頁(yè)巖氣、深盆氣成藏模式質(zhì)疑

崔永強(qiáng) 林麗娜 張楠楠

大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶，163712

據(jù)張金川等【1】，“頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。在頁(yè)巖氣藏中， 天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中，為天然氣生成之后在源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)果，表現(xiàn)為典型的‘原地’成藏模式。從某種意義來(lái)說(shuō)，頁(yè)巖氣藏的形成是天然氣在源巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果。由于儲(chǔ)集條件特殊，天然氣在其中以多種相態(tài)存在。頁(yè)巖氣是目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，天然氣工業(yè)化勘探的重要領(lǐng)域和目標(biāo)”。這個(gè)信息顯然是錯(cuò)誤的。我們已經(jīng)知道，暗色泥巖、干酪根、頁(yè)巖并不生氣。

至于頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理，張金川等認(rèn)為，“頁(yè)巖氣成藏可以表現(xiàn)為典型的吸附機(jī)理、活塞運(yùn)聚機(jī)理或置換運(yùn)聚機(jī)理”、“頁(yè)巖氣介于根狀氣(典型的吸附氣，如煤層氣藏)、根緣氣(典型活塞式成藏的游離氣，如狹義深盆氣藏)和根遠(yuǎn)氣(典型置換式運(yùn)聚的游離氣，如常規(guī)的背斜圈閉氣藏)3大類氣藏之間”、“頁(yè)巖氣藏具有典型煤層氣和典型根緣氣的雙重機(jī)理，表現(xiàn)為過(guò)渡特征”。對(duì)此議論更是難以茍同。

這些論述及所提出的很多模式并沒(méi)有確定頁(yè)巖氣到底是如何成藏的，而是羅列很多沒(méi)有研究清楚的概念，例如深盆氣。

1 深盆氣并無(wú)特殊成藏機(jī)理

深盆地成藏機(jī)理要解決的問(wèn)題，就是為什么氣藏在水層下面。其實(shí)從天然氣深部來(lái)源出發(fā)，氣藏在水層之下，是極其正常的。它同時(shí)暗示天然氣正在源源不斷地供給。否則氣就會(huì)到水層之上。因?yàn)闆](méi)有絕對(duì)的不滲透層，尤其對(duì)甲烷而言。

據(jù)張金川等【2，3】，“深盆氣在成藏機(jī)理上非常特殊，綜合分析前人研究成果，可將其大致作如下描述為：在主要由毛細(xì)管差異排驅(qū)壓力作用控制下，賦存于具有低孔、低滲性特征儲(chǔ)層構(gòu)造下傾方向上的天然氣聚集體。向儲(chǔ)層的構(gòu)造上傾方向，雖然孔滲物性變好，但卻在不要求構(gòu)造、巖性或其它因素遮擋或圈閉條件下，通過(guò)油水或氣水過(guò)渡帶逐漸由飽含油或氣(相對(duì)于水為低比重流體)帶轉(zhuǎn)變?yōu)楹?相對(duì)為高比重的儲(chǔ)層流體)帶，為一種發(fā)育在致密儲(chǔ)層中的流體倒置關(guān)系氣藏，其存在具有‘暫時(shí)駐留’的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)(圖1)”。

這里提出深盆氣“其存在具有‘暫時(shí)駐留’的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)”。既然是“暫時(shí)駐留”的，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)過(guò)程中，這種“暫時(shí)駐留”是起于何時(shí)，終于何時(shí)？還能夠繼續(xù)存在嗎？只有一種可能來(lái)維持這種“暫時(shí)駐留”，那就是氣源斷裂的存在并持續(xù)供氣。

上文敘述有諸多疑點(diǎn)。例如， “向儲(chǔ)層的構(gòu)造上傾方向，雖然孔滲物性變好，但卻不要求構(gòu)造、巖性或其他因素遮擋或圈閉條件”，這就違背了我們的基本常識(shí)，在孔滲較好的儲(chǔ)層，必須要求構(gòu)造、巖性或其他因素遮擋或圈閉條件才能成藏。否則所謂“成藏機(jī)理上非常特殊”，就超越了人們的正常思維能力。

“氣水倒置”是深層天然氣成藏的重要特征。松遼盆地徐家圍子斷陷過(guò)徐深401井“楔狀氣藏”剖面（圖2）明確指出氣體來(lái)源于斷裂。

從張金川等提供的深盆氣成藏原理及基本特征示意圖上，并看不出任何特殊的成藏機(jī)制。對(duì)比松遼盆地徐家圍子斷陷深層徐深 401井氣藏“氣水倒置”剖面圖，氣來(lái)源于儲(chǔ)層之下供氣斷裂這一結(jié)論不證自明。

2 美國(guó)阿巴拉契亞盆地深盆氣

根據(jù)對(duì)費(fèi)-托合成氣碳同位素的探究結(jié)果，碳同位素值反序排列的天然氣是幔源氣，倒轉(zhuǎn)和正序排列的天然氣也應(yīng)屬地幔來(lái)源。

據(jù)R.C.Burruss和C.D.Laughrey的文章《Carbon and hydrogen isotopic reversals in deep basin gas: Evidence for limits to the stability of hydrocarbons》介紹，隨著勘探已轉(zhuǎn)向非常規(guī)天然氣，少數(shù)研究者（詹登等人，1993； laughrey和巴達(dá)薩爾，1998；伯魯斯和萊德，2003）已經(jīng)開(kāi)始報(bào)道倒轉(zhuǎn)序列的同位素組成。在研究美國(guó)北部阿巴拉契亞盆地油氣藏致密砂巖氣（伯魯斯和萊德，2003）和裂隙熱液白云巖儲(chǔ)層（laughrey和科斯特尼克，2007）時(shí)，R.C.Burruss和C.D.Laughrey發(fā)現(xiàn)，所有現(xiàn)今的深度大于3km的氣藏?zé)N類氣體都完全倒轉(zhuǎn)，即δ13C1＞δ13C2＞δ13C3。

從文章提供的數(shù)據(jù)（表 1）可見(jiàn)，不僅深度大于 3000m以下的非伴生氣主要呈碳同位素值反序排列。在 21組非伴生氣（NGA）的碳同位素分析中有18組表現(xiàn)為碳同位素值反序。按照幔源油氣的判別指標(biāo)，這些非伴生氣系地幔來(lái)源。甚至在3000m以上的產(chǎn)層，如1735.8m的Dailey 1井、2085.6m的Brown 5 井、2151.2m的Velasaris 1 井和2155.2m的Mathews 2井的天然氣，也有碳同位素反序排列的特征出現(xiàn)。說(shuō)明幔源油氣從深部直到2000m才由于碳同位素分餾作用而改變碳同位素值特征完全反序的特征，氣源供應(yīng)充足。

表1內(nèi)21組石油伴生氣（OAG）氣樣取樣深度均在1713.7m以上，在向上運(yùn)移過(guò)程中由于碳同位素分餾，碳同位素值幾乎完全呈現(xiàn)出正序排列。

從頁(yè)巖氣、深盆氣（致密砂巖氣）藏剖面模式圖（圖3）可知，深盆氣或稱致密砂巖氣賦存于頁(yè)巖層之上，如果深盆氣是地幔來(lái)源的，緊鄰深盆氣之下頁(yè)巖氣無(wú)疑來(lái)源于地幔。

J.Zumberge et al.(2012) 將密西西比河流域的頁(yè)巖氣碳同位素反轉(zhuǎn)解釋為來(lái)源于Ouachita Thrust front熱液造成有機(jī)質(zhì)高成熟及烴類裂解【5】。這種解釋建立在錯(cuò)誤頁(yè)巖生氣的基礎(chǔ)之上，并沒(méi)有涉及天然氣甲烷碳同位素值正序、反序及倒轉(zhuǎn)排列的本質(zhì)。

3 關(guān)于頁(yè)巖氣藏的異常高壓

張金川等認(rèn)為“由于天然氣的生成來(lái)自于化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，可以形成高于地層壓力的排氣壓力，從而導(dǎo)致沿巖石的薄弱面產(chǎn)生小規(guī)模的裂縫”。由于已經(jīng)證明干酪根不生烴，上述異常高壓機(jī)理并不存在【6】。

據(jù)研究【7】，油氣藏異常高壓是深部氣源與淺部溝通的必然結(jié)果。至于張金川等人的文章提及“頁(yè)巖氣成藏具有復(fù)合性特點(diǎn)，服從物質(zhì)平衡(天然氣聚散)原理、能量守恒定律以及動(dòng)力平衡原則”。給人的印象是，似乎該文的論述遵循了基本的物理學(xué)定律。遺憾的是文章并沒(méi)有進(jìn)一步說(shuō)明在它的成藏模式中物質(zhì)是如何平衡的，能量是如何守恒的，動(dòng)力平衡所指何物。

其實(shí)，張金川等【4】另文曾明確強(qiáng)調(diào)：“頁(yè)巖氣不僅僅是存在于裂縫中的游離相天然氣，它還不服從天然氣聚集的常規(guī)成藏機(jī)理……頁(yè)巖氣成藏經(jīng)歷了非常復(fù)雜的多機(jī)理過(guò)程，是天然氣成藏機(jī)理序列中的重要構(gòu)成和典型代表”。這只能再次表明作者對(duì)頁(yè)巖氣成藏機(jī)理的認(rèn)識(shí)是模糊的。

表1 阿巴拉契亞盆地非伴生氣（NAG）和伴生氣（OAG）地球化學(xué)特征【4】Table 1 The geochemical characteristics of OAG and NAG (oil associated gases and non-associated gases) in Appalachian basin

4 結(jié)論

由于對(duì)天然氣來(lái)源的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致對(duì)頁(yè)巖氣、深盆氣成藏模式、成藏機(jī)理的一系列錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。這說(shuō)明，對(duì)石油勘探基本理論的深入研究，仍然是我們有效指導(dǎo)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐基本前提。尤其是頁(yè)巖氣成藏理論的荒謬，為國(guó)家頁(yè)巖氣十二五規(guī)劃提供了錯(cuò)誤的地質(zhì)基礎(chǔ)。頁(yè)巖不生氣一項(xiàng)，使得頁(yè)巖中還賦存大量未排除的天然氣儲(chǔ)量這一理論推測(cè)成為名副其實(shí)的幻想。從而導(dǎo)致國(guó)家政策的失誤并帶來(lái)數(shù)以千億計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。如果頁(yè)巖氣十二五規(guī)劃繼續(xù)執(zhí)行，除繼續(xù)損失國(guó)家巨大的經(jīng)濟(jì)利益以外，嚴(yán)重的國(guó)土污染、水資源污染將造成永遠(yuǎn)無(wú)法彌補(bǔ)的后果，禍及子子孫孫。

1 張金川，金之鈞，袁明生.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布[J].石油天然氣工業(yè)，2004，24(7)：15 18

2 張金川，金之鈞，龐雄奇.深盆氣成藏條件及其內(nèi)部特征[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2000，2(3) 210 214

3 Curtis J B.Fractured shale-gas systemss[J].AAPG Bulletin.2002，86(11)：1921 1938

4 R.C.Burruss a， C.D.Laughrey.Carbon and hydrogen isotopic reversals in deep basin gas： Evidence for limits to the stability of hydrocarbons[J].Organic Geochemistry，2010，41：1285 1296

5 John Zumberge， Kevin Ferworn， Stephen Brown.Isotopic reversal (‘rollover’) in shale gases produced from the Mississippian Barnett and Fayetteville formations[J].Marine and Petroleum Geology，2012，31：43 52

6 張金川，薛會(huì)，張德明，等.頁(yè)巖氣及其成藏機(jī)理[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2003，(4)：466

7 門(mén)廣田，崔永強(qiáng)，周玥.異常高壓油氣藏概論[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2006，28(4)：193 201