鄂尔多斯盆地上古生界气藏特征与成因

鄂尔多斯盆地上古生界气藏特征与成因【摘要】地层水分布与矿化度特征、煤层Ro测试资料证明，晚侏罗-早白垩世鄂尔多斯盆地自南而北发生过构造热事件，最高温度可达160°C-280°C，不仅导致了甲烷的生成，还导致了地层水的汽化和异常高压的形成。异常高压促使地层产生裂缝，岩石产生微裂隙，储集层（砂岩）与盖层（泥岩）之间的分割性被破坏，甲烷和蒸汽水在高温高压作用下一起运移和成藏，并扩散温度和压力，导致大型封存箱内流体势能逐渐统一，高压岩性气藏逐渐转化为特高压深盆气藏。晚白垩〜古新世盆地区域性抬升剥蚀导致煤系埋藏变浅，地温梯度降低，高温高压深盆气藏中的液态水在释放能量的过程中逐渐气化，形成只有气（汽）态流体的深盆气藏。当压力降至30Mpa以下、温度降至120C以下时，气藏中的水蒸气开始液化，气体比重下降，形成负压深盆气藏。【关键词】鄂尔多斯盆地上古生界地层水相态地层水矿化度封存箱压力异常深盆气鄂尔多斯盆地上古生界在近六万平方公里的伊陕斜坡上钻井只见气而很少钻遇地层水，现有苏里格、神木、榆林等气田的气层温度低、压力系数低，均无边低水。巨量的地层水哪里去了？难道都被天然气排驱到盆地边缘地区了吗？这是无法认同和无法想像的事情，毕竟地层中的含水量远比有机质要丰富的多。本文依据气水分布倒置、立体含气、区域性流体压力负异常和区域性地层水矿化度低等特征，认为该盆地具有形成特大气藏的特殊地质背景，经历了特殊的成藏过程。1气藏特征1.1天然气分布特征图1为鄂尔多斯盆地陕北斜坡上古生界煤层Ro等值线与气、水分布示意图，图中黄-红色为现今含气领域（Ro=1.4%〜3.0%），它们占据了构造下倾方向的绝大部分，流体压力表现为负压（黄色，压力系数0.95〜0.85）和超负压（橘黄色，压力系数0.85〜0.76）；浅黄色为气-水过渡带（Ro=1.4%〜1.2%，压力系数0.95〜1.0），这里的井气、水同出；浅蓝色为含水区（RoV1.2%，压力系数1.0），位于构造斜坡的上倾方向。气-水分布与现今构造形态无关，而严格受煤层热变质程度Ro的控制。由此推断，古地温应该是天然气成藏的重要因素。含气区域内上石盒子组厚层泥岩之下的石炭-二叠系剖面钻井只见气而不见水，各种岩性都是含气的，既包括孔隙性砂岩的层状含气，也包括泥页岩、灰岩的裂隙含气，以及煤层颗粒的吸附气和裂隙气，只不过不同岩性因空隙率不等含气密度不同罢了。由各种岩性组成的立体式含气共同体依靠发育的网状裂隙沟通，实现生产井孔隙型砂岩体的产气和围岩的补充气。含气范围内气藏没有边界，储盖层不分，不见边底水，广义上可称作深盆气藏，局部可看作为'甜点”气藏或致密气藏。图1中紫红色为构造变动区，包括米脂和镇川堡气田，因发育较多直立断层和低幅度构造，发育与构造有关的构造-岩性气藏，气层分布不连续，具有压力系数紊乱（0.95-1.2）、地层水矿化度高（＞50000mg/L）等特征，与榆林气田及其以西各大型气田有区图1鄂尔多斯盆地北部上古生界煤系演化程度（Ro）与地层水矿化度等值线图1.2地层水分布特征[1]图1大型气田位于构造下倾方向，钻井只见气而不见水层的事实说明，这里的地层水因经历异常高温而汽化了，汽化形成的蒸汽水与煤系有机质生成的甲烷一起参与了成藏过程，它们无孔不入地渗透到岩石的各类空隙中，集中储集的层状水变成了相态各异的分散水。图2为苏里格气田盒八段气一水相渗透率曲线，可看出气田地层水有三种存在形式：（1） 束缚水饱和度高，18块样品的束缚水饱和度分布在18.6-39.8%之间，平均为32.1%。（2） 烃气饱和度相对较低，其分布区间仅为8.2-24.5%，平均18%，个别为35%，气、水两相相渗曲线交点处的含水饱和度达65.0%，远远超过常规的50%，说明气体中含有一定比例的水蒸气。（3） 残余气饱和度下水相相对渗透率低，平均值为0.09，说明水相连通性差，气体中含有游离型水珠。“次生水”可从地层中重新获得盐离子，或因形成时间不同，或因运移距离不等，矿化度可在3000-760mg/L之间变动。图1中自北而南“次生水”矿化度逐步降低，可解释为北部抬升剥蚀时间早、幅度大，“次生水”矿化度偏高；而往南，气层埋深至今仍在3300m以下，“次生水”形成时间晚且运移距离短，矿化度低。上述事实证明，上古生界封存箱内曾经历过一段异常高古地温过程，不仅导致有机质大量生气，还导致了地层水的汽化，二者一起参与了气藏的形成，并在漫长的地温升降过程中发生过地层水相态、能量（压力）和气藏储存环境的复杂变化，最终导致气藏特有的地质特点。2古地温与古压力求取2.1利用Ro求取古地温Hood等[3]（1975）研究了有机质标尺（Lom）、最高古地温（Tmax）和有效受热时间的关系，并制作了相应图版（图3、4），依次可求取地史中最高古地温。首先从实测纵向剖面中选出煤层最高Ro,作为剖面所在区Ro最大代表值。将此代表值代入图3,求出相应的Lom（有机质标尺）。晚侏罗一早白垩世为构造热事件持续期，煤层有效受热时间（Tt）约为40Ma。将上述Lom值与受热时间（口）代入图版4,即可求出该Ro剖面历史最高温度。如Ro=1.5%时，最高古地温为180°C；Ro=2.0%时，最高古地温为200°C；Ro=2.5%时，最高古地温为240C。2.2古高压存在证据及压力求取（1）微裂隙不仅借助