金之鈞 張金川 唐 玄

1.北京大學(xué)能源研究院 2. 中國(guó)石化頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院 4.自然資源部頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

以頁(yè)巖氣、煤層氣、致密砂巖氣等為代表的非常規(guī)天然氣勘探和開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)與亮點(diǎn)不斷，形成了一系列新的認(rèn)識(shí)、理論與技術(shù)[1-3]，改變了世界天然氣工業(yè)、油氣能源行業(yè)及地緣政治格局。特別是美國(guó)頁(yè)巖氣“革命”的成功，實(shí)現(xiàn)了能源自給，沖擊并改變了傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)觀念。在此過(guò)程中，如果從20世紀(jì)80年代開(kāi)始算起，中國(guó)非常規(guī)天然氣工業(yè)的發(fā)展歷史也經(jīng)歷了高速發(fā)展的40年。從煤層氣、深盆氣（致密砂巖氣）到頁(yè)巖氣等，先后都經(jīng)歷了引進(jìn)、消化、吸收、發(fā)展等過(guò)程，經(jīng)過(guò)不斷的理論發(fā)展、技術(shù)革新和生產(chǎn)實(shí)踐，我國(guó)目前已經(jīng)在成藏理論、勘探技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐中取得了連續(xù)突破性進(jìn)展[4-9]，已成為世界非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)利用的主要國(guó)家之一。

結(jié)合對(duì)石油和天然氣的形成、分布及規(guī)律認(rèn)識(shí)的需要，系統(tǒng)思想和方法逐漸被引入油氣地質(zhì)研究領(lǐng)域中。以烴源巖為核心，自Dow[10]提出石油系統(tǒng)（Oil System）， Perrodon等[11-17]提出含油氣系統(tǒng)（Petroleum System）概念以來(lái)，含油氣系統(tǒng)對(duì)全球油氣地質(zhì)學(xué)研究產(chǎn)生了重要影響。在國(guó)內(nèi)，不同學(xué)者對(duì)含油氣系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究。胡朝元等[18]最早提出了成油系統(tǒng)；楊瑞召等[19]對(duì)國(guó)外的含油氣系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及研究方法進(jìn)行了系統(tǒng)闡述；趙文智等[20]對(duì)含油氣系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用討論，并于2000年提出了復(fù)合含油氣系統(tǒng)概念[21]。而以油氣藏為核心，金之鈞等[22-24]系統(tǒng)提出了油氣成藏體系概念（Hydrocarbon Accumulation System）及分析方法。經(jīng)過(guò)30年的研究和勘探實(shí)踐，成藏體系分析方法不僅是常規(guī)油氣成藏[25-27]有效的分析方法，也是研究認(rèn)識(shí)和分析評(píng)價(jià)非常規(guī)天然氣成藏[28-29]的有效方法。近年來(lái)多種類型非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)取得了很大進(jìn)展[30-33]，中國(guó)非常規(guī)天然氣理論和技術(shù)逐漸成熟。非常規(guī)天然氣的地質(zhì)特殊性明顯，在成藏條件、富集機(jī)理、分布模式、預(yù)測(cè)方法及勘探應(yīng)用技術(shù)等方面獨(dú)特，對(duì)應(yīng)的成藏體系研究思路和技術(shù)方法值得探討。

1 非常規(guī)天然氣類型

自然界中的天然氣在氣源來(lái)源、成藏機(jī)理及氣藏分布等方面各異，形成了多種多樣的天然氣藏類型。廣義上來(lái)說(shuō)，凡是有悖于常規(guī)機(jī)理和特點(diǎn)的天然氣均可歸屬為非常規(guī)天然氣類型，目前存在多種分類方法和方案（表1）。

表1 非常規(guī)天然氣基本分類表

傳統(tǒng)石油天然氣地質(zhì)學(xué)中所指的天然氣（常規(guī)天然氣）通常被默認(rèn)為聚集于常規(guī)圈閉和儲(chǔ)層中的游離態(tài)、凝析態(tài)或溶解態(tài)天然氣，儲(chǔ)層物性條件良好，圈閉本身所擁有的蓋層物性致密，蓋層所產(chǎn)生的毛細(xì)管作用力阻止了儲(chǔ)層中天然氣在浮力作用下的向上運(yùn)移。因此常規(guī)天然氣常具有遠(yuǎn)離氣源巖、儲(chǔ)集物性好、地層壓力系數(shù)高、氣水界面水平狀延伸等特點(diǎn)。天然氣的成藏條件包括位于運(yùn)移通道上的先存圈閉、連通性強(qiáng)的儲(chǔ)集空間、原始親水的蓋層、持續(xù)供應(yīng)的天然氣源等。

在上述常規(guī)類型天然氣（高孔滲砂巖儲(chǔ)層）成藏過(guò)程中，如果隨著成巖作用的加強(qiáng)，或儲(chǔ)層物性條件變差發(fā)生致密化，儲(chǔ)層平均孔喉半徑減小，致密儲(chǔ)層將會(huì)產(chǎn)生較大的毛細(xì)管壓力。當(dāng)這種毛細(xì)管力大于浮力時(shí)，浮力驅(qū)動(dòng)下的常規(guī)天然氣成藏就不會(huì)發(fā)生。此時(shí)，當(dāng)天然氣要進(jìn)入原始親水性的致密儲(chǔ)層中時(shí)，就需要更大的充注壓力。在生烴膨脹力等流體動(dòng)力背景下，天然氣以活塞式的向上運(yùn)移過(guò)程為主[34]，孔隙壁表面被壓薄的束縛水以及原始儲(chǔ)層孔隙水無(wú)法與充注中的天然氣自由發(fā)生位置交換，即，天然氣在臨近烴源巖的致密砂巖儲(chǔ)層中的就近滯留，氣水界面不規(guī)則，形成具有氣水倒置或復(fù)雜氣水關(guān)系的致密砂巖氣藏。盡管致密儲(chǔ)層中的天然氣仍然為游離狀態(tài)，但儲(chǔ)層含氣將會(huì)表現(xiàn)出非常不同于常規(guī)儲(chǔ)層氣的一系列地質(zhì)特征，包括源儲(chǔ)廣泛接觸、氣水關(guān)系復(fù)雜、地層壓力異常以及成藏模式與分布規(guī)律的特殊性等。

當(dāng)儲(chǔ)層物性進(jìn)一步致密時(shí)，孔隙及孔喉半徑進(jìn)一步縮小至微—納米級(jí)或納米級(jí)，并形成以分散、集合狀、團(tuán)狀、簇狀或孤立狀分布為基調(diào)的孔縫結(jié)構(gòu)，其連通性或滲透性開(kāi)始變得更差，外源天然氣的進(jìn)入和大面積成藏將變得更加困難。從巖性角度分析，此時(shí)的地層巖性可為泥巖、頁(yè)巖、膏巖或碳酸鹽巖等。當(dāng)這些超致密的巖石表現(xiàn)為親水的潤(rùn)濕性特征時(shí)，天然氣難以進(jìn)入或需要非常高的充注壓力才能進(jìn)入其中。不含有機(jī)質(zhì)的泥巖、膏巖或碳酸鹽巖就表現(xiàn)為優(yōu)越的天然氣蓋層。而富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖生成天然氣后，天然氣將在極性吸附作用控制下吸附于有機(jī)質(zhì)表面，并以吸附氣的形式大量存在。此時(shí)的頁(yè)巖具有親油氣的潤(rùn)濕性表面，毛細(xì)管力作用阻止了游離態(tài)天然氣向親水潤(rùn)濕儲(chǔ)層中的運(yùn)移。當(dāng)有機(jī)質(zhì)生氣量更大時(shí)，游離狀態(tài)天然氣充注到致密儲(chǔ)層孔縫之中，從而形成吸附氣和游離氣同時(shí)存在的頁(yè)巖氣。

另一種致密儲(chǔ)層氣出現(xiàn)在碳酸鹽巖中。如果碳酸鹽巖中不含有機(jī)質(zhì)，則天然氣很難進(jìn)入其中的微孔縫之中。但如果碳酸鹽巖中含有機(jī)質(zhì)，自身具備生氣能力且儲(chǔ)層物性致密，則生成的天然氣將被就近封存于碳酸鹽巖中，形成與頁(yè)巖氣特點(diǎn)相近、相似的致密碳酸鹽巖氣。

在煤層中，有機(jī)質(zhì)含量更高，對(duì)天然氣分子的吸附作用更強(qiáng)，煤層中的天然氣賦存狀態(tài)幾乎全為吸附態(tài)（吸附氣含量占比大于等于90%）。除去裂縫（包括割理縫）之外，煤層同樣屬于物性致密的非常規(guī)儲(chǔ)層，煤層氣廣泛吸附于有機(jī)質(zhì)表面，少部分或極少部分以游離方式賦存于不連通或連通性差的微孔縫中。

天然氣富集成藏還可以表現(xiàn)為另外一種形式，即天然氣分子在水中溶解形成水溶氣，或氣水分子在低溫高壓環(huán)境中依靠范德華力的水合作用形成天然氣水合物（以下簡(jiǎn)稱水合物）。水溶氣主要包括了生物型和高壓型兩種，均為近源成藏特點(diǎn)。前者產(chǎn)生于淺層生物作用，埋藏淺、孔滲高、壓力低，后者形成于熱裂解作用，埋藏深、孔滲高、壓力大。不論何者，它們都主要與地層水存在條件、方式、環(huán)境等有關(guān)。因此，水溶氣和水合物在成藏機(jī)理、成藏模式及分布規(guī)律等方面也具有與常規(guī)（儲(chǔ)層）天然氣截然不同的變化特點(diǎn)和規(guī)律。

總之，不同的儲(chǔ)層及儲(chǔ)集物性特征在很大程度上決定了天然氣的賦存方式、成藏類型、成藏體系及分布規(guī)律[35-36]，儲(chǔ)層及其物性特征是天然氣成藏富集和預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的重要因素。一旦儲(chǔ)層類型及儲(chǔ)集物性確定，則天然氣的成藏機(jī)理類型、發(fā)育模式、分布規(guī)律、勘探方向、地層壓力以及開(kāi)發(fā)方式等，也都將隨之在有限范圍內(nèi)確定或者基本變化規(guī)律確定。

重點(diǎn)考慮儲(chǔ)層類型與成藏機(jī)理，非常規(guī)天然氣主要包括了煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣、水溶氣以及水合物等6類（圖1），其中前5種?？晒采泊妫邪l(fā)育。

圖1 天然氣類型劃分圖

2 非常規(guī)天然氣成藏體系

2.1 非常規(guī)天然氣成藏體系結(jié)構(gòu)分類

油氣成藏體系是在自然界中自然發(fā)生并存在的油氣體系。區(qū)別于含油氣系統(tǒng)以烴源巖為中心，油氣成藏體系突出油氣匯聚單元的中心地位（圖2），將油氣系統(tǒng)的“從烴源巖到圈閉”思路轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬娜﹂]溯烴源巖”的反向追索，尤其針對(duì)多源、多期、多類型、多途徑、多方式混合且復(fù)雜的油氣成藏過(guò)程溯源變得更加有意義。采用油氣成藏體系的“元素—功能—結(jié)構(gòu)”研究思路和方法，易于摸清油氣成藏的地質(zhì)過(guò)程和油氣藏分布規(guī)律，降低油氣地質(zhì)勘探風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 含油氣系統(tǒng)與油氣成藏體系對(duì)比圖（據(jù)金之鈞等[22-23]修改）

天然氣成藏體系包括了常規(guī)和非常規(guī)兩大類型。常規(guī)與非常規(guī)天然氣之間常存在復(fù)雜的成因聯(lián)系、屬性遞變、類型交互、分布交錯(cuò)等變化，可在一個(gè)盆地或構(gòu)造單元中同時(shí)出現(xiàn)多種類型天然氣的有序分布[37]。非常規(guī)天然氣成藏體系的研究思路和方法可適用于不同級(jí)別的研究單元中，包含從隆起與坳陷、凸起與凹陷，到突起與洼陷等不同尺度和規(guī)模的地質(zhì)單元勘探研究需要，特別適用于地質(zhì)條件復(fù)雜的非常規(guī)天然氣甜點(diǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)研究。

成藏體系包括了以烴源巖體、輸導(dǎo)體及圈閉體等油氣成藏元素，它們之間隨時(shí)間變化而形成的有效時(shí)空配置關(guān)系決定了成藏體系的成熟度和有效性。氣源巖、輸導(dǎo)體系及（圈閉）聚集三要素，可在空間上構(gòu)成極其復(fù)雜的組合關(guān)系，氣源巖和圈閉的分布基本決定了體系內(nèi)氣藏的分布。氣源巖有煤層、頁(yè)巖及碳酸鹽巖三種基本類型及其復(fù)雜組合（作為生物氣母質(zhì)的松散沉積物有機(jī)質(zhì)等暫不考慮）。將氣源巖為“源”，視氣源巖、輸導(dǎo)體系及聚集的位置為“位”。由于雙源一位、三源一位及三源二位在理論上不能成立，從單源一位開(kāi)始算起，最多能夠形成三源三位結(jié)構(gòu)，共劃分為6種源位結(jié)構(gòu)[23]（圖3）。

圖3 天然氣成藏體系源位關(guān)系圖（據(jù)金之鈞等[23]修改）

重點(diǎn)考慮煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣及常規(guī)氣，兼顧其他類型的存在[38-39]，采用源位關(guān)系結(jié)構(gòu)劃分方法對(duì)盆地內(nèi)可能同時(shí)存在的常規(guī)和非常規(guī)天然氣成藏體系進(jìn)行劃分，分別可得不同的源位組合（圖4）。

圖4中各符號(hào)意義如下。

圖4-A：1a，煤層氣；1b，頁(yè)巖氣；1c，煤層氣/頁(yè)巖氣與致密砂巖氣；1d，致密碳酸鹽巖氣；1e，水溶氣（淺層生物型）。

圖4-B：1f，頁(yè)巖氣/煤層氣與致密砂巖氣；1g，煤層氣/頁(yè)巖氣/致密碳酸鹽巖氣與伴生的常規(guī)儲(chǔ)層氣（裂縫型頁(yè)巖氣、裂縫型碳酸鹽巖氣，下同）；1h，頁(yè)巖氣/煤層氣與致密砂巖氣—伴生的常規(guī)儲(chǔ)層氣；1i，致密碳酸鹽巖氣/頁(yè)巖氣/煤層氣與伴生的常規(guī)儲(chǔ)層氣—水溶氣（高壓型）。

圖4-C：1j，煤層氣/頁(yè)巖氣/致密碳酸鹽巖氣與輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣；1k，煤層氣/頁(yè)巖氣與致密砂巖氣—輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣；1l，煤層氣/頁(yè)巖氣/致密碳酸鹽巖氣與水溶氣—輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣（高壓型）。

圖4-D：2a，致密碳酸鹽巖氣/煤層氣＋煤層氣/頁(yè)巖氣與致密砂巖氣—常規(guī)儲(chǔ)層氣；2b，頁(yè)巖氣/致密碳酸鹽巖氣＋頁(yè)巖氣/煤層氣與致密砂巖氣/常規(guī)儲(chǔ)層氣—常規(guī)儲(chǔ)層氣；2c，煤層氣/致密碳酸鹽巖氣＋致密碳酸鹽巖氣/頁(yè)巖氣與常規(guī)儲(chǔ)層氣—水溶氣（高壓型）。

圖4 主要類型天然氣成藏體系源位結(jié)構(gòu)關(guān)系圖（暫不考慮水合物）

圖4-E：2d，煤層氣＋頁(yè)巖氣（煤系氣源巖和頁(yè)巖氣源巖）與致密砂巖氣—輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣；2e，頁(yè)巖氣＋致密碳酸鹽巖氣（頁(yè)巖氣源巖和碳酸鹽巖氣源巖）與輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣。E：3a，致密碳酸鹽巖氣/頁(yè)巖氣/煤層氣＋頁(yè)巖氣/煤層氣/致密碳酸鹽巖氣＋煤層氣/頁(yè)巖氣/致密碳酸鹽巖氣與致密砂巖氣/常規(guī)儲(chǔ)層氣—輸導(dǎo)體系—常規(guī)儲(chǔ)層氣。

2.1.1 單源結(jié)構(gòu)

當(dāng)只有一套氣源巖且源—位（圈、聚）一體時(shí)（圖4-A，單源一位），構(gòu)成單源一位成藏體系結(jié)構(gòu)。此時(shí)的天然氣屬于烴源巖體系內(nèi)成藏，例如煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣以及淺層生物型水溶氣成藏體系等。

單源二位成藏體系中需要重點(diǎn)考慮氣源巖與天然氣聚集之間的組合關(guān)系（圖4-B，單源二位），氣源巖及其在源內(nèi)成藏、未經(jīng)二次輸導(dǎo)的天然氣聚集是該成藏體系的特點(diǎn)，包括各種源內(nèi)型天然氣藏、源內(nèi)裂縫型氣藏或就近聚集的源緣型氣藏。

如果存在長(zhǎng)距離的輸導(dǎo)體系，則形成單源三位成藏體系（圖4-C，單源三位）。在有效輸導(dǎo)體系所能聯(lián)通到達(dá)的任何地方，均可形成常規(guī)或非常規(guī)儲(chǔ)層氣藏，包括水溶氣、水合物等。

2.1.2 雙源結(jié)構(gòu)

雙源主要指兩者有關(guān)聯(lián)但不屬于同一套沉積體系、在平面上或剖面上能夠明顯分隔的兩套氣源巖。雙源一位成藏體系指有兩套烴源巖和成藏過(guò)程發(fā)育在同一空間內(nèi)，理論上雖然存在，但是在實(shí)際操作上難以區(qū)分，這里不討論。

與單源二位成藏體系相比，雙源二位成藏體系增加了一套氣源巖體系，但缺乏輸導(dǎo)體系（圖4-D，雙源二位）。盡管氣源巖只考慮了3種基本類型，但由于氣源巖類型、規(guī)模及組合方式等變化較大，可形成煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣及其他源內(nèi)、源緣類型的天然氣藏，也包括高壓型水溶氣等。

2.1.3 三源結(jié)構(gòu)

盡管三套氣源巖能夠在平面和剖面上構(gòu)成更加復(fù)雜化的空間結(jié)構(gòu)，但根據(jù)源位結(jié)構(gòu)劃分依據(jù)和原則，三源條件下只能形成三源三位成藏體系（圖4-F）。在其中，氣源巖可分別以煤層、頁(yè)巖、碳酸鹽巖為主、或者是它們的隨機(jī)組合。輸導(dǎo)體系類型可以是斷裂、不整合面、高滲透砂巖層或者三者的組合，天然氣聚集可以是源內(nèi)、源緣、源外或者三者的組合，氣源巖—輸導(dǎo)體系—天然氣聚集出現(xiàn)了復(fù)雜的組合或者變化，成藏體系內(nèi)可形成從常規(guī)到非常規(guī)的多種類型氣藏組合及分布。

使用“源位”結(jié)構(gòu)可以對(duì)不同類型、特點(diǎn)的天然氣成藏與分布進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和研究，并已被成功運(yùn)用于頁(yè)巖氣成藏預(yù)測(cè)[23,40]。預(yù)期該方法也可用于對(duì)致密碳酸鹽巖氣、高壓型水溶氣、水合物、煤系地層伴生天然氣及復(fù)雜多變的其他類型天然氣成藏預(yù)測(cè)。

2.2 五種基本類型非常規(guī)天然氣成藏體系

由于不同類型天然氣各自具有特殊的成藏機(jī)理、模式、成藏及分布主控因素，組成成藏體系的“元素—功能—結(jié)構(gòu)”各不相同，故各類型非常規(guī)天然氣可以分別構(gòu)成獨(dú)立且特征明顯的成藏體系（表2）。水合物是一類在“低溫高壓”環(huán)境中形成、受現(xiàn)代地表或海底條件限制的非常規(guī)類型天然氣，與前述幾種非常規(guī)天然氣類型關(guān)系稍遠(yuǎn)，故本文暫不對(duì)水合物進(jìn)行系統(tǒng)討論。

表2 五種非常規(guī)天然氣成藏特征對(duì)比表

2.2.1 非常規(guī)天然氣成藏體系中的天然氣類型

源內(nèi)型天然氣成藏體系中自備氣源巖、儲(chǔ)集層及封存條件，例如煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣。具生氣能力的煤層、頁(yè)巖或致密碳酸鹽巖生成的天然氣被烴源巖中的有機(jī)質(zhì)吸附，或以游離態(tài)就近聚集于儲(chǔ)層中的微—納米級(jí)孔縫中，很少一部分以溶解方式存在。除上述非常規(guī)天然氣之外，也包括了以復(fù)雜裂縫體為成藏空間的裂縫型常規(guī)氣藏。源內(nèi)型天然氣的成藏可以理解為生供氣能力強(qiáng)、不發(fā)生二次運(yùn)移、無(wú)輸導(dǎo)體系、生儲(chǔ)蓋一體化、原地成藏的非常規(guī)天然氣成藏體系。

源緣型天然氣成藏體系中氣源巖與儲(chǔ)層一般緊密相鄰發(fā)育，天然氣在成藏過(guò)程中經(jīng)歷了短距離的二次運(yùn)移，例如致密砂巖氣、水溶氣以及部分特殊類型的常規(guī)儲(chǔ)層氣（夾層、透鏡體、層間及其他近源常規(guī)儲(chǔ)層氣等）就屬于此類。當(dāng)天然氣從生氣能力較強(qiáng)的煤層或頁(yè)巖中運(yùn)移出來(lái)后，若遇致密砂巖儲(chǔ)層，則游離態(tài)天然氣在生氣膨脹力作用下對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行活塞式充注，天然氣就近聚集于與烴源巖相鄰的儲(chǔ)層中，從而形成致密砂巖氣；天然氣以溶解方式大量存在于同層或鄰層地層水中，就可能形成水溶氣。埋藏較淺或極淺的水溶氣，地層孔隙空間大、含水量高，易于形成規(guī)模性的溶解氣富集；深層高壓型水溶氣實(shí)則為處于運(yùn)移狀態(tài)中的天然氣，是在高壓封閉體系中以溶解方式存在的相對(duì)穩(wěn)態(tài)天然氣，通常難以獨(dú)立形成商業(yè)性的開(kāi)發(fā)規(guī)模，但常作為儲(chǔ)層中天然氣來(lái)源的補(bǔ)充，可顯著增加天然氣的實(shí)際儲(chǔ)量。上述情況均屬于天然氣在烴源巖的同層或鄰層中的運(yùn)移，未發(fā)生真正意義上的二次運(yùn)移，因而形成具有生氣類型多樣、鄰層近源聚集、儲(chǔ)層內(nèi)部運(yùn)移、就近成藏富集等特點(diǎn)的非常規(guī)天然氣成藏體系。

當(dāng)天然氣從烴源巖中排出或從致密砂巖中溢出時(shí)，若遇物性條件良好的常規(guī)儲(chǔ)層，天然氣就會(huì)在浮力作用下開(kāi)始沿輸導(dǎo)體系進(jìn)行二次運(yùn)移，發(fā)生置換式運(yùn)移而在合適圈閉處形成常規(guī)儲(chǔ)層氣藏。水溶氣的成藏也類似：地層水中的含氣量與氣源巖生氣量、地層流體封閉性、地層水溶解度及地層壓力直接相關(guān)。當(dāng)天然氣量超出地層水溶解能力時(shí)，天然氣溢出并在合適圈閉（未經(jīng)壓實(shí)或完全壓實(shí)的砂體）中形成受浮力作用控制的常規(guī)儲(chǔ)層氣。通常意義上的常規(guī)儲(chǔ)層氣均屬于源外型氣藏，儲(chǔ)層物性好、圈閉有效、輸導(dǎo)體系連接、異地成藏等，是該類型天然氣成藏體系的基本特點(diǎn)。

2.2.2 沉積環(huán)境對(duì)主要類型非常規(guī)天然氣成藏的控制作用

對(duì)于煤層氣、頁(yè)巖氣、致密碳酸鹽巖氣及致密砂巖氣等，成藏體系受儲(chǔ)集層的巖石類型、儲(chǔ)集物性和源儲(chǔ)相互關(guān)系控制。沉積環(huán)境及其產(chǎn)物變化是這些類型非常規(guī)天然氣形成和分布的主要控制因素。

在海相沉積盆地中，大套厚層狀碳酸鹽巖、（泥）頁(yè)巖及砂巖規(guī)模性發(fā)育。“層厚規(guī)模大、橫向穩(wěn)定性好”的儲(chǔ)層發(fā)育特征為多種類型天然氣規(guī)模性連片發(fā)育提供了良好地質(zhì)條件，有利于常規(guī)天然氣和不同類型非常規(guī)天然氣成藏體系的形成。我國(guó)陸上的海相沉積地層經(jīng)受了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)天然氣成藏體系產(chǎn)生了區(qū)域性地強(qiáng)烈改造作用，使各種天然氣都遭受不同程度的破壞和逸散，唯源內(nèi)型的頁(yè)巖氣和致密碳酸鹽巖氣保存條件最好，天然氣以有機(jī)質(zhì)吸附和微納米孔縫游離方式聚集于烴源巖中。特別是在有機(jī)質(zhì)成熟度相對(duì)較低、保存條件好的地層中可形成大規(guī)模的分布，是我國(guó)目前最有利的非常規(guī)天然氣成藏體系類型。

海陸過(guò)渡相沉積形成了砂巖、泥巖、頁(yè)巖、煤層及碳酸鹽巖頻繁交替，“沙、泥、頁(yè)、煤、灰”韻律遞變，有利于煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣等不同類型或混合類型非常規(guī)天然氣成藏體系的形成和發(fā)育。其中，由于緊鄰氣源巖的砂巖中含有大量黏土礦物和不穩(wěn)定成分，在壓實(shí)作用過(guò)程中極易發(fā)生形變而導(dǎo)致儲(chǔ)層快速進(jìn)入致密化狀態(tài)，從而形成與烴源巖緊鄰且大面積直接接觸的致密砂巖儲(chǔ)層，為致密砂巖氣成藏體系的形成提供了條件；在頁(yè)巖和泥巖中，常由于有機(jī)質(zhì)生烴、礦物轉(zhuǎn)化脫水、生氣膨脹、體積收縮等作用而形成大量微納米級(jí)孔隙與裂縫，有助于形成頁(yè)巖氣成藏體系；煤層則由于有機(jī)質(zhì)豐度高、裂縫和節(jié)理發(fā)育，在具有較好的頂?shù)撞織l件下有利于煤層氣成藏體系的形成。進(jìn)一步，碳酸鹽巖地層中如果含有較高含量的泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，致密的儲(chǔ)集物性有利于內(nèi)部生成天然氣的封存。

陸相地層既可以有大套泥巖、厚層狀頁(yè)巖、局部碳酸鹽巖發(fā)育，也可以發(fā)育多套煤層、厚層砂巖或致密砂巖，同樣為常規(guī)氣和頁(yè)巖氣、煤層氣、致密砂巖氣以及水溶氣等非常規(guī)天然氣成藏體系的形成提供了有利基礎(chǔ)。陸相淺水沉積盆地中的非常規(guī)天然氣類型尤為多樣；而陸相深水型盆地則更有利于深層致密砂巖氣、頁(yè)巖氣及高壓型水溶氣藏的形成。中國(guó)陸相致密砂巖可存在兩種致密化機(jī)理：①沉積致密化機(jī)理。以我國(guó)中西部盆地為代表，致密砂巖的形成歸因于沉積時(shí)的近物源、快埋藏及高黏土礦物含量（一般發(fā)育三角洲、扇三角洲等沉積環(huán)境），黏土礦物在遭受壓實(shí)時(shí)發(fā)生塑性形變從而侵占原有的孔隙空間，導(dǎo)致砂巖的孔滲性在淺埋藏時(shí)即可快速進(jìn)入致密狀態(tài)；②深埋致密化機(jī)理。以我國(guó)東部盆地為典型，原始的沉積物經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)、磨圓和淘洗，其成分和結(jié)構(gòu)成熟度高，當(dāng)埋藏深度增大時(shí)，壓實(shí)與成巖作用導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化，形成深層致密砂巖氣成藏體系，但這種情況主要發(fā)生在大型盆地中。

2.2.3 主要類型成藏體系發(fā)育的盆地背景

受盆地類型及地質(zhì)歷史演化制約，非常規(guī)天然氣成藏體系在不同的盆地中分別具有不同分布和特點(diǎn)。

克拉通盆地一般發(fā)育在前寒武紀(jì)結(jié)晶或褶皺變質(zhì)基底之上，長(zhǎng)期保持了構(gòu)造的相對(duì)穩(wěn)定和沉積的多旋回性。被動(dòng)大陸邊緣、殘留洋及前陸盆地疊置等階段控制了沉積及主要烴源巖的類型。被動(dòng)大陸邊緣階段可形成包括從洋盆、陸坡、陸棚，直到海岸的完整海相沉積體系。近岸體系主要為淺海陸棚、三角洲等沉積，其中有障壁島海岸相（潟湖、潮坪等）、無(wú)障壁島海岸相（三角洲）、深淺水陸棚相等，形成多樣性的碳酸鹽巖、頁(yè)巖、泥巖、砂巖及煤巖等沉積，為頁(yè)巖氣、煤層氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣成藏體系的形成創(chuàng)造了條件。四川、鄂爾多斯及塔里木等盆地均經(jīng)歷了多期次構(gòu)造和沉積旋回，古生代沉積地層發(fā)育且保存完好，分別形成陸棚、臺(tái)地、三角洲、潟湖、潮坪等多種類型氣源巖發(fā)育的環(huán)境，后期經(jīng)歷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)但保存條件仍然保持良好，有利于頁(yè)巖氣、煤層氣、致密碳酸鹽巖氣等源內(nèi)型非常規(guī)天然氣成藏體系的形成。

前陸盆地的形成過(guò)程通?？煞譃樵缤韮善谶^(guò)程。早期一般處于饑餓沉積狀態(tài)，以盆地周緣克拉通為主要物源，主要在前淵帶內(nèi)沉積深水細(xì)粒碎屑沉積物（復(fù)理石沉積序列），沉積物的成分成熟度較高，沉積物中石英/長(zhǎng)石比較高；后期沉積由饑餓沉積向飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變，以造山帶為主要物源，主要由淺水相或陸相富含巖屑的粗粒碎屑沉積物（磨拉石沉積序列）所組成，具有物源供給充足、沉積速率高、沉積厚度大等特點(diǎn)，易發(fā)育多套頁(yè)巖、致密砂巖、煤層及碳酸鹽巖等，構(gòu)成類型最為多樣的非常規(guī)天然氣成藏體系。中國(guó)的前陸盆地主要分布在中西部地區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)多套氣層，地層壓力系數(shù)高，非常規(guī)天然氣成藏體系發(fā)育條件良好。

中新生代以來(lái)，由于地殼的上拱、巖漿的侵入及后期一系列的拉張斷塊活動(dòng)，我國(guó)東部地區(qū)發(fā)育一系列陸相斷陷盆地。盆地的形成一般可分為以下3個(gè)階段：①在盆地演化的初期和早期，對(duì)應(yīng)于斷陷演化階段，主要在火山活動(dòng)基礎(chǔ)上經(jīng)歷初期的沖積—洪積、辮狀河和早期湖盆沉積演化階段，對(duì)應(yīng)形成以底礫、煤層、砂巖、泥巖及大套頁(yè)巖等為主的沉積物，有利于頁(yè)巖氣和煤層氣成藏體系的形成。當(dāng)成巖壓實(shí)作用較強(qiáng)時(shí)，一般發(fā)育在盆地的深部和中心地帶亦可形成致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣成藏體系。②在盆地演化中期，對(duì)應(yīng)于斷坳階段，深湖、半深湖及淺湖環(huán)境發(fā)育，在大型盆地中可形成巨厚的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。當(dāng)盆地規(guī)模減小時(shí)，可發(fā)育不同規(guī)模的三角洲或扇三角洲，此時(shí)可形成厚層狀富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、兼有砂巖和泥—頁(yè)巖發(fā)育，可視為頁(yè)巖氣發(fā)育的潛在目的層。當(dāng)有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高時(shí)，可形成頁(yè)巖氣。③盆地演化至中晚期，對(duì)應(yīng)于坳陷及平原化階段，盆地為河流、濱淺湖或被三角洲、沼澤、曲流河、泛濫平原及漫灘沼澤等沉積體系所充填，可為淺層生物型水溶氣成藏體系的形成創(chuàng)造條件。另外，陸相斷陷盆地也有大小之分，大型陸相盆地一般比較復(fù)雜，盆地中心部位往往是頁(yè)巖氣和致密砂巖氣成藏體系發(fā)育的有利區(qū)域；而部分中生代時(shí)期形成的中小型盆地，一般是煤層氣、頁(yè)巖氣及致密砂巖氣成藏體系發(fā)育的有利場(chǎng)所。

2.2.4 主要類型成藏體系發(fā)育的分布

2.2.4.1 頁(yè)巖氣成藏體系

我國(guó)頁(yè)巖氣成藏體系分布范圍最廣、面積最大，廣泛分布于不同時(shí)代和沉積環(huán)境中。早古生代海相頁(yè)巖主要分布在南方地區(qū)，厚度大、范圍廣、縱橫向連續(xù)性強(qiáng)，主要沉積于陸棚環(huán)境。晚古生代以海陸過(guò)渡相為主的頁(yè)巖廣泛見(jiàn)于南北方地區(qū)，層多、層薄，但橫向連續(xù)性差。中新生代陸相頁(yè)巖主要發(fā)育在北方地區(qū)盆地中，厚度大但范圍受盆地沉積控制。海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育、過(guò)渡相頁(yè)巖成巖微裂縫發(fā)育、陸相頁(yè)巖層理縫發(fā)育，為頁(yè)巖氣成藏提供了多種有利條件。需要說(shuō)明的是，海相頁(yè)巖氣成藏系統(tǒng)中的有機(jī)質(zhì)熱演化成度高且后期破壞嚴(yán)重，構(gòu)造保存條件是主控因素。海陸過(guò)渡相頁(yè)巖成藏體系中，頁(yè)巖層厚有限且裂縫發(fā)育，后期的構(gòu)造改造作用強(qiáng)烈，頁(yè)巖氣的成巖和構(gòu)造保存機(jī)制值得重點(diǎn)關(guān)注。陸相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度普遍較低，限制了成藏體系中天然氣的大量生成，以頁(yè)巖油的形成為主。

2.2.4.2 致密砂巖氣成藏體系

致密砂巖可廣泛形成于海相、陸相和海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境中，與煤層、頁(yè)巖或碳酸鹽巖等交替分布，氣源巖與致密砂巖體往往直接相鄰接觸，滿足致密砂巖氣成藏的必要條件。在海相環(huán)境中，由于搬運(yùn)距離遠(yuǎn)和反復(fù)淘洗、磨圓等作用，海相砂巖的成分和結(jié)構(gòu)成熟度高，一般發(fā)育高孔滲砂巖儲(chǔ)層。當(dāng)成巖作用進(jìn)入較深階段時(shí)，砂巖可進(jìn)入致密狀態(tài)，但此時(shí)對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)熱演化也開(kāi)始進(jìn)入高過(guò)成熟階段，不是致密砂巖氣成藏的有利組合。在我國(guó)東部地區(qū)的大型深水陸相湖盆中，致密化的砂巖常開(kāi)始出現(xiàn)在深層或超深層，影響了致密砂巖氣的勘探經(jīng)濟(jì)效益。在海陸過(guò)渡相地層中，或者在河流、（扇）三角洲發(fā)育的中小型淺水盆地中，砂巖體發(fā)育層數(shù)多、厚度大、分布廣，常與煤層或富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖交替互層，是致密砂巖氣發(fā)育區(qū)域。但如果后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)而影響保存條件時(shí)，致密砂巖氣就可能因成藏條件遭受破壞而消失殆盡。我國(guó)的致密砂巖氣成藏體系主要發(fā)育在中西部地區(qū)含煤盆地和東部地區(qū)盆地的深層領(lǐng)域。

2.2.4.3 煤層氣成藏體系

我國(guó)煤層氣成藏體系多發(fā)育在晚古生代的海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境和中新生代陸相盆地中。前者多發(fā)育于潮坪、潟湖、三角洲及沼澤等環(huán)境中，煤層厚度大且分布穩(wěn)定。后者多見(jiàn)于中生代淺水湖盆中，尤其常見(jiàn)于中小型湖盆中。煤層一般發(fā)育于扇三角洲環(huán)境，厚度大、但橫向穩(wěn)定性差。晚古生代的海陸過(guò)渡相和中新生代陸相盆地的煤層都可以成為煤層氣成藏體系發(fā)育的主要場(chǎng)所。

2.2.4.4 致密碳酸鹽巖氣成藏體系

根據(jù)成藏體系形成條件和天然氣成藏機(jī)理推測(cè)，該類型成藏體系主要分布在上、下古生界的厚層石灰?guī)r地層中。由于目前研究非常薄弱，暫不進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

3 結(jié)論

對(duì)非常規(guī)天然氣成藏體系進(jìn)行嘗試性研究，有助于系統(tǒng)認(rèn)識(shí)非常規(guī)天然氣之間的成藏與分布關(guān)系，并據(jù)此進(jìn)行非常規(guī)天然氣分布預(yù)測(cè)及規(guī)律研究。

1）與常規(guī)儲(chǔ)層天然氣相反，非常規(guī)天然氣是一類不受浮力作用機(jī)理控制的天然氣成藏類型，其成藏條件、機(jī)理機(jī)制及發(fā)育模式主要受儲(chǔ)層類型及其物性所制約。按照成藏機(jī)理、分布模式，將非常規(guī)天然氣劃分為頁(yè)巖氣、煤層氣、致密碳酸鹽巖氣、致密砂巖氣、水溶氣及水合物共6種主要類型。其中，前四者具儲(chǔ)層致密、源儲(chǔ)一體化、就近聚集等成藏特點(diǎn)。

2）頁(yè)巖氣、煤層氣、致密碳酸鹽巖氣均屬于源內(nèi)型非常規(guī)天然氣成藏體系，具有生供氣能力強(qiáng)、無(wú)輸導(dǎo)體系、缺乏二次運(yùn)移、生儲(chǔ)蓋一體、原地成藏等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。致密砂巖氣和水溶氣等屬于源緣型非常規(guī)天然氣成藏體系，具有生氣類型多樣、鄰層近源聚集、儲(chǔ)層內(nèi)部運(yùn)移、就近成藏富集等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。水合物可劃分為源外型非常規(guī)天然氣成藏體系。

3）天然氣成藏體系的要素主要包括氣源巖、輸導(dǎo)體系及聚集。按照成藏體系的“元素—功能—結(jié)構(gòu)”研究思路方法和“氣源巖—輸導(dǎo)體系—成藏分布”關(guān)系，可將非常規(guī)天然氣成藏體系劃分為6類“源—位結(jié)構(gòu)”關(guān)系。開(kāi)展成藏體系“源—位”結(jié)構(gòu)關(guān)系研究，有助于非常規(guī)天然氣成藏類型的分布預(yù)測(cè)。

4）盆地演化、沉積環(huán)境和后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最終控制了非常規(guī)天然氣成藏體系的類型。我國(guó)南方古生界海相環(huán)境有利于頁(yè)巖氣和致密碳酸鹽巖氣成藏體系的形成，南、北方上古生界海陸過(guò)渡相則有利于煤層氣、頁(yè)巖氣及致密砂巖氣成藏體系的發(fā)育。中、東部中新生代深水陸相沉積有利于深層致密砂巖氣和頁(yè)巖氣成藏體系的形成，淺水陸相盆地則對(duì)煤層氣、致密砂巖氣及頁(yè)巖氣成藏體系均為有利。水溶氣廣泛見(jiàn)于新生代有機(jī)質(zhì)豐富的淺埋區(qū)或鄰近氣源巖的高壓儲(chǔ)層中。