引用本文

Wei Guoqi,Zhang Fudong,Li Jun,et al.New progress of tight sand gas accumulation theory and favorable exploration zones in China[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(2):199-210.[魏国齐，张福东，李君，等.中国致密砂岩气成藏理论进展[J].天然气地球科学，2016,27(2):199-210.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0199

中国致密砂岩气成藏理论进展

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魏国齐1 ，张福东1，李君1 ，杨慎1 ，黄朝勇2，佘源琦1，鞠秀娟1，赵丽华1 

（1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2中国石油华北油田分公司水电厂二连分厂，河北任丘062550）

作者简介：魏国齐（1964-），河北乐亭人，教授级高级工程师，博士，主要从事天然气地质研究.E-mail：weigq@petrochina.com.cn.

基金项目：国家科技重大专项“中国大型气田形成条件、富集规律及目标评价（二期）”（编号：2011ZX05007）资助.

摘要  
中国自“十一五”以来大力发展致密砂岩气，目前已成为仅次于美国、加拿大的致密砂岩气生产大国，同时众多地质学者对中国复杂地质条件下致密砂岩气成藏机理不断创新研究取得了重要进展，进入建立新类型致密砂岩气成藏理论阶段。通过对早期致密气相关成藏理论解析、典型气藏解剖及实验模拟等综合研究，认为中国现今发现的致密砂岩气具有克拉通大面积致密砂岩气、前陆背斜构造致密砂岩气和断陷深层致密砂砾岩气3种成藏机制。克拉通大面积致密砂岩气以近距离孔缝网状输导、储盖双重阻挡、大面积聚集为主，而后两者以断裂孔缝输导、优质盖层封盖、断块—岩性或背斜构造控藏为主。三者相同点为致密砂岩储层与烃源岩层紧密接触、储层致密、甜点富集；差异点主要为输导条件、封盖机制、运聚特征等。中国致密砂岩气地质资源量达36.54×1016m3，其中克拉通大面积致密砂岩气地质资源量占83.2%，为30.4×1016m3，四川盆地须家河组、鄂尔多斯上古生界是该类型现实的重点勘探区带；前陆背斜构造致密砂岩气和断陷深层致密砂砾岩气资源相对较少，库车白垩系深层、吐哈台北侏罗系、准南侏罗系与松辽盆地深层是有利勘探区带。

关键词： 致密砂岩气       成藏理论       资源潜力       有利区带      

中图分类号:TE133.1+1      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)02-0199-12

New progress of tight sand gas accumulation theory and favorable exploration zones in China

Wei Guo-qi1 ，Zhang Fu-dong1，Li Jun1，Yang Shen1，Huang Chao-yong2，She Yuan-qi1，Ju Xiu-juan1，Zhao Li-hua1 

（1.Langfang Branch,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,CNPC,Langfang 065007,China；2.Huabei Oilfield Company Material Supply Office Wanzhuang Drilling Supply Station,Renqiu 062550,China）

Abstract  
Since the eleven-fifth plan,tight sand gas got vigorous development in China.Its production is only lower than that of the US and Canada.Aiming at the special geological condition of china,geologists have made new progresses in the theory of tight sand gas.With the in-depth exploration,the accumulation theory was constantly improved.Through the analysis of early tight gas reservoir theory,anatomy of typical gas reservoir and experiments simulation etc.,it is thought that there are three main accumulation mechanisms,including the large-scale tight sandstone type,the anticline structure compact sandstone type and the block tight sandstone type.Their similarities are the tight sands contacting closely with source rocks,the tight sand and the enriched sweet spot.Their differences are shown in the conducting conditions,capping mechanism,migration and accumulation characteristics etc.The characteristics of large-scale tight sandstone are near distance seam hole mesh conducting,reservoir and seal double block and large scale gathered.The latter two are with fracture aperture conducting,high quality sealing cover,block or anticline tectonic control play.China's geological resource of tight sandstone gas is 36.54 trillion cubic meters.The study of the theory,exploration and development technology of large-scale of tight sandstone gas are more mature,with geological resource of 30.4 trillion cubic meters.It has the basis and potential for accelerating development.Sichuan Xujiahe Formation and Upper Palaeozoic of Ordos Basin are the realistic key exploration zones.Jurassic of Kuqa northern section,Taibei sag of Turpan-Hami Basin and the south of Junggar Basin are the next favorable exploration zones.

Key words： Tight sandstone;       Accumulation theory;       Resource potential;       Favorable zones;      

引言

致密砂岩气是指储集于低渗透—特低渗透致密砂岩储层中的天然气资源，需通过大规模压裂或特殊采气工艺技术才能实现经济开发。致密气最早在1926年发现于美国圣胡安盆地，在中央向斜部位发现了Blanco特大型气田，当时称之为隐蔽气藏，半个世纪后于1970年在美国丹佛盆地发现了Wattenberg气田，并开始重视致密砂岩气藏的勘探和开发，制定了一系列经济、技术上的优惠和扶持政策。截至目前全球在美国、加拿大、澳大利亚、墨西哥、委内瑞拉、阿根廷、印尼、中国、俄罗斯、埃及及沙特等十几个国家进行了致密气勘探开发。受资源潜力、消费需求和技术发展影响，全球致密气发展不均衡，主要产气国为美国和中国。2012年美国天然气产量为7 132.4×1012m3，其中致密砂岩气产量约为1 800×1012m3，占总产量的26%，中国天然气产量为1 070×1012m3，其中致密砂岩气产量为265×1012m3，占总产量的24.7%；至2014年，美国致密砂岩气产量受页岩气开发影响略有下降，约为1 200×1012m3，占总产气量的17%，而中国致密砂岩气不断攀升，产量约为406×1012m3，占总产气量的31.6%。致密气成为天然气产量的重要增长点。随着勘探开发的深入，发现致密砂岩气具有丰富的类型和多种形成机制，采用单一的工业标准及早期的“深盆气”等成藏理论难以系统解释不同类型致密砂岩气成藏机制，勘探中常遇到致密砂岩气资源不落实、成藏机制不清晰、分布规律不明确等问题。特别是地质条件复杂的中国，具有小陆块拼合、多旋回演化、陆内构造活动强烈等特征，勘探问题更为突出。本文深入分析致密砂岩气成藏理论演化、地质条件及中国致密砂岩气的类型和形成机制，为致密砂岩气地质评价、有利勘探区带优选提供新的依据和参考。

1 致密气地质理论发展现状

美国是致密砂岩气发展最早、勘探开发最成功、勘探开发规模最大的国家，已形成了一系列勘探开发理论和技术，并在20世纪70年代制定了工业标准，相继提出致密气、深盆气、连续气成藏理论，是世界致密砂岩气理论发展的基础。20世纪60年代，中国第一次在四川盆地发现致密气，由于受当时勘探开发技术、理论认识等限制，未引起足够重视.直至2005年，储层压裂改造技术广泛应用推动鄂尔多斯盆地及四川盆地的致密砂岩气勘探开发获得重要进展，掀起了致密砂岩气勘探的热潮，特别是“十一五”以来，我国大力发展致密气，通过不断创新和勘探实践，逐渐形成了中国的“致密砂岩气”成藏理论（图1）。 北美致密气理论发展于20世纪70年代。1973年美国能源部对致密含气层作为资源进行开采的标准作了如下规定:“将孔隙度低(一般小于10%),含水饱和度高(大于40%),原始地层渗透率小于0.1×10-3μm2的含气砂岩作为致密含气砂岩储层，这个标准目前在美国已得到广泛的认同。1976年在加拿大阿尔伯达盆地发现了Elmworth、Milk River和Hoadley大型气田，可采储量达6 000×1012m3，标志着北美致密砂岩气勘探进入了一个快速发展阶段。北美众多地质学家从产状描述、圈闭成因、阻挡机制及运聚特征等方面给予了定义和解释。1979年Masters[1]在对Elmworth、Milk River和Blanco气田分析的基础上，将这种发育于构造下倾部位或中央向斜部位砂岩中的天然气藏称为深盆气藏(Deep basin gas trap)，特征是上倾方向具有气水界面，而下倾方向没有气水分离的界面。“深盆气”虽然为描述性术语，但其揭示了盆地或坳陷中的低凹部位可以找到与传统气藏成因机理完全不同的气藏，具有现实的和潜在的经济价值，很快成为广泛传播的概念。20世纪80年代以后Walls[2]提出“致密砂岩气藏”概念，但淹没在“深盆气”概念之中。之后Cant[3]、Rose[4]、Gies[5] 、Masters[6]、Law等[7]对该类气藏的机制进行了深化的研究，提出了“盆地中心气”、“动态圈闭”及“瓶颈圈闭”等术语，在此类天然气动态运聚、压力梯度控藏、散失和补给动平衡、毛细管力分隔等成藏机理方面取得了较为深入的认识。Cant[3]认为，深盆气圈闭具有动态的特征，其中由于成岩作用造成的致密封闭层对气体的聚集是最重要的。Gies[5]认为在下倾部位为低渗透砂岩、而上倾部位为高渗透砂岩组成的地层中，当气体停止从下倾方向注入后，天然气压力梯度变小，不存在可动水形成的连续水压，天然气被封挡在比区域水压梯度小的低压区。Masters[6]认为是一种动态圈闭，只是气体不断散失和持续补给的动平衡结果。Law等[7]指出，在超压气体聚集的孔隙网络中气相是不连续的，被含水毛细管分隔开来，气体仍然以游离气、溶解气以及扩散的形式损失掉，但由于天然气生成和聚集速率超过其损失速率，所以仍可维持高的孔隙压力，可阻止水进入超压气藏。至20世纪90年代有些学者将“致密气藏”(Tight sands gas)纳入深盆气范畴[8,9]，但一些学者持不同观点，Law等[10]指出，含气致密砂岩是一种重要的盆地中央气储层类型，但并不是致密砂岩气藏都是盆地中央气藏。至此关于“深盆气”和“致密气”成藏认识并未完全统一。美国地质调查局为了建立一种随意性更小、更加符合地质依据的方法，在 1995 年全国油气资源评价中引入了“连续型”油气藏的概念，2005年美国地质调查局提出“深盆气、页岩气、致密砂岩气、煤层气、浅层砂岩生物气和天然气水合物”等 6 种天然气统称为“连续型”气[11]。由于“连续型”概念阐述该类气藏成藏机理的特点不够全面，后期应用较少。最终该类气藏的定义仍然沿用“致密气”。2006年， Stephen[12]把致密气藏定义为“需经大型水力压裂改造措施，或者是采用水平井、多分支井，才能产出工业气流的气藏”，把致密砂岩气藏的储层改造方法列入到定义中，进一步强调增产改造措施对该类气藏开发的重要性。自2006年以来，国际上主要重视致密气勘探开发技术的研究，公开发表的文献主要是关于储层预测、裂缝预测、渗流机理、储层改造、钻井技术及开发建模等方面较多，关于成藏理论方面发表的文献较少。如据SPE检索文献不完全统计，2006年以来发表的关于致密气文献有474篇，而涉及地质条件、成藏机制和分布规律研究方面的文献仅为15篇，主要为运移、聚集、气水分布等较为具体的运聚方面问题[13-15]。目前“深盆气”等概念已较少应用，“致密气”或“致密砂岩气”成为耳熟能详的术语。大绿河、皮昂斯等典型盆地致密砂岩气成藏机制认识较为深刻，明确源储叠置、区域盖层发育、煤系源岩发育、裂缝丰富等是致密砂岩气形成的重要条件。 中国广泛开展致密气相关的勘探研究始于20世纪90年代（图1），一批地质学者引进“深盆气”概念，金之均等[16]、张金川等[17] 、张金亮等[18] 、陈洁等[19]、马新华[20]、孙超等[21] 、许化政等[22] 、王传刚等[23]众多地质学者展开广泛研究，并在中国主要含气盆地进行了不同程度的探索。其中，2004年张金川等[24-27]在鄂尔多斯盆地、吐哈盆地、四川盆地“深盆气”机理研究基础上，提出了“根缘气”概念，得到一些地质学者的认可；邹才能等[28,29]2006年引入“连续型”油气藏概念，2009年在总结苏里格上古生界、川中盆地须家河组气藏成藏规律时提出“连续型”油气藏，重点所指主要为致密气藏，该观点目前仍然有一些地质学者[30-32]应用。进入“十一五”以来，康毅力等[33]、杨建等[34]、张水昌等[35]、李明诚等[36]、王鹏威等[37]、蒋平等[38]一批地质学家总体上以“致密砂岩气藏”为对象在成藏机理、分布、分类等方面开展了深入研究。该时期我国非常重视并引导众多地质家系统深入地开展致密气成藏机制研究，在“十一五”末期至“十二五”初期掀起“致密砂岩气”理论研究高潮，在致密砂岩气运移、聚集、保存等方面取得一批重要认识[39-44]，有效指导了致密砂岩气的勘探。2011年中国国家能源局正式发布《致密砂岩气地质评价方法》，制定了致密砂岩气的行业标准:覆压基质渗透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂岩气层，单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量，通常情况下，这些措施包括压裂、水平井、多分枝井等。目前勘探实验来看，吐哈盆地山前带柯柯亚、塔里木盆库车坳陷克深2、松辽盆地深层断陷长深等气藏主要产层孔隙度普遍小于8%，地面岩心测试渗透率主要分布在（0.1～1）×10-3μm2之间，与鄂尔多斯盆地苏里格上古生界储层物性相近，甚至更差，按照标准，皆属于致密砂岩气范畴（图2），表现出多种成藏机制。综合“十一五”以来众多研究成果及近期不同类型致密砂岩气成藏机制研究认识来看，中国致密砂岩气研究进入建立不同类型致密砂岩气成藏理论阶段。

图1     美国及中国致密砂岩气藏概念、成藏机理研究主要发展概略
Fig.1     The development course of concept and mechanism of tight sand gas in USA and China

2 致密砂岩气成藏类型及机制

现今致密砂岩气成藏理论与早期“致密气”、“深盆气”、“盆地中心气”及“连续气”均存在较大差异，我国致密砂岩气包括2个方面：一为大面积致密砂岩储层控制形成的气藏；二为构造圈闭、构造—岩性圈闭控制下形成的储层致密的气藏。前者与早期提出的“致密气”具有相似之处，后者是逐渐被众多地质家新纳入的类型，总体上致密砂岩气藏表现为3种运聚机制。

2.1 致密砂岩气藏类型划分

致密砂岩气成藏的分类可追溯至20世纪60— 70年代，当时主要从圈闭成因角度进行考虑，如孤立(孔隙)体圈闭气藏、地层—成岩圈闭气藏、水动力圈闭气藏及水封型圈闭气藏等，主要基于“深盆气”概念进行分类。21世纪后，中国地质学者提出了多种分类方案。姜振学等[47]将致密砂岩气藏分为“先致密后成藏型”和“先成藏后致密型”２类；董晓霞等[48]根据致密砂岩成藏与构造演化的关系特征及其不同成藏规律将其划分为改造型致密砂岩气藏和原生型致密砂岩气藏；郭秋麟等[41]根据聚集模式将致密砂 岩气聚集带划分为连续带和过渡带，并建立相应的 地质模型；戴金星等[42]根据致密砂岩气储集 层特征、储量大小及所处区域构造位置高低，将其划

图2     鄂尔多斯盆地、库车盆地、吐哈盆地及松辽盆地致密砂岩孔隙度、渗透率分布频率
Fig.2     The distribution frequency of porosity and permeability of tight sand in Basins of Ordos，Kuche，Tuha and Songliao

分为 “连续型”致密砂岩气藏和“圈闭型”致密砂岩气藏； 李建忠等[43]在中国鄂尔多斯等6个盆地31个致密砂岩气藏特征分析基础上，划分为斜坡型、背斜构造型和深部凹陷型致密砂岩气藏；近期杨茜等[49]、樊阳等[50]、李昂等[51]、张雷等[52]也对致密砂岩气从“先成型”、“后成型”,“复合型”等角度进行了分类。这些分类方案主要从成藏期与砂岩致密期、圈闭类型两大方面进行讨论，可直观地展示致密砂岩气藏在盆地中的赋存位置及其成藏条件，但从盆地及致密气成藏机制方面分类研究较少。 本文在系统分析中国重点盆地35个致密砂岩气田(藏)成藏机理、演化规律基础上，依据盆地与致密砂岩气藏成藏特点将其划分为克拉通大面积致密砂岩气、前陆背斜构造致密砂岩气和断陷深层致密砂砾岩气3种类型（表1）。克拉通大面积致密砂岩气形成于克拉通盆地大型坳陷缓坡背景，输导体系主要为储层孔隙和微裂缝，储层为大面积连续分布的致密砂岩，盖层为致密砂岩和泥岩隔层，无明显边界，近源大规模致密砂岩发育区易形成该类模式[图3(a)]；前陆背斜构造致密砂岩气主要形成于前陆逆冲带断裂和局部构造发育区，致密砂岩储层被断裂和局部构造分割，输导体系主要为断裂，盖层为泥岩及膏岩等，在前陆逆冲带深层易形成该类模式[图3(b)，图3(c)]；断陷深层致密砂砾岩气形成于断陷盆地扇三角洲发育区，断裂发育，储层为断裂分割的砂砾岩体，输导体系主要为断裂和裂缝，盖层为泥岩，断陷深层环断槽分布扇体易形成该类模式[图3(d)]。

2.2 不同类型致密砂岩气成藏机制

2.2.1 克拉通大面积致密砂岩气

克拉通大面积致密砂岩气主要指构造背景平缓、断裂和局部构造不发育、致密砂岩与烃源岩广覆 叠置形成的气藏。主要形成机制为源储交互叠置、超压动力充注、孔缝网状输导、致密储层阻隔及甜点砂体富 集[图3(a)]。致密储层和烃源岩层大面积接触，供气面 广泛，有利于大规模捕获天然气，是基本地质条 件；超压动力充注可保证天然气突破致密

表1     致密砂岩气藏类型及地质特征
Table 1     The type and geologic features of tight sand gas reservoir
致密砂岩气类型克拉通大面积致密砂岩气前陆背斜构造致密砂岩气断陷深层致密砂砾岩气
地质背景大型坳陷缓坡前陆逆冲带断陷深层
输导条件原生孔隙、微裂缝断裂断裂、微裂缝
储层条件连续分布大面积致密砂岩断裂构造分割致密砂岩断裂分割致密砂砾岩
封盖条件致密砂岩、泥岩膏岩、泥岩泥岩隔层
圈闭特征无明显边界构造岩性控藏断裂岩性控藏
分布规律近源大规模致密砂岩逆冲背斜带环断槽分布扇体
典型气藏苏里格、广安、安岳大北、克深徐深、长深、大兴

图3     鄂尔多斯盆地、库车盆地、吐哈盆地及松辽盆地致密砂岩气藏成藏模式
Fig.3     The formation mechanism of tight sand gas reservoir in basins of Ordos，Kuche，Tuha and Songliao

储层，是重要 驱动力条件；孔缝网状输导是指微裂缝—孔隙大面积连通构成输导体系，保证天然气能够全方位进入储层，是大面积含气的基本输导条件；储层规模性致密使流体流动性差，浮力驱动力较小，限制了天然气大量运移和散失，是高效聚集的重要条件。该类气藏的一大特色是只有先致密后成藏才具备天然气规模聚集条件，而在整体含气系统内，仍遵循物性较好的砂体有利于聚集，“甜点”砂体是富集高产区块。 鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气为典型的克拉通大面积致密砂岩气模式。首先，烃源岩与储层分布具有大面积叠置特点。上古生界沉积体系为海相稳定克拉通之上发展起来的缓坡型(坡度为0.5°～3°)浅水三角洲体系，本溪组、太原组和山西组的煤层和暗色泥岩遍布全盆地，在山西组、石盒子组发育大型缓坡型辫状河三角洲沉积砂体，源储叠置面积达21×104km2。其次，储层规模致密时期早于成藏时期，苏里格上古生界砂岩石英加大边盐水包裹体均一温度为100～125℃[图4(a)]，在晚三叠世—中侏罗世处于晚成岩A期，孔隙度在7%左右，储层致密，而上古生界天然气甲烷碳同位素、乙烷碳同位素计算天然气母质成熟度为1.0%～3.0%，绝大多数处于成熟—高过成熟阶段[图4(b)]，主要成藏期为晚侏罗世—早白垩世，晚于储层致密时期。在源储大规模叠置及储层致密条件下，超压动力充注、孔缝网状输导成为气藏运移的重要条件，致密储层毛细管阻力是聚集的重要条件。石盒子组在K1末超压值达到最大[23],与烃源岩演化及天然气充注时期相吻合，存在生烃超压动力条件；现今岩心观察及地震解释发现微储层裂缝非常发育，且具荧光显示，表明其为重要的输导通道。盒8段、山1段气藏连续高度主要分布在10～35m之间，一般不超过40m，计算天然气向上的浮力为0.08～0.28MPa[图5(a)]，而现今盒8段、山1段储层毛细管阻力主要分布在0.15～2.0MPa之间[图5(b)]，气体浮力难以克服储层毛细管阻力，因此储层毛细管力具有较好的阻隔作用。基于以上认识，苏里格上古生界近源大面积致密砂岩具有优越的成藏条件，最大聚集系数可达5%左右，反映出近源高效聚集特征。这也是鄂尔多斯盆地上古生界高生烃强度区(生烃强度大于20×108m3/km2)形成大气田之外，在生气强度介于(10~20)×108m3/km2之间的较低区域亦能形成大气田的根本原因。

2.2.2 前陆背斜构造致密砂岩气

前陆背斜构造致密砂岩气主要是前陆构造气藏

图4     苏里格气田上古生界砂岩盐水包裹体均一温度及天然气母质成熟度
Fig.4     The Brine inclusion uniform temperature and maturity of gas in the Upper Paleozoic in Sulige Gasfield

图5     苏里格气田气体浮力及储层毛细管力对比
Fig.5     The comparison between gas buoyancy and capillary force of reservoir in Sulige Gasfield

在深埋压实作用下形成的致密砂岩气藏。早期的 “致密气”、“深盆气”等定义并不包括此类气藏，是近期按照工业定义的渗透率标准纳入致密砂岩气范畴的，该类天然气已形成一定规模，逐渐引起重视。除储层致密外，其成藏机制与克拉通大面积致密砂岩气差异较大，由于其输导通道以输导性能较好的断裂为主，所以致密砂岩储层面积可以较大，也可以较小；可先致密后成藏，也可先成藏后致密；可以是近源，也可以是远源；并且由于断裂的输导性能较好，需要优质盖层及有效圈闭发育才有利成藏。整体上形成机制为断裂输导、优质盖层封盖、构造—岩性控藏、背斜高效聚集[图3(b),图3(c)]。天然气沿着断裂等高效通道快速运移，难以形成整体大面积连续含气。致密砂岩只起储集作用，真正的控藏因素为断裂和构造—岩性圈闭。 塔里木盆地库车克深深层、吐哈柯柯亚气藏为典型的前陆背斜构造致密砂岩气模式，以库车深层克深2白垩系气藏最为典型。库车坳陷为中新生代前陆盆地，历经了三叠纪前陆盆地、侏罗纪—古近纪断陷—坳陷盆地、新近纪—第四纪再生前陆盆地3个演化阶段，最终形成了逆冲高陡叠瓦构造样式及横向成排成带分布格局。烃源岩主要为三叠系—侏罗系湖沼相和湖相泥岩，侏罗系烃源岩品质为中等—好，演化程度适中，是主烃源岩；储层主要为古近系—新近系、白垩系和侏罗系发育的3套湖成三角洲砂体，下白垩统巴什基奇克组扇三角洲前缘水下分流河道砂体最大累计厚度达400m，是分布最广的储集层；古近系—新近系储层埋藏较浅、物性好，但受保存条件影响，只在局部有所发现；在坳陷周缘中—下侏罗统发育三角洲相，也具备较好的储集条件。其中埋深较大的白垩系储层受压实等作用影响，物性较差，是致密砂岩气主要产层。库车前陆盆地克拉苏和大北地区储层岩心样品流体包裹体的均一温度集中分布在90～170℃之间（图6），主要成藏期为5Ma的库车期之后,赵文智等[53]、邹华耀等[54]也给出相似的观点。成藏时期恰逢库车自北向南强烈的逆冲挤压活动，使得该区逆冲断裂发育，形成良好的输导通道，若同时发育有效圈闭就能成藏。从现今气藏富集特征来看，无断裂输导及未形成良好圈闭的地区不能形成有效聚集，控藏关键因素为断裂及圈闭。试气产量较高井主要分布在断裂附近裂缝区（图7），整体上表现为断裂、圈闭是控藏关键因素的成藏特征。

2.2.3 断陷深层致密砂砾岩气

断陷深层致密砂砾岩气主要是断陷背景下扇三角洲致密砂砾岩体形成的气藏。其成藏特点与前陆背斜构造致密砂岩气类似。主要形成机制为源储邻近接触、断裂裂缝输导、优质盖层封盖、断块岩性控藏、裂缝高效聚集[图3(d)]。该类气藏形成于近源环境的断裂和断块分割的各种扇体中，断裂为优势运移通道，断层岩性圈闭控制成藏，储层裂缝控制富集。

图6     克拉苏地区储层岩样包裹体均一温度分布
Fig.6     The distribution of Homogenization temperature in region of Kelasu

松辽盆地深层断块致密砂岩气藏比较发育，近期已成为重要勘探领域。深层断陷沙河子组暗色泥岩一般厚为50～500m，有机碳含量平均为1.14%，煤层一般厚为5～50m(最厚为150m)，有机碳含量平均为43.66%(最高为84.44%)，为致密砂砾岩气藏的形成提供了充足的气源。营城组—沙河子组冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲发育，砂砾岩中粒间孔隙、粒内孔隙、粒间—粒内孔隙、溶蚀孔隙以及微裂缝、粒内溶缝(裂缝)和贴砾缝发育，在深层仍具有较好的储集能力。通过对45口井420个深层碎屑岩样品物性统计发现，常规砂岩储层孔隙度和渗透率随深度增加而减少，在3 800m左右基本到达一个临界值，超过3 800m时有效孔隙基本不发育；而砂砾岩在深度为4 900m左右仍可发育有效储层，孔隙度达到5%，渗透率也可达到0.01×10-3μm2，是重要的储集体，但物性较差，属于致密砂岩气范畴。该类气藏的形成受构造和砂砾岩体双重控制，如兴城地区获得工业气流的井有 6 口，获得低产气流的井有 5 口，构造高部位气层厚度薄、气层层数少，而构造低部位地层厚度大、气层单层厚度大、气层层数也增多。徐深 1 区块的徐深 6井、徐深 601井等井位于构造低部位，也获得工业气流，表明气层分布超出构造圈闭范围，气藏分布受构造和砂砾岩体共同控制（图8）[46-55]。

3 资源潜力及展望

目前我国还没有系统进行致密砂岩气资源评价，本文利用刻度区聚集系数(采用“聚集系数=资源量÷生气量”概念)类比评价方法初步估算了中国致密砂岩气资源量。苏里格气田勘探程度相对较高，优选其作为刻度区，由现今储量丰度、生烃强度计算出聚集系数为3.01%~4.74%（表2）。优选了32个地质参数，将盆地其他地区与苏里格地区类比评价，求取相似系数，据此求取各个地区的聚集系数，最后根据生气量计算各区资源量，得到鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气资源量为15.76×1012m3（表3）。

图7     克深2井区白垩系第一岩性段含气面积与试气成果
Fig.7     The chart or gas bearing area and test result in first lithologic segment of Cretaceous

图8     徐家围子断陷营城组致密砂砾岩气藏剖面
Fig.8     The profile of gravel rock reservoir of Yingcheng Formation in Xujiaweizi rift

表2     鄂尔多斯盆地刻度区聚集系数计算
Table 2     The calculation parameters accumulation coefficient of scale area in Ordos Basin
刻度区面积/km2资源量/(×108m3)储量丰度/(×108m3/km2)生烃强度/(×108m3/km2)运聚系数/%
苏里格西一区8 5135 968.530.7023.263.01
苏里格中部6 3615 336.520.8426.533.16
苏里格东一区6 6226 114.870.9221.494.74
表3     鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气资源计算参数
Table 3     The calculation parameters of Upper Paleozoic resources in Ordos Basin
预测区带伊盟隆起西缘逆冲带天环北段天环南段晋西拗褶带渭北隆起渭北北斜坡陕北斜坡合计
西部中部东部
面积/km245 1828 4499 93417 66625 15822 54826 13124 96329 62734 779244 437
与苏里格西一区相似系数0.407 10.890 50.942 91.011 90.339 30.628 60.766 71.406 31.095 21.473 21.473 2
与苏里格中部相似系数0.314 70.688 30.728 80.782 10.322 20.485 90.592 61.087 00.846 61.138 71.138 7
与苏里格东一区相似系数0.301 60.659 60.698 40.749 60.311 30.465 60.567 91.041 70.811 31.091 31.091 3
综合评价聚集系数/%1.22.62.93.11.21.82.24.23.34.44.4
生气量/(×1012m3)44.3630.2429.637.9869.4518.7461.9388.5476.282.81563.14
资源量/(×1012m3)0.530.790.861.180.830.341.363.722.513.6415.76
以鄂尔多斯盆地为刻度区，开展了四川盆地、吐哈盆地、库车深层主要盆地和区带致密砂岩气资源潜力预测。计算中国主要盆地和区带资源致密砂岩气资源量为（25.1~49.03）×1012m3，期望值为36.54×1012m3（表4）。 截至2014年底，致密砂岩气探明地质储量为3.6×1012m3，根据本文计算的资源量，探明程度仅为8%，还具有较大的勘探潜力。其中，克拉通大面积致密砂岩气资源量为30.4×1012m3，占总资源量的83.2%，是未来现实的勘探领域，鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地川中须家河组大面积致密砂岩气藏仍是勘探的重点。
表4     中国主要盆地和区带资源计算参数
Table 4     The computational parameters of resources in the major basins and regions of China
盆地主要勘探区带 或领域勘探面积 /(×104km2)层系生气量 /(×1012m3)运聚系数 /%地质资源量/(×1012m3)
5%95%50%
鄂尔多斯上古生界10C—P5632~59.0122.5215.76
四川三叠系须家河组8T3x4062~36.59.748.12
塔里木库车侏罗系3.5J1952~31.952.832.32
库车大北—克深、西秋深层等白垩系3.5K1、J1952~323.92.4
准噶尔南缘深层侏罗系2J20.42~30.160.240.2
西北缘新光—车排子深层2P、J20.40.5~10.10.20.2
吐哈台北凹陷深层2J162~50.320.810.57
北部山前带1J161~20.20.30.3
柴达木西北缘、北缘1E、J138.90.5~10.71.41
松辽营城组和沙河子组3K1233.82~32.343.512.92
沁水沁南煤系致密砂岩2C—P151~30.120.180.15
东部断陷群E3410.5~11.73.42.6
合计4125.149.0336.54

4 结论

(1)现今中国致密砂岩气成藏理论来源于早期“致密气”、“深盆气”、“盆地中心气”、“连续气”，但地质内涵已发生很大变化，主要表现为2个方面，其一为克拉通背景大规模致密砂岩储层控制形成的气藏，其二为前陆和断陷背景下背斜、断块与致密砂砾岩储层多重控制的气藏。在进行致密气勘探时不能简单按照工业标准一概而论，要深入研究致密砂岩气形成机制与分布特点，有针对性的制定勘探开发思路。 (2)致密砂岩气主要有克拉通大面积致密砂岩气、前陆背斜构造致密砂岩气、断陷深层致密砂砾岩气3种成藏模式，克拉通大面积致密砂岩气关键控制因素为大规模致密砂岩储层，前陆背斜构造致密砂岩气、断陷深层致密砂砾岩气关键控制因素为有效圈闭和断裂。前者成藏控制因素相对简单，但成藏条件苛刻，大型盆地内平缓三角洲—湖盆沉积区源储叠置环境才有利于成藏，主要分布在大型平稳的盆地内；而后2种致密砂岩气藏受构造控制作用较强，成藏条件复杂，规模相对较小，主要分布在前陆、断陷盆地深层。 (3)中国致密砂岩气探明程度仍然很低，具有广阔的勘探前景，是未来天然气产量的重要增长点。克拉通大面积致密砂岩气剩余资源量约为26×1012m3，成藏认识较为清晰，是现实的勘探领域，鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地川中须家河组仍是致密气勘探的重点。

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