我國天然氣地質(zhì)基本特征及形成機(jī)理

我國天然氣地質(zhì)基本特征及形成機(jī)理

現(xiàn)在，中國油氣工業(yè)的主要發(fā)展之一是天然氣上游工業(yè)的快速發(fā)展，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是天然氣儲(chǔ)量的快速增長，二是天然氣田的不斷發(fā)現(xiàn)。從而促進(jìn)了“西氣東輸”等天然氣重大工程項(xiàng)目的實(shí)施,帶動(dòng)了我國天然氣整體工業(yè)的發(fā)展。天然氣勘探程度和采收量統(tǒng)計(jì)特天然氣探明儲(chǔ)量不僅代表著一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國家天然氣已發(fā)現(xiàn)資源的豐富程度,同時(shí)也能反映天然氣的勘探程度和發(fā)展趨勢。截止到2001年底,我國累計(jì)探明儲(chǔ)量30023.88×108m3(不包括溶解氣),可采儲(chǔ)量19904.08×108m3。縱觀我國天然氣探明儲(chǔ)量的發(fā)展歷史及其分布特征,具有以下特點(diǎn):1.天然氣采收量情況概括而言,我國天然氣儲(chǔ)量增長大致可分為兩大階段,1990年以前為儲(chǔ)量緩慢增長階段,之后為儲(chǔ)量快速增長階段(圖1)。即使在儲(chǔ)量快速增長階段,天然氣儲(chǔ)量增長速度也是逐漸增大的,例如,1991~1995年五年期間新增天然氣可采儲(chǔ)量4444×108m3,平均年遞增889×108m3;1996~2000年五年期間新增可采儲(chǔ)量7898×108m3,平均年遞增1579×108m3;2001年天然氣新增可采儲(chǔ)量達(dá)到3500×108m3。勘探實(shí)踐表明,天然氣儲(chǔ)量的快速增長有賴于大氣田的發(fā)現(xiàn),1990年探明了我國第一個(gè)探明儲(chǔ)量接近1000×108m3的大氣田——崖13-1氣田,之后陸續(xù)探明了鄂爾多斯盆地靖邊氣田、蘇里格氣田、塔里木盆地克拉2氣田、鶯—瓊盆地東方1-1氣田等多個(gè)探明儲(chǔ)量大于1000×108m3的大氣田,使我國天然氣探明儲(chǔ)量迅速增長。2.天然氣儲(chǔ)采比相對較高至2001年,我國剩余天然氣可采儲(chǔ)量為16769×108m3,儲(chǔ)采比達(dá)到56。據(jù)法國國際天然氣信息中心資料,1999年55個(gè)國家統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)采比主要集中在10~30區(qū)間;美國相當(dāng)一段時(shí)間天然氣儲(chǔ)采比保持在10左右;即使一些資源相對過剩的國家儲(chǔ)采比一般也低于40?？梢娢覈烊粴鈨?chǔ)采比相對較高,這一方面說明我國天然氣儲(chǔ)量資源準(zhǔn)備充足,另一方面反映了天然氣下游工業(yè)發(fā)展的滯后。天然氣工業(yè)是一項(xiàng)上下游一體化發(fā)展的系統(tǒng)工程。3.煤成氣探明儲(chǔ)量占比例及其影響煤成氣是主要的天然氣成因類型之一。自從80年代煤成氣研究開始至今已經(jīng)形成了成熟的煤成氣地質(zhì)理論。不僅拓寬了天然氣勘探的領(lǐng)域,而且在天然氣勘探中獲得了明顯成效,確定了煤成氣在天然氣資源中的重要地位。由圖2可見,煤成氣探明儲(chǔ)量所占比例逐年增高,80年代煤成氣在天然氣總探明儲(chǔ)量所占比例僅為百分之十幾,至2001年所占比例達(dá)到了60%以上,成為了天然氣中的主要類型。由此可見,一種正確的地質(zhì)理論的建立可以給勘探工作帶來飛躍性的變化。4.天然氣治理程度較高,天然氣開放率較低盡管天然氣探明儲(chǔ)量增長速度較快,但是我國天然氣資源的探明程度仍然較低,四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達(dá)木、鶯—瓊等主要含氣盆地天然氣探明率均不足10%,即使勘探程度較高的四川盆地天然氣探明率僅為9.5%。全國天然氣探明率僅為6.4%,比世界主要產(chǎn)油氣國家天然氣探明率低得多。特征證明的數(shù)量特征天然氣聚集規(guī)律研究表明,天然氣在地下的分布是極不均一的,是受相同的地質(zhì)條件控制呈聚集區(qū)或聚集帶分布,我國天然氣探明儲(chǔ)量的分布特征也證明了這一規(guī)律。全國天然氣探明儲(chǔ)量的80%以上分布在鄂爾多斯、四川、塔里木、柴達(dá)木和鶯—瓊五大盆地,其中前三個(gè)盆地天然氣探明儲(chǔ)量超過了5000×108m3,在上述五大盆地中,天然氣勘探取得較大進(jìn)展并已形成了一定儲(chǔ)量規(guī)模的地區(qū)主要有:鄂爾多斯盆地上古生界、塔里木盆地庫車地區(qū)、四川盆地川東地區(qū)、柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)和鶯歌海盆地,這五大氣區(qū)基本代表了我國天然氣勘探的基本面貌。1.大石炭—鄂爾多斯盆地上古生界自“八五”末期,鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重點(diǎn)由下古生界轉(zhuǎn)為上古生界,取得了突破性的進(jìn)展,探明了蘇里格、烏審旗、榆林大氣田,探明儲(chǔ)量大于5000×108m3,形成了一個(gè)新的大氣區(qū)。該區(qū)廣布型石炭—二疊系海陸交互相含煤層形成了氣源充足、儲(chǔ)層廣布、蓋層發(fā)育的有利生儲(chǔ)蓋組合;克拉通背景下的區(qū)域性西傾單斜的構(gòu)造格局提供了穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境,形成了大面積分布的層狀巖性天然氣田。2.油氣及其氣藏該區(qū)位于塔里木盆地北部天山山前,屬新生代再生前陸盆地。成排成帶的前陸逆沖帶疊置在侏羅系—三疊系煤系氣源巖之上,斷層作為天然氣向上運(yùn)移的主要通道,區(qū)域分布的第三系厚層膏泥巖形成良好的區(qū)域蓋層。90年代分別在庫車坳陷南斜坡發(fā)現(xiàn)了英買7、牙哈、羊塔克等一批中型凝析氣田,2000年在前陸逆沖帶鹽下發(fā)現(xiàn)了陸上第一個(gè)高豐度整裝大氣田克拉2氣田,該氣田儲(chǔ)量豐度達(dá)59×108m3/km2,主力儲(chǔ)層為下白堊統(tǒng),氣柱高度為448m,單井產(chǎn)能大于200×104m3/d,克拉2大氣田的探明為“西氣東輸”工程實(shí)施奠定了資源基礎(chǔ)。近年來,又在東秋里塔克構(gòu)造帶獲得重大進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)了迪那1、2中型氣田,東秋8井見到良好顯示,預(yù)示著該區(qū)天然氣勘探具有廣闊的前景。3.天然氣、灘氣藏四川盆地是我國最老的氣區(qū),天然氣探明儲(chǔ)量主要分布于川東地區(qū),占全盆地的50%以上?！鞍宋濉逼陂g,川東高陡構(gòu)造石炭系勘探取得重大進(jìn)展,探明了8個(gè)儲(chǔ)量大于100×108m3的大中型氣田。天然氣藏是在開江印支期古隆起控制下經(jīng)喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在高陡背斜中再分配而形成,儲(chǔ)層為上石炭統(tǒng)藻砂屑白云巖、角礫狀白云巖夾生物灰?guī)r,氣源來自志留系黑色泥巖。1995年在渡口河構(gòu)造三疊系飛仙關(guān)組鮞灘儲(chǔ)層獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流,打開了川東天然氣勘探的新領(lǐng)域,并且相繼發(fā)現(xiàn)了渡口河、鐵山坡、羅家寨、金珠坪等鮞灘氣藏。目前,飛仙關(guān)組已成為川東地區(qū)天然氣勘探的重要領(lǐng)域。4.碳質(zhì)泥巖儲(chǔ)集區(qū)三湖地區(qū)位于柴達(dá)木盆地的中南部,發(fā)育有巨厚的咸水湖相夾沼澤相的第四系,最大厚度大于3200m。暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖與砂巖、粉砂巖交互,組成了很好的生儲(chǔ)蓋組合。該區(qū)寒冷的氣候條件、高鹽度的水體環(huán)境以及廣泛分布的富含有機(jī)質(zhì)的未成熟烴源巖使其具有生物氣形成的得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件。目前已經(jīng)探明了3個(gè)儲(chǔ)量大于400×108m3的氣田:臺南、澀北一號、澀北二號氣田,天然氣探明儲(chǔ)量占全盆地的91%。5.主、湖沼相腐殖型鶯—瓊盆地為一新生代大陸邊緣伸展盆地,下第三系屬斷陷性質(zhì)、上第三系屬坳陷性質(zhì),具明顯的雙層結(jié)構(gòu)。有利烴源巖和有利儲(chǔ)氣層均分布在上第三系,源巖有機(jī)質(zhì)類型為海相、湖沼相腐殖—偏腐殖型。1990年在瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)崖13-1大氣田,成為我國第一個(gè)探明儲(chǔ)量約1000×108m3的大氣田,之后在鶯歌海盆地相繼發(fā)現(xiàn)了東方1-1、樂東22-1、樂東15-1等超壓大中型氣田。這些超壓氣田是由于深部熱流體活動(dòng)、天然氣在泥拱背斜帶聚集而形成的。鶯歌海盆地雄厚的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)和成群成帶的泥拱背斜帶預(yù)示著該區(qū)天然氣勘探具有良好的前景。在全球范圍內(nèi)形成的基本地質(zhì)條件盡管上述五大氣區(qū)天然氣形成具有各自不同的地質(zhì)特征,但是它們也有共同之處,這些共同之處也正是大氣區(qū)形成的基本地質(zhì)條件。1.大氣區(qū)的油氣對于含油氣盆地來說,烴源巖普遍存在,但是能形成大氣區(qū)的烴源巖是有局限的。分布面積廣、有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟—高成熟的演化程度三者缺一不可,這是大氣區(qū)形成的根本。勘探實(shí)踐及地質(zhì)研究結(jié)果表明,我國主要有兩大類烴源巖有利于形成大氣區(qū),一類是煤系地層,另一類是海相暗色泥巖。煤系是最有利的氣源巖已經(jīng)成為共識,煤系中高豐度的Ⅲ型有機(jī)質(zhì)在熱演化的整個(gè)過程均有大量天然氣形成,其主要生氣期應(yīng)在Ro為1.0%~2.0%。上述五大氣區(qū)中鄂爾多斯盆地石炭—二疊系、塔里木盆地庫車坳陷侏羅系及鶯—瓊盆地上第三系均為含煤地層,且廣泛分布,遍及整個(gè)盆地或坳陷,為大氣區(qū)的形成提供充足的氣源。我國已發(fā)現(xiàn)的克拉2、蘇里格、靖邊等儲(chǔ)量大于1000×108m3的大氣田的氣源巖均為含煤地層。我國海相暗色泥巖具有有機(jī)質(zhì)豐度高、區(qū)域分布穩(wěn)定、高成熟度的特征,在有利的成藏條件匹配下,有利于形成大氣區(qū),例如,四川盆地川東志留系海相暗色泥巖就形成了川東石炭系大氣區(qū)。2.孔隙型儲(chǔ)集層五大氣區(qū)天然氣儲(chǔ)集層均以孔隙型為特征,其中,鄂爾多斯盆地上古生界、塔里木盆地庫車坳陷、柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)及鶯—瓊盆地的儲(chǔ)層為孔隙砂巖,而四川盆地川東地區(qū)石炭系和三疊系飛仙關(guān)組為孔隙型碳酸鹽巖,其中,石炭系是由于風(fēng)化淋濾作用而孔洞發(fā)育,飛仙關(guān)組是由于鮞灘灰?guī)r白云巖化作用及溶蝕作用而孔隙發(fā)育。由此可見,孔隙型儲(chǔ)集層主要有兩大類,一類是孔隙砂巖,另一類是碳酸鹽巖古風(fēng)化殼或顆粒碳酸鹽巖。儲(chǔ)層的縱橫向分布規(guī)模也是大氣區(qū)形成的重要因素,不僅要分布面積廣,同時(shí)縱向上單層厚度大和多套儲(chǔ)層相互疊置。例如,塔里木盆地庫車坳陷由下向上發(fā)育有侏羅系阿合組和陽霞組、白堊系巴什基奇克組和巴西蓋組、下第三系底砂巖及上第三系吉迪克組等多套有利儲(chǔ)集層,其中下白堊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層分布遍及整個(gè)坳陷,厚度可達(dá)400m以上,克拉2大氣田的主要產(chǎn)層就是下白堊統(tǒng)的巴什基奇克組;鄂爾多斯盆地石炭—二疊系太原組太2、太1、山西組山2、山1、下石盒子組盒8、盒7、盒6、盒5多砂層段相互疊置,遍布盆地中北部,從而使該盆地上古生界含氣面積廣、產(chǎn)氣層位多。3.膏鹽層分布的區(qū)域由于天然氣活動(dòng)性強(qiáng)、易散失,因此,穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境有利于天然氣藏的保存,對大氣區(qū)形成的重要性是顯而易見的,如鄂爾多斯盆地。但是,塔里木盆地庫車坳陷這樣一個(gè)褶皺強(qiáng)烈、斷層發(fā)育的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)的地區(qū),也能形成大規(guī)模的天然氣聚集,其關(guān)鍵因素在于第三系區(qū)域分布的巨厚膏鹽層的發(fā)育。下第三系膏鹽層分布于庫車中西部地區(qū),厚度在100~3000m不等,喜山期強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)形成的斷裂在這套塑性蓋層之下或內(nèi)滑脫,不僅使天然氣得以保存,而且形成了區(qū)域性高壓封存箱。由此可見,在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)要形成較大規(guī)模的天然氣聚集,必須發(fā)育有良好的區(qū)域蓋層。4.型氣田的地區(qū)大規(guī)模的圈閉才能形成大氣田,而大氣田是大氣區(qū)的組成部分,上述五大氣區(qū)正是大中型氣田最發(fā)育的地區(qū),100%的儲(chǔ)量大于1000×108m3的氣田和50%的儲(chǔ)量大于300×108m3的氣田分布在這五大氣區(qū),其原因之一就是不論是庫車、川東的背斜構(gòu)造、鶯歌海盆地的泥拱構(gòu)造,還是鄂爾多斯盆地的巖性圈閉,規(guī)模均較大。不同類型盆地氣田儲(chǔ)量豐度分布特征在我國中西部地區(qū)發(fā)育著眾多的前陸盆地,這些前陸盆地不同于國外典型的前陸盆地,屬于一種特殊類型的盆地,是陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)形成的產(chǎn)物,以陸內(nèi)造山帶向盆地內(nèi)沖斷推覆為特征,具有很好的盆山耦合關(guān)系。沉積充填物主要為中—新生界,沉積特征以陸相河流相、湖沼相、湖相及沖積相為主,這些前陸盆地以含氣盆地為主,具有資源豐富高和氣田儲(chǔ)量豐度高的特點(diǎn),據(jù)全國探明儲(chǔ)量大于100×108m3的大中型氣田統(tǒng)計(jì),對克拉通、裂谷、前陸三大類型盆地氣田的儲(chǔ)量豐度進(jìn)行了對比,結(jié)果表明,克拉通盆地的氣田儲(chǔ)量豐度分布頻率高峰值在(2~8)×108m3/km2區(qū)間,裂谷盆地氣田高峰在(2~16)×108m3/km2,而前陸盆地的氣田儲(chǔ)量豐度分布頻率高峰值在(8~16)×108m3/km2,比前兩者高。前陸盆地具有以下天然氣成藏的有利條件。1.前陸盆地前陸盆地中西部前陸盆地中生界含煤地層發(fā)育,分布廣,厚度大,處于生氣高峰期,生氣強(qiáng)度大,如庫車、準(zhǔn)南、川西等前陸盆地生氣強(qiáng)度可達(dá)(120~150)×108m3/km2,可見前陸盆地具備了形成大氣區(qū)的物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)中國中西部前陸盆地天然氣資源量在10×1012m3以上。2.氣速度快、成藏天然氣藏的形成實(shí)質(zhì)上是天然氣供給與散失的動(dòng)態(tài)平衡過程,因此,供氣速度與天然氣成藏密切相關(guān),供氣速度快則天然氣易于聚集成藏。前陸盆地的快速沉降、快速沉積造成烴源巖的快速熟化,在較短的時(shí)間內(nèi)形成大量的天然氣。庫車、準(zhǔn)南、川西前陸盆地?zé)N源巖在各地質(zhì)時(shí)期的生氣量研究表明,盡管烴源巖生氣階段跨越的地質(zhì)時(shí)代較長,但最大生氣量都集中在某一個(gè)時(shí)期,這一時(shí)期也正是前陸盆地的快速沉降時(shí)期。3.有利于儲(chǔ)集層的形成由于造山帶物源供給充足,前陸盆地普遍發(fā)育河流—三角洲及濱湖相砂體,沉積的多旋回性,使這些砂體縱、橫向相互疊置連片,成為大氣區(qū)形成的有利儲(chǔ)集層。砂體之間的泥質(zhì)巖層及煤系為良好的蓋層,從而形成了多套儲(chǔ)蓋組合。4.前陸盆地在天然氣勘探的有利部位構(gòu)造帶油氣成藏期較早,但以氣藏元