煤层气、深盆气、页岩气成藏条件对比研究

孙雄进　郝炜　张金龙

摘 要：煤层气、深盆气和页岩气是十分重要的非常规天然气，研究分析发现，三者在成藏条件上既有相似性又有差异性：气源成因都包括生物成因、热成因和混合成因；低孔隙度、低渗透率和强非匀质性是储集层的共同特征；煤层气需要良好的顶底板来封存天然气，而深盆气和页岩气不需要其他的岩性介质作为盖层等等。

关键词：煤层气；深盆气；页岩气；成藏条件

前言

煤层气指赋存于煤层，以甲烷为主的，吸附在煤基质颗粒表面的、部分游离于煤孔隙或溶解于煤层水中的烃类气体。根据IEA（2004）的统计显示，全世界煤层气的资源量超过260×1012m3。美国、加拿大、澳大利亚及中国等国家目前已经实现了不同程度的商业化开发。深盆气是一种赋存于盆地深凹陷部位、低孔低渗储集层中的一种气水关系倒置的非常规气藏。“深盆气”这个术语并不具备成因或成藏机理的意义，它是特定历史时期内延续使用的描绘性术语。很多研究者分别从不同的角度给它们命名，先后经历了隐蔽气藏、水动力和孤立体圈闭气藏、深盆气藏、水封气藏、盆地中心气藏、连续气藏、致密砂岩气藏等等，其中尤以“深盆气”的名称应用最为广泛。页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。中国页岩气可采资源量为26×1012m3，和美国28×1012m3可采资源量差不多，资源储量非常庞大。

成藏条件对比：

煤层气、深盆气和页岩气在成藏条件上具有相同点，也有各自的独特性，下面主要从油气藏形成的基本石油地质条件——生、储、盖、圈、运、保这六个方面来进行对比分析。

1 生气条件

煤层气、深盆气和页岩气的气源成因类型都包括生物成因（其中生物成因又可细分为原生生物成因和次生生物成因）、热成因以及二者的混合。

原生生物成因型煤层气是在温度相对较低的地表较浅处，在有机质演化的最初阶段由微生物作用生成的未熟、低熟型烃类气体，生气量随着Ro的增高逐渐降低，生气温度一般小于50°C，Ro≤0.3%。次生生物成因型煤层气是细菌等微生物由于构造作用通过地层水的连通进入煤层中，通过微生物的生命代谢活动将其中的有机质和已经存在的烃类气体分解成甲烷等气体。热成因型煤层气是在较高的温度（大于50°C）和压力条件下，地层中的有机质通过煤化作用释放出以甲烷为主的烃类气体，统计表明：甲烷δ13 C值总体偏小。混合型煤层气是生物成因气和热成因气之间的过渡区域，为两者共同作用的结果，Ro为0.3%～0.6%。

深盆气的气源来源非常广泛，主要是暗色页岩、泥岩、粉砂质页岩及煤层， 但以海陆过渡相煤系地层为主，干酪根类型以Ⅲ型为主。有机质的热演化程度一般较高。

充足的气源是形成具有工业开采价值页岩气藏的基本物质条件，要求生烃有机质的生烃能力满足一定要求，其中有机质含量、干酪根类型和有机质成熟度是影响生气量的最重要因素。中国含气页岩的有机碳含量在0.2%～30%；中国古生代时期形成了分布广泛、厚度巨大且以Ⅰ型、Ⅱ型干酪根为主的海相黑色页岩层系，具有良好的生烃潜力；中国产气页岩具有典型的高有机质含量、高热演化程度和高后期变动程度的“三高”特点。

2 储集条件

煤层气和页岩气作为生、储、盖“三位一体”的自生自储式气藏，烃源岩自身便是其储集层。煤层气主要以吸附态存在，游离态和溶解态的煤层气很少；页岩气主要以吸附态和游离态的形式存在，因此孔隙与裂缝越发育，越有利于这两类气藏的富集。深盆气具有“源-藏伴生”的特点，储集层主要是紧邻烃源岩的致密砂岩储层，它与页岩气储集层的共同点都是低孔低渗、非匀质性强等。通常，煤层气储集层的孔隙度大小与煤的变质程度相关，一般情况下，在2%～25%之间变化，渗透率小于1.0×10-3μm2；深盆气致密储层的孔隙度为3%～12%，渗透率小于0.1×10-3μm2；页岩孔隙度比较小，最高仅为4%～5%，渗透率小于1×10-3μm2。

3 盖层条件

煤层气需要一定的盖层条件，致密岩石孔渗性小，有利于煤层甲烷的封存；相反，孔渗性好的岩层不利于封存。深盆气和页岩气不需要盖层，这是它们与常规天然气的重要区别之一。

4 圈闭条件

常规天然气需要有效的圈闭来富集形成气藏。页岩气在烃源层内部生成，具有低孔低渗的特点，原地或就近聚集，因此，不需要常规意义上的圈闭，页岩气藏的分布受烃源岩控制，分布范围近似等于烃源岩的分布范围；深盆气位于紧邻烃源岩的致密砂岩储层中，依靠的是储层中细小孔隙的毛细管作用力封闭的，因此也不需要常规意义上的圈闭；煤层气主要以吸附态存在于煤层内部，不需要圈闭条件。

5 运移条件

页岩气是烃源岩生气后原地就近聚集的结果，没有运移；深盆气的储集层和烃源岩是紧邻的，发生了极短距离的运移；煤层气与页岩气类似，几乎没有发生运移。

6 保存条件

页岩气对保存条件没有特殊要求，即使发生了较大的地质构造运动，仍然可以具有页岩气的勘探开发前景。深盆气则不同，深盆气藏依靠的是致密储层的毛细管力封闭作用，一旦储层的物性变好，产生的毛细管力不足以封盖住天然气，天然气就会逸散出来，因此深盆气要求相对稳定的构造环境以维持气水界面的动平衡状态。煤层顶底板的岩性对煤层甲烷的含量有一定影响，通常情况下，泥岩为顶底板时煤层甲烷含量高，粉砂岩次之，砂岩最次。构造条件和水文地质条件也能影响煤层气的保存。构造沉降促进煤层气的生成和吸附保存，构造抬升导致气体散逸损失；张性、张扭性等开放性断层是煤层气运移的主要通道，不利于煤层气的保存，压性、压扭性断层的封闭性较好；背斜的核部、向斜倾角较陡的翼部断裂发育含气性较差，向斜核部、背斜的两翼和倾伏端方向含气性较好。高矿化度地下水有利于高煤级煤层气保存，而低矿化度地下水有利于低煤级煤层气的保存。

7 结束语

经过对煤层气、深盆气和页岩气成藏条件的对比分析，可以得出以下认识：

（1）三类气藏的气源成因都包括生物成因（原生生物成因和次生生物成因）、热成因以及混合成因；储集空间都是孔隙和裂缝，煤层气主要以吸附态为主，孔隙度变化较大，渗透率低，页岩气以吸附态和游离态为主，深盆气和页岩气储层都具有低孔低渗、非匀质性强等特点；煤层气需要一定的盖层条件，深盆气和页岩气不需要其他岩性介质作为盖层。

（2）煤层气和页岩气都是自生自储式气藏，深盆气属于源-藏伴生式气藏，三类气藏都不需要常规意义上的圈闭；三类气藏都没有发生运移或者运移距离极短；煤层气的保存需要良好的顶底板条件，构造条件和水文地质条件也能影响煤层气的富集，深盆气要求相对稳定的构造环境以维持气水界面的动平衡状态，页岩气不需要特殊的保存条件。

参考文献

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作者简介：孙雄进（1990-），男，湖北应城人，硕士研究生，就读于长江大学地球科学学院，现主要从事石油地质方面的研究。