戴金星，倪云燕，廖鳳蓉，洪峰，姚立邈

（中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

廣義煤成氣系指腐殖型有機(jī)質(zhì)在成煤作用中產(chǎn)生的天然氣，腐殖型有機(jī)質(zhì)有集中型（煤層）和分散型（炭質(zhì)頁(yè)巖和泥巖）兩種存在形式，此兩種形式的有機(jī)質(zhì)均為成氣母質(zhì)[1]。廣義煤成氣根據(jù)生儲(chǔ)關(guān)系可分為兩類：生儲(chǔ)一體的天然氣，它們是目前非常規(guī)天然氣的主體，即煤層氣和頁(yè)（泥）巖氣；生儲(chǔ)分離的天然氣，即從成氣母質(zhì)運(yùn)移出來(lái)的為狹義煤成氣，是目前常稱的煤成氣。實(shí)際上煤成氣中既有常規(guī)氣也有部分非常規(guī)氣（致密氣）。世界第2大氣田尤勒坦（Yoloten）氣田、世界第3大氣田烏連戈伊（Urengoy）氣田、中國(guó)儲(chǔ)量豐度最高且最高產(chǎn)的克拉2大氣田[2]均為常規(guī)砂巖煤成氣田，中國(guó)儲(chǔ)量最大、產(chǎn)量最高的蘇里格大氣田則為致密砂巖非常規(guī)煤成氣田[2-6]。

“成煤作用中形成的天然氣和石油”[7]是完整的煤成氣理論創(chuàng)立的標(biāo)志，至今已整整40年，其出現(xiàn)完善和發(fā)展了的“純樸的煤成氣理論”和“煤成油理論”，發(fā)現(xiàn)煤系成烴以氣為主、以油為輔的總規(guī)律[8]。王鴻禎、李德生、孫樞、趙文智等院士，以及俄羅斯科學(xué)院Galimov院士高度評(píng)價(jià)該理論的代表作“成煤作用中形成的天然氣和石油”，“一般作為天然氣地質(zhì)學(xué)的開(kāi)端”[9]，“開(kāi)啟了煤成烴地質(zhì)研究的先驅(qū)”[2]，“建立了成熟的煤成氣（烴）理論”[10]，“是中國(guó)煤成氣理論研究的里程碑”[11]，“對(duì)全球天然氣勘探意義重大”[2]。

中國(guó)、俄羅斯、土庫(kù)曼斯坦、荷蘭和澳大利亞等產(chǎn)氣大國(guó)，煤成氣是天然氣工業(yè)的主角。煤成氣理論創(chuàng)立之前，1978年，中國(guó)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為2 284×108m3（其中煤成氣203×108m3），年產(chǎn)氣137×108m3（其中煤成氣3.43×108m3）；至2016年底，全國(guó)天然氣的地質(zhì)總儲(chǔ)量為118 951.2×108m3（其中煤成氣為82 889.32×108m3，占全國(guó)69.7%），年產(chǎn)氣1 384×108m3（其中煤成氣742.91×108m3，占全國(guó)53.7%）。天然氣儲(chǔ)量、煤成氣儲(chǔ)量、天然氣產(chǎn)量和煤成氣產(chǎn)量分別是1978年的52倍、408倍、10倍和216.6倍，使中國(guó)從貧氣國(guó)邁入世界第6產(chǎn)氣大國(guó)[8]。俄羅斯西西伯利亞盆地是世界煤成氣儲(chǔ)量最大、產(chǎn)量最高、發(fā)現(xiàn)1×1012m3以上超大型氣田最多的盆地，該盆地探明原始可采儲(chǔ)量超1×1012m3超大型氣田7個(gè)，其中最大的、也是世界第3的烏連戈伊大氣田原始可采儲(chǔ)量達(dá)107 526.6×108m3，至2015年已累計(jì)產(chǎn)氣63 043.9×108m3，是世界累計(jì)產(chǎn)氣量最多的一個(gè)超大型氣田，其累計(jì)產(chǎn)量相當(dāng)于近兩年世界天然氣總產(chǎn)量。中亞的阿姆河盆地主要在土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦境內(nèi)，該兩國(guó)均是年產(chǎn)超500×108m3的世界產(chǎn)氣大國(guó)，所產(chǎn)氣來(lái)源為中、下侏羅統(tǒng)含煤地層。在土庫(kù)曼斯坦境內(nèi)發(fā)現(xiàn)3個(gè)原始可采儲(chǔ)量1×1012m3以上超大型氣田，尤勒坦超大型氣田為世界第2大氣田，原始可采儲(chǔ)量為123 105×108m3。由此可見(jiàn)，煤成氣支撐了該兩國(guó)成為世界產(chǎn)氣大國(guó)并向中國(guó)出口氣。澳大利亞以“氣多油少”為特點(diǎn)，截至2017年9月，發(fā)現(xiàn)油氣2P（探明+控制）儲(chǔ)量約800×108桶油當(dāng)量（約109.6×108t），其中氣占80%，約13.590 4×1012m3[12]，在西北大陸架上的卡納爾文盆地、波拿巴特盆地和布勞斯盆地是該國(guó)3個(gè)最大含氣盆地，探明可采儲(chǔ)量共計(jì)51 671×108m3，卡納爾文盆地天然氣儲(chǔ)量占該國(guó)總儲(chǔ)量的50.4%[13]，而這些氣主要為煤成氣，故煤成氣支持澳大利亞成為年產(chǎn)氣超千億立方米的大國(guó)。

1 煤成氣的核心理論

1.1 煤成氣核心理論是煤系為氣源巖，煤系成烴以氣為主以油為輔

1.1.1 腐殖煤原始物質(zhì)以木本植物為主而利于成氣

木本植物以生氣為主的低H/C（原子）值纖維素和木質(zhì)素占60%～80%，而生油為主的高H/C（原子）值的蛋白質(zhì)和類脂類含量一般不超過(guò)5%[14]，這種原始物質(zhì)組成特征，決定了煤系以生氣為主成油為輔。煤系有機(jī)質(zhì)的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組H/C（原子）的模擬成烴的氣/油當(dāng)量比說(shuō)明，占腐殖煤絕大部分含量的鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組H/C（原子）值低。成烴以氣為主，即氣/油當(dāng)量比均大于1，最大超過(guò)6，殼質(zhì)組H/C（原子）值高則利于生油，但在腐殖煤中殼質(zhì)組含量一般很低，故形成油很少（見(jiàn)圖1）[15]。

圖1 腐殖煤的不同顯微組分H/C原子比與氣/油比關(guān)系

1.1.2 腐殖煤的模擬實(shí)驗(yàn)

中國(guó)許多學(xué)者[16-24]從20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初，從未熟的褐煤（Ro值為0.240%～0.409%）、泥巖、Ⅲ型干酪根和煤的各有機(jī)顯微組分，進(jìn)行成煤作用模擬，實(shí)驗(yàn)溫度從300 ℃到最高溫600 ℃（Ro值為2.5%～5.1%），獲得無(wú)煙煤的煤氣發(fā)生率為218～590 m3/t，平均為435 m3/t，同時(shí)獲得少量油，主要是凝析油和輕質(zhì)油。從中國(guó)不同地質(zhì)時(shí)代不同煤熱模擬生烴曲線（見(jiàn)圖2）可見(jiàn)，煤成烴以生氣為主成油為輔。

1.1.3 氣孔是煤成氣作用的產(chǎn)物與痕跡

根據(jù)山西、陜西、內(nèi)蒙古和新疆等12個(gè)省、自治區(qū)33個(gè)煤礦和6口鉆井巖心，選取了褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤等85個(gè)煤樣，應(yīng)用掃描電鏡進(jìn)行觀察研究，在這8個(gè)煤種中均發(fā)現(xiàn)了氣孔，這說(shuō)明了所有煤種在成煤作用中都在成氣。氣孔一般呈圓形，部分為橢圓形，其直徑大者3.5 μm左右，小者約0.2 μm。有的出現(xiàn)大小不一兩組氣孔，可能是兩期成氣作用的標(biāo)志[25]。

圖2 中國(guó)不同時(shí)代煤模擬生烴曲線（據(jù)文獻(xiàn)[20]修改）

1.1.4 化學(xué)結(jié)構(gòu)上腐殖型干酪根利于生氣

腐殖型干酪根在化學(xué)結(jié)構(gòu)上含有大量的甲基和縮合芳環(huán)，少量短側(cè)鏈，利于生成烷烴氣及一定量輕烴，而腐泥型干酪根則含很多長(zhǎng)側(cè)鏈，有利形成石油[26]。

腐殖煤成烴以氣為主以油為輔，既體現(xiàn)在未熟的前干氣期，即處于泥炭化和褐煤階段，形成的烴氣幾乎全為甲烷，如柴達(dá)木盆地三湖坳陷臺(tái)南氣田等，西西伯利亞盆地北部波庫(kù)爾組大量生物氣；也體現(xiàn)在過(guò)熟階段的后干氣期，即處于瘦煤至無(wú)煙煤階段為主，形成烴氣也以甲烷為主，并有微量乙烷和丙烷，如鄂爾多斯盆地南部延安氣田[27]、庫(kù)車(chē)坳陷克拉2氣田和克深氣田以及德國(guó)西北盆地雷登氣田等。由上述可見(jiàn)，前干氣期和后干氣期腐殖煤成烴均表現(xiàn)為幾乎以成氣為主，又體現(xiàn)在濕氣期或氣油兼生期，即處于長(zhǎng)焰煤至焦煤階段，包括部分瘦煤階段[28]，相當(dāng)于腐泥型有機(jī)質(zhì)成烴“生油窗”期；此階段除形成大量甲烷外，同時(shí)有大量重?zé)N氣，還有不等量輕質(zhì)油和凝析油，總的特征是氣油當(dāng)量比為氣大于油，如瓊東南盆地崖1-3氣田等、臺(tái)西盆地鐵砧山氣田等、東海盆地春曉氣田等、四川盆地廣安氣田等、俄羅斯維柳伊盆地中維柳伊氣田[29]，阿姆河盆地與中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖相關(guān)眾多煤成氣田[17]。在個(gè)別情況下，氣油兼生期含煤區(qū)也出現(xiàn)煤成油田。但腐泥型在“生油窗”階段的成烴則以油為主以氣為輔。

1.2 氣油兼生期含煤盆地出現(xiàn)煤成油田的原因

1.2.1 內(nèi)因——?dú)べ|(zhì)組含量高

煤的成烴物質(zhì)主要是有機(jī)顯微組分中的鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組。從H/C原子比和氫指數(shù)等地球化學(xué)指標(biāo)衡量，殼質(zhì)組中樹(shù)脂體、角質(zhì)體、孢子體和藻質(zhì)體可劃歸Ⅰ型干酪根，鏡質(zhì)組屬Ⅲ型干酪根[30]。故在氣油兼生期，鏡質(zhì)組以成氣為主成油為輔，殼質(zhì)組則以成油為主成氣為輔。一般煤的有機(jī)顯微組分中利于成油的殼質(zhì)組含量低，僅為1%～3%[31]，故一般煤系在氣油兼生階段發(fā)現(xiàn)煤成氣田，唯煤系在殼質(zhì)組含量高時(shí)才可形成煤成油田。戴金星等[32]曾指出：決定煤系發(fā)現(xiàn)煤成油田的內(nèi)因有二：①殼質(zhì)組含量高（大于7%）；②處在成煤作用初—中階段。表1綜合了吐哈盆地、吉普斯蘭盆地和印度尼西亞Barito盆地古近系和新近系2套煤系的Ro和有機(jī)顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)。由表1可見(jiàn)，3個(gè)盆地Ro均值為0.52%～1.00%，處于氣油兼生期內(nèi)，殼質(zhì)組均值為5%～15%，是一般殼質(zhì)組含量1%～3%以成氣為主腐殖煤的2～5倍，所以此3個(gè)盆地由于煤的殼質(zhì)組含量高的原因，發(fā)現(xiàn)煤成油田為主。至2017年底吐哈盆地發(fā)現(xiàn)與侏羅系煤系烴源巖有關(guān)的鄯善、溫米、丘陵等18個(gè)油田、丘東和紅臺(tái)2個(gè)氣田，氣油儲(chǔ)量的能量氣/油比為0.28。從發(fā)現(xiàn)氣田和油田數(shù)及氣油儲(chǔ)量的當(dāng)量氣/油比上，明顯表示了以煤成油田為主。近年來(lái)Gong等人[33-37]發(fā)現(xiàn)吐哈盆地煤成油中的輕烴化合物和金剛烷類化合物指標(biāo)的成熟度遠(yuǎn)高于侏羅系煤系烴源巖，故煤成油中也有下伏二疊系和石炭系腐泥型烴源巖的貢獻(xiàn)。吉普斯蘭盆地和Barito盆地煤系形成氣油儲(chǔ)量的當(dāng)量氣/油比均為0.14[17]，這也是由于此兩盆地煤系烴源巖中殼質(zhì)組高（5%～14%）（見(jiàn)表1）所致。

表1 吐哈、吉普斯蘭盆地和Barito盆地煤Ro和有機(jī)顯微組分表

1.2.2 外因——煤成氣田埋深變淺擴(kuò)散

處在氣油兼生期，殼質(zhì)組含量不高的含煤盆地邊緣散落著個(gè)別儲(chǔ)量不大的煤成油田，而盆地中部則分布許多煤成氣田。這類煤成油田是由原埋藏深的煤成氣田，因儲(chǔ)集層變淺、天然氣擴(kuò)散導(dǎo)致大量烷烴氣消失，而原氣中輕烴和油相對(duì)含量占優(yōu)勢(shì)而形成。例如，塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷東北緣依奇克里克油田、臺(tái)西盆地東北緣山子腳煤成油田[38]、阿姆河盆地東北緣一些煤成油田[39]。

塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷是中國(guó)陸上四大氣區(qū)之一，發(fā)現(xiàn)煤成氣田和凝析氣田12個(gè)，煤成油田2個(gè)（依奇克里克、大宛齊）（見(jiàn)圖3）。該坳陷東部的陽(yáng)霞凹陷中—下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖Ro值為0.6%～1.4%，處于氣油兼生期階段，煤的殼質(zhì)組均值為1.92%（130個(gè)樣品），故具備形成煤成氣田條件，并發(fā)現(xiàn)了迪那2、吐孜洛克、提爾根和大澇壩4個(gè)凝析氣田，但在北部的天山南緣發(fā)現(xiàn)了依奇克里克煤成油田，油層為克孜勒努爾組，目前深度為150～550 m。今日依奇克里克油田，地史上與現(xiàn)今埋深數(shù)千米的迪那2和吐孜洛克煤成凝析氣田一樣，但由于后期其儲(chǔ)集層隨天山抬升強(qiáng)烈變淺過(guò)程，促使原深埋煤成凝析氣田演變?yōu)楝F(xiàn)今的煤成油田。對(duì)烴類而言，由于分子含碳數(shù)不同其擴(kuò)散能力相差懸殊，物質(zhì)的擴(kuò)散能力隨分子量變大而呈指數(shù)級(jí)減小，實(shí)際上只有碳原子在C1—C10的烴才真正具有擴(kuò)散運(yùn)移作用[40]，也即氣分子擴(kuò)散能力強(qiáng)而石油的擴(kuò)散能力很弱或者可忽略不計(jì)。賦存于氣藏中的天然氣隨其分子變小和埋藏變淺其擴(kuò)散的量變大，擴(kuò)散時(shí)間變短，如在1 737 m深處的氣藏中甲烷、乙烷、丙烷和丁烷由于擴(kuò)散運(yùn)移，從離開(kāi)氣藏到地面所需時(shí)間分別為14 Ma、170 Ma、230 Ma和270 Ma[41]。所以由于儲(chǔ)集層變淺與擴(kuò)散的復(fù)合作用，促成了依奇克里克煤成油田的形成。庫(kù)車(chē)坳陷西部大宛齊煤成油田新近系康村組和庫(kù)車(chē)組儲(chǔ)集層深度主要在200～650 m，其形成機(jī)理類似于依奇克里克油田。陳義才等研究指出[42]，經(jīng)4.5 Ma的擴(kuò)散，大宛齊埋深300～400 m的上部油層溶解氣中甲烷散失率為54%，甲烷濃度為12.82m3/m3，而埋深450～650 m的下部油層甲烷散失率為13%，甲烷濃度為17.94 m3/m3。此實(shí)例充分證明儲(chǔ)集層由深變淺導(dǎo)致深者散失率小，淺者則散失率大，上部油層甲烷大量散失是大宛齊油田形成的主要原因。外因形成的煤成油田均為小油田，依奇克里克油田是1958年發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)量為346×104t，是塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)油田，累計(jì)產(chǎn)原油95.79×104t，天然氣0.48×108m3，1987年停產(chǎn)，也是中國(guó)第1個(gè)廢棄的油田。大宛齊油田儲(chǔ)量為605×104t。

圖3 塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷煤成氣油田分布圖

2 煤成大氣田對(duì)世界產(chǎn)氣大國(guó)的重大意義

中國(guó)和俄羅斯把探明地質(zhì)儲(chǔ)量大于300×108m3的氣田稱為大氣田，本文據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分中國(guó)大氣田。20世紀(jì)60—70年代在西西伯利亞盆地發(fā)現(xiàn)一大批探明儲(chǔ)量大于300×108m3的大氣田，故將大氣田又劃分為大型、特大型和超大型。超大型氣田儲(chǔ)量下限為1.0×1012m3，特大型氣田一般認(rèn)為儲(chǔ)量為（0.1～1.0）×1012m3的大氣田[43]。產(chǎn)氣大國(guó)系指年產(chǎn)氣量大于500×108m3的國(guó)家[44]。

發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)大氣田是快速成為產(chǎn)氣大國(guó)的主要途徑。俄羅斯（前蘇聯(lián)）在20世紀(jì)50年代初，探明天然氣儲(chǔ)量不足2 230×108m3，年產(chǎn)氣僅57×108m3，是個(gè)貧氣國(guó)。但從1960—1990年，由于發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)了40多個(gè)超大型、特大型和大型氣田，天然氣儲(chǔ)量從18 548×108m3增加到453 069×108m3，這些大氣田主要分布在西西伯利亞盆地，由賽諾曼階煤成氣構(gòu)成。1983年俄羅斯（前蘇聯(lián)）天然氣年產(chǎn)量超過(guò)美國(guó)，成為世界第1產(chǎn)氣大國(guó)，特別是超大型烏連戈伊氣田和亞姆堡氣田（見(jiàn)表2）在1999年共產(chǎn)氣3 407×108m3，是當(dāng)時(shí)世界年產(chǎn)氣量最多的兩個(gè)氣田，此兩氣田產(chǎn)氣量占該年俄羅斯和世界總產(chǎn)氣量的58.8%和14.4%[45]。由此可知，超大型氣田的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)是決定一個(gè)國(guó)家成為產(chǎn)氣大國(guó)的關(guān)鍵。

表2 世界原始可采儲(chǔ)量大于1×1012 m3煤成氣超大型氣田統(tǒng)計(jì)表[46]

表2為位于亞洲、歐洲和非洲5個(gè)盆地中的世界13個(gè)煤成氣超大型氣田，及其所在國(guó)家、盆地、發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)年代、原始可采儲(chǔ)量和累計(jì)采出氣量。由表2可見(jiàn)，除魯伍馬盆地曼巴超大型氣田未開(kāi)發(fā)外，其余氣田均已開(kāi)發(fā)。荷蘭的格羅寧根超大氣田是目前超大型氣田中采收率最高的，達(dá)78.2%，目前仍繼續(xù)開(kāi)發(fā)中，采收率還將會(huì)提高，由此可見(jiàn)煤成氣超大型氣田采收率很高。在世界天然氣產(chǎn)、儲(chǔ)量中煤成氣占有重要地位，截至2017年底全世界共發(fā)現(xiàn)煤成超大型氣田13個(gè)，總原始可采儲(chǔ)量49.995 28×1012m3（見(jiàn)表2），為該年世界天然氣總剩余可采儲(chǔ)量193.5×1012m3的25.8%；2017年世界有產(chǎn)氣大國(guó)15個(gè)，共產(chǎn)氣28 567×108m3，其中6個(gè)以產(chǎn)煤成氣為主國(guó)家（俄羅斯、中國(guó)、澳大利亞、荷蘭、土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦）共產(chǎn)氣11 369×108m3，占產(chǎn)氣大國(guó)總產(chǎn)量的39.8%。

3 煤成超大型氣田和產(chǎn)氣大國(guó)

3.1 格羅寧根煤成超大型氣田和產(chǎn)氣大國(guó)荷蘭

德國(guó)西北盆地面積5.6×104km2，發(fā)現(xiàn)了與上石炭統(tǒng)維士法階煤系氣源巖相關(guān)的氣田70個(gè)[46-47]。該煤系厚約2 000～2 500 m，含煤程度3%，是一套很好的氣源巖層系。氣源巖之上赤底統(tǒng)砂巖是煤成氣的主要儲(chǔ)集層，赤底統(tǒng)儲(chǔ)集層之上為上二疊統(tǒng)蔡希斯坦統(tǒng)鹽巖，這套鹽巖蓋層在格羅寧根地區(qū)厚610～1 463 m，構(gòu)成很好生儲(chǔ)蓋組合。格羅寧根氣田在德國(guó)西北盆地北荷蘭隆起北翼一個(gè)短軸斷背斜上。根據(jù)盆地中埃姆斯河流域至威悉河以西地區(qū)36個(gè)氣田或產(chǎn)氣點(diǎn)的上石炭統(tǒng)、赤底統(tǒng)、蔡希斯坦統(tǒng)和斑砂巖中119個(gè)天然氣的地球化學(xué)分析，其δ13C1值為-31.8‰～-20.0‰，一般為-28‰～-23‰，同時(shí)δ13C2和δ13C3值均較重，具有明顯的煤成氣特征[48]。但格羅寧根氣田δ13C1值要輕一些，為-36.6‰，這是因?yàn)槠錃庠粗饕獜臍馓飽|面威廉港凹陷運(yùn)移而來(lái)，隨著運(yùn)移距離變大δ13C1值變輕，即從-29.5‰變輕為-36.6‰[49]。荷蘭在1959年發(fā)現(xiàn)可采儲(chǔ)量近3×1012m3（見(jiàn)表2）的格羅寧根煤成超大型氣田之前，其1958年天然氣可采儲(chǔ)量不足740×108m3，年產(chǎn)氣量?jī)H2.0×108m3，需要進(jìn)口能源。該超大型氣田1963年投產(chǎn)，1970年全面投入開(kāi)發(fā)并于1975年年產(chǎn)氣量攀升至828.8×108m3，占當(dāng)年荷蘭總產(chǎn)氣量的92.3%。由此荷蘭從能源進(jìn)口國(guó)而躍為向德國(guó)、法國(guó)和比利時(shí)出口天然氣。

3.2 烏連戈伊等煤成超大型氣田和產(chǎn)氣大國(guó)俄羅斯

西西伯利亞盆地是臺(tái)地型盆地，面積約230×104km2，其中海域面積35×104km2，是世界上面積最大的含油氣盆地。西西伯利亞盆地以北緯64°為界，界限以南是世界著名產(chǎn)油區(qū)，界限以北是世界最大的產(chǎn)氣區(qū)（見(jiàn)圖4）[50]。油藏主要分布于南部下白堊統(tǒng)凡蘭吟階、戈?duì)柮缀诜螂A和巴列姆階中；氣藏則集中在北部上白堊統(tǒng)賽諾曼階中，油藏與氣藏的橫向分布特征主要與分散有機(jī)質(zhì)類型、豐度、含煤地層發(fā)育與否和程度，或海相、陸相地層平面分布與其縱向上數(shù)量的配置相關(guān)[29]。西西伯利亞盆地最重要的生油巖是上侏羅統(tǒng)海相巴熱諾夫組，有機(jī)質(zhì)全部由浮游和細(xì)菌類物質(zhì)、膠質(zhì)藻類物質(zhì)組成，鈣質(zhì)、硅質(zhì)泥巖有機(jī)碳平均含量超過(guò)10%，但TOC和Ro平面上分布有變化：在北緯64°以南巴熱諾夫組TOC值為7%～11%或更高，Ro值為0.5%～1.1%，處于主生油帶中，故主要形成油藏，石油累計(jì)產(chǎn)量占全俄51%；在北緯64°以北，該組TOC值下降為3%～7%，Ro值則升高處于主要生油帶的下限至主要生氣帶上部[51-52]，而成為北緯64°以北次要生氣巖。白堊系中上部亞普第階、阿爾必階和賽諾曼階（基本相當(dāng)波庫(kù)爾組），除北緯64°以南的西南部漢特—曼西斯坳陷既有腐泥型又有腐殖型有機(jī)質(zhì)外，盆地中均為以腐殖有機(jī)質(zhì)占優(yōu)勢(shì)的含煤和亞含煤地層。該3個(gè)階含有48.4×1012t以腐殖型占優(yōu)勢(shì)的有機(jī)質(zhì)，比盆地中任何其他沉積層的含量都大，其泥巖TOC值平均為1.31%，最高可達(dá)6%。但盆地中泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度平面分布不均，盆地邊緣部分為0.3%～1.0%，盆地中部和北部為1.5%～2.0%，并從南向北有增大趨勢(shì)，含煤程度也南差北好。這決定了地層中的甲烷生成濃度從南向北增大，從盆地邊緣向中央升高，與波庫(kù)爾組中含煤程度及腐殖型為主的有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律相吻合，它制約著氣田北多南少，西西伯利亞盆地儲(chǔ)量巨大的煤成氣的形成，主要是波庫(kù)爾組含煤地層成煤作用的產(chǎn)物[29,53-55]。波庫(kù)爾組形成的煤成氣主要在賽諾曼階砂巖中成藏，賽諾曼階之上沉積了厚40～600 m的土倉(cāng)階大面積分布泥巖良好蓋層，為西西伯利亞盆地各類天然氣聚集成藏提供了良好條件。

截至目前俄羅斯累計(jì)探明石油392.8×108m3、凝析油30.3×108m3，天然氣640 000×108m3，其中西西伯利亞盆地油氣儲(chǔ)量最豐富，占全俄已探明油氣儲(chǔ)量的67.7%[52]。西西伯利亞盆地有58個(gè)大氣田，主要集中在盆地北部地區(qū)喀拉—亞馬爾、納德姆—塔茲等含油氣圈閉，其天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量分別占全盆地的93%和92.9%[56]。目前已發(fā)現(xiàn)大約80%天然氣儲(chǔ)量在波庫(kù)爾組及其相當(dāng)?shù)貙又?，而天然氣?chǔ)量全部分布在構(gòu)造型圈閉中。

西西伯利亞盆地天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量主要在納德姆—塔茲含油氣圈閉，以超大型氣田為主（見(jiàn)表2）。從表2可見(jiàn)，該盆地7個(gè)超大型氣田（烏連戈伊、阿姆堡、波瓦尼科夫、扎波里楊爾、梅德維熱、哈拉薩威、克魯津什堅(jiān)諾夫）于2017年總原始可采儲(chǔ)量達(dá)28.383 8×1012m3，占該年世界發(fā)現(xiàn)總剩余可采儲(chǔ)量的15.2%，占該年俄羅斯總原始可采儲(chǔ)量的81.1%。烏連戈伊、阿姆堡、波瓦尼科夫、扎波里楊爾、梅德維熱5個(gè)超大型氣田截至2015年底累計(jì)產(chǎn)氣量14.597 8×1012m3，分別是該年世界和俄羅斯總產(chǎn)量的4.1倍和25.5倍。世界第3大氣田烏連戈伊超大型氣田主要產(chǎn)層（ПК1-6）為波庫(kù)爾組，占該氣田總儲(chǔ)量的75%，是全世界累計(jì)產(chǎn)氣量最高氣田，截至2015年底共累計(jì)產(chǎn)氣63 043.96×108m3（見(jiàn)表2），也是世界年產(chǎn)氣量最高的氣田，1989年產(chǎn)氣3 300×108m3[52]，分別占當(dāng)年前蘇聯(lián)（俄羅斯）和世界產(chǎn)氣量的41.4%和15.7%。由此可見(jiàn)，勘探開(kāi)發(fā)超大型氣田對(duì)世界天然氣工業(yè)高速發(fā)展、一個(gè)國(guó)家成為產(chǎn)氣大國(guó)起著主導(dǎo)作用。

3.3 尤勒坦等煤成超大型氣田和產(chǎn)氣大國(guó)土庫(kù)曼斯坦及烏茲別克斯坦

阿姆河（卡拉庫(kù)姆）盆地位于中亞地區(qū)，主要在土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦境內(nèi)，部分在阿富汗北部和伊朗東北部，面積為437 319 km2。阿姆河盆地是中亞地區(qū)最大含氣盆地，也是世界上僅次于西西伯利亞盆地和波斯灣盆地的第3大富氣盆地[57]（見(jiàn)圖5）。

圖4 西西伯利亞盆地氣油田分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[50]修改）

圖5 阿姆河盆地氣油田分布圖（據(jù)[58]修改補(bǔ)充）

阿姆河盆地是在海西期地向斜背景上發(fā)育而成的中生代盆地，盆地基底由二疊系—三疊系花崗巖類、中基性火山巖、大理巖、片巖和石英巖等組成。地臺(tái)沉積蓋層由侏羅系、白堊系—古近系和新近系—第四系組成。阿姆河盆地有3套烴源巖：中—下侏羅統(tǒng)腐殖型煤系，為主要烴源巖；上侏羅統(tǒng)牛津階—基末利階海相碳酸鹽巖和泥質(zhì)灰?guī)r，為次要烴源巖；下白堊統(tǒng)亞普第階—阿爾必階頁(yè)巖[56,58]。

3.3.1 中—下侏羅統(tǒng)烴源巖

中—下侏羅統(tǒng)陸相和海陸交互相含煤地層，巖性為砂泥巖互層，夾有薄煤層和煤透鏡體、富含分散巖屑。泥巖厚度占烴源巖總厚度的50%，中侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖厚度可達(dá)1 000～1 600 m，在中侏羅統(tǒng)中含有一些藻類有機(jī)質(zhì)[59]。烴源巖有機(jī)碳含量為0.04%～4.35%，平均為1.5%；氯仿瀝青“A”含量為0.042%～0.065%；干酪根類型為Ⅲ—Ⅱ型，有機(jī)質(zhì)類型為腐殖型，地溫達(dá)130～190 ℃，Ro值為1.3%～2.3%，其底部已達(dá)3.6%[60]，是一套良好的氣源巖，成烴處于凝析油、濕氣和干氣階段，煤成氣原始生氣量超1 600×1012m3。中—下侏羅統(tǒng)雖成氣條件優(yōu)良，但儲(chǔ)蓋組合不理想，缺乏可靠的區(qū)域性和局部性蓋層，天然氣保存條件差，僅在局部地帶發(fā)現(xiàn)小氣田。所以大量煤成氣沿?cái)鄬雍筒徽厦娉孰A梯狀運(yùn)移，聚集在上侏羅統(tǒng)卡洛夫階—牛津階的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中成藏。

3.3.2 上侏羅統(tǒng)烴源巖

上侏羅統(tǒng)牛津階—基末利階海相碳酸鹽巖和泥質(zhì)灰?guī)r，厚度為20～400 m，有機(jī)碳含量為2.5%～5.0%，干酪根類型為Ⅱ型，牛津階烴源巖Ro值一般不高，為0.50%～1.55%，處在生油期，以生油為主。這套碳酸鹽巖在整個(gè)盆地中均有分布，也是盆地中最重要的氣油儲(chǔ)集層之一[61]。該儲(chǔ)集層之上為基末利階—提塘階鹽膏巖蓋層，厚400～1 200 m，是盆地中一套主要區(qū)域蓋層，故在上侏羅統(tǒng)形成了一套生儲(chǔ)蓋組合。在西烏茲別克斯坦和東土庫(kù)曼斯坦境內(nèi)阿姆河地區(qū)，主要油氣藏都集中分布在卡洛夫階—牛津階生物礁成因圈閉中。前蘇聯(lián)的石油地質(zhì)工作者認(rèn)為，上侏羅統(tǒng)是該盆地主要烴源巖，但通過(guò)油/巖對(duì)比表明，目前該盆地發(fā)現(xiàn)的氣田、凝析油氣田的源巖可能為中—下侏羅統(tǒng)含煤地層。上侏羅統(tǒng)烴源巖成熟度低，難以形成大量的純氣藏和高成熟凝析油氣藏[62]。

3.3.3 下白堊統(tǒng)烴源巖

下白堊統(tǒng)亞普第階—阿爾必階海相頁(yè)巖為一套可能的烴源巖，厚5～120 m，有機(jī)碳含量為0.3%～1.5%，干酪根類型為Ⅱ型，氯仿瀝青“A”為0.023%，分布于盆地西南科佩特山前坳陷。

按照1 240 m3天然氣相當(dāng)于1 t石油當(dāng)量換算，以上侏羅統(tǒng)基末利階—提塘階鹽膏層為界，統(tǒng)計(jì)了鹽上各層系石油、凝析油和天然氣探明儲(chǔ)量分別為29.04×106t、30.88×106t和38 377×106t[58]，其氣油比為640∶1，由于鹽上各層系中只有下白堊統(tǒng)亞普第階—阿爾必階海相頁(yè)巖為可能烴源巖，而較局限地主要分布于科佩特山前坳陷，且成熟度較低，不可能成烴，故鹽上巖系目前形成油氣不是自身產(chǎn)物，應(yīng)來(lái)自下伏更深烴源巖；鹽下各層系石油、凝析油和天然氣探明儲(chǔ)量分別為98.44×106t、204.48×106t和33 390×106t[58]，其氣油比為110∶1，由于鹽下層系中有兩套烴源巖，即上侏羅統(tǒng)牛津階—基末利階海相碳酸鹽巖和泥質(zhì)灰?guī)r，干酪根為Ⅱ型，處在生油期，故成烴產(chǎn)物應(yīng)以油為主以氣為輔，所以目前鹽下層位產(chǎn)出以氣為主以油為輔產(chǎn)物不是該套烴源巖的產(chǎn)物。鹽下層位另一套烴源巖為中—下侏羅統(tǒng)陸相和海陸交互相含煤層系，煤系成烴以氣為主以油為輔。所以阿姆河盆地鹽膏層上、下層產(chǎn)的天然氣和石油應(yīng)主要是這套煤系烴源巖的產(chǎn)物[56,58,62-65]。根據(jù)上侏羅統(tǒng)和白堊系5個(gè)凝析油樣品研究顯示：凝析油富含二環(huán)倍半萜類，表明其烴源應(yīng)是高含高等植物輸入的沉積巖；凝析油Ro值已進(jìn)入高成熟—過(guò)成熟階段，說(shuō)明這些凝析油不是來(lái)源于上侏羅統(tǒng)而是來(lái)源于埋深更大的中、下侏羅統(tǒng)；凝析油δ13C值為-24.57‰～-21.22‰，說(shuō)明其烴源巖應(yīng)為含煤地層[62]，同時(shí)無(wú)論深部或淺部的氣藏，其δ13C1值為-38.1‰～-24.6‰。以上從烴類油氣比和地球化學(xué)特征兩方面均證明了阿姆河盆地氣油主要是煤成烴，并以煤成氣占優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)IHS數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年底[46]，阿姆河盆地發(fā)現(xiàn)氣油田357個(gè)，其中氣田（氣田、凝析氣田和帶油的氣田）296個(gè)，油田（油田、帶氣的油田和帶凝析氣的油田）61個(gè)。氣油田絕大部分分布在土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦。其中土庫(kù)曼斯坦氣田149個(gè)，油田9個(gè)；烏茲別克斯坦有氣田128個(gè)，油田43個(gè)；還有阿富汗有氣田17個(gè)，油田9個(gè)；伊朗有氣田2個(gè)。2017年土庫(kù)曼斯坦產(chǎn)氣620×108m3，烏茲別克斯坦產(chǎn)氣534×108m3，兩國(guó)均為世界產(chǎn)氣大國(guó)。該盆地發(fā)現(xiàn)的3個(gè)超大型氣田（見(jiàn)表2）均在土庫(kù)曼斯坦，尤勒坦氣田為世界第3大氣田，原始可采儲(chǔ)量達(dá)12.310 6×1012m3。

3.4 蘇里格煤成超大型氣田和產(chǎn)氣大國(guó)中國(guó)

鄂爾多斯盆地面積37×104km2，其中古生界分布面積25×104km2[66]。盆地內(nèi)部構(gòu)造平穩(wěn)，沉積穩(wěn)定，斷裂較少[67]。盆地油氣分布的總格局為古生界聚氣，氣田主要分布于北部；中生界聚油，油田分布于南部[68]。鄂爾多斯盆地是中國(guó)年產(chǎn)氣量最高的盆地，2017年年產(chǎn)氣424.45×108m3，占全國(guó)天然氣年產(chǎn)量的28.9%，是中國(guó)第一產(chǎn)氣區(qū)。鄂爾多斯盆地發(fā)育以下2套氣源巖：

3.4.1 石炭系-二疊系煤系烴源巖

石炭紀(jì)-二疊紀(jì)是中國(guó)乃至全球重要的成煤期。該盆地石炭系-二疊系烴源巖主要在本溪組、太原組和山西組中，由煤層、暗色泥巖和含泥的生物灰?guī)r構(gòu)成。烴源巖在盆地內(nèi)分布具東西部厚，中部薄而穩(wěn)定的特點(diǎn)。煤層主要發(fā)育于太原組和山西組，煤層厚度一般為2～20 m。在盆地西北部烏達(dá)聚煤中心厚度超過(guò)25 m，在蘇里格氣田厚度為6～12 m，吳審旗以南厚度較薄，一般為5 m左右。暗色泥巖在盆地西部厚度一般為140～150 m，東部厚70～148 m，南部和北部厚20～50 m[2]。上古生界烴源巖地球化學(xué)參數(shù)見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，山西組、太原組和本溪組的煤和暗色泥巖高含鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組而低含殼質(zhì)組等，是腐殖型的氣源巖。石炭系-二疊系氣源巖面積超過(guò)24×104km2，整體進(jìn)入大量生氣階段的氣源巖面積超過(guò)18×104km2[69]。山西組煤系氣源巖生氣強(qiáng)度一般超過(guò)15×108m3/km2，太原組煤系氣源巖生氣強(qiáng)度一般超過(guò)5×108m3/km2[70]。鄂爾多斯盆地石炭系-二疊系氣源巖具有“廣覆式”生烴特點(diǎn)，生氣強(qiáng)度超過(guò)12×108m3/km2的地區(qū)占盆地總面積的71.6%，大部分地區(qū)處于有效的供氣范圍，其中蘇里格氣田及其附近的烴源巖生氣強(qiáng)度為（12～30）×108m3/km2[69,71]，并為連續(xù)型成藏[72]。許多學(xué)者對(duì)蘇里格氣田、榆林氣田、神木氣田、烏審旗氣田、子洲氣田、米脂氣田、大牛地氣田、延安氣田和東勝氣田石炭系-二疊系主要?dú)鈱由轿鹘M及石盒子組氣層中烷烴氣碳同位素組成進(jìn)行了大量研究[27,73-81]，把以上氣田δ13C1、δ13C2、δ13C3值，投入δ13C1-δ13C2-δ13C3值煤成氣和油型氣鑒別圖版中（見(jiàn)圖6），從圖6可見(jiàn)，鄂爾多斯盆地石炭系-二疊系中天然氣均為煤成氣，其中延安氣田由于氣源巖Ro值大于2.2%，故δ13C發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

表3 鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖地球化學(xué)參數(shù)表[67,82]

石炭系-二疊系除了煤系為主要?dú)庠磶r外，還有次要的石灰?guī)r烴源巖。本溪組石灰?guī)r厚度一般為2～5 m，分布局限。太原組中上部石灰?guī)r較發(fā)育，一般有3～5層，在盆地中東部最厚達(dá)50 m。太原組石灰?guī)r為深灰色生屑泥晶灰?guī)r，富含生物化石，屬腐泥-腐殖型干酪根[2]，生烴指標(biāo)見(jiàn)表3。

鄂爾多斯盆地南部延安—吳起一帶，石炭系-二疊系烴源巖Ro值最高達(dá)2.8%，并向南北兩邊及盆地邊緣呈環(huán)狀降低。盆地大部分地區(qū)Ro值都大于1.5%，表明烴源巖已進(jìn)入高成熟—過(guò)成熟成氣階段。山西組和下石盒子組為一套典型的致密砂巖儲(chǔ)集層，主力氣層分布于山西組下部和下石盒子組下部進(jìn)積三角洲砂體，區(qū)域蓋層是上石盒子組和石千峰組橫向穩(wěn)定分布的湖相泥巖，以上生儲(chǔ)蓋組合決定了石炭系-二疊系氣藏主要發(fā)育在下石盒子組，其次在山西組和太原組中[2]。

圖6 鄂爾多斯、魯伍馬盆地δ13C1-δ13C2-δ13C3天然氣成因鑒別圖

3.4.2 下古生界氣源巖

鄂爾多斯盆地下古生界僅發(fā)育寒武系和奧陶系，在盆地內(nèi)部廣泛分布中、下寒武統(tǒng)和下奧陶統(tǒng)馬家溝組。寒武系碳酸鹽巖為動(dòng)蕩的淺水陸表海沉積，有機(jī)質(zhì)含量很低。盆地西緣中奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)主要為Ⅰ—Ⅱ1型，有機(jī)碳含量一般為0.4%～1.2%，泥灰?guī)r有機(jī)碳含量平均為0.31%[2]；馬家溝組碳酸鹽巖可否為氣源巖則存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為其不是工業(yè)性氣源巖，因其有機(jī)碳平均含量?jī)H0.24%[66,68,83-84]；另一種認(rèn)為是氣源巖，2016年以來(lái)馬家溝組碳酸鹽巖相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，存在TOC值為0.30%～8.40%的有效烴源巖，圍繞米脂鹽洼分布，馬家溝組天然氣以自源型油型氣為主，只在局部地區(qū)存在上生下儲(chǔ)天然氣聚集[85-86]；以TOC值大于0.4%評(píng)定馬家溝組有效烴源巖，表明奧陶系鹽下有效烴源巖發(fā)育相對(duì)較好，具備自生自儲(chǔ)天然氣勘探潛力，但鄂爾多斯盆地下古生界天然氣以來(lái)源于上古生界的煤成氣為主[87]。

在馬家溝組頂部碳酸鹽巖古風(fēng)化殼中發(fā)現(xiàn)馬家溝組五段以白云巖為主氣藏，氣藏頂部為石炭系鋁土質(zhì)泥巖及泥質(zhì)巖區(qū)域性蓋層，是大型氣田。天然氣中甲烷含量為91.51%～97.50%，重?zé)N氣含量一般為0.1%～1.5%，為干氣。由圖6可見(jiàn)：氣田中既有煤成氣也有油型氣。研究者認(rèn)為煤成氣來(lái)自氣田上覆石炭系-二疊系煤系氣源巖，油型氣也來(lái)自上覆太原組中石灰?guī)r氣源巖；黃第藩等則認(rèn)為靖邊氣田70%天然氣來(lái)源于下奧陶統(tǒng)油型氣，僅約有13%為煤成氣[88]。陳安定則認(rèn)為靖邊氣田約占82%油型氣來(lái)自?shī)W陶系碳酸鹽巖，平均混入18%的煤成氣[89]。

截至2017年底，鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)蘇里格、靖邊、大牛地、神木、延安、榆林、子洲、烏審旗、東勝、柳楊堡、米脂11個(gè)300×108m3以上的氣田，還有宜川、黃龍、勝利井、直羅和劉家莊5個(gè)小氣田（見(jiàn)圖7）。這些氣田至2017年底歷年共產(chǎn)氣3 783×108m3，其中煤成氣占90%以上。蘇里格氣田是探明地質(zhì)儲(chǔ)量16 448×108m3的超大型氣田（見(jiàn)表2），2017年產(chǎn)氣212.58×108m3，占全國(guó)年產(chǎn)氣量的14.2%；同時(shí)該氣田截至2017年的總產(chǎn)氣量為1 564.23×108m3，占鄂爾多斯盆地歷年總產(chǎn)氣量的41.3%。因此，蘇里格超大型氣田的勘探和開(kāi)發(fā)對(duì)中國(guó)成為世界第6產(chǎn)氣大國(guó)，對(duì)鄂爾多斯盆地成為中國(guó)第一大產(chǎn)氣區(qū)起了重大作用。鄂爾多斯盆地煤成氣勘探開(kāi)發(fā)取得重大成果，但還有相當(dāng)大的潛力，例如應(yīng)當(dāng)在伊陜斜坡西南部油區(qū)勘探煤成氣，這里以往以勘探開(kāi)發(fā)中生界油田為主，未著力勘探深部煤成氣，但其具有煤成氣成藏有利條件：①石炭系-二疊系煤層厚4～8 m，暗色泥巖厚50～60 m，TOC值為0.99%～7.33%，Ro值為1.8%～2.2%，氣源條件好，主要區(qū)生氣強(qiáng)度超20×108m3/km2，有利于發(fā)現(xiàn)大氣田；②上、下石盒子組和山西組砂巖較發(fā)育，砂巖單層和總厚度較大（鎮(zhèn)探1井砂巖累計(jì)厚度達(dá)103.5 m），有利于大型砂巖巖性氣藏形成；③多口探井（鎮(zhèn)探1、鎮(zhèn)探2、慶探1和蓮1）在上、下石盒子組、山西組發(fā)現(xiàn)多層測(cè)井解釋含氣層和微含氣層。含油區(qū)的煤成氣遠(yuǎn)景有利區(qū)面積為32 400 km2（見(jiàn)圖7），預(yù)測(cè)可探明煤成氣1.0×1012m3，開(kāi)辟一個(gè)新煤成氣區(qū)，可建產(chǎn)能100×108m3/a。

圖7 鄂爾多斯盆地氣田分布與煤成氣新探區(qū)示意圖

3.5 曼巴煤成超大型氣田和將成產(chǎn)氣大國(guó)莫桑比克

魯伍馬盆地位于東非莫桑比克和坦桑尼亞兩國(guó)陸上與印度洋西緣交接地區(qū)，盆地面積為7.4×104km2，其中陸上面積3.2×104km2，海上面積為4.2×104km2，在莫桑比克境內(nèi)面積約為3×104km2。盆地發(fā)育在石炭系結(jié)晶巖基底上，最大沉積地層厚度超過(guò)16 km[90]。該盆地是21世紀(jì)初期以來(lái)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新的煤成氣大氣區(qū)。目前對(duì)該盆地的烴源巖還沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)，存在3套[91]或4套[92-93]烴源巖的不同觀點(diǎn)，且對(duì)哪套為主力烴源巖也意見(jiàn)不一。

3.5.1 二疊系—下三疊統(tǒng)烴源巖

二疊系—下三疊統(tǒng)卡魯組（Karoo）煤系和頁(yè)巖烴源巖，為東非卡魯裂谷中的產(chǎn)物。在盆地陸地上發(fā)現(xiàn)河道砂巖和煤層互層[94]。頁(yè)巖主要為Ⅲ型干酪根，在盆地西北部陸上Lukuledi 1井（見(jiàn)圖8），頁(yè)巖TOC值達(dá)7%，氫指數(shù)為386 mg/g[56]。在埃塞俄比亞Karoo組頁(yè)巖和煤層具有傾氣性，是Calub氣田的主要烴源巖[95]。

3.5.2 侏羅系烴源巖

盡管魯伍馬盆地內(nèi)沒(méi)有侏羅系烴源巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，但盆地北部相鄰坦桑尼亞盆地的曼德瓦次盆中（見(jiàn)圖8），有7口井鉆遇了厚約400 m的黑色頁(yè)巖，TOC值為0.6%～10.9%，平均為4.7%，干酪根以Ⅱ/Ⅲ型為主，夾Ⅰ、Ⅲ型。由于魯伍馬盆地和曼德瓦次盆的侏羅系具有相似的地震反射特征，故推斷魯伍馬盆地也發(fā)育侏羅系烴源巖。有研究認(rèn)為其是盆地天然氣的主力烴源巖[91,93]。

3.5.3 白堊系烴源巖

魯伍馬盆地陸上Lindi 2井（坦桑尼亞）和Mocimboa 1井（莫桑比克）（見(jiàn)圖8）分別鉆遇了白堊系烴源巖。Lindi 2井下白堊統(tǒng)的深灰色粉砂質(zhì)頁(yè)巖，TOC值為1.34%。Mocimboa 1井阿爾必階—賽諾曼階頁(yè)巖，TOC值大于1%，干酪根為Ⅲ型。

圖8 魯伍馬盆地主要?dú)馓锓植紙D

以上3套烴源巖干酪根均以Ⅲ型為主，皆為氣源巖。

此外，在Mnagibay-1井始新統(tǒng)、古新統(tǒng)和白堊系中獲少量液態(tài)烴，在Mnagibay-3井獲得1.9～2.1 t輕質(zhì)油，其油的地球化學(xué)特征與古近系烴源巖具有相關(guān)性，故古近系是一套成油烴源巖[94]，與魯伍馬盆地目前大量發(fā)現(xiàn)氣田的烴源巖關(guān)聯(lián)性不大。

盆地在古新統(tǒng)、始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)均發(fā)育面積大（200～360 km2）、物性好（孔隙度11%～33%，滲透率（20～1 560）×10-3μm2）、層厚大（單井累厚107～217 m）的砂巖儲(chǔ)集層，而在漸新統(tǒng)上覆一套60～450 m的區(qū)域性泥巖蓋層，故盆地已發(fā)現(xiàn)氣藏集中在古新統(tǒng)、始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)，而中新統(tǒng)及以上層雖有儲(chǔ)集層但無(wú)成藏[92]。二疊系—下三疊統(tǒng)卡魯組、侏羅系和白堊系3套氣源巖的烴類，均可通過(guò)斷裂和不整合面向上運(yùn)移在古近系中成藏，個(gè)別在上白堊統(tǒng)成藏（Mzia氣田），主力氣藏在古新統(tǒng)、始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)濁積砂巖中。大氣田主要分布于遠(yuǎn)岸深水逆沖斷層帶及其前緣，而近岸陸上和淺水帶正斷層發(fā)育區(qū)沒(méi)有大氣田發(fā)現(xiàn)[91]（見(jiàn)圖8）。

以往對(duì)魯伍馬盆地天然氣地球化學(xué)特征缺乏研究，但根據(jù)3套烴源巖干酪根以Ⅲ型為主，推測(cè)發(fā)現(xiàn)天然氣為煤成氣[56]。最近曹全斌等研究指出天然氣中甲烷含量超過(guò)95%，根據(jù)δ13C1、δ13C2和δ13C3值分析（僅在圖中，未列具體數(shù)據(jù)），Ro平均值超過(guò)2.5%，判定天然氣為煤成氣及煤成氣與油型氣的混合氣，并綜合認(rèn)為上述3套泥頁(yè)巖均可作為成藏的烴源巖[92]。作者應(yīng)用相關(guān)軟件對(duì)圖[92]中δ13C1、δ13C2和δ13C3點(diǎn)進(jìn)行分析而得δ13C1、δ13C2和δ13C3值，之后把這批數(shù)據(jù)投入δ13C1-δ13C2-δ13C3值鑒別圖中（見(jiàn)圖6）。由圖6可見(jiàn)，魯伍馬盆地所有點(diǎn)均落在鄂爾多斯盆地典型煤成氣田，即子洲氣田、米脂氣田、大牛地氣田、烏審旗氣田等點(diǎn)群范圍內(nèi)，故魯伍馬盆地的天然氣是典型的煤成氣。

自2010年8月開(kāi)始，在魯伍馬盆地深水、超深水鉆探獲得一系列天然氣重要發(fā)現(xiàn)，至2013年8月共發(fā)現(xiàn)可采儲(chǔ)量超過(guò)1 000×108m3的特大型氣田6個(gè)和超大型氣田1個(gè)（曼巴超大型氣田）（見(jiàn)表4），共計(jì)可采儲(chǔ)量35 736×108m3[91]，但目前未投入開(kāi)發(fā)。這些大氣田總可采儲(chǔ)量與西西伯利亞盆地波瓦年科夫超大型氣田及扎波利亞爾超大型氣田相當(dāng)，或與曼巴超大型氣田和阿姆河盆地道列塔巴特超大型氣田可采儲(chǔ)量相當(dāng)（見(jiàn)表2），故魯伍馬盆地的投入開(kāi)發(fā)后可使莫桑比克成為世界產(chǎn)氣大國(guó)。

表4 魯伍馬盆地特大型氣田和超大型氣田統(tǒng)計(jì)表[91]

4 結(jié)論

煤成氣核心理論為煤系是氣源巖，煤系成烴以氣為主以油為輔，故與其相關(guān)盆地的發(fā)現(xiàn)以氣田為主，但在氣油兼生期的個(gè)別含煤盆地或地區(qū)出現(xiàn)煤成油田，原因有二：其一，有機(jī)顯微組分中殼質(zhì)組含量增高，是一般腐殖煤殼質(zhì)組含量的2～5倍以上；其二，煤成氣田埋深變淺，天然氣分子擴(kuò)散因重分子慢、輕分子快的差異擴(kuò)散所致。

發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)大氣田，特別是可采儲(chǔ)量超過(guò)1×1012m3的超大型氣田，是決定一個(gè)國(guó)家成為年產(chǎn)500×108m3以上產(chǎn)氣大國(guó)，迅速發(fā)展天然氣工業(yè)的主要途徑和關(guān)鍵。世界煤成氣資源豐富，并對(duì)世界和某些國(guó)家天然氣工業(yè)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。目前已在世界5個(gè)含煤盆地（西西伯利亞、阿姆河、德國(guó)西北、魯伍馬和鄂爾多斯）發(fā)現(xiàn)13個(gè)煤成超大型氣田。在世界天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量中煤成氣占有重要地位，截至2017年底全世界發(fā)現(xiàn)的13個(gè)煤成超大型氣田，其總原始可采儲(chǔ)量達(dá)49.995 28×1012m3，為該年世界總剩余可采儲(chǔ)量193.5×1012m3的25.8%；2017年世界有產(chǎn)氣大國(guó)15個(gè)，共產(chǎn)氣28 567×108m3，其中6個(gè)以產(chǎn)煤成氣為主國(guó)家（俄羅斯、中國(guó)、荷蘭、澳大利亞、土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦）共產(chǎn)氣11 369×108m3，煤成氣占世界產(chǎn)氣大國(guó)總產(chǎn)量的39.8%。

研究煤成氣及其富集規(guī)律，勘探與開(kāi)發(fā)煤成氣大氣田，特別是煤成超大型氣田，對(duì)一個(gè)國(guó)家快速發(fā)展天然氣工業(yè)具有重大意義：荷蘭在發(fā)現(xiàn)格羅寧根煤成超大型氣田之前的1958年，年產(chǎn)氣量?jī)H2.0×108m3，是能源進(jìn)口國(guó)，但1975年該氣田產(chǎn)氣828.8×108m3，占當(dāng)年荷蘭總產(chǎn)氣量92.3%，成為能源輸出國(guó)；俄羅斯在西西伯利亞盆地發(fā)現(xiàn)了烏連戈伊等7個(gè)煤成超大型氣田，使俄羅斯（蘇聯(lián)）30年來(lái)穩(wěn)坐世界產(chǎn)氣第1或第2大國(guó)位置，烏連戈伊氣田成為世界累計(jì)產(chǎn)氣最多、年產(chǎn)氣量最高的氣田；中國(guó)在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)蘇里格超大型氣田和一批大氣田，使該盆地成為中國(guó)天然氣年產(chǎn)氣量最高的盆地；莫桑比克在魯伍馬盆地發(fā)現(xiàn)曼巴超大型氣田及一批大氣田，將來(lái)開(kāi)發(fā)后定會(huì)使該國(guó)成為產(chǎn)氣大國(guó)。