收稿日期:2009204229；修回日期:20092072011基金项目：国家科技重大专项“中西部重点碎屑岩领域油气富集规律与分布预测(编号:2008ZX050022006)”资助.通讯作者王传刚E 2m ail :wangcg @pepris.
深盆气基本概念与特征
许化政1，高 莉2，王传刚1，李 松1，尹 伟1，刘春燕1
(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083;2.中国石化集团华北石油局，河南郑州712000)
摘要：深盆气的最本质特征是盆地中心饱含气。凡煤系发育、构造稳定、埋藏适中、经历过高地温 演化阶段的盆地都能形成深盆气。深盆气上倾方向多因致密岩石含水而封闭，孔隙性地层的水封只是个例，它因深盆中仍不断大量供气而存在。深盆气形成于高温高压的环境中，早期地层水因汽化而与甲烷气混溶，一部分随岩性变致密加厚水膜而成为束缚水，导致深盆气盆地内无水层。但在深盆气萎缩阶段，降温降压过程可使蒸汽水“冷凝”形成深盆气中的“酸点”。“酸点”水规模小呈散点状分布，矿化度低于正常地层水矿化度。深盆气因所处演化阶段不同而具有不同的压力特征，既可以是低压的，也可以是高压的。松辽盆地、沁水盆地和西北侏罗系含煤盆地都具有深盆气形成的条件。
关键词：深盆气；致密砂岩；岩性圈闭；水封圈闭；高压异常；低压异常中图分类号:TE122 文献标识码:A 文章编号:167221926(2009)0520781209 目前，我国深盆气成藏理论分析和勘探应用研究尚处于起步阶段，在深盆气成藏标准、分布预测、勘探评价系统等方面有诸多问题有待进一步探讨。本文从深盆气基本概念的解析出发，通过对深盆气形成的机理、圈闭条件、演化过程与含水性、压力特征等方面分析研究，阐明了深盆气的本质内涵和特征，并在有限资料范围内指出了我国深盆气勘探的4个有利方向。
1 深盆气基本概念
关于公立医院改革试点的指导意见最先提出“深盆气藏(Deep Basin G as T rap 或
点火时间Deep Basin G as Accumulation )”这一术语的是J A Masters [1]，由于这一术语形象地表达了这类气藏的宏观展布特征，因而被后来的大多数学者所沿用。
除了“深盆气藏”这种叫法外，还有人提出用“盆地中心气藏”，即Basin Centered Gas Accumula 2tion [2]或Basin 2Center Gas Accumulation [3]。20世纪90年代以后，世界上在致密储层内发现了一大批
气田，有些学者又将“致密气藏”(Tight Sands Gas )纳入深盆气范畴[4]。深盆气或盆地中心气理论认识
的积极意义在于，过去传统上认为不可能形成气藏
的盆地或坳陷中的低凹部位可以到成因机理完全不同的气藏，这类气藏储量巨大，具有现实的和潜在的经济价值，因而已经成为当今世界最热点的勘探领域之一。
深盆气或盆地中心气的本质意义在于它形象地概述了盆地内地层流体的分布模式:①天然气被圈闭在地层下倾方向或盆地中心区域[526];②含气区域内的各类地质体空隙均含气而少含水。上述2条是深盆气的精髓，由此衍生出来的“气水倒置”、“负压异常”、“只含气而不含水”等仅是深盆气的某种表现形式。深盆气的形成条件主要有3条:①自始至终稳定发育的坳陷式构造背景;②地质剖面中具有煤、高碳泥岩的富集层段;③有机质富集层段具有很高的演化程度。高演化程度既保证了孔隙性沉积体(砂岩等)的区域性致密化，又是天然气大量形成的必要条件[7]。
深盆气的赋存方式主要有4种:①赋存于孔隙性砂体中，这是深盆气具有工业经济意义的关键;②赋存于致密砂体中，致密砂体或与孔隙性砂体邻接，或单独存在，虽含气但量少，不能工业生产但在深盆气流体压力被打乱时能向孔隙性砂体中“泵”气;③
第20卷第5期2009年10月天然气地球科学NA TURAL GAS GEOSCIENCE Vol.20No.5Oct. 2009
页岩裂隙或层间隙，气测录井总是在2种岩性的接触面上有高的气显示，岩心在2种岩性的接触面上有泥浆侵染，可见页岩裂隙或层间隙是深盆气重要的储集空间和运移通道;④煤层气，煤层因具有很高的孔隙比表面积而具有高的含气性，甲烷或以自由态赋存在煤层的大孔隙和裂隙中，或以物理方式(甲烷
分子)被吸附在煤颗粒的表面上。据测定，鄂尔多斯盆地每吨煤含气量可达20～35m 3①，阿尔伯达盆地艾尔姆华士深盆气区152********W6井第四煤层高压取心的每吨净煤甲烷含量在14.15m 3以上，见表1、图1[8
]。
表1 艾尔姆华士152********W6井煤层含气量[6]
岩心深度(m )
2608.72608.92609.4R O
1.63 1.65 1.43灰分(%) 3.7 4.217.4含气量(m 3/t )
14.54
15.65
9.82
图1 艾尔姆华士地区不同类型煤的吸附作用与压力的关系[6]
以鄂尔多斯盆地上古生界本溪组—盒八段为
例，钻井在数百米的井段中只见气而不见水，且具有储层致密、构造简单、分布广泛、储量巨大等非
常规气藏特征，应该属深盆气[9]。在这个深盆气地质体(或气舱、封存箱)内，各类储集体相互贯通，或呈高压异常，或呈负压异常，始终保持着区域性流体压力的稳定性和一致性，从而组成一个硕大无比的天然气储集体，因而也可以称为深盆气藏。在这个储集
体中，储集能力最高的岩性当属煤层而不是孔隙性
砂岩，处于近似地质环境(埋深相同)的煤层含气量是孔隙性砂岩含气量的5～10倍或更高。煤层通过围岩降压解析吸附气，从而成为盆地演化过程中永恒的气源，不管是在煤层因埋深加大地温升高的生气过程中，还是在抬升剥蚀、地温降低、生气终止、压力释放的过程中，都是如此。
2 深盆气藏的圈闭条件
深盆气的圈闭类型主要有水封圈闭和岩性圈闭2种。2.1 水封圈闭
能说明深盆气水封圈闭的最好例证是阿尔伯达盆地艾尔姆华士下白垩统Cadomin 组[10]。早白垩世早期，一只巨大的山系已在不列颠哥伦比亚形成，并造成阿尔伯达区南西高、北东低的区域古地形。当时降雨量充沛，气候湿润，河流从西南面向北东面山前带的许多山口汇入东北部平原，在近山带形成巨大的冲积扇，并在以后的构造运动中拗陷成为盆地中心区，即现在的深盆气发育区。冲积扇相的砂砾岩分选差，以中砾为主，含少量巨砾(粒径75mm )，平均渗透率仅为0.5×10-3μm 2，为现今深盆气
的储层；水流越过冲积扇，在北东方向地势低洼处重新分配一部分沉积物，形成辽阔的、辫状河发育的三角洲平原(图2)。在以后的构造运动中，辫状河发育的三角洲平原区成为前陆盆地的东北斜坡构造带，主要为水所饱和，另外有一些构造控制的油气藏。辫状河沉积的砂岩或砂质砾岩，颗粒粗且分选好，主要为燧石，石英增至20%，吼道孔径大、粘土含量低，渗透率达n ×10-1μm 2。一方面因下倾方向致密砂岩含低压气体，水在其中的相对渗透率等于零，可动水相的连续性被破坏，周边常规储层中的孔隙水压系统无法与深盆气藏底部的孔隙水压系统沟通，从而阻止了上倾方向的水向下流动并驱替天然气，深盆气得以保存；另一方面由于含气致密储层孔喉窄小，毛细管阻力大，地层平缓，连续气柱压力小，气藏顶部产生的毛管排驱压力通常不高，天然气缺乏浮力，对上倾方向饱含水的孔隙性岩石的封堵性要求不严格导致气的散失速度极其缓慢，从而使其下倾方向的深盆气得以保存。更重要的是，阿尔伯达深盆中仍不断有新的天然气生成，并向气藏中充注流体和压力，使气水界面能长期保持流体压
盐酸达克罗宁287 天 然 气 地 球 科 学Vol.20
①赵庆波.私人通信.1996.
图2 阿尔伯达盆地下白垩统Cadomin层沉积相分布示意[7]
由冲积扇派生的砂质砾岩在广阔的冲积平原沉积下来，是现今Elmwort h大气田的储集层；水流前方是
广阔的三角洲平原发育区，孔渗发育的辫状河砂体目前为水充满，此即气水倒置的相控制条件
力平衡，气藏不致被破坏，并局部出现气水倒置的非常规特征。
由此可见，阿尔伯达盆地艾尔姆华士下白垩统Cadomin层深盆气的气水倒置是特殊地质条件下形成的特殊地质现象，不是深盆气的共性特征。2类地质体(冲积扇与辫状河)之间巨大的渗透性差异导致其间不同流体交换困难，冲积扇与辫状河三角洲之间的相过渡带成为现今的气水过渡带，含水致密砂岩形成的水锁加强了其对下倾方向气流体的阻挡作用。气水边界的平面分布形态不规则，一方面与烃源岩分布、烃源岩热演化程度(R O)、地层倾角大小等因素有关系，更重要的是受辫状河三角洲与冲积扇相带边界控制。尽管气水边界是动态的，但天然气绝不会越过这个沉积边界在辫状河发育区形成深盆气，渗透性极好的辫状河发育区只能形成常规油气藏。
2.2 岩性圈闭
阿尔伯达西北部艾尔姆华士气田下白垩统Fal2 her2A旋回可为我们提供一个深盆气岩性圈闭的实例[11]。Falher2A旋回总体为滨岸滩相的砾石和净砂岩沉积，自西南向东北沿构造上倾方向厚度减薄，渗透率降低，并进而转化为海岸平原相的粉砂岩、页岩和煤层沉积。在与Falher2A地层走向近平行的方向上，发育一条北西西—南东东向河道沉积，河道侵蚀了Falher2A海退层序中顶部渗透性较好的地层，沉积了由页岩、粉砂岩和很细粒的砂岩组成的低渗透地层(图3)。河道南侧地层下倾方向Falher2A
滨岸滩相的砾石和净砂岩饱含天然气，河道北侧地层上倾方向则为饱含水的地层，深盆气界限被认为是受与其延伸方向相同的主、分流河道体系控制。
鄂尔多斯盆地苏里格气田盒八段可为我们提供另外一个岩性圈闭的实例。苏里格气田位于伊陕斜坡西北侧，构造显示为一宽缓的西倾单斜，坡降3～10m/km。探明天然气主要分布在伊8井、苏6井、苏26井以南的盒八段三角洲平原分流河道体系中。砂岩储层呈近南北向展布，砂体厚15～48m，宽10～20km，南北延伸达100km以上。有效储层孔隙度为10%～12%，渗透率为(0.5～9)×10-3μm2；一般砂岩孔隙度<8%，渗透率<0.3×10-3μm2。伊8井、苏6井、苏26井一线以北地层上倾方向为冲积扇沉积，冲积平原相的砂质砾岩渗透率极低，地
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No.5 许化政等：深盆气基本概念与特征
图3 Elmwort h 气田Falher 旋回相控制条件[7]
横切Elmwort h 气田的井控制剖面，河道西侧为深盆气区，储集层为海滩相砂砾岩；河道东侧为水分布区，河道平行深盆气边界分布，是深盆气藏的上倾边界岩性封堵条件
层条件下通常小于0.01×10-3μm 2，由此形成对下倾方向深盆气的封堵(图4)
。
图4 苏里格气田上倾封堵的相控条件 由以上可知，水封圈闭仅是深盆气圈闭中的个
空手道男子例，在由盆地低部位以含气为主过渡到盆地高部位以含水为主的演变过程中，致密含水的岩石比孔隙性含水岩石的封闭性显然要好得多，这是大多数盆地深盆气得以保存的重要条件。阿尔伯达盆地艾尔姆华士下白垩统Cadomin 层深盆气的水封圈闭所以能长期存在，是因为深盆内至今仍有大量天然气生成和供给。
3 深盆气形成演化阶段与含水特征
以鄂尔多斯盆地为例，分析深盆气形成的阶段性及含水特征。3.1 深盆气孕育阶段该阶段相当于煤系有机质生烃的生化甲烷阶段(R O <0.5%)和凝析油—湿气阶段(R O =0.7%～
1.25%)，即煤岩演化的长焰煤—气煤—肥煤—焦煤有限元分析论文
阶。这一阶段的初期，除生成一定量的甲烷、可溶性
沥青外，地层水中的有机酸浓度达到最高值。随着地层温度的继续升高，增至120℃以后，伊利石—蒙皂石混层矿物的有序转化将生出大量地层水，有机质热解生成轻质油也进入高峰期，重烃气开始生成。该阶段气态烃产生数量多、速度快，残余沥青开始裂解，地层中的烃流体逐渐增多，但常伴有较高含量的CO 2、H 2S 。
盆地发育的初期阶段，地层中含有大量低矿化度水，流体势场为均一的常规流体势场，压力系数等于
1。随着上覆层加厚，地温升高，盆地通过压实流排出部分地层水，烃源岩(煤和页岩等)通过生烃增压排出油和气，流体不再具备统一的势场，高势岩体中的油气开始向低势圈闭(如孔隙性砂岩体)排放并驱替其中的水，形成常规油气藏。烃源岩体和局部圈闭中的压力系数可以达到1.2～1.4，岩石开始产生微裂缝，并通过微裂缝交换流体。
这一阶段因煤系生气量还不足够大，流体中仍以地层水为主。但以压实为主的成岩作用已使岩性致密化，上以上石盒子组泥岩为区域性盖层、下以本溪组铝土页岩为底封层的流体封存箱已基本形成，封存箱内局部因流体高压开始发育微裂缝，为深盆气藏的形成创造了条件。中国西部侏罗系含煤盆地(准噶尔、伊犁等盆地)目前处于这一演化阶段，盆地中心有可能到常规岩性油气藏。鄂尔多斯盆地在三叠纪—中侏罗世也处于这一阶段。虽然该阶段末期地温可达到120℃以上，但流体的PV T 效应使地
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层水仍以液态存在。3.2 深盆气形成阶段
深盆气形成阶段是以甲烷为主的天然气大量形成期，水和CO 2产量减少，相当于焦煤—无烟煤阶、R O 值在1.25%～2.25%之间的演化阶段。成藏流体中以甲烷含量最高和重烃含量降低为标志，成藏温度主要在140～180℃之间，压力为异常高压。这一阶段的天然气生成与烃源岩埋深加大和古地温的高异常发育有关，同时与高温高压期产生的微裂缝有关，天然气依靠这些微裂缝运移成藏。在鄂尔多斯
盆地，这一阶段的成藏信息主要来自于石英加大边和晚期微裂缝中的包裹体，其中的流体显示为气液混溶相特征，时间形成在早白垩世，古地温梯度约为4.40℃/100m [12]。
异常高古地温一方面导致干酪根、高分子烃裂解，同时使地层水汽化。汽化后的水混溶于更高比例的甲烷气体中，无孔不入地运移到地质体的各类空隙中，至此，深盆地中只见气而不见水，深盆气藏形成。这一阶段深盆地中的水有2种赋存方式:①以凝析气态水分子形式混溶于甲烷气体中;②在亲水岩石致密化过程中为逐渐加厚的水膜提供水源，成为束缚水。
实践证明，深盆气生产过程中总有少量凝析水产出。凝析水的特征是矿化度低，一般把矿化度<2500mg/L 、水气比例(m 3/104m 3)<0.5的水看
作为凝析水，如苏里格气田苏4、苏6、苏20、桃5、陕26等井，产气过程中都有微量—少量水伴生。3.3 深盆气萎缩阶段
深盆气的萎缩发生在盆地的整体或大部分抬升
剥蚀过程中，上覆地层载荷的减少、气体的大量散失，促使深盆气密度减小、体积增大(包括因卸载产生的孔隙体积增大)，遂出现深盆气的地温降低和负压异常。温度、压力的降低促使深盆气中的凝析水发生相态变化，形成液态水。在岩性致密的气藏中，这样形成的液态水难以集中，所以深盆气藏中难
见水层。但在渗透性较好的储层中，原本处于分散状态的液态水因重力分异而形成地层水，此即“酸点”。“酸点”的规模一般不大，分散于深盆气的有效储集体中。
鄂尔多斯盆地苏里格气田盒8段有8口井(桃1井、陕188井、鄂6井、苏12井、牛1井、苏7井、镇川2井、陕97井)测试产地层水，它们呈散点零星分布于很大的面积内。地层水的矿化度较复杂，井间矿化度变化大。相邻并不算远的苏7井、桃1井和陕146井矿化度分别为19579mg/L 、12447～16546mg/L 和6569mg/L ；苏14井与陕188井相距也不远，但其矿化度差别更大，前者为5470mg/L ，后者为23802mg/L ，相差4倍多；南部陕136井盒8段的矿化度则为10238mg/L 。同层位、相近埋藏深度的地层水矿化度几乎无可比性，与常规油气藏中地层水的矿化度特征存在显著差异
。
图5 低异常压力深盆气压力—深度曲线[13]
(a )艾尔姆华士地区Falher A 段压力—深度曲线;(b )东俄亥俄州志留系Clinton 砂段的压力—深度曲线
鄂尔多斯盆地盒8段深盆气藏外的常规地层水矿化度一般在50000mg/L 以上，高者达100000mg/L
以上。如镇川2井在2105～2109m (盒8段)井段含气水层地层水矿化度为113283mg/L ，牛1井
俄罗斯素描技法587 No.5 许化政等：深盆气基本概念与特征
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