煤層氣、深盆氣、頁巖氣成藏條件對比研究

孫雄進　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天然氣，研究分析發現，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、低滲透率和強非勻質性是儲集層的共同特征；煤層氣需要良好的頂底板來封存天然氣，而深盆氣和頁巖氣不需要其他的巖性介質作為蓋層等等。

關鍵詞：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IEA（2004）的統計顯示，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實現了不同程度的商業化開發。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系倒置的非常規氣藏。“深盆氣”這個術語并不具備成因或成藏機理的意義，它是特定歷史時期內延續使用的描繪性術語。很多研究者分別從不同的角度給它們命名，先后經歷了隱蔽氣藏、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、連續氣藏、致密砂巖氣藏等等，其中尤以“深盆氣”的名稱應用最為廣泛。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，也有各自的獨特性，下面主要從油氣藏形成的基本石油地質條件——生、儲、蓋、圈、運、保這六個方面來進行對比分析。

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，在有機質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菌等微生物由于構造作用通過地層水的連通進入煤層中，通過微生物的生命代謝活動將其中的有機質和已經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，地層中的有機質通過煤化作用釋放出以甲烷為主的烴類氣體，統計表明：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域，為兩者共同作用的結果，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。有機質的熱演化程度一般較高。

充足的氣源是形成具有工業開采價值頁巖氣藏的基本物質條件，要求生烴有機質的生烴能力滿足一定要求，其中有機質含量、干酪根類型和有機質成熟度是影響生氣量的最重要因素。中國含氣頁巖的有機碳含量在0.2%～30%；中國古生代時期形成了分布廣泛、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；中國產氣頁巖具有典型的高有機質含量、高熱演化程度和高后期變動程度的“三高”特點。

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存在，游離態和溶解態的煤層氣很少；頁巖氣主要以吸附態和游離態的形式存在，因此孔隙與裂縫越發育，越有利于這兩類氣藏的富集。深盆氣具有“源-藏伴生”的特點，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都是低孔低滲、非勻質性強等。通常，煤層氣儲集層的孔隙度大小與煤的變質程度相關，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，這是它們與常規天然氣的重要區別之一。

4 圈閉條件

常規天然氣需要有效的圈閉來富集形成氣藏。頁巖氣在烴源層內部生成，具有低孔低滲的特點，原地或就近聚集，因此，不需要常規意義上的圈閉，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，依靠的是儲層中細小孔隙的毛細管作用力封閉的，因此也不需要常規意義上的圈閉；煤層氣主要以吸附態存在于煤層內部，不需要圈閉條件。

5 運移條件

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

6 保存條件

頁巖氣對保存條件沒有特殊要求，即使發生了較大的地質構造運動，仍然可以具有頁巖氣的勘探開發前景。深盆氣則不同，深盆氣藏依靠的是致密儲層的毛細管力封閉作用，一旦儲層的物性變好，產生的毛細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定的構造環境以維持氣水界面的動平衡狀態。煤層頂底板的巖性對煤層甲烷的含量有一定影響，通常情況下，泥巖為頂底板時煤層甲烷含量高，粉砂巖次之，砂巖最次。構造條件和水文地質條件也能影響煤層氣的保存。構造沉降促進煤層氣的生成和吸附保存，構造抬升導致氣體散逸損失；張性、張扭性等開放性斷層是煤層氣運移的主要通道，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 結束語

經過對煤層氣、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為主，孔隙度變化較大，滲透率低，頁巖氣以吸附態和游離態為主，深盆氣和頁巖氣儲層都具有低孔低滲、非勻質性強等特點；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意義上的圈閉；三類氣藏都沒有發生運移或者運移距離極短；煤層氣的保存需要良好的頂底板條件，構造條件和水文地質條件也能影響煤層氣的富集，深盆氣要求相對穩定的構造環境以維持氣水界面的動平衡狀態，頁巖氣不需要特殊的保存條件。

參考文獻

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作者簡介：孫雄進（1990-），男，湖北應城人，碩士研究生，就讀于長江大學地球科學學院，現主要從事石油地質方面的研究。