度分布图（据文献[17]，有修改）

Fig.3 Maturity distribution map of hydrocarbon source rocks in the basin（According to literature [17], there are modifications）

1.2源储纵向叠置，形成有利的生储盖组合

四川盆地上三叠系须家河组储层纵向上，烃源岩、储层、盖层大面积叠置分布，构成“三明治”生储盖组合结构，利于天然气聚集成藏^[24-32]。

鄂尔多斯盆地上古生界储层为石盒子组、山1段的砂岩，石盒子组内部和上覆石千峰组发育的大面积展布的湖相泥岩作为盖层，纵向上形成了良好的封盖条件^[18-27]。晚古生代时期，盆地构造地形平缓，整体上处于河流–三角洲–滨浅湖沉积环境，湖盆水体浅，水动力强，容易造成湖岸的快速摆动以及横向上河流多次改道，再加上盆地物源碎屑物质供给充足，顺着河道的方向砂体延伸较远，可至湖盆中央，形成砂体纵向上多层叠加，横向上大范围交叉展布且延伸较远的局面。以下石盒子组储层为例，储层厚度介于10~30km之间，纵向上延伸至200km以上，砂体近南北向排列（图4）。鄂尔多斯盆地上古生界气藏储层岩性以石英砂岩、岩屑砂岩为主，物性差，孔隙类型以粒间孔、溶蚀孔为主，总体属于低孔低渗储层。储层质量受沉积环境的影响，其中沉积环境影响储层岩石组构特征，加上后期成岩作用的强烈干预，对有利储层分布具有很大的影响。

 

图4  盆地下石盒子组盒8段砂体厚度图（据文献[16]，有修改）

Fig.4 Thickness of sand in block 8, Xiashi box formation of basin (According to literature[16], there are modifications)

1.3气体近源聚集，气水关系复杂

气体运移决定着气藏的形成，运移距离取决于运移的方式、动力和通道。在常规气藏和深盆气藏中，一般遵循气体动平衡原理，即气体的冲注量大于气体的逸散量时，气藏才可能保存下来。李仲东等（2008）、杨华等（2012）丁晓琪等（2016）学者都对鄂尔多斯盆地上古生界气藏的运移特征及成藏机理进行了研究，结果显示天然气运移动力主要来源为烃源岩生烃产生的异常高压，推动油气向邻近砂体内部运移。另外，异常高压形成的微裂缝是天然气运移、成藏的主要通道，且微裂缝发育的地方往往是气田存在的地方。侧向上，由于上古生界河道–三角洲砂体近南北向分布，东西向展布范围有限，所以天然气运移距离受限；纵向上，又由于储层先期致密，不利于运移。所以上古生界天然气主要为近源聚集。运移方式以非达西渗流为主，扩散方式次之。

四川盆地在须家河组沉积时，构造地形起伏不大，河流水动力强，易发生侧向改道或汇聚，连续性差，纵向上砂体多期叠加。在后期成岩作用下，储层发生致密化，且侧向连续性差，制约气体的运移，天然气运移距离短，近源成藏，形成一个个独立的气藏，平面上呈现“斑块状”分布特征^[-33]。数据显示须家河组大部分烃源岩生气强度处于20×10⁸m³以下，生烃强度偏弱，气藏充注程度低，滞留较多的水体，所以气藏在早期开发时，容易出现产水的现象。在构造高部位，储层物性相对较好，气层厚度较厚，气水分异明显，气水界面显著；而在构造平缓的地方，储层一般比较致密，发生气水倒置，无明显气水界面。此外，裂缝发育的地区，气水分异也较明显，利于气藏发育。以合川须二气藏为例，虽构造平缓，但大量发育裂缝，气水分异明显。

2气藏主控因素

2.1 烃源灶控制气藏丰度和规模

由于鄂尔多斯盆地上古生界气藏和四川盆地上三叠世须家河气藏均属于近源成藏，天然气运移距离短，所以烃源岩的条件好坏对于气藏是至关重要的。

2.2 构造、沉积、成岩控制有利储层分布

（1）构造对有利储层的影响

早期盆地构造沉降，促使烃源岩成熟度升高，大量生烃，后期构造抬升对已冲注入气体的储层进行改造，使储层物性变好。此外，构造运动也形成了一些局部构造，在局部构造高部位，储层物性优于构造低部位，气水关系好，气水界面显著。

（2）沉积对有利储层的影响

通过对鄂尔多斯盆地上古生界气藏和四川盆地上三叠世须家河气藏成藏特征的分析表明，鄂尔多斯盆地上古生界有利储集体一般为辫状河道砂体和三角洲分流河道砂体；四川盆地须家河组有利储集体一般为三角洲河道砂体。由于古地形平缓，湖盆水体浅，河流水动力强，河道砂体一般延伸较远，可至湖盆中央。此外，由于河道水动力强，河流易发生改道、汇聚，垂向上形成多层砂体叠置。另外，河道砂体一般粒度较粗、分选磨圆好，孔隙保存较好。

（3）成岩对有利储层的影响

通过总结前人对两大盆地成岩作用的研究成果，成岩作用主要包括机械压实作用、压溶作用、胶结作用和溶蚀作用。其中有机质生烃产生的有机酸对长石等可溶物质的溶解作用使得储层物性变好，有利于储层发育；绿泥石胶结可以抵抗机械压实作用和抑制石英次生加大^[33]。

2.3 裂缝有利于气体富集

鄂尔多斯盆地上古生界气藏和四川盆地上三叠世须家河气藏均经历了构造的抬升与下降，在此过程中发育两期裂缝。在构造平缓地区，致密储层中气体横向运移受限，以垂向运移为主，普遍存在气水过渡带，没有统一的气水界面，然而在裂缝发育区，气水分异明显，气体富集，单井上产量高；而非裂缝发育区，可能是富水区或者气体丰度低。可见，裂缝提高了储层的物性，可以形成经济性好的气藏。

3结语

（1）中国致密大气田具有源储纵向叠置，大面积分布，广覆式生烃的特点。烃源岩以煤系源岩为主，有机质成熟度高，生烃产生的异常超压提供气体运移聚集成藏动力来源，运移方式以非达西渗滤、扩散方式为主；气藏气水关系复杂，没有统一的气水界面，准连续充注、近源成藏，后期历经改造。

（2）气体富集受到烃源灶、有利储集分布、裂缝发育区的控制。其中，烃源灶控制气藏丰度和规模；有利储集体控制气藏的分布，而构造、沉积、成岩控制有利储层分布，局部构造高部位储层物性较好，河道砂体是有利的储集相带，溶蚀作用有利于储层物性的改善；裂缝发育有利于气体富集与高产。

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作者简介：冯鑫（1990-），男，汉，陕西渭南人，助理工程师，地质工程

硕士研究方向：储层地质。

单位：中石油新疆油田分公司，红山油田公司，毕业院校：中国石油大学（北京），

http://www.chinacem.net/info.asp?id=788