李 軍，趙靖舟凡元芳曹 青王 倩胡維強(qiáng)

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院; 2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陜西西安710065)

勘探表明，鄂爾多斯盆地是中國(guó)致密砂巖氣資源最豐富的盆地之一?，F(xiàn)已在盆地上古生界發(fā)現(xiàn)并探明了蘇里格、榆林、烏審旗、子洲和大牛地5 個(gè)儲(chǔ)量均超過(guò)1 000 ×108m3的致密砂巖大氣田(圖1)。其中蘇里格氣田探明和基本探明儲(chǔ)量截止2012年底已達(dá)到3.49 ×1012m3。然而，有關(guān)鄂爾多斯盆地天然氣成

1 初次運(yùn)移和二次運(yùn)移

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及氣田分布圖Fig.1 Structural units and gas filed locations in Ordos Basin

藏模式和運(yùn)移特征等問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，還存在爭(zhēng)議。其中對(duì)天然氣成藏模式的認(rèn)識(shí)，在經(jīng)歷了巖性氣藏理論［1-3］、深盆氣(盆地中心氣)理論［4-6］和連續(xù)型油氣聚集理論［7-8］之后，趙靖舟等近年來(lái)提出了準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集理論［9-11］，并引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和逐漸認(rèn)可。而對(duì)于上古生界天然氣運(yùn)移的認(rèn)識(shí)，目前仍然存在以下3 種觀點(diǎn):1)長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移論。持這種觀點(diǎn)的研究者主要為深盆氣論者，因?yàn)榘凑盏湫偷纳钆铓庑纬蓹C(jī)理，天然氣自生烴中心進(jìn)入儲(chǔ)層后，要通過(guò)持續(xù)長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移才能將儲(chǔ)層孔隙中的水以“活塞式”排驅(qū)至構(gòu)造上傾部位，形成氣水倒置面貌［5-6］;2)早期長(zhǎng)距離運(yùn)移，晚期近距離運(yùn)移聚集。持這種觀點(diǎn)的研究者主要以上古生界儲(chǔ)層致密化的時(shí)間為界，認(rèn)為儲(chǔ)層致密前天然氣存在大規(guī)模側(cè)向運(yùn)移，儲(chǔ)層致密后則主要為就近運(yùn)移成藏［12］;3)近距離運(yùn)移論。這是目前最為流行的一種觀點(diǎn)，許多研究者曾從天然氣地球化學(xué)特征［13-15］、運(yùn)移動(dòng)力［16］等多方面對(duì)此觀點(diǎn)進(jìn)行了論證分析。為了搞清鄂爾多斯盆地上古生界天然氣運(yùn)移規(guī)律，本文擬通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界主要產(chǎn)氣層段天然氣的組分和碳同位素組成研究，結(jié)合運(yùn)移動(dòng)力、輸導(dǎo)條件的分析，就該盆地上古生界致密砂巖大氣田天然氣的運(yùn)移特征加以探討。

1.1 天然氣運(yùn)移地球化學(xué)特征

天然氣的組分和碳同位素組成既與源巖母質(zhì)類(lèi)型有關(guān)，同時(shí)有機(jī)質(zhì)的熱演化程度以及天然氣運(yùn)聚成藏方式也對(duì)其有重要影響。在源巖母質(zhì)類(lèi)型相同的情況下，隨著烴源巖成熟度的增加，天然氣的甲烷含量、甲烷與乙烷含量比值(C1/C2)、干燥系數(shù)、碳同位素δ13C1和δ13C1-δ13C2值均增大［17-19］。而隨著運(yùn)移距離的增加，甲烷含量、甲烷與乙烷含量比值(C1/C2)升高，δ13C1卻變輕，δ13C1-δ13C2值減?。?0-24］。

圖2 為鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖大氣田各主力產(chǎn)氣層段的甲烷含量、干燥系數(shù)、δ13C1和δ13C1-δ13C2值與上古生界烴源巖Ro(鏡質(zhì)體反射率)相關(guān)圖。從圖中可以看出，盒8 段、山1 段、山2 段和太原組天然氣甲烷含量、干燥系數(shù)、δ13C1和δ13C1-δ13C2值與上古生界烴源巖Ro均呈較好的正相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)在隨著上古生界烴源巖成熟度(Ro)的增加，天然氣甲烷含量和干燥系數(shù)變高、δ13C1變重、δ13C1-δ13C2值增大。其中，山1 段、山2 段和太原組天然氣甲烷含量、干燥系數(shù)、δ13C1和δ13C1-δ13C2值與上古生界烴源巖Ro的正相關(guān)關(guān)系最好，尤其是δ13C1和δ13C1-δ13C2值。盒8 段天然氣甲烷含量和干燥系數(shù)與上古生界烴源巖Ro相關(guān)性相對(duì)較差，但δ13C1和δ13C1-δ13C2值與上古生界烴源巖Ro仍具有較好的相關(guān)性，可能主要是由于山1 段、山2 段和太原組緊鄰上古生界烴源巖，盒8 段垂向上距離上古生界烴源巖相對(duì)較遠(yuǎn)，天然氣運(yùn)移成藏過(guò)程對(duì)甲烷含量、干燥系數(shù)產(chǎn)生了一定的影響所致。此外，前人研究成果也顯示鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成熟度與下伏源巖成熟度具有較好的一致性，差值均小于0.4%［25］。由此可知，鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖大氣田各主力產(chǎn)氣層段平面上甲烷含量、干燥系數(shù)、δ13C1和δ13C1-δ13C2值主要受其主力烴源巖熱演化程度的控制，并非天然氣側(cè)向運(yùn)移引起的運(yùn)移分餾效應(yīng)導(dǎo)致，反映天然氣未經(jīng)長(zhǎng)距離或較大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移，天然氣主要應(yīng)為近距離運(yùn)聚成藏。

Prinzhofer 和Huc(1995)研究表明，天然氣ln(C1/C2)和δ13C1-δ13C2值的分布規(guī)律可以綜合反映天然氣所經(jīng)歷的熱演化和次生改造過(guò)程(主要是運(yùn)移成藏過(guò)程)［20］(圖3)。天然氣未經(jīng)次生改造過(guò)程或次生改造過(guò)程較弱時(shí)，組分和碳同位素組成的差異主要受烴源巖成熟度控制，ln(C1/C2)和δ13C1-δ13C2值均隨著烴源巖成熟度的增加而升高，即ln(C1/C2)與δ13C1-δ13C2呈良好的正相關(guān)關(guān)系，如瓊東南盆地崖城氣田［26］和塔里木盆地依南2 氣田［27］。天然氣遭受散失作用，包括散失再運(yùn)移成藏過(guò)程，特別是遭受強(qiáng)烈擴(kuò)散散失作用時(shí)，ln(C1/C2)和δ13C1-δ13C2值的分布會(huì)偏離正常成熟度演化趨勢(shì)，表現(xiàn)為ln(C1/C2)值降低，δ13C1-δ13C2值則相對(duì)升高，如四川盆地臥龍河氣田［28］。生物降解作用成因甲烷的混合作用會(huì)導(dǎo)致ln(C1/C2)值升高，δ13C1-δ13C2值則相對(duì)降低。

圖2 鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖成熟度與天然氣甲烷含量(a)、干燥系數(shù)(b)、甲烷碳同位素(c)和甲烷、乙烷碳同位素差值(d)相關(guān)圖Fig.2 Correlation diagram between maturity of source rocks(Ro)and CH4content(a)，C1/C1-5(b)，δ13C1(c)and δ13C1-δ13C2(d)of gases from the Upper Paleozoic in Ordos Basin

圖3 中國(guó)主要含油氣盆地天然氣ln(C1/C2)與δ13C1-δ13C2相關(guān)圖Fig.3 Plot of ln(C1/C2)vs.δ13C1-δ13C2 for gases from the main petroliferous basins in China

鄂爾多斯盆地上古生界致密大氣田盒8 段、山1段、山2 段和太原組天然氣ln(C1/C2)值變化范圍較小，在2.5～5.5，而δ13C1-δ13C2值變化較大，在-3‰～-15‰，總體上各主力產(chǎn)氣層段天然氣ln(C1/C2)值隨著δ13C1-δ13C2值的增加而增加，呈較好的正相關(guān)關(guān)系(圖3)，分布趨勢(shì)與Prinzhofer 和Huc(1995)［20］確定的未遭受較強(qiáng)次生改造作用天然氣一致，表明平面上天然氣組分和碳同位素組成的差異主要由上古生界烴源巖成熟度差異所致。這進(jìn)一步說(shuō)明鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖大氣田的天然氣未經(jīng)長(zhǎng)距離或較大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移，具有近距離運(yùn)聚成藏的特征。

1.2 長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移輸導(dǎo)條件與動(dòng)力

鄂爾多斯盆地構(gòu)造穩(wěn)定，區(qū)內(nèi)斷裂、不整合面等相對(duì)高效的運(yùn)移輸導(dǎo)體系不發(fā)育，石炭系-二疊系運(yùn)載層又以海陸過(guò)渡相沉積及河流-三角洲沉積為主，橫向上巖性物性變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，連通性差［29］。因此，鄂爾多斯盆地上古生界實(shí)際上并不具備天然氣大規(guī)模長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移的輸導(dǎo)條件。

另一方面，鄂爾多斯盆地上古生界致密氣也不具備長(zhǎng)距離側(cè)向二次運(yùn)移的動(dòng)力條件。眾所周知，油氣二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ歉×?。但鄂爾多斯盆地上古生界天然氣自早白堊世成藏以?lái)地層極其平緩，且天然氣主成藏期儲(chǔ)層已經(jīng)致密化［15，30-33］，其中僅存極其少量的地層水，因而不可能形成強(qiáng)大的浮力?，F(xiàn)今上古生界氣藏普遍缺乏邊底水即是浮力作用受限的一個(gè)重要證據(jù)。另外，據(jù)計(jì)算，由于鄂爾多斯盆地上古生界氣藏氣層連續(xù)厚度一般小于10 m，地層傾角小于1°，因此氣層厚度基本上代表了氣柱高度，產(chǎn)生的浮力一般小于0.1 MPa，而上古生界這套低滲儲(chǔ)集層一般在孔隙度為10%、滲透率為0.5 ×10-3μm2時(shí)排驅(qū)壓力就達(dá)到了0.5 MPa，氣柱產(chǎn)生的浮力難以突破排驅(qū)壓力［31-32，34-35］。

綜合分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣主要為初次運(yùn)移直接成藏或經(jīng)短距離二次運(yùn)移而成藏，初次運(yùn)移、垂向排驅(qū)、大面積充注是其運(yùn)移成藏的主要方式。

2 天然氣運(yùn)移動(dòng)力和方式

由前述分析可知，鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣主要為初次運(yùn)移直接成藏。研究表明，其運(yùn)移的動(dòng)力主要有兩個(gè)來(lái)源:一是烴源巖內(nèi)因生烴而產(chǎn)生的超壓，二是存在于源巖與儲(chǔ)層間的烴濃度梯度。由超壓引起的天然氣運(yùn)移主要表現(xiàn)為幕式涌流運(yùn)移，而由烴濃度梯度造成的天然氣運(yùn)移即為擴(kuò)散運(yùn)移。

2.1 異常壓力與幕式涌流運(yùn)移

烴源巖生烴作用形成的異常壓力在致密砂巖氣運(yùn)移成藏中的作用早在20 世紀(jì)80年代就已經(jīng)被人們廣泛認(rèn)識(shí)［36-37］。

鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖存在古超壓的現(xiàn)象已為不少研究者所揭示。如楊華等(2004)根據(jù)盆地模擬研究認(rèn)為，山西組和太原組烴源巖在早白堊世末進(jìn)入生排氣高峰期，壓力系數(shù)高達(dá)1. 6～1.7［38］;李劍等(2005)采用流體包裹體pVT 模擬方法研究認(rèn)為，盆地中東部地區(qū)山2 段在早白堊世末的古壓力為34～46 MPa，壓力系數(shù)為1.05～1.40，普遍大于1.20［39］。趙靖舟等(2012)通過(guò)泥巖壓實(shí)研究、包裹體古壓力恢復(fù)以及盆地模擬分析也表明，鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖層段天然氣主充注成藏期普遍都存在古超壓，過(guò)剩壓力幅度一般為5～30 MPa［9］。

由于超壓在鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖生烴高峰期時(shí)普遍存在，因而成為天然氣自烴源巖向儲(chǔ)集層運(yùn)移的主要?jiǎng)恿χ弧Ｔ诔瑝旱尿?qū)動(dòng)下，天然氣主要以涌流的方式進(jìn)行運(yùn)移。涌流式運(yùn)移表現(xiàn)為流體沿裂縫的爆發(fā)式快速向外流動(dòng)，是因生烴作用等形成的異常增壓積聚到足夠強(qiáng)大時(shí)，造成巖石破裂，其中的流體在強(qiáng)大的異常壓力推動(dòng)下向外快速涌流。流體自源巖釋放后，其中的壓力降低，裂縫閉合，源巖內(nèi)的壓力因生烴持續(xù)而重新積聚，直到新的破裂形成和涌流發(fā)生。因此，這種運(yùn)移模式具有幕式、快速的特點(diǎn)。

在這種快速、幕式涌流運(yùn)移的過(guò)程中，一方面，天然氣不僅單組分以分子集群式運(yùn)移，而且天然氣整體也以多組分集群式運(yùn)移，再加上運(yùn)移速度較快，從而造成天然氣組分和碳同位素很難發(fā)生顯著的運(yùn)移分餾作用，這在上古生界生烴體系內(nèi)的太原組和山西組表現(xiàn)尤為典型。圖4 為鄂爾多斯盆地東部的榆林-子洲氣田天然氣組分與深度的關(guān)系圖。這兩個(gè)氣田的主力氣層為太原組、山2 段以及下盒8 段，山1 段以及盒6-盒7 段含氣性較差。其中太原組、山2 段屬于生烴體系內(nèi)的下部成藏組合，氣源巖為本溪組、太原組和山2段;山1 段、盒8 段、盒6-盒7 段則屬于生烴體系外近源的中部成藏組合?？梢钥闯?，這兩個(gè)氣田的天然氣CH4含量、C2+(乙烷及以上烷烴)含量、iC4/nC4以及干燥系數(shù)C1/C1-5在垂向上均無(wú)明顯的變化規(guī)律，而表現(xiàn)出混雜分布的面貌，說(shuō)明運(yùn)移分餾作用不明顯。這種組分的雜亂混合，可能正是天然氣近距離、快速涌流式運(yùn)移的反映。另外，由圖4 還可以得知，不管哪個(gè)含氣層段，即使是同一層位，其天然氣組分亦無(wú)明顯變化規(guī)律，進(jìn)一步說(shuō)明鄂爾多斯盆地上古生界天然氣不存在顯著的側(cè)向運(yùn)移。

同時(shí)，考慮到鄂爾多斯盆地上古生界天然氣組分和碳同位素的平面上差異受上古生界烴源巖成熟度的控制作用很強(qiáng)(圖2)，為了盡可能的降低上古生界烴源巖成熟度對(duì)縱向上各產(chǎn)氣層段天然氣組分和碳同位素變化規(guī)律的影響，本文在對(duì)天然氣組分和碳同位素縱向變化規(guī)律(圖4，圖5)的分析時(shí)，盡量選取成熟度差異較小的樣品。西部蘇里格氣田所選樣品對(duì)應(yīng)的石炭系-二疊系烴源Ro主要在1.6%～2.0%，東部榆林氣田、子洲氣田分析樣品對(duì)應(yīng)的石炭系-二疊系烴源巖除了少量樣品成熟度較高，Ro在1.4%～1.8%以外，其余地區(qū)Ro為1.2%～1.4%。

2.2 擴(kuò)散作用與擴(kuò)散流動(dòng)移

理論上講，鄂爾多斯盆地上古生界天然氣具備較好的擴(kuò)散運(yùn)移條件。首先，該盆地上古生界儲(chǔ)層與烴源巖大面積接觸。其次上古生界地層非常平緩，地層傾角小于1°，且區(qū)內(nèi)斷裂、不整合面等相對(duì)高效油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系不發(fā)育;加之儲(chǔ)層在天然氣主充注成藏期已經(jīng)致密化，縱向上和橫向上巖性物性變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，連通性差，以浮力驅(qū)動(dòng)的天然氣多分子集群式運(yùn)移受限。在此背景下，上古生界大面積接觸的儲(chǔ)層與烴源巖之間由于烴濃度的差異必然產(chǎn)生天然氣分子自烴源巖向儲(chǔ)層的擴(kuò)散作用，特別是在烴源巖開(kāi)始大量生烴到生排烴高峰期，由于烴源巖與儲(chǔ)層砂巖之間烴濃度差異大，擴(kuò)散速率較高，擴(kuò)散量也應(yīng)較大。

圖4 鄂爾多斯盆地榆林-子洲氣田上古生界致密砂巖氣層天然氣組分垂向分布Fig.4 Vertical distribution of gas composition of the Upper Paleozoic tight sandstore gas reservoir in Yulin-Zizhou gas field，Ordos Basin

圖5 鄂爾多斯盆地蘇里格氣田上古生界致密砂巖氣層天然氣組分垂向分布圖Fig.5 Vertical distribution of gas composition of the Upper Paleozoic tight sandstore gas reservoir in Sulige gas field，Ordos Basin

那么，鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣是否發(fā)生過(guò)顯著的擴(kuò)散運(yùn)移呢?為了搞清這一問(wèn)題，首先需要了解擴(kuò)散作用對(duì)天然氣組分的影響。研究表明，擴(kuò)散作用作為天然氣的一種單分子運(yùn)移方式，一旦達(dá)到一定規(guī)模通常都會(huì)產(chǎn)生可識(shí)別的組分和同位素分餾效應(yīng)［17，20-22，40-42］。其中，天然氣組分的分餾主要體現(xiàn)在甲烷含量和干燥系數(shù)隨著運(yùn)移距離的增加而增大。就天然氣同位素的分餾而言，擴(kuò)散作用對(duì)甲烷碳同位素的影響主要體現(xiàn)在甲烷碳同位素的明顯變輕，而乙烷和其它重?zé)N的碳同位素變化相對(duì)較?。?0-22］。在一些充分經(jīng)歷擴(kuò)散分餾作用的氣藏，δ13C1的變輕程度甚至可以達(dá)到生物氣或細(xì)菌氣的特征，為此Prinzhofer 和Pernaton(1997)［21］專(zhuān)門(mén)撰文論述了兩者的鑒別方法。

圖5 為蘇里格氣田天然氣組分隨深度的變化情況。首先需要說(shuō)明，該氣田位于鄂爾多斯盆地北部的西部，產(chǎn)氣層位主要為生烴體系外的盒8 段和山1 段，而位于生烴體系內(nèi)的山2、太原組在本區(qū)含氣性較差。由圖5 可以看出，蘇里格氣田天然氣組分在縱向上具有較明顯的的變化規(guī)律。表現(xiàn)在由深部到淺部，甲烷含量升高、干燥系數(shù)增大、重?zé)N含量降低。前述分析表明，鄂爾多斯盆地內(nèi)部十分穩(wěn)定的構(gòu)造背景和極好的保存條件決定了盆地內(nèi)部天然氣不可能發(fā)生廣泛的次生改造。那么，上述天然氣組分自山1 段到盒8 段的明顯變化，就只能解釋為運(yùn)移分餾效應(yīng)。如前所述，浮力對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界天然氣運(yùn)移所起的作用十分有限，因而由此產(chǎn)生的體積流(達(dá)西流)不是盆地內(nèi)天然氣運(yùn)移的主要方式;異常壓力產(chǎn)生的幕式涌流(非達(dá)西流)又速度太快以致無(wú)法產(chǎn)生明顯的運(yùn)移分餾效應(yīng)。因此，造成蘇里格氣田天然氣組分垂向上發(fā)生有規(guī)律變化的最可能原因就是擴(kuò)散作用。在擴(kuò)散作用下，分子最小最輕的甲烷優(yōu)先向上運(yùn)移，造成甲烷含量向上增加，重?zé)N含量相對(duì)升高，干燥系數(shù)變大。

鄂爾多斯盆地上古生界天然氣碳同位素縱向上變化特征同樣反映了擴(kuò)散運(yùn)移的存在(圖6)。從圖6 中可以看出，位于盆地東部的榆林-子洲氣田盡管其天然氣組分在垂向上并無(wú)明顯的變化規(guī)律，但其生烴體系外的山1 段、盒8 段和盒6-盒7 段的天然氣甲烷和乙烷碳同位素均向上呈變輕趨勢(shì)。前已述及，天然氣碳同位素特征主要受成氣母質(zhì)類(lèi)型、成熟度和運(yùn)移成藏過(guò)程的影響。而根據(jù)Katz(2002)研究成果［43］，鄂爾多斯盆地東部榆林-子洲氣田山1 段、盒8 段和盒6-盒7 段天然氣在1/Cn-δ13C 圖版上的線性分布樣式則表明其既不存在較大的成氣母質(zhì)差異，也不存在較大的成熟度差異，相反主要為同一成氣母質(zhì)在同一成熟階段生成的同生天然氣(圖7a)。因此，縱向上天然氣甲烷和乙烷的碳同位素的規(guī)律變化主要為運(yùn)移分餾所致，同時(shí)鄂爾多斯盆地東部榆林-子洲氣田與西部蘇里格氣田一樣亦不存在浮力作用的條件，所以榆林-子洲氣田山1 段、盒8 段和盒6-盒7 段天然氣縱向上甲烷和乙烷的碳同位素的規(guī)律變化主要為擴(kuò)散運(yùn)移分餾所致。

圖6 鄂爾多斯盆地榆林-子洲氣田與蘇里格氣田甲烷(a)、乙烷(b)碳同位素對(duì)比Fig.6 Comparison of δ13C1(a)and δ13C2(b)between Yulin-Zizhou gas field and Sulige gas filed，Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地榆林-子洲氣田(a)和蘇里格氣田(b)天然氣1/Cn-δ13C 圖版Fig.7 Plate of 1/Cn-δ13C for gases from Yulin-Zizhou gas filed(a)and Sulige gas filed(b)，Ordos Basin

與東部的榆林-子洲氣田不同，西部的蘇里格氣田天然氣乙烷碳同位素雖然向上也呈變輕趨勢(shì)，但甲烷碳同位素除了少數(shù)幾個(gè)樣品外，卻總體呈向上變重的趨勢(shì)(圖6)，這似乎與前述一些研究者得出的擴(kuò)散造成的天然氣甲烷碳同位素分餾效應(yīng)正好相反。進(jìn)一步的研究表明，蘇里格氣田天然氣甲烷碳同位素總體呈向上變重的趨勢(shì)也是天然氣長(zhǎng)期擴(kuò)散運(yùn)移的結(jié)果。同樣是在1/Cn-δ13C 圖版上，與榆林-子洲氣田的線性分布樣式不同，蘇里格氣田山1 段、盒8 段天然氣丙烷碳同位素均出現(xiàn)明顯的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，表現(xiàn)為在C2—C4段呈下凹分布樣式(圖7b)。據(jù)Katz(2002)研究［43］，1/Cn-δ13C 圖版上C2—C4段呈下凹分布主要由生物降解作用或早期較低成熟度天然氣與后期大量高成熟度天然氣的混合作用造成。顯然，鄂爾多斯盆地上古生界并不存在生物降解作用的條件。而擴(kuò)散作用只要有烴濃度差異就會(huì)發(fā)生，而且濃度差異越大擴(kuò)散作用越強(qiáng)烈，因此對(duì)于天然氣的擴(kuò)散運(yùn)移來(lái)講，實(shí)際上是一個(gè)漫長(zhǎng)而且逐漸加強(qiáng)的過(guò)程。蘇里格氣田所在的鄂爾多斯盆地西部，石炭系-二疊系烴源巖成熟度除了西北部較低外，其他地區(qū)Ro普遍大于1.6%，局部地區(qū)Ro甚至在2.0%以上。而且隨著成熟度的不斷增高，生氣量變大，烴源巖與山1 段、盒8 段儲(chǔ)層之間的烴濃度差也逐漸增大，因此后期必然有大量高成熟度天然氣充注進(jìn)入儲(chǔ)層與早期低成熟度天然氣混合。除此之外，甚至在生烴期外的盆地抬升期還可能會(huì)有大量吸附在煤系烴源巖中的高成熟度天然氣解吸之后擴(kuò)散進(jìn)入儲(chǔ)層中。但同時(shí)天然氣碳同位素又是隨著成熟度的增加而變重的。因此，本文認(rèn)為蘇里格氣田天然氣甲烷碳同位素總體呈向上變重的趨勢(shì)正是天然氣長(zhǎng)期擴(kuò)散運(yùn)移的佐證。

可見(jiàn)，無(wú)論是蘇里格氣田山1 段和盒8 段，還是榆林-子洲氣田的山1 段、盒8 段以及盒6-盒7 段均存在明顯的天然氣擴(kuò)散運(yùn)移現(xiàn)象。事實(shí)上，對(duì)于生烴體系外的致密砂巖氣藏來(lái)說(shuō)，天然氣的擴(kuò)散運(yùn)移成藏可能是一種普遍存在的重要運(yùn)移方式。但不同類(lèi)型的天然氣碳同位素分餾效應(yīng)存在差異。對(duì)于同生天然氣而言，由于氣源碳同位素差異很小，隨著運(yùn)移距離的增加，天然氣甲烷、乙烷碳同位素均呈變輕的趨勢(shì)，這與前人研究的成果是一致的，如榆林-子洲氣田。而對(duì)于具有較高成熟度且持續(xù)或連續(xù)供烴氣源的致密砂巖氣而言，由于后期高成熟度、具有較重甲烷碳同位素的天然氣具有重要貢獻(xiàn)，甲烷的運(yùn)移分餾效應(yīng)可能主要表現(xiàn)為變重的趨勢(shì)，乙烷碳同位素由于受烴源巖成熟度影響較小，可能仍然表現(xiàn)為變輕的趨勢(shì)，如蘇里格氣田。

2.3 擴(kuò)散運(yùn)移貢獻(xiàn)估算

那么，擴(kuò)散作用對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣藏形成的貢獻(xiàn)究竟有多大呢?目前普遍的看法是，擴(kuò)散運(yùn)移在油氣初次運(yùn)移和排烴中僅居于次要地位。但也有研究認(rèn)為，對(duì)于天然氣而言，擴(kuò)散作用是初次運(yùn)移的一種有效方式，其所造成天然氣自源巖向外的排出速度足以形成商業(yè)性的氣田。如Leythaeuser等(1982)對(duì)西加拿大盆地中生界高成熟傾氣型烴源巖的研究表明，擴(kuò)散作用在0.54 Ma 的時(shí)間內(nèi)造成1 000 km2，200 m 厚的烴源巖排出了15 ×108m3的甲烷，即擴(kuò)散的速度為1.389 × 104m3(m·km2·Ma)［40］。照此速度，粗略的計(jì)算可知，蘇里格氣田也可通過(guò)擴(kuò)散作用而形成。如前所述，蘇里格氣田目前探明和基本探明的地質(zhì)儲(chǔ)量為3.5 ×1012m3，含氣面積4 ×104km2，儲(chǔ)量豐度0.87 ×108m3/km2。根據(jù)烴源巖和生烴史研究，該氣田區(qū)上古生界烴源巖也為Ⅲ型干酪根，生烴高峰期自晚侏羅世持續(xù)到早白堊世(160～100 Ma)。烴源巖中煤巖厚度在8 m 左右，暗色泥巖厚度40 m 左右，如果將煤巖生烴能力按照10 倍暗色泥巖保守估計(jì)，折合成泥巖的烴源巖總厚度在120 m 左右。按此計(jì)算，在4 ×104km2的面積內(nèi)，通過(guò)擴(kuò)散作用可在60 Ma(烴源巖排烴高峰期持續(xù)時(shí)間)中排出約4 ×1012m3的天然氣，這與蘇里格氣田目前發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量比較接近。考慮到天然氣進(jìn)入儲(chǔ)層聚集后，一方面會(huì)通過(guò)蓋層發(fā)生擴(kuò)散損失，另一方面又有通過(guò)烴源巖在生烴高峰期后繼續(xù)發(fā)生緩慢擴(kuò)散而帶來(lái)新的天然氣的補(bǔ)充，那么上述計(jì)算結(jié)果反映擴(kuò)散作用同樣可以形成大氣田。

以上分析表明，盡管由生烴作用產(chǎn)生的異常高壓及其產(chǎn)生的快速涌流是鄂爾多斯盆地上古生界天然氣運(yùn)移和成藏的主要?jiǎng)恿瓦\(yùn)移方式，但擴(kuò)散作用及其產(chǎn)生的擴(kuò)散流對(duì)上古生界準(zhǔn)連續(xù)型大氣田的形成也很重要，尤其是對(duì)以生烴體系外的致密砂巖為主力產(chǎn)層的大氣田的形成就更為重要。

3 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地上古生界準(zhǔn)連續(xù)型氣藏既不存在長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移產(chǎn)生的地球化學(xué)分餾效應(yīng)，也不存在長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移的動(dòng)力和通道條件，主要為初次運(yùn)移直接成藏或經(jīng)短距離二次運(yùn)移成藏。

2)鄂爾多斯盆地上古生界準(zhǔn)連續(xù)型氣藏就近運(yùn)移成藏的動(dòng)力主要為氣源層在生氣高峰期形成的異常高壓和廣泛存在的烴濃度差異所引起的擴(kuò)散作用力，浮力作用弱或無(wú)。

3)鄂爾多斯盆地上古生界準(zhǔn)連續(xù)型氣藏天然氣在位于生烴體系內(nèi)的太原組、山2 段主要為異常高壓驅(qū)動(dòng)下的幕式涌流運(yùn)移，從而導(dǎo)致了榆林-子洲氣田天然氣組分和碳同位素縱向上的雜亂分布;生烴體系外的山1 段、盒8 段及以上層段擴(kuò)散作用引起的擴(kuò)散流運(yùn)移對(duì)于天然氣的成藏具有重要貢獻(xiàn)，蘇里格氣田以及榆林-子洲氣田山1 段及以上層段天然氣組分和碳同位素縱向上的規(guī)律變化就是其直接反映。

致謝：本文依托的研究工作得到國(guó)家大型油氣田與煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(課題編號(hào)2011ZX05007-004)的資助，以及中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司的大力支持，在此表示衷心感謝。

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