鄂爾多斯盆地上古生界氣藏特征與成因

鄂爾多斯盆地上古生界氣藏特征與成因【摘要】地層水分布與礦化度特征、煤層Ro測(cè)試資料證明，晚侏羅-早白堊世鄂爾多斯盆地自南而北發(fā)生過構(gòu)造熱事件，最高溫度可達(dá)160°C-280°C，不僅導(dǎo)致了甲烷的生成，還導(dǎo)致了地層水的汽化和異常高壓的形成。異常高壓促使地層產(chǎn)生裂縫，巖石產(chǎn)生微裂隙，儲(chǔ)集層（砂巖）與蓋層（泥巖）之間的分割性被破壞，甲烷和蒸汽水在高溫高壓作用下一起運(yùn)移和成藏，并擴(kuò)散溫度和壓力，導(dǎo)致大型封存箱內(nèi)流體勢(shì)能逐漸統(tǒng)一，高壓巖性氣藏逐漸轉(zhuǎn)化為特高壓深盆氣藏。晚白堊?古新世盆地區(qū)域性抬升剝蝕導(dǎo)致煤系埋藏變淺，地溫梯度降低，高溫高壓深盆氣藏中的液態(tài)水在釋放能量的過程中逐漸氣化，形成只有氣（汽）態(tài)流體的深盆氣藏。當(dāng)壓力降至30Mpa以下、溫度降至120C以下時(shí)，氣藏中的水蒸氣開始液化，氣體比重下降，形成負(fù)壓深盆氣藏?！娟P(guān)鍵詞】鄂爾多斯盆地上古生界地層水相態(tài)地層水礦化度封存箱壓力異常深盆氣鄂爾多斯盆地上古生界在近六萬平方公里的伊陜斜坡上鉆井只見氣而很少鉆遇地層水，現(xiàn)有蘇里格、神木、榆林等氣田的氣層溫度低、壓力系數(shù)低，均無邊低水。巨量的地層水哪里去了？難道都被天然氣排驅(qū)到盆地邊緣地區(qū)了嗎？這是無法認(rèn)同和無法想像的事情，畢竟地層中的含水量遠(yuǎn)比有機(jī)質(zhì)要豐富的多。本文依據(jù)氣水分布倒置、立體含氣、區(qū)域性流體壓力負(fù)異常和區(qū)域性地層水礦化度低等特征，認(rèn)為該盆地具有形成特大氣藏的特殊地質(zhì)背景，經(jīng)歷了特殊的成藏過程。1氣藏特征1.1天然氣分布特征圖1為鄂爾多斯盆地陜北斜坡上古生界煤層Ro等值線與氣、水分布示意圖，圖中黃-紅色為現(xiàn)今含氣領(lǐng)域（Ro=1.4%?3.0%），它們占據(jù)了構(gòu)造下傾方向的絕大部分，流體壓力表現(xiàn)為負(fù)壓（黃色，壓力系數(shù)0.95?0.85）和超負(fù)壓（橘黃色，壓力系數(shù)0.85?0.76）；淺黃色為氣-水過渡帶（Ro=1.4%?1.2%，壓力系數(shù)0.95?1.0），這里的井氣、水同出；淺藍(lán)色為含水區(qū)（RoV1.2%，壓力系數(shù)1.0），位于構(gòu)造斜坡的上傾方向。氣-水分布與現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)無關(guān)，而嚴(yán)格受煤層熱變質(zhì)程度Ro的控制。由此推斷，古地溫應(yīng)該是天然氣成藏的重要因素。含氣區(qū)域內(nèi)上石盒子組厚層泥巖之下的石炭-二疊系剖面鉆井只見氣而不見水，各種巖性都是含氣的，既包括孔隙性砂巖的層狀含氣，也包括泥頁巖、灰?guī)r的裂隙含氣，以及煤層顆粒的吸附氣和裂隙氣，只不過不同巖性因空隙率不等含氣密度不同罷了。由各種巖性組成的立體式含氣共同體依靠發(fā)育的網(wǎng)狀裂隙溝通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)井孔隙型砂巖體的產(chǎn)氣和圍巖的補(bǔ)充氣。含氣范圍內(nèi)氣藏沒有邊界，儲(chǔ)蓋層不分，不見邊底水，廣義上可稱作深盆氣藏，局部可看作為'甜點(diǎn)”氣藏或致密氣藏。圖1中紫紅色為構(gòu)造變動(dòng)區(qū)，包括米脂和鎮(zhèn)川堡氣田，因發(fā)育較多直立斷層和低幅度構(gòu)造，發(fā)育與構(gòu)造有關(guān)的構(gòu)造-巖性氣藏，氣層分布不連續(xù)，具有壓力系數(shù)紊亂（0.95-1.2）、地層水礦化度高（＞50000mg/L）等特征，與榆林氣田及其以西各大型氣田有區(qū)圖1鄂爾多斯盆地北部上古生界煤系演化程度（Ro）與地層水礦化度等值線圖1.2地層水分布特征[1]圖1大型氣田位于構(gòu)造下傾方向，鉆井只見氣而不見水層的事實(shí)說明，這里的地層水因經(jīng)歷異常高溫而汽化了，汽化形成的蒸汽水與煤系有機(jī)質(zhì)生成的甲烷一起參與了成藏過程，它們無孔不入地滲透到巖石的各類空隙中，集中儲(chǔ)集的層狀水變成了相態(tài)各異的分散水。圖2為蘇里格氣田盒八段氣一水相滲透率曲線，可看出氣田地層水有三種存在形式：（1） 束縛水飽和度高，18塊樣品的束縛水飽和度分布在18.6-39.8%之間，平均為32.1%。（2） 烴氣飽和度相對(duì)較低，其分布區(qū)間僅為8.2-24.5%，平均18%，個(gè)別為35%，氣、水兩相相滲曲線交點(diǎn)處的含水飽和度達(dá)65.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的50%，說明氣體中含有一定比例的水蒸氣。（3） 殘余氣飽和度下水相相對(duì)滲透率低，平均值為0.09，說明水相連通性差，氣體中含有游離型水珠。“次生水”可從地層中重新獲得鹽離子，或因形成時(shí)間不同，或因運(yùn)移距離不等，礦化度可在3000-760mg/L之間變動(dòng)。圖1中自北而南“次生水”礦化度逐步降低，可解釋為北部抬升剝蝕時(shí)間早、幅度大，“次生水”礦化度偏高；而往南，氣層埋深至今仍在3300m以下，“次生水”形成時(shí)間晚且運(yùn)移距離短，礦化度低。上述事實(shí)證明，上古生界封存箱內(nèi)曾經(jīng)歷過一段異常高古地溫過程，不僅導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)大量生氣，還導(dǎo)致了地層水的汽化，二者一起參與了氣藏的形成，并在漫長的地溫升降過程中發(fā)生過地層水相態(tài)、能量（壓力）和氣藏儲(chǔ)存環(huán)境的復(fù)雜變化，最終導(dǎo)致氣藏特有的地質(zhì)特點(diǎn)。2古地溫與古壓力求取2.1利用Ro求取古地溫Hood等[3]（1975）研究了有機(jī)質(zhì)標(biāo)尺（Lom）、最高古地溫（Tmax）和有效受熱時(shí)間的關(guān)系，并制作了相應(yīng)圖版（圖3、4），依次可求取地史中最高古地溫。首先從實(shí)測(cè)縱向剖面中選出煤層最高Ro,作為剖面所在區(qū)Ro最大代表值。將此代表值代入圖3,求出相應(yīng)的Lom（有機(jī)質(zhì)標(biāo)尺）。晚侏羅一早白堊世為構(gòu)造熱事件持續(xù)期，煤層有效受熱時(shí)間（Tt）約為40Ma。將上述Lom值與受熱時(shí)間（口）代入圖版4,即可求出該Ro剖面歷史最高溫度。如Ro=1.5%時(shí)，最高古地溫為180°C；Ro=2.0%時(shí)，最高古地溫為200°C；Ro=2.5%時(shí)，最高古地溫為240C。2.2古高壓存在證據(jù)及壓力求?。?）微裂隙不僅借助