中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义

石油勘探与开发008年10月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENTVolNo.5513文章编号:10000747(2008)05-0513-13中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义戴金星123,倪云燕',周庆华,杨春2,胡安平2(1.中国石油勘探开发研究院;2.浙江大学地球科学系;3.中国石油大学(北京))摘要:近10a来中国天然气工业迅速发展,至2007年底已探明天然气地质总储量6×10"m3,同时年产量增长速率越来越大,从1976年年产100×10°m3到2005年年产500×103m3,每增加100×10°m2所需时间分别是20a5a、3a和1a多。中国天然气地质和地球化学研究对天然气工业的重要意义主要在于:20世纪70年代末提出煤系是好的气源岩,强调煤系成烃以气为主,以油为辅,开辟了煤成气勘探新领域,使中国煤成气储量从其前仅占天然气总储量9%提高到目前的70%;在大气田形成的半定量和定量主控因素及天然气聚集区带研究基础上,提前4~11a预测出中国目前1l个探明储量在1000×10°m3以上大气田中的7个;飞仙关组气藏气源具有多样性,推测川北巴中地区存在一个龙潭组煤成气生气中心,是发现煤成气大气田的有利地区。图12表3参86关键词:中国;天然气;大气田;地质;地球化学中图分类号:TE122.1文献标识码:ASignificances of studies on natural gas geology and geochemistryfor natural gas industry in ChinaDAI Jin-xing. 2.a, NI Yun-yan, ZHOU Qing-hua, YANG Chun, HU An-ping?(1. Research Institute of Petroleum Exploration Deuelopment, PetroChina, Beijing 100083, China; 2. Department ofGeosciences,Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 3. China University of Petroleum, Beijing 102249, China)Abstract: In the recent decade, great development has been made in natural gas industry. By the end of 2007, the totalproved geological reserves of natural gas is 6 X 1012 m. At the same time, the increase rate of annual production getsgreater and greater. From the 100X 10m/year in 1976 to 500X 10 m/year in 2005, the required time for an increase of100X 10m is 20 years, 5 years, 3 years and I year, respectively. The significances of studies on natural gas geology andgeochemistry are: in the 1970s, it was proposed that coal measure be good gas source rocks and that the coal measurehydrocarbon generation be dominated by gas generation with some oil generation, which opens new opportunity for coal gasexploration and makes coal gas increase from 9% to 70% in the total natural gas in China: according to studies on the semi-quantitative and quantitative controlling factors on large gas fields formation and natural gas accumulation zones, 7 out of 11large gas fields of more than 1 000 X 10m'was predicted in advance by 4-1l years: the gas sources of FeixianguanFormation accumulations are various, and we expect that there is a coal gas generation center from Longtan Formation inBazhong, north Sichuan, which is favourable for large coal gas fields.Key words: China; natural gas; large gas field; geology geochemistry1中国天然气工业的高速发展3513.2×106m3;②天然气年产量迅速提高,1949年和2006年分别产气0.11×103m3和585.53×103m3中国天然气工业已进入发展高峰时期,近10a来期间增长了5322倍,特别是1996年至2006年11a迅速发展,且发展速度越来越快,由3个方面得以证间,中国天然气年产量从201.25×108m3上升至明:①储量大幅度增长,1949年和2006年探明总储量585.53×105m3,期间增长了1.9倍;③年产增长速率分别为3.85×10°m3和5.39×102m3,期间增长了约越来越14000倍,特别是从1996年至2006年的11a间,中国108m3中国煤化工1×103m3到500时间分别是20a天然气总储量从15254.7×10°m3快速增长至5.39×5a3CNMHG102m3,期间增长38645.3×10。m3,平均年增长中国近年来天然气工业迅速发展的原因主要有3514石油勘探与开发·油气勘探Vol 35 No 5100×10°m所用时间/a图1中国天然气年产量增加情况及所需时间示意图点:①天然气资源丰富(见图2);②油气勘探从以油为乎没有进展和效果。主转为油气并举;③加强了天然气地质和地球化学研20世纪70年代末,中国开始系统研究煤成烃,其究。本文主要阐述地质学与地球化学研究对中国天然标志是戴金星于1979发表了《成煤作用中形成的天然气工业发展的重要意义气与石油》一文,稍后发表的《我国煤系地层含气性的初步研究》指出煤系是生气的良好烃源岩,可以形成工业性气田,从而推动了中国煤成气勘探并提供理论支撑特别是1983年中国第一批国家重点科技攻关项目“煤成气的开发研究”开始实施,大大推进了中国煤成气勘探、评价和研究,开辟了煤成气勘探的新领域。随之,许多学者相继提出中国煤系是煤成气有利地资源勘探区(见表1)2,为中国煤成气勘探指出了方向天然气资源和地区,为之后中国煤成气储量大发现打下了基础。中国各类天然气资源近30a勘探实践证实,这些学者超前的煤成气研究和(据新一轮全国油气资源评价项目办公室,不包括南海南部)预测,对现今中国天然气工业高速发展具有重大意义2煤成气研究开辟了中国天然气勘探的和重要贡献新领域1985年完成了国家项目“煤成气的开发研究”重要专题“我国煤系的气、油地球化学特征、煤成气藏形成尽管20世纪40年代德国学者指出高等植物形成条件及资源评价”,经过16a天然气勘探实践,在2001的煤系能形成商业气田,但未注意到煤系能否成油,年研究成果正式出版时,中国科学院院土孙枢在“序”由此创立了纯朴煤成气理论。20世纪60年代后期中,对煤成气研究的重要性和实践意义作了如下评论Brooks等注意到煤中壳质组对成油有重要的贡献,从“仔细阅读本书,可以清晰看出该成果科学的预测性而形成了煤成油理论3:们。煤成气理论的出现以及煤如今我国探明储量1000×10°m3以上的最大的5个大系中壳质组成油观点的产生,是对煤成烃理论的极大气田,均在16年前该成果确定的预测区内,当时就指贡献,但煤成油理论未研究煤成烃过程中油与气的数出了位置、气的类型(煤成气)和主要目的层埋藏深度。量关系及主次地位。该项成果今日出版已成为16年来煤成气勘探史实,证中国对煤系成烃系统研究比国外稍晚。20世纪明了煤成气理论的重要性和实践意义。当煤成气理论80年代以前,中国仅以油型气地质理论为指导,还没有在我国出现时,煤成气储量不足全国天然气储量的把煤型气作为主要的能源进行勘探和研究,导致天然1/10,而今天占6/10;那时没有大气田,而现今发现了气勘探避开了具有良好含气远景的含煤盆地和含煤地21个大气田,其中7个最大的都是煤成气田”至层。例如中国陆上最早(1907年)开始机械化石油200中国煤化工量的70%为媒成气勘探的鄂尔多斯盆地,直至20世纪80年代之前,一直中CNMHCOm'的也是煤成气田未把广泛分布的石炭系一二叠系煤系作为生气岩来对(克气超过100×10°m3待,并把煤系当作天然气勘探的禁区,故天然气勘探几的有3个气区,其中有2个气区(塔里木气区和鄂尔多2008年10月戴金星等:中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义515表中国学者提出的含煤盆地有利煤成气勘探区作者(年份有利煤成气盆地地区参考文献四川盆地鄂尔多斯盆地,准喝尔盆地,楚雄盆地沁水盆地,南盘江盆地戴金星(1986)鄂尔多斯盆地,华北盆地四川盆地准噶尔盆地,叶哈盆地塔里木盆地,三塘湖盆地,伊犁盆地,松辽盆地,东海盆地,莺歌海盆地,琼东南盆地田在艺,威厚发(1986)华北地区鄂尔多斯盆地,四川盆地,楚雄盆地准噶尔盆地塔甲木盆地,吐哈盆地海拉尔盆地,二连盆地,开鲁盆地,松辽盆地,巴彦和硕盆地,依兰一伊通盆地伍致中,卡生荣,卡米力(1986)准喝尔盆地,吐哈盆地,塔里木盆地工少昌(1986)陕廿宁盆地戚厚发,张志伟,付金华(1987)华北盆地,鄂尔多斯盆地四川盆地,准噶尔盆地塔明木盆地吐哈盆地,松辽盆地,琼东南盆地,楚雄盆地裴锡占,费安琦,王少月,等(1987)鄂尔多斯盆地[12]罗启厚,陈盛占杨家琦(1987)四川盆地[13]徐世荣,刘庆国(1987)华北盆地南部袁蓉.周兴熙(1987)南华北盆地[15张洪年罗,李维林(]98)东海盆地松辽盆地,华北盆地鄂尔多斯盆地,塔木盆地,准噶尔盆地,叶哈盆地四川盆地1谢秋元,余解,丁存吗(19892松辽盆地,华北盆地四川盆地,吐鲁番盆地,准喝尔盆地,塔里木盆地,东海盆地包茨(1988)陕廿宁盆地,台湾盆地,东海盆地,华北盆地,准嗎尔盆地陈荣书(1989)鄂尔多斯盆地,四川盆地,莺琼盆地,东海盆地,台西盆地,楚雄盆地,华北盆地,准噶尔盆地,松辽盆地傅家谟,刘德汉,盛国英(1990)鄂尔多斯盆地,华北盆地,四川盆地,准尔盆地,塔里木盆地,楚雄盆地,琼东南盆地[20冯福阔(1994)四川盆地鄂尔多斯盆地,东海盆地,台西南盆地,琼东南盆地,莺歌海盆地,塔里木盆地准噶尔盆地,吐哈盆地,楚雄盆地庭斌(1994)四川盆地,鄂尔多斯盆地,渤海湾盆地,松辽盆地,琼东南盆地,东海盆地杨吕贵,惠宽洋(1994)鄂尔多斯盆地贝丰,焦守诠,高瑞棋,等(1994松辽盆地北部深层冯福屙,王庭斌,张士亚,等(1994)松辽盆地,渤海湾盆地,南华北盆地,鄂尔多斯盆地,楚雄盆地,准噶尔盆地,塔里木盆地东海盆地,琼东南盆地,莺歌海盆地王庭斌(1998)四川盆地塔里木盆地,莺歌海盆地,琼东南盆地鄂尔多斯盆地,东海盆地,准噶尔盆地徐永昌,傅家谟,郑建京(2000)准噶尔盆地,吐哈盆地,三塘湖盆地鄂尔多斯盆地,柴达木盆地,大同盆地,二连盆地卓新盆地,华北盆地,依兰一伊通盆地[27]斯气区)煤成气占绝对优势。素为主,如大地构造单元、盆地类型及大小、地理位置尽管目前中国天然气勘探和开发已有重大的进(纬度)地质时代、储集层岩性、圈闭类型和天然气成展,但煤成气资源还有更大的潜力。煤成气成气基础因类型等等。由于这类研究范围太大,难以有效选定是煤炭资源,中国煤炭可采资源量为114500×10°t,勘探大气田的有利区带并进而加速发现大气田。特别与俄罗斯煤炭可采资源量(157010×106)相近,但中是由于中国油气地质条件比国外复杂,多旋回运动显国已发现天然气可采储量明显比俄罗斯少。2006年著,故仅研究大气田形成的宏观性和方向性的控制因底,中国已探明天然气地质储量为5.39×102mx3,素是不够的。因此,从“七五”期间以来,开始另一类着据《人民日报》2008年2月1日报道:2007年中国天然重探索大气田形成的半定量和定量的、注重可操作性气新增探明地质储量6173×105m3,也就是说截至的主控因素研究,并为大气田有利区带选定提供了更2007年底中国已探明天然气地质总储量为6.0073×切实的科学依据缩小勘探靶区,从而有的放矢地提高10m3,而俄罗斯为47.57256×102m3,是中国的近8大气田勘探成功率。倍。从以上对比不难看出,中国煤成气勘探还有很大形成大气田的定量和半定量主控因素概括起来主的潜力。要有252;360:①生气中心及其周缘生气强度大于20×105m3/km2的区带,有利于大气田形成。赵文智等以每3大气田主控因素和天然气聚集区带研百万年单位面积生成聚集量定量化指标筛选大气田有究推动了大气田的加速发现利勘探区,认为生气速率和聚集速率分别大于0.6×中国煤化工m3/(km2·Ma)处20世纪后半叶,世界天然气工业高速发展,是各国有利重视研究和勘探大气田的结果。大气田形成的主控生代和CNMHG成藏期晚,主要在新取旧一认成藏期。王庭斌提出因素研究内容上可分两大类。一类研究以宏观控制因了3种晚期成藏模式:超晚期(新近纪一第四纪)生烃516石油勘探与开发·油气勘探Vol 35 No 5成藏型、晚期(古近纪一新近纪)生烃成藏型以及早期0.3×10°m3/km2的地区有利于大气田形成(中生代为主)生烃聚集、晚期(古近纪一第四纪)定型上述8个大气田形成的主控因素中,①、②、⑤和成藏型2。赵文智等指出,主生气期距今越近,对于晚⑧具有定量性,⑥和⑦为半定量性;④和⑤为具体化期髙效大气田形成越有利,一般小于35Ma,以小于20目标性强的主控因素。若某区块或聚集带(圈闭)具备Ma为最好3,34,这从时间定量尺度说明晚期成藏对大上述主控因素中的2个甚至更多的因素则发现大气气田形成有利。③有效气源区存在古隆起圈闭。④大田的概率高。气田多形成于煤系或其上、下圈闭中。⑤大气田生气在含气盆地或地区,研究和划分天然气聚集区带区内以孔隙型储集层为主。戴金星等研究了中国25是加速勘探、发现大气田的一个有效途径。根据对世个大气田,储集层均以孔隙型为主3。根据储集层物界上含油气盆地和含气地区的统计,绝大部分气田分性参数统计,砂岩储集层的孔隙度除鄂尔多斯盆地大布在聚集区带上,如西伯利亚盆地内带北区和卡拉库气田和迪那2大气田稍低(2%~12%)外,其余多在姆盆地著名含气区中,位于气聚集带上的气田数分别12%以上,渗透率多数大于5×10-3prm2;碳酸盐岩储占发现气田总数的90.7%和88.9%。中国发现的大集层的孔隙度一般大于4%渗透率多数大于2×10-3中型气田(藏)约94%位于气聚集带中11μm2。中国大气田储集层物性比园外大气田差。世界利用上述大气田形成的主控因素和气聚集区带研砂岩大气田储集层主要是孔隙型的,有效孔隙度主要兖成果成功地提前预测了中国大气田展布情况,为中在15%~35%,有效孔隙度的下限为9%;以碳酸盐岩国大气田发现和探提供了理论基础,加速了大气田为主要储集层的大气田,储集空间主要是孔隙裂缝型,的发现。图3和图4是“六五”2和“八五”天然气有效孔隙度一般是8%~18%,下限为5%渗透率变攻关专题所预测的天然气有利区与其后勘探发现的大化很大,为0.1×10-3~4500×10-3gm230。⑥低气气田的对比图。势区是大气田聚集的有利地区。⑦异常封存箱外(间)总之,利用以上研究成果,指导天然气勘探选区,或箱内有利于大气田形成。⑧天然气资源丰度大于在大气田提前预测上,取得了很大的成果。至2006年呼和浩(b)“八五时和洁特■杭锦旗一伊蒙气聚集带部托克鸟审旗■乌审上古生界气田下生界气田煤成气有利区“八五”煤成气有中国煤化工构造单元分界线①苏里格气田2001)②乌审旗气田(1999)③大NMHG⑤长东气田(199⑥子洲气田2005图3天然气攻关研究预测有利区与鄂尔多斯盆地勘探发现大气田对比(括号内数字为大气田探明年份)2008年10月戴金星等;中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义517①克拉2克拉2大气田(2000D)雅克拉③伊南2①提尔根④吐洛克D吉南4D吉拉克6羊塔克塔中6D.·03B和田河红旗1号④何可亚迪那2大气田(2002)■喀什14S剥蚀区[]断层煤成气油型煤成气有利远景区煤成气较有利远景D构造分界线图4“六五”天然气攻关研究预测有利区与库车坳陷大气田对比(括号内数字为大气田探明年份)底,中国发现的11个储量在千亿立方米以上的大气田基和缩合芳环,只含少许侧链,故以产甲烷为主,同时中,有7个(靖边、苏里格、乌审旗、榆林、子洲、克拉2也形成一定量的其他轻烃,成为轻质油或凝析油的来和迪那2)是提前4~11a作出了预测。源;而腐泥型干酪根则含有很多长链,有利于液态烃的生成63。4煤系成烃特征研究对油气勘探方向和煤系有机质显微组分以镜质组惰质组为主,利于油气资源评价的意义成气。“九五”期间曾统计了国内外3000余个煤样的腐殖型煤系成烃特征在未成熟和过成熟阶段与腐显微组分组成。煤系显微组分组成可分为3种组合:①镜质组情质组组合型,显微组分以镜质组和惰质组泥型烃源岩一致,均以成气为主;但在成煤作用的初期和中期(长焰媒至焦媒初期),即相当于腐泥型烃源若腐殖煤为主,其显微组分主要是镜质组惰质组组合型,生油窗阶段,煤系是成气为主还是成油为主存在争议。其原因是形成煤的有机质的原始物质主要是高等植本文认为该阶段腐殖型煤系成烃特征以气为主以油为物,聚煤作用主要发生在弱氧化弱还原条件下,故镜质辅,与腐泥型烃源岩成烃以油为主以气为辅明显不同。组和惰质组往往占优势。②过渡型,以镜质组占优势,以气为主以油为辅系指盆地或气田的气油产出能量比但含有一定比例的壳质组十腐泥组和惰质组。⑧镜质大于1,如:东海盆地为2.24莺琼盆地为66.11,库车组壳质组+腐泥组组合型,显微组分富含镜质组而壳坳陷为7.60,库珀盆地为1.29,鲍文盆地为2.41,维柳质组十腐泥组含量也比较高。煤的显微单组分和特种伊盆地为21.76,卡拉库姆盆地为25.28·含煤盆地煤模拟实验表明,由于藻类体,壳质组的氢指数远远高或地区勘探发现以煤成气田为主,其中油一般是轻质于镜质组和惰质组因此其显微单组分液态烃的产率油和凝析油相应大得多。例如藻类体最高液态烃产率为377.44.1煤系成烃以气为主以油为辅的原因mg/g,角质体最高液态烃产率为278.9mg/g,烛藻最煤系有机质主要是腐殖型,利于成气。腐殖型有高液态烃产率为87.7mg/g,而均质镜质体的液态烃产机质原始物质来源于木本植物其组成中,以生气为主率则很低,仅为1.57mg/g,惰质组液态烃产率甚的低H、C原子比的纤维素和木质素占60%~80%,以微中国煤化工微组分主要是镜质生油为主的高H、C原子比的蛋白质和类脂类含量组-惰般不超过5%21。CNMHG气为主产油为辅。拟实验中,从封闭在化学结构和特征上,腐殖型干酪根含有大量甲体系热解数据分析,R。在0.8%~2.5%为主生气期518石油勘探与开发·油气勘探Vol 35 No 5(见图5a);从开放体系热解数据分析,R。为0.7%~系产出油的特点。1.5%为主生气期(见图5b)。从图5可以得出,不论封闭体系或开放体系,煤系有机质R。在0.8%~1.5%是主成气期,也就是说在成煤作用初期和中期(长焰煤、气煤、肥煤和焦煤初期),模拟实验证明煤系以成气为主。(a)封闭体系升温速率CMa0.55(b)开放体系图6中国台湾台西盆地凝析气田和油气田产出的凝析油和轻质油川中地区须家河组煤系显微组分以镜质组惰质组组合为主R。值为1.1%~1.5%,以产气为主,并产一定数量的液态烃6,且这些液态烃主要是凝析油和轻图5煤生烃动力学主生气期模拟质油如广安气田和八角场气出是煤系成烃以气为主以油为辅的典型实例中国和国外许多处于长焰煤、气煤、肥煤和焦煤初4.2成煤作用初、中阶段个别盆地成烃以油为主的原因期的含煤盆地(地区)勘探结果都显示以产气为主产油4.2.1烃源岩因素为辅。例如:中国有台西盆地、东海盆地、琼东南盆地、在特殊的沉积环境下,煤岩有机显微组分中出现珠三凹陷、阳霞凹陷和川中地区;国外有卡拉库姆盆相当高比例的有利于成油的富氢组分,而产液态烃能地、维柳伊盆地、库克湾盆地、塔那拉基盆地和西伯利力甚微的惰质组含量则比一般煤岩低。例如:吐哈盆亚盆地(北部)。地和吉普斯兰盆地壳质组含量平均为7%~12%,吐哈台西盆地是典型的以产气为主产油为辅的新近系盆地惰质组含量一般在9%~12%,而吉普斯兰盆地的含煤盆地,中新统发育木山组、石底组和南庄组3套煤惰质组含量甚至为4%(见表2),因此,这2个盆地处于系,总厚度超过1500m,中新统中部的打鹿页岩为海长焰煤至肥煤阶段的煤系烃源岩以形成煤成油田为相沉积,但干酩根为腐殖型。故3套煤系和打鹿页岩主、煤成气田为辅;吐哈盆地发现煤成油田13个,仅发均是台西盆地煤成气的源岩0,这些煤系的R。值现了3个煤成气田(丘东红台和胜北3号));在印尼在0.7%~1.4%:,处于长焰煤至焦煤初期,故台西 Nw Boren的 Balingian省地形平坦开阔的海岸带,发盆地的发现主要为气田和凝析气田及个别油田(如靠育大面积由红树林形成的海陆交互相第三纪煤系,该近盆地东界的山子脚油田)。2003年戴金星为台湾中煤系中利于成油的壳质组含量高达30%以上,故在此国石油公司讲学时,台湾同行谈到很想找些油田,但一发现许多煤成油田。特殊的成煤植物群落及利于该植直不如愿,原因为台西盆地烃源岩主要是煤系,而且是物群落大面积成长的成煤环境,为许多煤成油田的形以镜质组为主的含煤地层,这样烃源岩只能以成气为成创造了条件5主,仅可生成少量凝析油和轻质油。在台西盆地寻找4.2中国煤化工油田不具备烃源岩类型基础,故只能以勘探天然气田为目标。参观苗栗市台湾油矿陈列馆发现台西盆地产富氢HCNMH体等内因导致,而是出石油以凝析油和轻质油为主(见图6),这充分说明煤由后生的外因所致,这种外因往往致使原煤成气田或2008年10月戴金星等:中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义519表2吐哈盆地、吉普斯兰盆地、库车坳陷成煤作用初、中阶段煤系显微组分含量镜质组/%惰质组壳质组/%研究者(年份)一含量变化含量变化含量变化平均值(样品数桊胜飞(8.967.59(130)止哈盆地王昌桂,等(1997)般60~80般10~25吴涛,等(1997)50~90黄第藩(1995)多数10库车坳陷秦胜飞(1999)52.070~52.80~14.971.92(130)钟宁宁,等(1999)7.1~99.60~92.23.1(50)吉普斯兰盆Smith,等(1984)50~98Shibaoka,等(1978)煤成凝析气田演变为煤成油田,使人产生煤系成烃以同量存在。因此,当一个煤成气田经过更长时间扩散油为主的错觉小碳数的烷烃气大部分散失,原煤成气田中大分子烃由于煤成烃中的气分子直径小(见表3),重量小,相对比重提高而富集,结果导致煤成气田演变为煤成难被吸附,易扩散和运移,而煤成烃中的油或轻烃分子油田直径相对大得多(石油中环己烷直径为5.4×10-10m,世界上许多处在成煤作用初、中阶段的含煤盆地杂环结构分子的直径为10×10-10~30×10-10m,沥青(地区)煤系的壳质组含量并不高,以镜质组与惰质组分子直径为50×10-10~100×10-10m),相对易被吸为主,虽然发现以煤成气田为主,但也有盆地出现少数附,不易扩散,运移速度慢。物质的扩散能力随分子量煤成油田,这些煤成油田往往位于盆地的边缘浅层部变大呈指数关系降低。对烃类来说,实际上只有碳数位或盆地(地区)内的断层圈闭中。国内外不乏此种煤在C1—C1的烃才真正具有扩散运移的作用0,且扩散成油田,例如塔里木盆地库车坳陷依奇克里克煤成油能力随碳原子数递增而渐减,总体上说气分子扩散能田、大宛齐油田,准噶尔盆地南缘古牧地煤成油田,台力强而石油的扩散能力很弱。所以,由于长时间的扩西盆地东北缘山子脚煤成油田;卡拉库姆盆地有120散作用,煤成气田聚集的煤成气逐渐减少,特别当煤成多个煤成气田,但在盆地的东南缘和东北缘也发现了气田埋藏变浅时,赋存于地层中的天然气扩散量变大些煤成油田1737m深处的气藏中,甲烷、乙烷、丙烷和丁烷由于扩库车坳陷和塔北隆起北部发现了许多与早、中侏散运移,离开气藏到达地面所需时间分别为14、170、罗世煤系有关的煤成气田,但在坳陷东北缘发现了埋230和270Ma1,也就是说处于1737m深处的甲烷藏很浅、储量不大的依奇克里克煤成油田,在坳陷西部经过14Ma之后扩散殆尽,而乙烷、丙烷和丁烷还有不的中心地带亦发现浅埋断裂圈闭的大宛齐煤成油田表3天然气主要组分的分子直径(见图7)。由表2可见库车坳陷中、下侏罗统的显微组分子直径/10-10m分以镜质组和惰质组为主,具有形成煤成气的烃源岩基础。从图7可见,位于库车坳陷东部的阳霞凹陷仅乙烷在西北缘的浅层发现依奇克里克煤成油田,R。值为丙烷0.8%左右,而该煤成油田南近邻依南2气田R。值为异丁烷1.0%,东南部吐孜洛克气田R。值为1.2%;在阳霞凹陷西南部发现迪那2凝析气田,R值为1.2%左右;凹正戊烷陷南部提尔根煤成气田R。值为0.6%左右。也就是说二氧化碳阳霞凹陷中、下侏罗统煤系烃源岩R。值为0.6%1.4%勘探发现以煤成气田为主,这进一步证明了成硫化氢煤作用外干中阶卧世系成坯叫气为主。今日依奇克里中国煤化工成气田,只是由于后期其CNMH,侏罗系克孜勒努尔储集层目前深度只有150~550m,而凹陷中其他煤石油勘探与开发·油气勘探Vol 35 No, 5沙参2买6英买7红旗1羊塔5塔1构造单元界线断裂气藏王东2英买2L析气21y经深顶等线图7库车坳陷煤成气田、油田分布与烃源岩R值关系成气田储集层埋深均在4500m以上。原来深埋的依顿麦兹气田,探明大然气储量约1.7×102m1。但在奇克里克煤成气田,由于储集层埋深显著变浅而演变盆地东南缘和东北缘发现少量煤成油田(见图8)。关为煤成油田。储集层埋深强烈变浅的过程也是煤成气于这些煤成油田的成因中俄土合作研究项目组指出田演变为煤成油田的进程,这是由于烃类随分子中的卡拉库姆盆地东北缘布哈尔和恰尔召乌阶地在白垩系碳数减小扩散速度更快的原因。因此,埋藏越浅甲和侏罗系间发育单一的硬石膏盖层,厚度一般小于50烷及同系物扩散量越大,而碳数相对较大的油分子扩m,从盆地较浅边缘向中央部位,在硬石膏底界埋深大散能力极差,故随着扩散日益进行,石油相对含量越来于1300m的圈闭中,仅侏罗系圈闭存在凝析气藏和气越大,这就致使储集层在变浅过程中煤成气大量散失,藏,而在硬石膏层之上埋深同样大于1300m的白垩系而导致本应是含凝析油和轻质油的煤成气田,由于扩圈闭中没有发现油气藏。但在埋深小于1300m的白散作用这一外因影响变为煤成油田垩系和侏罗系圈闭中,位于硬石膏盖层上部的白垩系位于库车坳陷西部的大宛齐煤成油田,原也应是圈闭内仅聚集天然气为主的气藏,而位于硬石膏层之煤成(凝析)气田,气体沿断裂运移到目前新近系康村组和库车组断裂圈闭中成藏,目前储集层深度主要在200~650m,与依奇克里克煤成油田成因相似。原始煤成(凝析)气在向上运移变浅富集过程中,由于分子小的甲烷和重烃气扩散率很大,运移快,导致其大部分耗失,而大分子的烷烃油运移慢,扩散率很小,故如今成为煤成油田。陈义才等研究发现,经4.5Ma的散失,大宛齐埋深300~400m的上部油层溶解气中的甲烷散失率为54%,甲烷浓度为12.82m3/m3,而埋深卡拉阵姆盆地450~650m的下部油层甲烷散失率为13%甲烷浓度为17.94m3/这个研究实例充分证实上部油层和下部油层所处深度不同导致扩散率不同,上部甲烷大量散失是大宛齐油田形成的主要原因卡拉库姆盆地与塔里木盆地库车坳陷同处于中亚煤成气聚集域,具有相同的气源岩(中、下侏罗统煤土库曼斯系),有机质都以腐殖型为主。卡拉库姆盆地该套气源岩产出气态烃比液态烃多5~19倍,以成气为主,故以发育煤成气田为主3,发现天然气田约162个(土库曼中国煤化工[油田斯坦约82个,乌兹别克斯坦约80个),全盆地探明原CNMH北缘和东南缘始天然气储量约8×1012m3,最大气田为道列塔巴特一煤成气田和煤成油田分布2008年10月戴金星等:中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义下的侏罗系圈闭中仅存在油藏(见图9)。中俄土合作车坳陷中、下侏罗统煤系成烃与腐泥型烃源岩相似,以项目组认为,造成盆地边缘埋藏较浅处气藏位于浅部成油为主)的指导下进行的,得出库车坳陷石油资源量泥岩盖层之下而油藏则位于硬石膏之下的原因在于,为5.6×10°t,天然气资源量只有1400×10°m3,按该油藏之上硬石膏盖层裂缝发育,封闭性能变差,仅能封评价结果,该坳陷应以勘探石油为主。但截至2006年闭原油,而对天然气不能形成封堵,即硬石膏盖层对油底,该坳陷探明天然气储量5864.6×106m3,石油储量气具有选择性封堵作用。本文认为此解释不完善,9901×10t,实践证明评价结果认为油多气少的结论众所周知,硬石膏盖层比泥岩盖层具有更好的柔性,在欠妥。之后,根据煤系成烃以气为主以油为辅的观点相同地质应力作用下,泥岩比硬石膏层更易形成裂缝,重新进行资源评价,确定天然气资源量22300×103泥岩的单位裂缝率应比硬石膏的大。何况浅部泥岩的m3,石油资源量为4.1×103t,指明了库车均陷以气为围压比深部硬石膏层小,故在相同地质应力作用下泥主以油为辅的正确勘探方向,并为近年来大量勘探实岩更易产生裂缝。从实际地质环境分析,若深处硬石践所证实。煤系成烃以气为主以油为辅的认识正确指膏裂缝发育浅处的泥岩裂缝应更发育…因此泥岩盖层导了煤系的资源评价,纠正了该坳陷勘探以油为主的下不可能形成气藏。浅层白垩系气藏的发现说明裂缝偏向,转为以探气为主,使煤成气田及其储量不断增不是控制盆地边缘油藏和气藏分异性的主要因素,这长,为“西气东输”提供了资源保证。是其一。其二,若硬石层裂缝发育,油气运移应以渗4.4飞仙关组烷烃气碳同位素组成证明其气源多样性透运移为主,渗透运移难以对油气产生选择性分流封近几年来川东北和川北地区飞仙关组天然气勘探堵。故作者认为与依奇克里克煤成油田和大宛齐煤成取得重大进展,发现了罗家寨、铁山坡、渡口河和普光油田形成同理,以扩散运移来解释卡拉库姆盆地东北等一批大气田3361),从而使飞仙关组的探明储量超缘煤成油田的形成更合理越黄龙组,成为四川盆地储量最大的层组。飞仙关组成为天然气勘探和研究热点后,其天然气的来源深受关注,因为这一问题决定能否在该组勘探更多储量和更多大气田飞仙关组未发现大气田之前,气源未受注意,但在TIMm川东北发现大气田后,该区气源受到了重视。关于川I 000东北地区飞仙关组气源有以下几种观点:①天然气主要来自上二叠统龙潭组和志留系龙马溪组,主力气源1500岩是龙潭组,其次为龙马溪组,不同的大气田气源不凝析气藏同,普光大气田主要捕获龙潭组烃源岩生成的天然气,如泥岩盖层也有志留系生成的原油裂解气,而渡口河、铁山坡和罗家寨大气田以志留系形成的原油裂解气为主,并混有2s硬石膏盖层大量龙潭组烃源岩生成的天然气;②普光大气田的①卡拉克赛油气田;②谢控兰捷佩油气田;⑤尤尔杜兹卡克油气田,气源岩可能主要是龙潭组泥岩类,下二叠统烃源岩可④贾尔卡克油气田;⑤霍吉海拉婿凝析气田,⑥丘尔别什卡克凝析气田;能贡献较少13;③普光大气田飞仙关组和长兴组气藏⑦卡拉库姆凝析气田;⑧卡拉伊姆凝析气田;⑨阿库姆凝析气田83C2值一般轻于-28‰,故为原油二次裂解气町,即图9卡拉库姆盆地东北缘煤成气田、凝析气田和油型气,气源岩为二叠系龙潭组腐泥型有机质。煤成油田分布以上仅对川东北飞仙关组大气田(主要是普光大由上述可知,世界范围内,处于成煤作用初、中期气田)的气源进行了较多的研究,这显然是不够的,因的腐殖型烃源岩往往以镜质组和惰质组为主要显微组为在川东、川南、川中和川北,即四川盆地大部分地区分,这类煤系烃源岩以成气为主,成油为辅,故勘探结都发现有飞仙关组气藏(田)。因此,有必要对整个四果以发现煤成气田为主,偶尔也在盆地边缘或浅处断川盆地飞仙关组的气源进行研究,这对勘探更多飞仙裂圈闭中发现煤成油田,这是原生型煤成气田次生扩关组中国煤化工根据飞仙关组天然散运移导致的。气烷气源。4.3库车坳陷煤系成烃特征指明以气为主的勘探方向CNMH仅有甲烷,且其以下第二次全国资源评价(1994)是在传统观点(即库层位没有气藏时,只有单一的甲烷碳同位素数据,此时石油勘探与开发·油气勘探Vol, 35 No 5准确认识气源与气的类型难度大;当飞仙关组烷烃气龙组气源不同,后者的天然气是来自志留系的油型除甲烷外,还有乙烷、丙烷甚至丁烷,飞仙关组气藏之气36。上述4个气田飞仙关组气藏C1-8C4连下深层有一个或两个层位发育气藏且这些气藏也有完线不是正碳同位素系列,出现折状上扬型,说明这些气整的(C1)或较完整的(C1-3)烷烃气时,用烷烃气碳同藏烷烃气受过次生改造或为混源气。王世谦根据对四位素组成研究飞仙关组气源条件效果好。如川东地区川盆地各层烷烃气碳同位素的研究得出,当δC2值大高峰场气田(峰151井)、龙门气田(天东5-1井)、沙坪于-29‰时为煤成气2;张士亚等也认为C2值大于场气田(罐122井)以及板桥气田(板5井)的飞仙关组29‰是煤成气。;戴金星等研究了中国烷烃气碳同气藏均有完整的烷烃气(C1-4),δHC1-03C2-83C3位素后,综合指出8C2值大于-27.5‰、8C3值大于8C4连线基本上是从轻至重的上扬型曲线。各气田飞-25.5‰的天然气是煤成气「3。从这些指标衡量,龙仙关组气藏之下均发育石炭系黄龙组气藏,可能由于门气田(见图10c)和板桥气田(见图10d)飞仙关组成熟度变高,沙坪场气田和板桥气田黄龙组气藏没有天然气可能是煤成气占相当大比例的混合气;板桥丁烷。从上述4个气田飞仙关组和黄龙组烷烃气碳同气田飞仙关组和长兴组烷烃气碳同位素组成连线较位素连线对比图(见图10)明显可见,黄龙组的连线为相似,故两气藏的气是同源的。同样根据上述3C2水平波状线,各烷烃8C值相差2‰~4‰,与飞仙关和3C3指标判别高峰场气田(见图10a)和沙坪场气组的上扬型连线明显不同,说明高峰场气田、龙门气田(见图10b)的C1-82C连线,两者烷烃气是田、沙坪场气田和板桥气田飞仙关组气藏的气源与黄油型气为主的混合气。22(a)峰场气田(b)沙坪场气田井C●峰6井峰81井802468●罐17井IC,Hn nC,HeCHnC.H烷烃烷烃(c)龙门’田d板桥田天东5-1井板16井大东9井烷烃川东地区气田飞仙关组和黄龙组8C1-8C连线对比川南庙高寺气田也发现了飞仙关组气藏该气藏11)中国煤化工别指标,分析认为庙与下伏长兴组及阳新统气藏的8C一。“C-8C连高寺线对比显示,曲线均呈V型,以8C2最轻,出现碳同位10a)J易CNMHG,高峰场气田(见UU!H了素倒转,3个气藏连线基本相似,说明三者同源(见图连线也呈V型,说明庙高寺气田3个气藏可能主要是2008年10月戴金星等:中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义油型气。近两年来,普光气田之西的川北地区飞仙关组气藏勘探取得重大进展发现了龙岗大气田,河坝气田河坝2井飞仙关组获得川东北单井单层测试最高日产204×10m38,同时元坝1井也有重大突破,获得高产- Pch寺31井气流。这些气田飞仙关组烷烃气具有正碳同位素系列,并且δ3C2值均重于—27.5‰,说明这些气都是煤成气(见图12)。从图12推断在普光大气田之西至元坝构造(元坝1井),南从龙岗气田(龙岗1井)北至河坝气田(河坝1井),存在一个8C2值重于-29‰或27.5‰的具有煤成气标志值的正异常中心,例如,龙岗气田龙岗1井飞仙关组C2为-23.15‰6。推测这一δC2重值异常区是龙潭组煤系的煤成气生气中心,预测该中心及附近未来能发现一批大气田,成为四图11庙高寺气田各气藏82C1-83C2-83C连线对比川盆地一个新气区。煤成气,油型气分界线(金星)煤成气、油型气分界线(王世谈)■巴中L坝气田毛坝1(-23.15)普光气田龙岗1(-23.15渡口河气田黄龙场气田家气H2886"C值/‰6"C2等值线/铁山气田图12川北巴中地区推测龙潭组煤成气生气中心示意图5结论前探明的11个储量在1000×106m3以上大气田中的7个。煤系成烃以气为主以油为辅,含煤盆地是天然气飞仙关组气藏是四川盆地探明储量最大的层系,勘探的最重要的有利地区之一,煤系是最重要的气源其气源具有多样性,既有油型气,也有煤成气,或者两岩之一。煤成气是目前中国探明天然气储量中最重要类气的混合气。在川北巴中地区推测有一个大的龙潭的天然气类型,占天然气储量的70%组煤中国煤化工是发现大型媒成气研究大气田形成的半定量和定量的主控因素和天田的然气聚集区带,是有效加速发现大气田的主要途径之YHaCNMHG。根据研究成果,成功地提前4~11a预测了中国目致谢:王云鹏研究员提供了将发表的煤生烃动力524石油勘探与开发·油气勘探Vol 35 No 5学主生气期模拟图;马永生博士和郭彤楼博士提供了藏分类[A].地质矿产部石油地质研究所,中国煤成气研究[C]元坝1井和河坝1井烷烃气碳同位素资料,在此深表北京:地质出版社,1988.1631感谢。[18]包茨,大然气地质学[M]北京:科学出版社,1988.312-313,328[19]陈荣书.天然气地质学[M]武汉:中国地质大学出版社,1989參考文献:[1]史训知戴金星,朱家蔚,等.联邦德国煤成气的甲烷碳同位素研[20]傅家谟刘德汉,盛国英煤成烃地球化学[M].北京:科学出版究和对我们的启示[J].大然气工业,1985(2):1-9社,1990.348355[2]戴金星,油气与中国,科学与中国[M].济南:山东教育出版社[21]冯福中国含气盆地研究[A].地质矿产部石油地质研究所.中2004.258-285国天然气地质研究LC.北京:地质出版社,1994.1-0.3] Brooks JD, Smith jw. 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