论天然气富集成藏的地质因素

论天然气富集成藏的主要地质因素论文提要天然气（Natural Gas）是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。

其利用领域非常广泛，除了能用于炊事外，还可广泛作为发电、石油化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车、集中空调的燃料或原料。

因而初步总结出我国气藏形成和富集的主要地质因素，对今后天然气勘探及开发工作有重要意义。

本文就是从以下七个主要地质因素来展开论述的。

其间，天然气藏形成与富集的基本条件包括：一定规模的气源岩、一定厚度的储层、区域盖层、古隆起和早期圈闭的作用；充分条件包括：断层与不整合面的改善作用、二次生气、脱溶（脱附）作用。

正文一、一定规模的气源岩气源岩的规模和生产潜力无疑是天然气藏形成和富集的基本地质条件，气藏的富集程度除与气源岩规模和生产潜力密切相关外，还与气源岩和储层相互接触关系有关。

（一）气源岩的规模和生产潜力最关键的是，气源层系要有一定的厚度和相当高的生气潜力。

一定的生气强度是较大气田形成的先决条件，因为只有当生气量大于水溶气量（当与油伴生时，还要考虑油的溶解气量）、岩石吸附气量和散失气三者之和时，才有可能形成天然气的聚集。

国内外的勘探实践表明，大气田总是分布在生气强度相当大的范围内。

如前苏联西西伯利亚盆地，大气田分布于生气强度大于30ⅹ108m3/km2范围内，而特大气田绝大部分集中在生气强度大于40ⅹ108m3/km2区域。

再如，我国渤海湾盆地的东濮凹陷，储量较大的文留气藏和白庙气田都分布在生气强度大于60ⅹ108m3/km2范围内①（图1，见下页）。

（二）气源岩与储层的接触关系气源岩与储层的接触关系直接涉及到气源岩生成的天然气能否有效地运移到储层的问题，一般气源岩与储层直接接触比不相接触的富气作用大。

从我国已发现的油气田中可划分出内接式、紧接式和跨越式三种类型。

1.内接式储层呈“透镜体”被包在气源岩中，源岩生成的天然气能充分向储气层运聚。

柴达木盆地东部第四系的涩北二号气田、台南气田属这种类型。

2.紧接式按照气源岩与储层的空间关系又可进一步分为上储式、下储式和测储式三种亚类。

它们的共同特点是气源岩与储层紧靠，源岩生成的天然气可以就近运进储层。

我国已知的天然气藏大多属于此类。

①戴金星等主编.中国天然气地质学【M】.中国石油出版社，1996，35-37.图13.跨越式气源岩与储层之间相隔一定距离，源岩生成的天然气经过较长距离进入储层。

属此类者有渤海湾盆地的文留气藏（石炭一二叠系的煤成气跨越中生界在下第三系沙四段砂岩中储集）、塔里木盆地的柯克亚气田（侏罗系生成的天然气跨越白垩系一下第三系在上第三系砂岩中储集）等。

（三）气源岩对气藏区域分布的控制作用天然气和石油相比，长距离运移的可能性更大，但生气中心控制天然气藏分布的现象常见，尤其在陆相沉积盆地中更为普遍。

松辽盆地三肇地区气藏围绕生气中心呈环状分布最为典型（图1-02）。

该区徐家围子断陷沉积的侏罗纪煤系所生成的天然气沿断层垂直向上运移，并遇不整合面作一定横向运移，在断陷周边的古构造、基岩潜山、披覆构造、断块等圈闭中聚集成藏。

二、较好的储层天然气的分子小，活动能力强，它对储层物性的要求不如石油那样高。

但是，要形成工业性聚集，特别是形成大中型气田，较好的储层也是基本条件之一；而且，工业性气藏也有一定的储层物性下限值。

据对世界上144个大气田的统计表明，砂岩储层为73个，占64％，碳酸盐岩储层为41个，占36％。

据储量计，砂岩储层气田和碳酸盐岩储层气田分别占62.7％和37.3％。

在我国已探明天然气储量中，砂岩和碳酸盐分别占44.1％和54.8％。

（一）砂岩储层我国发现的较大气田中，砂岩储层达到54％，储层的厚度最小20m，最大290m，一般为70～150m。

下表一列出了世界部分大气田砂岩储层厚度和孔隙度数据，可以看出，这些大气田储层物性普遍较好，孔隙度多在15％～35％，储层的厚度普遍大于100m。

表一.世界部分大气田砂岩储层厚度和孔隙率数据表②②戴金星等主编.中国天然气地质学【M】.中国石油出版社，1996，40-42.（二）碳酸盐岩储层在我国已发现的较大气田中，至少有11个碳酸盐岩储层，占46％。

与世界油气田相比，我国碳酸盐岩储层孔隙度偏低，多在3％～6％，渗透率一般大于2ⅹ10-3％μm2。

裂缝发育程度及其与孔、洞的组合关系对气藏的含气丰度和气井产能关系非常密切。

三、良好的区域盖层天然气不仅通过大的裂缝和连通孔隙以渗透形式发生运移和散失，而且能以扩散方式运移和散失。

由于扩散方式会破坏天然气藏。

良好的区域盖层对于大型气藏的形成就显的至关重要。

（一）盖层的评价1.盖层的厚度及区域稳定性。

泥质岩、膏盐岩和致密碳酸盐岩都能当盖层，关键是要有一定的厚度和横向上稳定分布。

2.埋深和成岩的阶段。

一般而言，盖层岩层随埋藏深度增大及压实作用和成岩作用的加强，孔渗性降低，封闭性增强。

但是，泥质岩会因压实、脱水作用，塑性变差，脆性变大，易产生微裂纹而使封闭性变差；石膏盖层当埋深1000m后，会因温度增高失去结晶水变成硬石膏，从而急剧降低其可塑性并产生裂缝，使它的封闭性变差。

3.断裂破坏作用。

断裂，特别是张性断裂对盖层封闭性的破坏性很大，在评价圈闭的盖层条件时，对圈闭范围内是否有断裂以及断裂的性质和规模都要认真分析。

（二）盖层封闭的相对性从气藏形成动平衡的原理和盖层封闭能力本身都可说明盖层的封闭能力具有相对性。

从动平衡的观点来看，任何岩类组成的盖层都不能完全把天然气封闭起来，而绝对不发生散失，天然气藏只能是存在于散失量小于供气量的动平衡状态之中。

一般而言，盖层的封闭机制包括毛细血管封闭、压力封闭和浓度封闭三种。

当盖层不具高压异常时，盖层封闭的能力主要决定于毛细血管力，而盖层的毛细血管力具有相对性，即盖层能否封闭天然气主要取决于盖层的毛细血管力大于储层压力，而与盖层毛细血管的绝对大小无直接关系。

盖层封闭的相对性还表现在储、盖层的相互转化上。

在地质发展过程中，早期的储层经压实和成岩变化，渗透性变差，可以转变为盖层；反过来，有些早期渗透性低的盖层，后经构造变动产生裂缝或后期溶蚀作用增大孔隙而转变为储层。

四、古隆起或早期圈闭天然气要形成大规模的工业聚集，充足的气源固然是一个基本条件，但至关重要的是圈闭形成期与主要生气期的相互配置关系，古隆起和早期圈闭是天然气富集的重要因素之一。

在我国已发现的较大气田中至少有8个与古隆起有关，如福成寨、双家坝、大池干、卧龙河等气田；而其余的16个左右则全是早期圈闭。

如此，古隆起或者早期圈闭对研究天然气富集成藏因素的意义可想而知。

五、断层和不整合面的富集作用断层和不整合面对天然气聚集具有破坏和富集的双重作用，此地只阐述其富集作用的积极一面，它们的积极作用主要表现在遮挡形成圈闭、改善储层性能和作为天然气通道等三个方面。

（一）遮挡形成圈闭断层起遮挡封闭的基本条件，一是断层两侧要有一定的断距，是一侧的储层和另一侧的非渗透层对接；二是断层面本身具封闭性。

断层封堵作用的机理主要有下列几点：1.断层的应力愈合作用。

断层面上覆地层重量的应力使断层带裂缝体变形，导致断面与裂缝闭合，从而造成断层具封闭作用。

断面闭合的程度决定于断面压力的大小，当其大于断面岩体的变形强度时，断层是封闭的，反之则断面呈开启状。

断层埋深越大，断层倾角越小，断面压力越大，断面易闭合；断面上岩石变形强度小（如盐岩、石膏或泥页岩），断面易于闭合。

2.断面裂缝成岩胶结或充填作用，它可分割断层两侧的渗透层从而使断层具有封堵能力；当断裂带破裂时为扩容泄压带，形成地下水的汇流带，因而易形成沿断层的成岩胶结致密带，这在碳酸盐岩地层中最为常见。

3.断层面泥质岩类的涂抹作用。

在沙泥岩互层剖面中，由于断层错动，塑性较强的泥质岩类地层可以在较硬的砂岩断面上涂抹上泥质薄膜形成封堵。

通常条件下，短距大，涂抹层数多，涂抹层厚，涂抹封堵作用就强。

一般逆断层的涂抹作用比正断层强。

断层的涂抹作用也可造成泥岩细小颗粒因挤压而进入断面的储层孔隙中，阻塞孔喉形成封堵。

4.断层粒化作用。

在一些胶结比较疏松的砂岩中，由于断层的搓动形成颗粒的破碎以及石英增生体的破裂，造成颗粒粒度的降低和颗粒的重新排列，使断面处砂岩的孔渗性降低，为断层面封堵创造了条件。

（二）改善储层的储集性能断层和不整合面在改善储层储集性能方面的作用很突出。

断层对储层的改善作用主要在于与断层相伴生的构造裂缝增加了储集空间和渗透性。

不整合面改善储层的作用主要是沉积间断期淡水淋滤溶蚀作用。

这种作用普遍存在于与不整合面有关的碳酸盐岩储层中，碎屑岩储层中也有表现。

（三）提供天然气运移通道断面与不整合面在天然气运聚、形成较大气田过程中，有着重要作用。

但断面与不整合面二者在天然气运移通道上是有差别的。

一般讲，断层主要起垂向运移的通道作用，而不整合面主要作为横向运移的通道。

断层运移通道，在天然气富集方面的突出作用有两点：1．将多层源岩生成的天然气串通，在有利的储盖组合圈闭中形成储量规模和丰度较大的气藏。

2.为深部烃源岩生成的天然气垂向长距离运移提供通道，使其跨地层时代于上部地层中形成“跨越式”天然气聚集。

不整合面运移通道的富集作用在于把“远源天然气”，特别是生气凹陷中心的天然气联通起来，作较长距离的侧向运移，在适宜的圈闭中聚集成藏。

如我国塔里木盆地塔北和塔中古油藏和现今油气藏的形成，不整合面运移通道作用就很突出。

六、二次生气作用地层中有机质随埋藏深度加大、热演化程度增进发生的油气生成过程，在很多情况下不是一次性连续完成的。

而是随着构造升降和沉积作用变化呈现出阶段性。

当后一次沉降沉积作用超过前一次的幅度时，随着埋藏深度和热演化程度增进，有机质就会发生再次成烃，即所谓的二次成烃作用。

其实，这种作用并不限于一次，在一定的地质条件下，会发生三次、甚至多次成烃作用。

二次生气作用对气藏的形成和富集有重要意义，尤其在前期生成的天然气因地层抬升大量散失的情况下，作用尤为突出。

七、天然气的脱溶、脱附作用天然气在地下的赋存状态包括水溶气、油溶气、岩石吸附气和游离气等四种状态。

有机质生成的天然气，只有当生气量大于水溶气量、油溶气量、吸附气量和散失量而有一定的游离气量时，才能在适当地质条件下运聚成工业性的天然气藏。

反之，地层中无游离气存在，一般情况下就不会有游离气藏的形成；但是，水溶气、油溶气和岩石吸附气在特殊地质过程中，如后期地层抬升或流体沿地层上倾方向运移，可以通过脱溶作用和脱附作用使一部分天然气游离出来并在有利圈闭中聚集成藏。

天然气在水中的溶解系数和在岩层中的吸附系数与压力、温度、水的性质、岩石矿物成分等多种因素有关。

在诸因素中，压力的作用最为突出。