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页岩气成藏机理和分布

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2018-11-16
简介
本文阐述了页岩气成藏机理和分布,其中介绍了页岩气成藏机理,页岩气成藏主控地质因素及分布规律,并根据成藏机理分析,了解页岩气的成藏及分布具有的地质意义等内容。详细内容,请阅读全文!

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 ?。疚南倒易匀豢蒲Щ?40272062,40172052)和国家重大基础研究“973”项目(g1999043309)部分研究成果?! ∽髡呒蚪?张金川,副教授,博士;主要从事非常规天然气、成藏机理及资源评价研究。地址:(100083)北京学院路中国地质大学。电话:13910841297。E-mail:[email protected]页岩气成藏机理和分布*张金川1 金之钧2 袁明生3(1.中国地质大学能源地质系 2.中国石化石油勘探开发研究院 3.中国石油吐哈油田分公司)  张金川等.页岩气成藏机理和分布.天然气工业,2004;24(7):15~18  摘 要 对页岩气成藏机理进行了全面分析,获得了四个方面的认识。①页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征,体现出了复杂的多机理递变特点。②在页岩气的成藏过程中,天然气的赋存方式和成藏类型逐渐改变,含气丰度和富集程度逐渐增加。③完整的页岩气成藏与演化可分为3个主要的作用过程,自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。④相应的成藏条件和成藏机理变化对页岩气的成藏与分布产生了控制和影响作用,岩性特征变化和裂缝发育状况对页岩气藏中天然气的赋存特征和分布规律具有控制作用。研究了我国的情况,认为我国的许多盆地存在工业性页岩气藏发育的基本地质条件,其中,吐哈盆地吐鲁番坳陷的水西沟群是页岩气发育的重要区域之一?! ≈魈獯省∫逞移「炒孀刺〕刹鼗怼⌒蛄械荼洹 ∫逞移侵钢魈逦挥诎瞪嘁逞一蚋咛寄嘁逞抑?以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。在页岩气藏中,天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中,为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果,表现为典型的“原地”成藏模式。从某种意义来说,页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果,由于储集条件特殊,天然气在其中以多种相态存在。页岩气是目前经济技术条件下,天然气工业化勘探的重要领域和目标。页岩气成藏机理  页岩在地层组成上,多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。在页岩中,天然气的赋存状态多种多样。除极少量的溶解状态天然气以外,大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。吸附状天然气的赋存与有机质含量密切有关〔3〕,它与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20%~85%之间〔2〕。因此从赋存状态观察,页岩气介于煤层吸附气(吸附气含量在85%以上)和常规圈闭气(吸附气含量通常忽略为零)之间。页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点,除天然气在孔隙水、干酪根有机质以及液态烃类中的溶解作用机理以外,天然气从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚,再到生烃高峰时期的置换式运聚,体现出了页岩气自身所构成的完整性天然气成藏机理序列〔6〕?! ∩鲜鲆幌盗凶饔霉痰姆⑸挂逞抑械奶烊黄炒嫦嗵旧硪补钩闪舜拥湫臀降匠9嬗卫胫涞男蛄泄?因而页岩气成藏机理研究具有自身的独特意义,它至少将煤层气(典型吸附气成藏原理)、根缘气(活塞式气水排驱原理)和常规气(典型的置换式运聚机理)的运移、聚集和成藏过程联结在一起。由于页岩气在主体上表现为吸附状态与游离状态天然气之间的递变过渡,体现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移,因此页岩气藏具有典型煤层气、典型根缘气和典型常规圈闭气成藏的多重机理意义,在表现特征上具有典型的过渡意义?! 〉谝唤锥问翘烊黄谝逞抑械纳?、吸附与溶解逃离(图1①),具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。·15·第24卷第7期                天 然 气 工 业              地质研究图1 天然气成藏的三个阶段(①页岩气成藏阶段;②根缘气成藏阶段;③常规圈闭气成藏阶段)此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限?! ≡谌攘呀馄罅可晒讨?由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。在相对密闭的系统中,物质密度的变小导致了体积的膨胀和压力的提高,天然气的大量生成作用使原有的地层压力得到不断提高,从而产生原始的高异常地层压力,即“高压锅”原理〔7〕。由于压力的升高作用,页岩内部沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生裂缝,天然气聚集其中则易于形成以游离相为主的工业性页岩气藏,此时页岩气藏的形成在主体上表现为由生气膨胀力所促动的成藏过程,天然气原地或就近分布,构成了挤压造隙式的运聚成藏特征(图1②)。在该阶段,游离相的天然气以裂隙聚集为主,页岩地层的平均含气量丰度达到较高水平?! ∷孀鸥嗵烊黄丛床欢系厣?越来越多的游离相天然气无法全部保留于页岩内部,从而产生以生烃膨胀作用为基本动力的天然气“逃逸”作用。在通常情况下,与页岩间互出现的储层主要为粉-细砂岩类,具有低孔低渗特点,它限定了天然气的运移方式为活塞式排水特点,这种气水排驱方式从页岩开始,从而在页岩边缘以活塞式推进方式产生根缘气聚集。此时的天然气聚集已经超越了页岩本身,表现为无边、底水和浮力作用发生的地层含气特点。因此从整套页岩层系考察,不论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层,均表现为普遍的饱含气性(图1③)。若地层中的砂岩含量逐渐增多并逐步转变为以致密砂岩为主,则页岩气藏逐渐改变为根缘气藏(图1②)。如果生气量继续增加,则天然气分布范围进一步扩大,直到遇常规储层或输导通道后,天然气受浮力作用而进行置换式运移,从而导致常规圈闭气藏的大范围出现(图1③)。页岩气成藏主控地质因素及分布规律  与根缘气藏的地层普遍含气性机理不同,页岩气藏普遍含气性的内涵较广,在岩性上包括了泥页岩、致密的砂岩或砂质细粒岩,在赋存状态上包容了吸附、游离与溶解,在成藏机理上则包含了吸附与扩散、溶解与析出、活塞与置换等运聚过程。在通常情况下,泥页岩与致密砂岩(泥质粉砂岩与粉砂质泥岩等)之间的互层分布为这种多相态、多机理的地层普遍含气性提供了有利条件?! ?1)页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类,岩石组成一般为30%~50%的粘土矿物、15%~25%的粉砂质(石英颗粒)和4%~30%的有机质。页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础,要求生烃有机质含量达到一定标准,那些“肥沃”的黑色泥页岩通常是页岩气成藏的最好岩性,它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。在页岩气藏中,地层有机碳含量相对较高,一般大于2%,可以达到普通源岩有机碳含量的10~20倍。天然气的生成可来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合,因此镜质体反射率一般在0.4%以上。在陆相盆地中,湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件,但通常位于或接近于盆地的沉降—沉积中心处,导致页岩气的分布有利区主要集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析,生物气的产生需要厌氧环境,而热成因气的产生也需要较高的温度条件,因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域?! ?2)页岩本身既是气源岩又是储集层,其总孔隙度一般小于10%,而含气的有效孔隙度一般不及总孔隙度的一半,渗透率则随裂缝的发育程度不同而有较大变化。页岩气虽然为地层普遍含气性特点,但目前具有工业勘探价值的页岩气藏或甜点主要依&m…
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