全球生物气藏分布特征及成藏条件

天然气工业2019年8月·10·全球生物气藏分布特征及成藏条件杨松岭　张科　陈景阳　邱春光　闵才政中海油研究总院有限责任公司摘　要　为了明确未来大型生物气藏的勘探方向，通过对全球18个重点生物气藏发育区的基本情况和其中14个早期生物成因的原生型常规生物气藏发育区油气地质条件的统计，分析探讨了原生型生物气藏分布特征及其与成藏要素的关系，归纳总结了大型原生型生物气藏形成的宏观地质条件。研究结果表明：①生物气藏储量分布具有储层时代新、埋藏偏浅、深水超深水的残余洋盆地为主的分布特征；②全球超过70%储量的早期生物成因的原生型常规生物气藏分布在具有低地表（海底）温度、低地温梯度条件、与古三角洲河口区和水下扇特别是大型深水扇相关的沉积环境中；③上述地区发育的巨厚砂泥岩具有较高的沉积速率和较低的砂地比，形成了一定丰度的（TOC＞0.5%）、以腐殖型有机质为主的烃源岩层系，既可以为微生物提供长时间、大厚度范围活动空间和养分，同时对生物气的散失也可以起到抑制作用。结论认为，未来的大型生物气藏的勘探方向应集中在具有低地表（海底）温度的冻土区和深水区、低地温梯度类型的盆地、古三角洲河口区—水下扇相关沉积环境、构造活动强度适中的正向构造带的四要素叠合领域：①具有大型物源基础的被动大陆边缘盆地外带深水区，如南大西洋两岸的尼日尔三角洲盆地深水、刚果扇、亚马逊扇以及一些古三角洲发育区；②具有大型水下扇的残余洋盆地，如孟加拉扇、印度河扇等；③具有深前渊特征前陆盆地的前渊区，如巴布亚盆地东部前渊；④冻土地区的克拉通盆地内坳陷区。关键词　全球　生物气藏　分布特征　大型原生型生物气藏　成藏条件　勘探方向DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2019.08.002DistributioncharacteristicsandhydrocarbonaccumulationconditionsofbiogenicgasreservoirsallovertheworldYangSongling,ZhangKe,ChenJingyang,QiuChunguang&MinCaizheng(CNOOCResearchInstituteCo.,Ltd.,Beijing100028,China)NATUR.GASIND.VOLUME39,ISSUE8,pp.10-24,8/25/2019.(ISSN1000-0976;InChinese)Abstract:Inordertoclarifythefutureexplorationdirectionoflarge-scalebiogenicgasreservoirs,thispaperreviewedthebasicinforma-tionof18globalmajordevelopmentareasofbiogenicgasreservoirsandthepetroleumgeologicalconditionsof14developmentareasofprimaryconventionalbiogenicgasreservoirsofearlybiogenesis.Then,thedistributioncharacteristicsofprimarybiogenicgasreservoirsandtheirrelationshipswiththehydrocarbonaccumulationconditionswereanalyzed.Finally,themacroscopicgeologicalconditionsfortheformationoflarge-scaleprimarybiogenicgasreservoirsweresummarized.Andthefollowingresearchresultswereobtained.First,thereservedistributionofbiogenicgasreservoirsischaracterizedbyyoungreservoirage,smallerburialdepthanddeep-waterandul-tradeep-waterremnantoceanbasin.Second,over70%reservesoftheprimaryconventionalbiogenicgasreservoirsofearlybiogenesisinthewholeworldaredistributedinthesedimentaryenvironmentsrelatedtopalaeodeltarivermouthorsubmarinefan(especiallylarge-scaledeepwaterfan)withlowsurface(seafloor)temperatureandlowgeothermalgradient.Third,thethicksandstone–mudstonestratadevelopedintheseareashaveahighsedimentationrateandalowsandstone/formationratio.Therefore,thesourcerocksdominatedbyhumicorganicmatterwithacertainabundance(TOC0.5%)areformed,andtheycannotonlyprovidelargespaceandnutrientforthemicrobeactivityinthelongperiod,butalsoinhibitthedispersionofbiogenicgas.Inconclusion,thefutureexplorationdirectionoflarge-scalebiogenicgasreservoirsfocusesontheareaswiththefollowingfourconditions,includingapermafrostregionandadeepwaterzonewithlowsurface(seafloor)temperatures,abasinwithalowgeothermalgradient,sedimentaryenvironmentrelatedtopalaeodeltarivermouth–submarinefansandpositivestructurebeltswithmoderatetectonicactivityintensity.Specifically,explorationdirectionisasfol-lows:(1)Thedeepwaterzonesattheouterbeltofpassivecontinentalmarginbasinwithlargeprovenance,e.g.thedeepwateroftheNigerDeltaBasin,Congofan,AmazonfanandsomepalaeodeltadevelopmentareaatbothsidesoftheSouthAtlantic;(2)Theremnantoceanbasinswithlargesubmarinefan,e.g.BengalfanandIndusfan;(3)Theforedeepzonesofforelandbasinwiththecharacteristicsofdeepforedeep,e.g.theeasternforedeepofPapuanBasin;(4)Thesagsinsidethecratonbasinsinthosepermafrostareas.Keywords:Global;Biogenicgasreservoir;Distributioncharacteristics;Large-scaleprimarybiogenicgasreservoir;Hydrocarbonaccu-mulationcondition;Explorationdirection基金项目：国家科技重大专项“非洲重点区油气勘探潜力综合评价”（编号：2017ZX05032-02）。作者简介：杨松岭，1971年生，高级工程师；主要从事海外油气勘探地质研究工作。地址：（100028）北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦A座808。电话：[phone]。ORCID:0000-0003-0263-3963。E-mail:[e-mail]第39卷第8期·11·地质勘探1　概况生物气是在低温条件下通过厌氧微生物（如甲烷菌）分解有机物而生成的，成分以甲烷为主，含部分二氧化碳、少量氮气及其他微量气体组分[1]。生物气具有气体非常干、碳同位素值轻的地球化学特征。一般认为生物气中甲烷碳同位素值（δ13C1）介于－55‰～－110‰，干燥系数（C1/C1-5）大于0.98，而热成气的δ13C1介于－20‰～－50‰，δ13C1介于－60‰～－50‰的天然气一般被认为是混合成因的[2-4]。生物气储量占世界天然气储量的20%以上[1]，甚至可以达到30%[5]。意大利、哥伦比亚、加拿大、墨西哥湾、美国、俄罗斯等国家和地区都广泛分布着大量的生物气田[6]。世界著名的生物气藏分布区有墨西哥湾、阿拉斯加库克湾、西西伯利亚盆地、波兰喀尔巴阡山前缘、意大利亚平宁山前渊、中国的柴达木盆地等[7]。通过对全球主要的生物气藏发育区天然气可采储量的统计结果（图1），其总储量达1716Tcf（表1）（1Tcf=283×1010m3，下同）。在美国休斯敦召开的AAPG2002年年会上，对生物气的形成与分布、资源潜力以及生物气与热成因气的鉴别方法进行了广泛论述与研讨[6]。自2002年以来的近15年，全球生物气勘探取得了重大突破，先后在环孟加拉湾地区和东地中海地区获得了15Tcf和65Tcf的生物气发现，东地中海深水—超深水地区的Leviathan气藏和Zohr气藏可采储量分别高达21.40Tcf和22.17Tcf[10]。这些大规模生物气藏的发现，使深海天然气勘探，特别是深海生物气的勘探备受关注，成为天然气勘探的热点之一。为此，笔者对全球生物气藏的分布特征及成藏条件进行了归纳和分析，进而指出了未来全球大型生物气藏的勘探方向。2　生物气成因与分类传统的生物气指生物甲烷，即埋藏较浅沉积物中的有机质（未熟）在还原环境下经微生物作用所形成的富甲烷气体。Shurr和Ridgley[7]依据源岩和储层沉积以后，在很短时间内发生生物作用大量生成甲烷气，还是相隔很长一段时间才发生生物作用的关系，将传统的生物气生成过程划分为两类生物气生成系统：早期生物气生成系统和晚期生物气生成系统。生物作用不仅可以作用于沉积物内的有机质，形成甲烷气，也可以作用于已生成的烃类，形成次生的甲烷气。通过厌氧微生物对原油生物降解能形成大量生物气，且具有传统生物气的特征[19,22]。氧化环境下，已形成油气藏中的烃类组分被喜氧微生物有选择性地降解后，能够使湿气组分几乎全部消失而导致气藏中的天然气成为干气[23]。从生物作用于不同物质形成甲烷气的角度，李先奇等[23]把生物气按成因类型划分为原生型生物气和次生型生物气两大类（表2）：原生型生物气的物质来源为沉积物内的有机质，次生型生物气的物质来源为已生成的烃类。原生型生物气，包括早期生物成图1　全球主要生物气藏（区）平面分布图（未统计储量的生物气藏分布位置参考Shurr和Ridgley[7]、MacGregor[8]标注的全球生物气田分布）天然气工业2019年8月·12·表1　全球主要生物气藏（区）基本特征表类型国家盆地名称盆地类型地貌典型气田气田数量层位总可采储量/Tcf最大的气藏可采储量/Tcf干燥系数δ13C1埋深（去海水）/m本文参考文献常规中国柴达木（三湖坳陷）山间盆地陆地沙漠台南、涩北17更新统6.201.89＞0.996－69.90‰～－65.00‰