倪良田，鐘建華，王桂林，孫寧亮，劉 選，郝 兵，孫玉凱，王勁松，楊 斌，曲俊利

（1.中國石化集團(tuán) 勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257000；2.東北大學(xué)秦皇島分校 資源與材料學(xué)院，河北 秦皇島 066004；3.東營市勘察測繪院，山東 東營 257091；4.中國石油大學(xué)（華東） 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；5. 中石油渤海鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院，天津 300457；6.中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009；7.自然資源部油氣戰(zhàn)略研究中心，北京 100034）

0 引 言

非常規(guī)天然氣主要包括致密砂巖氣、煤層氣和頁巖氣等，其中致密砂巖氣占主導(dǎo)地位［1］。 致密砂巖氣藏是指儲(chǔ)集于低孔隙度（＜12%）、低滲透率（0.1×10－3μm2）、低含氣飽和度（＜60%）、高含水飽和度（40%）的天然氣資源，需要大規(guī)模的壓裂或特殊工藝技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)［2］。 致密砂巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣具有資源潛力大和儲(chǔ)量規(guī)模大的特點(diǎn)，全球致密氣資源不均衡，主要產(chǎn)氣區(qū)為美國、加拿大和中國，在中國天然氣發(fā)展占重要的戰(zhàn)略地位，利用好天然氣資源對中國天然氣工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)具有重大的戰(zhàn)略意義［3－4］。

中國在20 世紀(jì)90 年代廣泛開展致密氣理論研究，并在不同的含油氣盆地中進(jìn)行了探索。 張金川等［5］提出“根緣氣”概念，認(rèn)為根緣氣是致密砂巖氣的主要表現(xiàn)形式，指出在炭質(zhì)頁巖廣泛發(fā)育的南方是根緣氣和頁巖氣重要突破口，中西部地區(qū)吐哈盆地臺(tái)北凹陷是Ⅰ類成藏條件良好的有利區(qū)。 鄒才能等［6］“連續(xù)型氣藏”概念，將致密砂巖油氣、煤層氣、頁巖氣、氣水化合物等均歸為連續(xù)型氣藏，并建立了以近距離擴(kuò)散為主要運(yùn)移方式的致密砂巖成藏模式。 聶海寬等［7］認(rèn)為油氣成藏的聯(lián)系聚集及其附近的非連續(xù)聚集是區(qū)別常規(guī)油氣藏和非常規(guī)油氣藏的重要?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)。 在“十一五”到“十二五”時(shí)期致密砂巖氣理論研究關(guān)注度達(dá)到新高，在成藏機(jī)理、分布特征、分類評(píng)價(jià)、及致密砂巖氣的運(yùn)聚、保存等方面取得了重要的進(jìn)展，根據(jù)儲(chǔ)層物性不同［8］、成巖作用差異性［9］、成藏期次早晚［10］及構(gòu)造部位差異［11］等，將氣藏類型分為“連續(xù)型致密砂巖氣藏”“圈閉型致密砂巖氣藏”“先致密后成藏型”“先成藏后致密型”“改造型”“原生型”“斜坡型”“背斜構(gòu)造型”“深部凹陷型”等。 李建忠等［11］在對鄂爾多斯盆地和四川盆地等致密砂巖氣田研究認(rèn)為，煤系源巖持續(xù)充注是致密氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，致密程度主要受成巖作用影響，源儲(chǔ)緊鄰的近距離垂向運(yùn)移是成藏的主要方式，在此基礎(chǔ)上建立了3 種不同的氣藏模式。 煤系天然氣的研究主要集中在鄂爾多斯盆地和四川盆地，不同的學(xué)者從構(gòu)造、烴源巖演化、儲(chǔ)層特征成藏歷史等方面探討了中國煤系天然氣的聚集和成藏過程［12－13］，不同盆地構(gòu)造樣式和成藏過程的差異性影響了氣藏的類型，鄂爾多斯盆地以氣水倒置的負(fù)壓氣藏為主，四川盆地則以構(gòu)造圈閉氣藏為主［12］。 何登發(fā)等［14］在研究鄂爾多斯盆地西緣致密砂巖氣成藏模式，通過對石溝驛向斜的構(gòu)造演化與成因機(jī)制與煤系烴源巖的時(shí)空匹配關(guān)系，建立了鄂爾多斯盆地西緣上石炭統(tǒng)－二疊系致密砂巖氣具自生自儲(chǔ)自蓋，早期成藏后期調(diào)整的成藏模式。國內(nèi)眾多學(xué)者在中國復(fù)雜的地質(zhì)條件下致密砂巖氣藏機(jī)理不斷創(chuàng)新研究取得了重要進(jìn)展，在新理論的指導(dǎo)下，鄂爾多斯盆地和四川盆地均發(fā)現(xiàn)了一批大型致密砂巖氣田［15］。 吐哈盆地侏羅系水西溝群也發(fā)育有類似的致密砂巖氣藏［16］，在巴喀地區(qū)已成功鉆探多口高產(chǎn)氣井。 眾多學(xué)者對吐哈盆地侏羅系非常規(guī)天然氣的研究僅局限于成藏地質(zhì)條件、儲(chǔ)層特征及勘探方向的論述［17－19］，對其成藏模式研究較少［20］。

中生代后，中國西部發(fā)生了構(gòu)造巖漿活化，進(jìn)入了地洼演化階段。 在大地構(gòu)造屬性上，吐哈盆地是一個(gè)典型拉張型的地洼型盆地［21］，中生代發(fā)育的水西溝群是1 套典型的地洼型沉積建造，以分選磨圓極差和縱橫向上快速變化為特點(diǎn)，同時(shí)又發(fā)育了豐富的致密砂巖氣資源。 氣藏賦存的地質(zhì)條件極為復(fù)雜，經(jīng)過學(xué)者們多年的研究，成藏類型存在諸多爭議、未系統(tǒng)總結(jié)成藏年代學(xué)特征和成藏機(jī)制不清楚等關(guān)鍵問題［22］。 以地洼成礦理論為指導(dǎo)，從致密砂巖氣藏?zé)N源巖特征、源儲(chǔ)配置條件、儲(chǔ)層及成藏等角度，探討了吐哈盆地為代表的多旋回疊加改造的大型富煤陸相盆地的成藏機(jī)制（多因復(fù)成），對盆地資源評(píng)價(jià)和勘探潛力綜合分析及有利區(qū)帶優(yōu)選具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 天然氣地質(zhì)概況

吐哈盆地致密砂巖氣主要發(fā)育在中下侏羅統(tǒng)水西溝群［23］。 水西溝群（包括八道灣組、三工河組和西山窯組）是一套典型的地洼型沉積建造。 水西溝群是一套煤系地層，煤層發(fā)育，最多可達(dá)63 層，最大累計(jì)厚度可達(dá)194.88 m［24－25］。 烴源巖為煤系地層，煤系地層發(fā)育區(qū)為北部陡坡帶，常發(fā)育沖積扇、扇三角洲等粗碎屑沉積物，儲(chǔ)層主要為沉積的砂巖，砂礫巖［26］。 在該區(qū)的多口探井均見到豐富的天然氣顯示，特別是巴喀地區(qū)和溫吉桑地區(qū)已相繼獲得產(chǎn)能突破，儲(chǔ)層單層厚度大，累計(jì)厚度超300 m。 孔隙度一般在4%～10%，滲透率一般在0.05 ～10－3μm2，儲(chǔ)層致密，屬致密砂巖氣藏［27］。

盆地目前已發(fā)現(xiàn)了20 余個(gè)油氣田（圖1），其中柯柯亞氣田等為致密砂巖氣田。 該氣田于2008 年起在侏羅系水西溝群致密砂巖中鉆探了一批較好的氣井，其中以柯24 井最具代表，初期產(chǎn)量達(dá)每日20余立方米。 但近1～2 a 來勘探進(jìn)展不大，重要的原因是對氣藏特征和成藏機(jī)理認(rèn)識(shí)不清。 筆者重點(diǎn)討論水西溝群致密砂巖氣的成藏模式。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Location of the study area

吐哈盆地致密砂巖氣主要發(fā)育在侏羅系水西溝群［23］。 水西溝群（西山窯組、三工河組和八道灣組）是1 套典型的潮濕環(huán)境下的地洼型沉積建造（圖2），煤系地層發(fā)育，最多可達(dá)63 層，最大累計(jì)厚度可達(dá)194.88 m［24－25］。 煤層是主要的烴源巖，而夾在煤層之間發(fā)育有決口扇的大型沖積扇和扇三角洲砂巖、礫巖是主要儲(chǔ)層［26］。 目前已有多口探井見到豐富的天然氣，北部山前帶巴喀地區(qū)、南部斜坡區(qū)的溫吉桑地區(qū)已相繼獲得突破，發(fā)現(xiàn)了巴喀、丘東氣田及多個(gè)含氣構(gòu)造，儲(chǔ)層單層厚度20～50 m，累計(jì)厚度300～500 m。 孔隙度一般4%～10%，滲透率一般 ＜10－3μm2，儲(chǔ)層致密，屬致密砂巖氣藏［27］。

圖2 研究區(qū)水西溝群層序地層結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Stratigraphic diagram of Shuixigou Group sequence in study area

2 水西溝群致密砂巖氣源對比

2.1 主力儲(chǔ)層高產(chǎn)氣藏段與高碳屑含量段關(guān)系

研究區(qū)西山窯組整段及八道灣組頂部煤層發(fā)育，沉積構(gòu)造豐富，粒序?qū)永?，波狀層理，疊瓦構(gòu)造和沖刷構(gòu)造，見大量碳化煤屑、碳質(zhì)泥屑（圖3），沉積環(huán)境主要為水下決口扇相。 圖4 和圖5 分別為八道灣組和西山窯組高產(chǎn)氣層段巖性特征，為大量炭屑或泥屑廣泛發(fā)育層段，從圖4 和圖5 可以看出，高產(chǎn)氣藏段往往含有較高的碳屑。

圖3 水西溝群致密砂巖中的碳屑與碳質(zhì)泥屑Fig.3 Carbonic debris and carbonic mudstone debris in tight sandstone Shuixigou Group

圖4 北部山前帶柯19 井八道灣組富碳屑段與氣藏高產(chǎn)段配置示意Fig.4 Sketch for the combination of high－gas－producty well section and carbonic－debris－rich section of Ke 19 well Badaowan Formation in front of north mountain

圖5 南部斜坡帶吉深1 井西山窯組富碳屑段與氣藏高產(chǎn)段配置示意Fig.5 Sketch for combination of high－gas－producty well section and carbonic－debris－rich section of Jishen 1 well Xishanyao Formation in south slope

2.2 天然氣同位素組成

烴類氣體的碳同位素特征是天然氣重要指向標(biāo)志。 從圖6 中可見：碳同位素具有腐植型天然氣，中高成熟度的特征，具有表現(xiàn)為：①δ13C1和δ13C2間差較大，δ13C2、δ13C3和δ13C4間差較小，具有陸相濕氣的特征［8］；②δ13C1一般在－50.0‰～－33.1‰，δ13C2一般在－31‰ ～－23.5‰，δ13C3一般在－28‰ ～－20.5‰，因此具有腐植型天然氣的特征［28－30］，成烴母質(zhì)為Ⅲ型干酪根；③天然氣成熟度Ro為0.80%左右。 綜上，天然氣同位素中主要為較重的碳同位素組成，與盆地其他區(qū)塊的煤型氣具有相同的特征。

圖6 柯19 井水西溝群天然氣碳同位素分布Fig.6 Carbon isotope distribution of of the natural gasof Shuixigou group of Ke19 well

氣源對比的研究表明，水西溝群致密砂巖氣藏中的油氣與同層位中煤系地層具有親緣性，Ro值吻合度很好，均在0.5%～0.8%［31］。

2.3 有機(jī)地化指標(biāo)證據(jù)

Pr／nC17與Ph／nC18（n為正烷烴）對比圖版常用作表征古環(huán)境的生物標(biāo)志化合物［32］。 Pr／Ph ＞2.0為偏氧化性環(huán)境（Pr／Ph 為姥植比，即姥鮫烷／植烷），典型的煤系地層Pr／Ph＞2.5［33］。 從研究區(qū)的Pr／Ph 圖版可以看出，樣品點(diǎn)均位于陸源Ⅲ型干酪根區(qū)間，沉積環(huán)境為典型的煤系地層水質(zhì)偏淡的弱氧化、弱還原環(huán)境。

ααα（R）構(gòu)型甾烷C27－C28－C29甾烷相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)三角圖也可作為烴源巖類型的判別圖版［32］，研究區(qū)樣品點(diǎn)均位于陸生植物或陸生植物為主的區(qū)間，表明烴源巖有機(jī)質(zhì)均以陸源高等植物輸入為主。 同時(shí)樣品中富含有機(jī)芳香酸系列化合物，此類芳香酸認(rèn)為是腐殖酸降解產(chǎn)物，是高等植物母質(zhì)來源的生物標(biāo)志化合物［34］。 綜上表明，研究區(qū)水西溝群致密砂巖氣藏與同源的煤系地層烴源巖具有親緣性。

2.4 其他地質(zhì)證據(jù)

宏觀上，吐哈盆地特別是臺(tái)北凹陷油氣藏分布與煤系有效烴源巖分布相依存，氣藏全部分布于煤系有效烴源巖分布區(qū)的相鄰或本系地層中（圖8），存在一定的共生關(guān)系。 雖然研究區(qū)絕大多數(shù)氣井單井日產(chǎn)量與煤層的累積厚度關(guān)系不大（表1）（說明煤層氣充注不是唯一控制氣藏單井產(chǎn)量的主因，還有其他因素如儲(chǔ)層物性及構(gòu)造高點(diǎn)等的控制在起作用），但研究區(qū)溫吉桑地區(qū)某區(qū)塊（表1），煤層累積厚度與各井單層日產(chǎn)氣量存在某種程度的正相關(guān)性（表1），表明在成藏物質(zhì)外因相同的條件下，煤系烴源巖供烴效率成為控制氣藏產(chǎn)量的主控因素。 這2 個(gè)特點(diǎn)也從另外兩個(gè)側(cè)面揭示了吐哈盆地中生界致密砂巖氣與煤密切相關(guān)。

表1 研究區(qū)煤層累積厚度與日產(chǎn)氣量關(guān)系Table 1 The relationship between cumulative coal thickness and daily gas production

圖8 水西溝群煤巖厚度Fig.8 Thickness of coal and rock in Shuixigou Group

3 水西溝群致密砂巖氣成藏機(jī)制

3.1 “近生近儲(chǔ)型”致密砂巖氣藏

從巖性及其組合來看，吐哈盆地水西溝群煤系烴源巖形成于溫暖濕潤的古環(huán)境下［3，5－6］，此時(shí)期植物繁茂，泥炭沼澤廣泛發(fā)育。 在穩(wěn)定而持續(xù)緩慢下沉的構(gòu)造條件等諸因素的相互配合作用下，以高等植物為主的生物遺體通過泥炭化作用和煤化作用轉(zhuǎn)變?yōu)樗鳒先褐袕V泛賦存的煤層和碳質(zhì)泥巖。 此外，侏羅紀(jì)時(shí)中國西部進(jìn)入地洼演化階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)激烈頻繁［35］。 吐哈盆地及其造山帶活動(dòng)也很強(qiáng)烈，構(gòu)造－地貌反差很大，盆地與周緣的山脈相對高差較大。 季節(jié)性洪水在陡坡帶勢能的加持下，攜帶能力強(qiáng)，搬運(yùn)速度快，在末端由于坡度驟減或河道曲率增加，頻發(fā)決口，攜帶砂礫巖與泥炭沼澤煤系發(fā)育區(qū)直接接觸，這種組合有利于煤層氣直接充注到砂礫巖中，砂礫巖被泥頁巖覆蓋，形成有效的泥頁巖＋砂礫巖＋煤層的成藏組合，即成“近生近儲(chǔ)”致密砂巖氣藏（圖9）。

圖9 吐哈盆地水西溝群“近生近儲(chǔ)”型成藏機(jī)制Fig.9 Sketch for the gas accumulation of the gas trap of nearly－generation and nearly－storage type

煤層也可被炭質(zhì)泥頁巖代替，即當(dāng)砂礫巖直接覆蓋在炭質(zhì)泥頁巖上時(shí)，也會(huì)形成像砂礫巖直接覆蓋在煤層之上的“近生近儲(chǔ)”成藏組合（圖9）。 如果煤層與砂礫巖之間被非炭質(zhì)泥頁巖、或沒有生烴能力的泥頁巖相隔，且沒有裂縫溝通，同時(shí)側(cè)向又沒有氣源補(bǔ)充時(shí)，要形成煤成氣藏是不可能的（圖10），這種組合叫做“無效成藏組合”。

圖10 被泥頁巖分隔的無效成藏組合Fig.10 Void gas accumulation combination separated by mudstone and or shale

這種致密砂巖氣成藏機(jī)制表面上是由砂礫巖與煤層（或炭質(zhì)泥頁巖）的直接接觸造成的，而間接與受高能的決口扇相與低能的泥炭沼澤相沉積演化有關(guān)，更深刻的層次上與構(gòu)造－地貌反差較大形成的特殊古地理環(huán)境有關(guān)，這種特殊的古地理環(huán)境則依賴于地洼階段的強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形的強(qiáng)烈造山和造盆作用。 所以，這種致密砂巖氣藏的“近生近儲(chǔ)”成藏機(jī)制可視為地洼成礦的專屬性。

這種“近生近儲(chǔ)”型的氣藏如果被褶皺運(yùn)動(dòng)改造后，在背斜的轉(zhuǎn)折端可以得到成藏優(yōu)化，即背斜轉(zhuǎn)折端形成的大量縱向裂隙可以成為煤氣其運(yùn)移的良好通道，把煤層氣輸運(yùn)到致密砂巖中，同時(shí)在致密砂巖中形成裂縫富集區(qū)，形成很好的運(yùn)移和儲(chǔ)集空間，進(jìn)而形成煤成氣富集區(qū)（圖11），吐哈盆地柯24 井區(qū)這種現(xiàn)象很明顯，也是柯19、柯200 和柯21 井高產(chǎn)的主要原因。 這是地洼階段強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的致密砂巖氣有利的成藏組合條件，非其他構(gòu)造屬性的盆地能所有。

圖11 “近生近儲(chǔ)”型成藏機(jī)制的最有利成藏組合－裂縫發(fā)育型背斜構(gòu)造Fig.11 More beneficial gas accumulation combination of gas trap of nearly－generation and nearly－storage type－fissure－developed anticline structure

3.2 “自生自儲(chǔ)型”致密砂巖氣藏

前文述及，侏羅紀(jì)時(shí)中國西部進(jìn)入地洼演化階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)激烈頻繁［13］。 吐哈盆地及其造山帶活動(dòng)也很強(qiáng)烈，構(gòu)造－地貌反差很大，盆地與周緣的山脈相對高差較大，季節(jié)性洪水在陡坡帶勢能的加持下，攜帶能力強(qiáng)，搬運(yùn)速度快，在末端由于坡度驟減或河道曲率增加，頻發(fā)決口，攜帶砂礫巖與泥炭沼澤煤系發(fā)育區(qū)直接接觸。 這種砂礫和泥炭的混合體具有很好的自生自儲(chǔ)的能力，能夠形成1 種特殊的“自生自儲(chǔ)型”致密砂巖氣藏的有效儲(chǔ)集體兼烴源巖（圖12）。

圖12 砂巖中分散有機(jī)質(zhì)形成“自生自儲(chǔ)型”致密砂巖氣藏的模式Fig.12 Model for formation of gas trap of “self genenation and self storage” type from dispersal organic debris

進(jìn)一步討論砂礫巖中的碳屑的排烴量問題。 巖心中肉眼可見含大量碳屑和碩大的煤屑碎片或煤線（圖13），將巖心照片放大和在顯微鏡下，可以見到大量黑色的砂級(jí)碳屑（圖14）。

圖13 “自生自儲(chǔ)型”巖心碳屑定量分析Fig.13 Quantitative analysis of carbon－debris－bearing core of gas trap of “selfgenenation and self storage” type

從兩個(gè)角度定量研究了巖屑：

首先，從宏觀角度對部分巖心的炭屑進(jìn)行了定量分析。 由方格網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)得到炭屑的含量為15.80%（圖13）。 圖12 中統(tǒng)計(jì)的炭屑點(diǎn)僅為大炭屑，而砂級(jí)顆粒的碳屑并未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，薄片觀察表明，砂級(jí)炭屑非常豐富。 所以，可以肯定炭屑的真實(shí)含量高于統(tǒng)計(jì)值。 暫且以大炭屑的含量來計(jì)算煤生氣量。 取煤中鏡質(zhì)組反射率為1%，給定其生氣量為150 m3／m3（每立方米煤屑可生成150 m3天然氣）［36］，可獲得生氣強(qiáng)度約為150 m3／m3×15.80%＝24 m3／m3（每立方米含炭屑砂巖可生成24 m3天然氣），十分可觀。

其次，從顯微角度定量研究炭屑。 具體方法是把巖心薄片拍成照片后，在其上劃分網(wǎng)格，對交點(diǎn)上的碳屑計(jì)數(shù)和總交點(diǎn)分別計(jì)數(shù)，碳屑含量為24.94%（圖14）。 以反射率1.0%計(jì)算，氣肥煤每噸煤可以釋放出大約150 m3的天然氣［24］。 所以，每立方米砂巖中的碳屑可生天然氣37 m3左右，比起頁巖氣來說這一數(shù)值要大多了。 即便是砂巖含碳屑量少到每立方米只有5%，每立方米砂巖中的碳屑也可以排放出7.5 m3左右的天然氣，與可采頁巖氣的下限相當(dāng)［37］。 因此，從富含碳屑的致密砂巖本身的生氣量定量分析來看，其完全可以具備烴源巖的生氣能力，這使得砂巖本身可以是烴源巖，構(gòu)成一種特殊的“自生自儲(chǔ)”氣藏。

圖14 含碳屑砂巖薄片組分定量分析Fig.14 Quantitative analysis of slice of carbon－debris－bearing sandstone

致密砂巖氣藏的壓力系數(shù)與煤屑的多少密切相關(guān)，煤屑多壓力系數(shù)就越大。 以圖7 中的實(shí)例定量計(jì)算。 取致密砂巖的孔隙度4%～10%，如果不考慮吸附減壓和擴(kuò)散減壓，那么37 m3的天然氣形成的壓力就是375×105～942×105Pa；深度取3 700 m，那么壓力系數(shù)就是1.00 ～2.51，比實(shí)際值大，揭示了碳屑生排烴完全可以成藏。 吐哈侏羅系致密砂巖在含碳屑較高（＞5%～10%）的層段完全有可能形成“自生自儲(chǔ)型”氣藏。 這種致密砂巖氣藏，是吐哈盆地致密砂巖氣藏的一種成藏機(jī)制，在某些地方或某些層段甚至可能是主要的成藏機(jī)制。 泥頁巖中的分散有機(jī)質(zhì)都能成藏，致密砂巖中的分散碳屑同樣具有成藏潛力。

圖7 水西溝群天然氣多種有機(jī)地化指標(biāo)特征示意（據(jù)中科院蘭地所研究報(bào)告）Fig.7 Sketch of several geological index of natural gas trap of Shuixigou Group（after research report from Lanzhou Geological Institute of Chinese Academy of Science）

這種“自生自儲(chǔ)”致密砂巖中含有大量搬運(yùn)攜入大量破碎的炭屑，煤顆粒排氣的比表面積比煤層驟然增加（圖15），更能有效地生排氣，比“近生近儲(chǔ)”致密砂巖具有排烴能力更強(qiáng)、排烴效率更高的明顯優(yōu)勢，并根本上克服了煤難以成氣成藏的致命缺陷。 比如一個(gè)簡單的計(jì)算：取一個(gè)邊長1 m 的立方體，其比表面積為6 m2，因其四周被煤層包裹，所以其有效排烴面積只有頂?shù)酌娴? m2。 如果將其切割成邊長為0.1 m 的立方體，其表面積驟然可增加到60 m2；如此類推把其切割成0.1 mm 的立方體時(shí)，其表面積則為6 000 m2，是原煤立方體的100倍，有效表面積的3 000 倍。 綜上，煤屑越小其排烴效率越高，即煤中因比表面積大，更易排氣，就不會(huì)在內(nèi)部聚集太多的煤層氣，煤層氣多數(shù)可以有效的排放到致密砂巖中，這也是“自生自儲(chǔ)”致密砂巖氣藏成藏的關(guān)鍵優(yōu)勢和重要理論依據(jù)。

圖15 煤層破碎成顆粒后比表面積變化對比Fig.15 Comparable sketch of the specific surface area afterbeing broken of coalbed

因此，煤破碎到砂級(jí)顆粒之后還有利于排烴，這是煤層氣所沒有的成藏有利條件，或許這是最為關(guān)鍵的有利成藏要素之一。 總之，“自生自儲(chǔ)型”含煤碎屑顆粒致密砂巖的排氣能力與效率較之純粹的煤層要高的多。 此種致密砂巖中的分散煤屑顆粒成藏，是一種地洼盆地內(nèi)致密砂巖氣的一種成藏機(jī)制，在某些地方或某些層段甚至可能是主要的成藏機(jī)制，形成地洼盆地特有的成藏機(jī)制，非地臺(tái)盆地所有。

3.3 復(fù)合成藏的致密砂巖氣藏

以上簡要介紹了“近生近儲(chǔ)”＋“自生自儲(chǔ)”2 種成藏模式（或機(jī)理），事實(shí)上，在一個(gè)氣田或一個(gè)產(chǎn)氣區(qū)，這兩種模式常兼而有之，所以，又把這2 種疊加成藏叫做復(fù)合成藏，也就是陳國達(dá)［38］所說的“多因復(fù)成”。 由這種作用形成的致密砂巖氣叫復(fù)合致密砂巖氣藏。

4 結(jié) 論

1）吐哈盆地水西溝群是一套地洼盆地內(nèi)的近物源快速堆積，總體上是一套成分成熟度和分選性很低的長石巖屑雜砂巖，除了河道（或水道）砂礫巖發(fā)育外，還發(fā)育有大量決口扇。 在決口扇砂礫巖中含有大量炭屑，是決口扇水道沖蝕或切割岸后泥炭沼澤的結(jié)果，顯示了地洼盆地沉積環(huán)境不穩(wěn)定的特點(diǎn)，正是這種不穩(wěn)定造就了吐哈盆地特殊的致密砂巖氣藏。

2）按照生儲(chǔ)關(guān)系，將吐哈水西溝群致密砂巖氣成藏機(jī)制分為“近生近儲(chǔ)”、“自生自儲(chǔ)”和復(fù)合成藏三種類型，這3 種成藏機(jī)制是地洼型致密砂巖氣藏的特點(diǎn)，非地臺(tái)型盆地所有。

3）水西溝群優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)致密砂巖氣藏的形成與分布，決定于決口扇—泥炭沼澤相源儲(chǔ)平面及垂向有利配置，以及成藏物質(zhì)組合和后期構(gòu)造改造（主要是造縫）的完美時(shí)空對應(yīng)關(guān)系，也是地洼盆地原生礦藏與后生改造疊加富化的契合，凡具有這種契合的區(qū)域都是重要勘探優(yōu)選區(qū)。

致謝：本文是在國土資源部與吐哈油田合作“致密砂巖氣國家示范基地”項(xiàng)目的資助下完成的，寫作得到了中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的林舸研究員的指導(dǎo)，本文使用的資料由吐哈油田勘探開發(fā)研究院提供，審稿專家提出了很多寶貴意見，借此機(jī)會(huì)一并致謝。