謝英剛，秦　勇，葉建平，潘新志，高麗軍，段長(zhǎng)江

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州　221116； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津　300457； 3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京　100011)

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臨興地區(qū)上古生界煤系致密砂巖氣成藏條件分析

謝英剛1,2，秦勇1，葉建平3，潘新志2，高麗軍2，段長(zhǎng)江2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州221116； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津300457； 3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京100011)

摘要:鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶臨興地區(qū)致密砂巖氣藏與鄰區(qū)氣藏相似，具有低平寬緩的構(gòu)造背景和廣覆式砂泥巖垂向間互分布的特征，但是由于處于不同的大地構(gòu)造位置，其成藏條件具有顯著差異性。針對(duì)研究區(qū)烴源條件、致密砂巖儲(chǔ)層特征及封存條件，探討致密氣藏成藏特征。認(rèn)為太原組主力煤層(8+9煤)和山西組主力煤層(4+5煤)是主力烴源巖，受紫金山構(gòu)造巖漿作用影響，局部區(qū)域熱演化程度進(jìn)入干氣階段，為區(qū)內(nèi)致密氣藏提供充足的氣源。巖相古地理和成巖相控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育和分布，本溪組向上到石千峰組，古地理環(huán)境由海變陸，頻繁震蕩的水體形成了多期次、多層位的儲(chǔ)集體，潮汐砂壩、水下分流河道等粒度粗的砂體為優(yōu)勢(shì)致密儲(chǔ)層，由北向南優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層逐漸減少；砂巖儲(chǔ)層總體孔滲性差，后期溶蝕作用對(duì)深部?jī)?chǔ)層改造作用明顯。煤巖、砂巖垂向組合決定了致密砂巖氣藏的運(yùn)聚模式，區(qū)內(nèi)發(fā)育“源儲(chǔ)接觸”的原地匹配型氣藏和受儲(chǔ)層和運(yùn)移通道雙重控制的異地匹配型2類(lèi)致密砂巖氣藏，受斷層和陷落柱影響而形成的微裂縫是垂向運(yùn)移的主要通道。

關(guān)鍵詞:煤系地層；致密砂巖；儲(chǔ)層特征；成藏模式

近年來(lái)，深部煤系地層的非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[1-4]。 臨興地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶，在二疊系含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層，太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測(cè)試均見(jiàn)工業(yè)氣流[5]；其西部附近的大牛地致密氣田已經(jīng)投入開(kāi)發(fā)；其東部鄰區(qū)的楊家坡煤層氣區(qū)已申報(bào)為中型煤層氣田；其南部附近的保德煤層氣田也已投入開(kāi)發(fā)[6]。 臨興地區(qū)具有煤層埋深較大、煤系致密砂巖產(chǎn)層數(shù)較多的特點(diǎn)，鄰近區(qū)塊煤層氣潛力巨大，可推測(cè)出區(qū)內(nèi)煤系烴源巖供氣能力可觀，如何在分析烴源巖以及煤系地層致密砂巖優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層控制因素基礎(chǔ)上，分析深部煤系地層致密砂巖氣成藏特征，是指導(dǎo)后續(xù)勘探以及煤系天然氣綜合開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)。筆者針對(duì)這一特點(diǎn)與現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了區(qū)內(nèi)煤系地層的烴源條件和致密砂巖儲(chǔ)層特征，確定了致密砂巖優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層的控制因素，并結(jié)合沉積-構(gòu)造演化以及儲(chǔ)層垂相上的組合關(guān)系，闡述了區(qū)內(nèi)致密氣藏存在的2種富集成藏模式。

1地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶西緣(圖1)，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，總體為單斜，局部有差異，東側(cè)中部為受紫金山構(gòu)造巖漿作用影響的隆起區(qū)，斷裂發(fā)育，呈環(huán)形放射狀展布。

圖1　研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造Fig.1　Regional tectonic of the studying area

研究區(qū)繼承了鄂爾多斯盆地的構(gòu)造演化[7]，在中晚元古代—古生代處于相對(duì)隆起狀態(tài)，構(gòu)造平緩；在中晚寒武世、早奧陶世、晚石炭世及早二疊世發(fā)育海陸過(guò)度相-陸相沉積物[8-10]。中生代侏羅紀(jì)末隆起，與華北地臺(tái)分離，形成鄂爾多斯盆地東部邊緣，其中晉西撓褶帶成形于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期[11]，區(qū)域構(gòu)造東翹西伏，盆地西部邊緣發(fā)育逆沖斷裂帶。研究區(qū)鉆井及野外露頭揭示晚古生代地層自上而下依次為：上二疊統(tǒng)石千峰組、中二疊統(tǒng)石盒子組、下二疊統(tǒng)山西組和太原組、上石炭統(tǒng)本溪組，基底為中奧陶統(tǒng)馬家溝組。其中區(qū)內(nèi)的上石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)，為主要煤系地層，地層從東向西埋深逐漸加大，至區(qū)塊西南側(cè)埋深大于2 000 m。

2烴源條件分析

與鄂爾多斯盆地區(qū)域條件類(lèi)似[13-15]，區(qū)內(nèi)上古生界石炭二疊系發(fā)育一套海陸交互相的本溪組-山西組煤系烴源巖，主要包括煤、暗色泥巖(包括炭質(zhì)泥巖)，其中煤層累計(jì)厚度15～24 m，暗色泥巖累計(jì)厚度80～100 m，豐富的烴源條件為大面積致密氣藏的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

區(qū)內(nèi)泥頁(yè)巖實(shí)驗(yàn)樣品分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)二疊系泥頁(yè)巖以混合型-腐植型的II,III型干酪根為主，暗色泥巖TOC含量值主要分布在2%～3%，炭質(zhì)泥巖TOC含量值主要分布在7%～10%，Tmax值在428～475 ℃。炭質(zhì)泥巖具備較好地生烴潛力，暗色泥巖生烴潛力有限(圖2)。

研究區(qū)內(nèi)太原組-山西組含煤地層中，表征煤巖成熟度的Ro值1%～1.4%，達(dá)到氣肥煤階段，進(jìn)入生氣高峰期，北東部靠近紫金山構(gòu)造，部分井區(qū)受巖漿作用影響，Ro值達(dá)到3.6%。山西組煤層累計(jì)厚度2.4～11.4 m，平均6 m，其中主力煤層為4+5號(hào)煤，其煤層厚度2.40 ～7.04 m，平均4.02 m，平面上表現(xiàn)為東北、西北、東南的局部地區(qū)煤層較厚，東中部隆起區(qū)煤層較薄?，F(xiàn)今煤層含氣量仍較高，10.01～20.19 m3/t，平均14.22 m3/t，平面上由北向南隨著埋深的增大含氣量逐漸增大，且北部局部地區(qū)含氣量相對(duì)較低(圖3)。

圖2　不同煤系地層泥巖有機(jī)質(zhì)豐度頻率分布Fig.2　TOC histogram of mudstone of different coal seam

圖3　山西組4+5煤煤層厚度及現(xiàn)今含氣量等值線Fig.3　Thickness and gas contour map of 4+5 coal

圖4　太原組8+9煤煤層厚度以及現(xiàn)今含氣量等值線Fig.4　Thickness and gas contour map of 8+9 coal

太原組煤層累計(jì)厚度5～19 m，平均10 m，全區(qū)分布相對(duì)穩(wěn)定，其主力煤層是8+9煤，厚度2.32～15.00 m，平均7.20 m，在東北方向的局部地區(qū)煤層較薄，煤層含氣量9.37～27.01 m3/t，平均16.65 m3/t，在平面上紫金山附近煤層氣含氣量相對(duì)較高，北部煤層氣含氣量較低(圖4)。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)內(nèi)上古生界太原組8+9煤和山西組4+5煤是主力烴源巖，薄煤層、炭質(zhì)泥巖和暗色泥巖生烴貢獻(xiàn)率次之；且受到紫金山構(gòu)造巖漿活動(dòng)影響，局部區(qū)域熱演化程度進(jìn)入干氣階段，為致密氣藏的成藏提供了充足的氣源條件。

3砂巖儲(chǔ)層特征

3.1砂巖巖石類(lèi)型

依據(jù)臨興地區(qū)126塊砂巖樣品的薄片觀察與統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為臨興地區(qū)石千峰組砂巖主要為巖屑砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖；上石盒子組砂巖主要為巖屑砂巖、其次為巖屑長(zhǎng)石砂巖，見(jiàn)少量的長(zhǎng)石石英砂巖；下石盒子組砂巖主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，有少量的巖屑石英砂巖及巖屑砂巖；山西組主要為巖屑石英砂巖，少量巖屑砂巖；太原組砂巖主要為巖屑石英砂巖，少量巖屑長(zhǎng)石砂巖；本溪組砂巖主要為石英砂巖及巖屑砂巖(圖5)?？v向上陸源碎屑總量、填隙物總量，石英、長(zhǎng)石相對(duì)含量以及成熟度指數(shù)呈一定變化規(guī)律，反映了本溪組向上至石千峰組由海陸過(guò)渡相向陸相變遷，水體逐漸變淺的過(guò)程。

圖5　研究區(qū)致密砂巖類(lèi)型Fig.5　Tight sandstone types of the studying area

填隙物主要由泥質(zhì)、碳酸鹽和其他成分3種物質(zhì)構(gòu)成，其中泥質(zhì)含量中主要成分是高嶺石、伊利石和綠泥石(圖6)。以山西組為分界點(diǎn)，山西組到石千峰組高嶺石及綠泥石含量逐漸升高，伊利石含量逐漸減小，從本溪組到山西組情況相反。臨興地區(qū)綠泥石主要分布在上古生界的上部地層中，下部地層分布較少，這主要與晚古生代火山活動(dòng)頻繁有關(guān)，凝灰質(zhì)等火山物質(zhì)可轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石膠結(jié)物；高嶺石含量在太原組最低，在上部地層中較高，這是因?yàn)樯喜康貙又兴樾碱w粒含有較高的長(zhǎng)石，易風(fēng)化形成高嶺石膠結(jié)物。

本文以0.125 g TNT、直徑為5 mm的炸藥球填實(shí)爆炸加載下花崗巖中實(shí)測(cè)球面波數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，給出了球面波在花崗巖中傳播演化的時(shí)域特征，結(jié)合黏彈性球面波傳播理論對(duì)球面波傳播的頻率特征進(jìn)行了近似分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估。

圖6　研究區(qū)致密砂巖填隙物種類(lèi)統(tǒng)計(jì)Fig.6　Statistics of the type of sandstone cements in the studying area

3.2砂巖儲(chǔ)層物性

根據(jù)臨興區(qū)塊本溪組-石千峰組658塊物性分析樣品統(tǒng)計(jì)，孔隙度0.66%～18.1%，平均為6.65%；滲透率(0.01～11.1)×10-15m2，平均為0.43×10-15m2。平均孔隙度≤10%，平均滲透率≤1×10-15m2，屬于致密儲(chǔ)層，且上部地層物性要好于下部地層(圖7)。

圖7　上古生界地層孔滲分布直方圖Fig.7　 Permeability and porosity histogram of upper Paleozoic formations

根據(jù)巖芯鑄體薄片的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合電鏡掃描等試驗(yàn)手段，研究區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型主要有殘余粒間孔，粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、微裂縫等，按成因可分為原生孔隙、次生孔隙[16-18]。其中石千峰組孔隙類(lèi)型主要是次生孔隙組，上石盒子組儲(chǔ)層主要由溶蝕粒間孔組成，下石盒子組儲(chǔ)層主要發(fā)育原生孔隙，太原組儲(chǔ)層主要發(fā)育溶蝕粒間孔，本溪組儲(chǔ)層主要由溶蝕粒內(nèi)孔構(gòu)成(圖8)。

圖8　上古生界地層孔隙類(lèi)型百分比直方圖Fig.8　Permeability and porosity type histogram of upper Paleozoic formations

臨興地區(qū)儲(chǔ)層具有微-納米級(jí)雙孔喉復(fù)雜結(jié)構(gòu)，上古生界有2個(gè)次生增孔段，分別是上石盒子組、下石盒子組和太原組，儲(chǔ)集條件優(yōu)勢(shì)明顯(圖9)。

3.3有利儲(chǔ)層分布特征

圖9　不同層組孔隙度以及孔隙類(lèi)型隨深部變化Fig.9　Variation diagram of porosity and its type with depth

從試氣結(jié)果來(lái)看，本地區(qū)致密氣有利儲(chǔ)層主要集中在下石盒子組，其次為太原組、上石盒子組。其中試氣效果好的氣層對(duì)應(yīng)的測(cè)井解釋孔隙度3.9%～11.7%，平均7.7%；效果中等的氣層其孔隙度3.5%～12.4%，平均7.4%；效果不佳的氣層孔隙度4.9%～11.6%，平均6.6%；試氣效果好-中等的儲(chǔ)層孔隙度一般較高，試氣效果差的氣層孔隙度一般不超過(guò)8%，試氣效果好-中等的氣層孔隙度主要集中于6%～10%(圖10)。

結(jié)合沉積微相劃分，以下石盒子組、太原組優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層為例，分析巖相古地理環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層的控制作用，認(rèn)為本溪-太原組潮坪相砂坪物性最好，孔隙度在直方分布圖上5%～10%的樣品占65%，以及大于10%的樣品占35%，平均孔隙度為8.62%，滲透率在直方分布圖上(0.5～1)×10-15m2的樣品占17.4%，大于1×10-15m2的樣品占4.4%，平均滲透率為0.47×10-15m2；其次為混合坪，直方分布圖上孔隙度在5%～10%的樣品占27.8%，平均孔隙度為4.21%，平均滲透率為0.14×10-15m2；泥灰坪、灰坪、泥坪以及沼澤物性最差(圖11)。下石盒子組辮狀河三角洲相水下分流河道砂體物性最好，孔隙度在直方分布圖上5%～10%的樣品占74.8%，以及大于10%的樣品占15.7%，平均孔隙度為8.12%，滲透率在直方分布圖上(0.5～1)×10-15m2的樣品占14.8%，大于1×10-15m2的樣品占11.3%，平均滲透率為0.49×10-15m2；其次為河口壩和遠(yuǎn)砂壩，樣品孔隙度在5%～10%和滲透率在(0.5～1) ×10-15m2均有分布；席狀砂和分流河道間物性最差(圖12)。

圖10　研究區(qū)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層試氣結(jié)果及孔隙度分布特征Fig.10　Well testing of dominant producing formation and the characteristic of porosity distribution

圖11　本溪-太原組不同微相分布及孔滲頻率直方分布Fig.11　Microfacies distribution of Benxi-Taiyuan Formation and the permeability and porosity histogram

圖12　下石盒子組不同微相分布及孔滲頻率直方分布Fig.12　Microfacies distribution of Lower Shihezi Formation and the permeability and porosity histogram

目前測(cè)井解釋以及試氣結(jié)果顯示優(yōu)勢(shì)的致密砂巖產(chǎn)層主要發(fā)育于下石盒子組、山西組和太原組，且由北到南區(qū)內(nèi)不同單井致密砂巖產(chǎn)層層數(shù)逐漸減少(表1)，分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)煤系致密氣優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層主要受控于沉

積微相及成巖相，優(yōu)勢(shì)沉積微相為厚度大的潮坪砂壩和分流河道砂體。北部區(qū)域太原組潮坪砂壩和石盒子組分流河道砂體分布廣泛，發(fā)育優(yōu)質(zhì)致密砂巖產(chǎn)層的可能性較高，即該區(qū)為致密砂巖氣的潛力高值區(qū)。

表1　研究區(qū)由北到南不同單井致密砂巖產(chǎn)層層數(shù)統(tǒng)計(jì)

4成藏特征分析

4.1沉積地質(zhì)作用

臨興地區(qū)從本溪組～石千峰組地層依次劃分為潮坪相、曲流河三角洲相、辮狀河三角洲相、淺水三角洲相、曲流河相5種沉積相，分析認(rèn)為沉積相對(duì)區(qū)內(nèi)致密氣藏的形成至關(guān)重要，主要表現(xiàn)為聚煤環(huán)境對(duì)煤層及烴源巖厚度及展布的控制、對(duì)有利儲(chǔ)層的控制、煤系地層流體對(duì)儲(chǔ)層物性的改造和儲(chǔ)層垂向組合關(guān)系。

區(qū)內(nèi)煤層為致密氣成藏主力烴源巖，因此聚煤作用影響著煤層厚度和分布，在一定程度上影響煤層對(duì)致密砂巖的氣源供應(yīng)能力，影響致密氣垂向的成藏規(guī)模。例如本溪組-太原組為潮坪環(huán)境，其中潮坪(特別是泥坪)沼澤化后極易形成穩(wěn)定的聚煤場(chǎng)所，形成穩(wěn)定的厚煤層，以8+9主力煤層為例，單層煤層厚度可達(dá)8 m以上，具備大量生排烴的物質(zhì)基礎(chǔ)。山西組為曲流河三角洲相，受分流河道的影響，成煤場(chǎng)所相對(duì)不穩(wěn)定，煤層厚度相對(duì)本溪-太原組有一定的降低，單層煤層厚度較薄，且在分流河道間煤層厚度相對(duì)較厚。總體來(lái)看，受控于沉積對(duì)煤層厚度的控制，本溪-太原組煤層烴源條件較好，供氣能力較強(qiáng)，其煤系地層中的致密砂巖優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層相對(duì)較多，山西組煤層較薄，供氣能力相對(duì)有限，靠近煤系地層的致密砂巖層組發(fā)現(xiàn)致密氣層的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離煤系地層的致密砂巖層組，如靠近山西組的下石盒子組的致密砂巖氣層層數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上石盒子組、石千峰組。

隨之勘探開(kāi)發(fā)認(rèn)識(shí)，沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量控制作用明顯，不同沉積環(huán)境所形成的砂體具有不同的原始孔隙度和滲透率，經(jīng)統(tǒng)計(jì)對(duì)比得出，區(qū)內(nèi)本溪-太原組潮坪相的砂坪、山西組曲流河三角洲相的分支河道、下石盒子組辮狀河三角洲相的水下分流河道、上石盒子組淺水三角洲相的分流河道、石千峰組曲流河相的邊灘對(duì)應(yīng)的砂體物性最好，為不同層組優(yōu)選的致密砂巖。其中厚度大的潮坪砂壩、分支河道砂體，是本區(qū)太原組以及下石盒子組致密氣層對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)沉積微相。

垂向沉積組合決定天然氣運(yùn)移的運(yùn)移路徑以及保存條件，對(duì)于本溪組-太原組的潮坪成煤環(huán)境，水動(dòng)力相對(duì)頻繁，多發(fā)育砂泥互層的垂向巖性組合，在區(qū)內(nèi)巖芯觀察中可見(jiàn)煤層頂板直接與砂巖層接觸的組合類(lèi)型(圖13)，且受潮汐水道的影響，本溪組-太原組煤系地層中可現(xiàn)砂-煤直接接觸的概率變大。山西組的曲流河三角州以及其他組對(duì)應(yīng)的陸相成煤環(huán)境，往往保持了河流相的沉積特征，多見(jiàn)過(guò)渡型韻律組合，砂泥互層以及砂煤直接接觸的垂向巖性組合類(lèi)型較少。區(qū)內(nèi)不同沉積環(huán)境的垂向組合類(lèi)型對(duì)于區(qū)內(nèi)“先致密后成藏”的致密氣藏形成顯得尤為重要，一方面表現(xiàn)為對(duì)儲(chǔ)層物性的改造方面。本溪組-太原組這種砂煤接觸關(guān)系易導(dǎo)致煤系地層中的有機(jī)酸溶蝕致密砂巖中礦物，形成次生孔隙，改善致密砂巖的物性，如太原組致密產(chǎn)層多發(fā)育次生溶蝕孔隙；另一方面不同的組合關(guān)系，決定了煤系天然氣的運(yùn)移。本溪組-太原組這種砂煤或者砂炭質(zhì)泥巖相接觸的組合關(guān)系，煤系天然氣可以很好的突破薄層泥巖的封堵直接運(yùn)移至致密砂體儲(chǔ)層中，有利與致密氣藏得形成(圖14(a))。而石千峰組、上石盒子組、下石盒子組的這種泥砂韻律組合，僅與煤層較近的有利致密砂巖層能夠突破泥巖的封蓋直接運(yùn)移到砂體，而隨著砂體與煤層間隔距離的增大，地層封蓋能力增大，煤系天然氣則需通過(guò)內(nèi)斷層或者微裂縫才能運(yùn)移到致密砂巖層(圖14(b))，從而富集成藏。

圖13　研究區(qū)煤巖與頂?shù)讕r性垂向組合關(guān)系Fig.13　Vertical combination between the coal seam and the surrounding rocks in the studying area

圖14　研究區(qū)天然氣運(yùn)移路徑模式Fig.14　Migrating mode of natural gas in the studying area

4.2成藏模式

圖15　研究區(qū)埋藏史、源巖成熟史與儲(chǔ)層成巖史圖Fig.15　 Bury history,maturity history of source rock and the diagenetic history of reservoir of the studying area

結(jié)合區(qū)內(nèi)單井演化史反演以及區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)，得出區(qū)內(nèi)三疊系末期開(kāi)始生烴，晚侏羅世—早白堊世是上古生界烴源巖的生、排烴高峰期，晚侏羅世—早白堊世末期是重要的成藏期；晚白堊世至今，由于地層整體抬升，烴源巖演化終止，氣藏形成于50 Ma前。之后的50 Ma里，供烴作用終止，氣藏處于改造、調(diào)整狀態(tài)，甚至散失(圖15)。研究區(qū)具有多致密砂巖層系含氣特點(diǎn)，深層(太原組—下石盒子組)氣層分布主要受儲(chǔ)層控制；中淺層(上石盒子組—石千峰組，三疊系)氣層主要受儲(chǔ)層和斷層雙重控制。致密氣成藏要素組合存在2種基本類(lèi)型：一是“源儲(chǔ)接觸”的原地匹配型氣藏，有利的烴源條件、垂向組合集合于“厚煤層+潮坪砂壩或分支河道砂體”或“厚煤層與潮坪砂壩或分支河道砂體互層”這種烴源巖-優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層直接接觸的地質(zhì)體，煤層生氣排烴后直接運(yùn)移到相鄰的優(yōu)勢(shì)致密產(chǎn)層中，當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和時(shí)依次對(duì)垂向的疊置砂體進(jìn)行充填；二是受儲(chǔ)層和運(yùn)移通道雙重控制的異地匹配型[19-20]，優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層相對(duì)遠(yuǎn)離源巖、垂向組合集合與“煤層+泥巖或致密砂巖+分支河道砂層”的下生補(bǔ)給上儲(chǔ)型的地質(zhì)體，單元內(nèi)的厚層泥巖或者致密砂巖層封蓋性較好，受斷層和陷落柱影響而形成的微裂縫是該類(lèi)氣藏形成時(shí)期垂向運(yùn)移的主要通道(圖16)。

致密砂巖氣有利成藏條件具體表現(xiàn)為如下方面：① 研究區(qū)2個(gè)關(guān)鍵時(shí)期：一是三疊世—侏羅紀(jì)晚期的成巖作用期次生溶蝕孔隙增加，二是晚侏羅世—早白堊世是上古生界烴源巖的生、排烴高峰期；② 沉積相控制儲(chǔ)層質(zhì)量，潮坪砂壩、分支河道砂體具有優(yōu)勢(shì)致密儲(chǔ)層的物性條件；③ 聚煤環(huán)境主要為泥坪和三角洲平原泥炭沼澤，較有利于優(yōu)質(zhì)厚層煤層烴源巖的形成；④ 有利砂巖儲(chǔ)層蓋層以泥巖或者致密砂巖為主，致密化嚴(yán)重，封蓋性好；⑤ 區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，受陷落柱和斷層影響形成的微裂縫發(fā)育，有利于天然氣垂向運(yùn)移。

圖16　臨興地區(qū)致密氣成藏模式Fig.16　Reservoir forming model of the tight sandstone gas reservoir in Linxin Block

綜合區(qū)內(nèi)烴源巖生烴、儲(chǔ)層演化以及整個(gè)鄂爾多斯盆地勘探實(shí)踐，分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)致密氣藏成藏特點(diǎn)：① 受紫金山構(gòu)造巖漿活動(dòng)影響，主力煤層具有“多期廣覆式生烴”的特點(diǎn)；② 物性遮擋的成巖圈閉和巖性遮擋形成的巖性圈閉都有發(fā)育；③ 沉積微相控制氣藏的分布、物性決定儲(chǔ)層的好壞、微裂縫的存在促進(jìn)天然氣垂向運(yùn)移，形成平面非均質(zhì)性強(qiáng)、縱向氣層疊置的氣藏。

5結(jié)論及勘探建議

(1)臨興地區(qū)上古生界太原組、山西組主力煤層是主要烴源巖，薄煤層、炭質(zhì)泥巖和暗色泥巖的生烴潛力有限。受紫金山構(gòu)造巖漿活動(dòng)的影響，煤變質(zhì)程度處于氣-肥煤階段，局部成熟度高，達(dá)到干氣階段，具有“廣覆式生烴”的特點(diǎn)，供氣能力強(qiáng)。

(2)研究區(qū)內(nèi)太原組、下石盒子組、上石盒子組是優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，巖石類(lèi)型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖，含氣砂巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型以次生孔隙為主，儲(chǔ)集空間的組合類(lèi)型主要為粒間孔隙—溶蝕孔隙組合，同時(shí)存在粒間孔隙—溶蝕孔隙—微裂縫組合。

(3)上古生界優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主控因素為沉積和成巖作用，沉積微相控制砂層體空間展布特征，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多為粒度相對(duì)較粗的潮坪砂壩和分支河道砂體。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的改造也非常明顯，由于溶蝕作用，上、下石盒子組、太原組發(fā)育次生增孔段，為本區(qū)的優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層。

(4)致密氣藏平面非均質(zhì)性強(qiáng)、縱向氣層疊置，物性遮擋的成巖圈閉和巖性遮擋的巖性圈閉均有發(fā)育；煤巖、砂巖垂向組合決定了致密砂巖氣藏的運(yùn)聚模式，受斷層和陷落柱影響而形成的微裂縫是垂向運(yùn)移的主要通道；物性主導(dǎo)、微裂縫影響的差異式匯聚，使天然氣進(jìn)入砂中好砂，形成“源儲(chǔ)接觸”的原地匹配型氣藏和受儲(chǔ)層-運(yùn)移通道雙重控制的異地匹配型2類(lèi)致密砂巖氣藏。

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Accumulation conditions of tight gas in the Upper Paleozoic of Linxing Block

XIE Ying-gang1,2,QIN Yong1,YE Jian-ping3,PAN Xin-zhi2,GAO Li-jun2,DUAN Chang-jiang2

(1.SchoolofResourcesandGeoscience,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China;2.EnerTech-Drilling&ProductionCo.,ChinaNationalOffshoreOilCorporation,Tianjin300457,China;3.ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.,Beijing100011,China)

Abstract:Tight gas reservoir at Linxin area in the east margin of Ordos basin had similar characteristics with its neighboring area,which were with flat tectonic background and widely distributed sand-mud interbred.Because of the reservoir in different tectonic positions,its forming conditions are significantly different.Based on the analysis of hydrocarbon source conditions,tight sandstone reservoir characteristics and tight gas reservoir forming conditions,the study shows that the main source rocks are the coal seams of Taiyuan formation (No.8+9 coal) and Shanxi formation (No.4+5 coal).Affected by the Zijinshan tectonic magmatic,the main source rocks had entered into dry gas phase which provided sufficient supply for tight gas reservoir in some areas.The development and distribution of high quality reservoir was controlled by lithofacies paleogeographic and diagenetic.Multi-period and multi-layer reservoirs were formed which was resulted in by ancient geographical environment changes from sea to land and the water shocking frequently from the Benxi formation to the Shiqianfeng group.The advantaged tight reservoirs were the coarse grained sand bodies,which mainly included the tidal bar and underwater distributary channel sandstones,and decreased from north to south gradually.The vertical combination of coal bed and sand which were controlled by depositional environment determines the accumulation modes of the tight sandstone gas reservoirs.Porosity and permeability of sandstone reservoir was poor,but significant dissolution was effectively reconstructed on deep reservoir.Based on the vertical combination of coal bed and sand which controlled the migration and accumulation methods of sandstone gas reservoir,the tight sandstone gas reservoirs were divided into two types,one is in-situ matching gas reservoir in which source and reservoir were contacted,the other is remote marching gas reservoir which dual controlled by reservoir and migration channels.Micro-fractures were the main vertical migration and formed in the influence of faults and collapse column.

Key words:coal measure strata;tight sandstone;reservoir characteristics;accumulation model

中圖分類(lèi)號(hào):P618.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253-9993(2016)01-0181-11

作者簡(jiǎn)介:謝英剛(1977—)，男，遼寧昌圖人，工程師，博士研究生。Tel：022-66907021,E-mail：xieyg2@cnooc.com.cn

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41302131)；中海油能源發(fā)展重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(E-J613D002)

收稿日期:2015-08-09修回日期:2015-10-14責(zé)任編輯:許書(shū)閣

謝英剛，秦勇，葉建平,等.臨興地區(qū)上古生界煤系致密砂巖氣成藏條件分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2016,41(1):181-191.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2015.9010

Xie Yinggang,Qin Yong,Ye Jianping,et al.Accumulation conditions of tight gas in the Upper Paleozoic of Linxing Block[J].Journal of China Coal Society,2016,41(1):181-191.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2015.9010