松遼盆地深層天然氣成藏條件與勘探方向

摘 要

摘要：松遼盆地深層天然氣勘探除徐家圍子、長嶺和英臺斷陷外，其他斷陷的勘探效果尚不明顯。依據大量的地震、野外露頭、巖心觀察、分析化驗等資料，對松遼盆地深層斷陷結構、烴源
摘要：松遼盆地深層天然氣勘探除徐家圍子、長嶺和英臺斷陷外，其他斷陷的勘探效果尚不明顯。依據大量的地震、野外露頭、巖心觀察、分析化驗等資料，對松遼盆地深層斷陷結構、烴源巖、火山巖儲層等天然氣成藏條件進行系統(tǒng)研究后認為：該區(qū)深層天然氣分布受斷陷、火山巖、斷裂與不整合面控制；深層主要斷陷期為沙河子期，由34個大小不一、相互獨立的斷陷組成斷陷群，天然氣在各斷陷中自成含氣系統(tǒng)，主要分布于早盛繼承型斷陷中；烴源巖嚴格分布于各斷陷中，烴源巖最好的區(qū)域位于斷陷中部，地震反射特征為席狀平行結構，成層性、連續(xù)性好；火山巖儲層形成受巖相、巖性、頂面構造、噴發(fā)旋回等控制；以次級洼陷為評價單元對斷陷進行了評價，提出成藏條件好的中小型斷陷具有較大勘探潛力的新認識，指出雙城(鶯山)、林甸等為有利的接替斷陷。
關鍵詞：松遼盆地；深層；天然氣；斷陷結構；烴源巖；火山巖儲層；富集規(guī)律；勘探方向
松遼盆地是一個斷、坳雙重結構的大型疊合盆地，形成了中淺層和深層兩套含油氣系統(tǒng)[1～2]。深層主要為含氣組合，主要分布在下白堊統(tǒng)泉頭組二段以下的地層中，天然氣探明儲量已超過3000×108m3，主要儲集體為下白堊統(tǒng)營城組火山巖(圖1)。隨著盆地深層天然氣勘探的深入，許多學者對深層火山巖儲層及天然氣成藏條件產生了濃厚的興趣，對深層勘探熱點斷陷如徐家圍子和長嶺斷陷中火山巖儲層特征[3～5]、形成主控因素及斷陷內天然氣含氣系統(tǒng)[6～7]等方面進行了大量的研究工作。筆者著眼于全盆地，整體、系統(tǒng)地對深層天然氣成藏條件及勘探方向進行研究。
 
1 深層斷陷分布與演化
1.1 深層斷陷形成與發(fā)育特征
    松遼盆地斷陷期地層包括下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組和營城組3套地層。
火石嶺和營城期是盆地火山巖發(fā)育的主要時期，沙河子期為強烈斷陷發(fā)育時期，以構造沉降為主，為湖相泥巖的主要發(fā)育時期。在地震剖面上的總體反射特征表現(xiàn)為在弱反射背景上頻繁分布中高頻、中強振幅、較連續(xù)反射，該層序多超覆尖滅于下伏地層上。因此，松遼深層斷陷主要指沙河子期形成的斷陷，根據所使用的資料程度，不同學者識別的斷陷個數(shù)不同[1，8]。筆者依據地震資料，逐一識別出深層斷陷34個(圖2)，最大的斷陷面積超過6000km2，最小的不足100km2，面積大于1000km2的斷陷有16個，沙河子組最厚達2000m，一般為300～1000m。斷陷主要以NNE向展布，按照斷陷形成的結構類型主要分為箕狀和地塹兩種類型，其中以箕狀斷陷占優(yōu)(圖2)。
 
1.1 深層斷陷后期演化特征
    深層斷陷按受后期改造程度的強弱存在3種演化模式，即早盛繼承型、過渡型和早盛晚衰型(圖2)：①早盛繼承型斷陷地層發(fā)育齊全，厚度大，后期改造弱，天然氣保存條件好，典型斷陷有林甸、古龍、長嶺、孤店、徐家圍子等；②過渡型斷陷地層發(fā)育較齊全，厚度較大，但后期改造強，有層位強烈的剝蝕或褶皺，天然氣保存條件相對較差，典型斷陷有雙城、王府、德惠、梨樹等；③早盛晚衰型斷陷地層發(fā)育不齊全，斷陷后期一直處于隆升狀態(tài)，地層沉積厚度薄，并有層位缺失，這類斷陷中烴源巖成熟度均不高，典型斷陷有梅里斯、富裕、北安等。不同類型的斷陷中天然氣富集特征不同，早盛繼承型斷陷中天然氣最富集，聚集了深層95%的天然氣探明儲量。
2 深層烴源巖及火山巖儲層發(fā)育特征
2.1 深層烴源巖發(fā)育特征
    盆地深層發(fā)育火石嶺組一段、沙河子組、營城組二段烴源巖，但以沙河子組為主，有機質豐度較高，成熟度高，有機質類型以腐殖型為主[9]。由于鉆遇沙河子組的單井主要分布在徐家圍子斷陷和德惠兩個斷陷中，且主要鉆至斷陷邊部，為深層烴源巖預測帶來了一定難度。
    通過對深層69口單井系統(tǒng)分析，劃分了深層烴源巖系15類地震響應特征，歸納出烴源巖6種不同賦存形式的地震響應特征。即厚層砂巖與厚層泥巖疊合型；厚層砂巖夾薄層泥巖型；中厚砂巖與中厚泥巖互層型；厚層泥巖夾薄層砂巖型；薄層泥巖與薄層砂巖互層型及煤系烴源巖。綜合分析表明斷陷中部席狀平行結構、成層性、連續(xù)性好的地震相烴源巖較為落實，主要為深湖半深湖、湖沼相，暗色泥巖厚度大，暗地比高(45%～70%)，如三深1、達深1井。預測沙河子烴源巖的最大厚度超過900m，主要分布區(qū)間為300～500m(圖2)。沙河子組烴源巖均分布于斷陷內，由于每個斷陷由多個次級洼陷組成，烴源巖分布受次級洼陷控制，圍繞主沉降沉積中心分布。成因法和類比法預測深層天然氣資源量約為3.92×1012m3。烴源巖的生烴能力決定了資源潛力，烴源巖質量對資源潛力起到重要作用，烴源巖發(fā)育的中小型斷陷中也具有較大天然氣資源潛力。如孤店斷陷烴源巖面積359km2，與鄰近地區(qū)對比顯示，營城組與沙河子組發(fā)育烴源巖，預測資源量約為1550×108m3。
2.2 火山巖儲層發(fā)育特征
    火山巖儲層主要發(fā)育于營城組時期，火山巖主要沿斷裂分布，巖石類型、儲集空間類型多樣[3]，優(yōu)質火山巖儲層同時具有孔隙發(fā)育、裂縫發(fā)育及連通性好等特征。
火山巖儲層形成受多因素的控制?；鹕綆r相控制了儲層原生孔隙和原生裂縫，是好儲層形成的基礎，爆發(fā)相為火山巖相最有利的相帶。對979塊火山巖樣品的孔隙度進行統(tǒng)計顯示：爆發(fā)相優(yōu)于溢流相；爆發(fā)相中角礫巖的物性最好，凝灰?guī)r次之(圖3)。
 
    流紋巖為溢流相中最好的儲集巖類。不但原生氣孔最為發(fā)育，而且次生孔隙也最為發(fā)育。從玄武巖到流紋巖，由于巖漿的黏度隨酸度增大而增大，氣孔更為發(fā)育。另外，從安山巖到流紋巖，隨著巖漿酸度越大，堿性長石增多，長石溶蝕孔隙也越為發(fā)育。
    溢流相火山巖頂部為有利的儲集區(qū)帶。通常對于溢流相火山巖體，氣孔的發(fā)育和巖漿的厚度具有一定的關系。Sahagian等[10]通過對玄武巖氣孔多年研究指出：當火山巖厚度大于3m，氣孔具有聚頂現(xiàn)象。盆地南部營城煤礦附近發(fā)育一套厚約100m的流紋巖，具有明顯的氣孔聚頂現(xiàn)象，而萬17井玄武巖的巖心氣孔發(fā)育也具有這樣的規(guī)律。
    火山巖噴發(fā)期次多少和多巖性的互層疊置也控制火山巖物性好壞。通過對松遼盆地探井資料的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，中基性火山巖是否發(fā)育有利儲層還與多旋回噴發(fā)、多巖性互層疊置有關。噴發(fā)期次和旋回愈多，巖性互層疊置愈頻繁，火山巖的物性愈好，如達深3井等。相比較而言，單一厚層火山巖儲層相對不發(fā)育，如德深7井等。
3 成藏主控因素及深層天然氣勘探方向
3.1 火山巖氣藏類型
    深層天然氣以烴類氣體為主，天然氣中甲烷含量分布在1.84%～20.0%和60.0%～96.60%兩個區(qū)間內，但主要分布在80.0%～96.00%[9]。
    以沙河子組為主力生氣層，深層發(fā)育兩大含氣系統(tǒng)：下部含氣系統(tǒng)，以泉頭組一、二段泥巖為區(qū)域蓋層，登婁庫組、營城組、沙河子組及火石嶺組和基底組為儲層；上部含氣系統(tǒng)，以青山口泥巖為區(qū)域蓋層，泉頭組三、四段砂巖為儲層。前者主要以原生氣藏為主，深層天然氣主要分布于該含氣系統(tǒng)中；而后者主要以次生氣藏為主，主要分布于受白堊紀末-古近紀改造作用強烈的斷陷中。下部含氣系統(tǒng)發(fā)育3套含氣組合，以營城組火山巖為儲集層、營城組火山巖及登二段泥巖為蓋層的儲蓋組合為主要含氣組合，勘探潛力大，已發(fā)現(xiàn)的氣藏有徐家圍子斷陷興城、升平氣田、長嶺斷陷長嶺1號氣田等。
火山巖氣藏類型受火山巖體、斷層及區(qū)域構造的多重控制，火山巖內部及不同火山巖間強的分割性決定了火山巖氣藏總體類型以巖性氣藏為主?；鹕綆r總是與斷層相伴生，因此氣藏類型也受斷層及區(qū)域構造的控制。總體來說，火山巖氣藏類型有4大類6小類，分別是火山巖斷鼻(斷背斜)巖性復合氣藏；火山巖巖性氣藏；火山巖低幅背斜(地層超覆)巖性復合氣藏；火山巖構造氣藏。斷鼻(斷背斜)巖性復合氣藏分布最廣，徐家圍子斷陷已發(fā)現(xiàn)的大部分氣藏均屬此類，如升平和興城氣田，氣藏一側為斷層封堵，另一側由火山巖自身封堵(圖4)。
3.2 火山巖氣藏成藏主控因素
    由于深層斷陷具有相互獨立，分割性強的特征。因此，每個斷陷便構成了一個獨立的含氣系統(tǒng)。三大因素(斷陷、火山巖及斷裂)控制了氣藏的形成[11]。五大因素控制了氣藏的富集(烴源巖是根本；有利儲層是基礎；后期改造、保存條件是關鍵；高產靠裂縫；構造是背景)(圖4)。
    斷陷控制了深層烴源巖的發(fā)育。火山巖本身的獨立性、互不連通性等特殊性導致了火山巖氣藏橫向主要以近距離運移為主，有效的烴源巖范圍就是火山巖氣藏含氣系統(tǒng)邊界。斷裂控制了斷陷發(fā)育的規(guī)模，斷裂控制了火山巖的分布，斷裂還有助于火山巖儲層的后期改造，斷裂活動強度控制了火山巖氣藏富集度，早盛繼承型斷陷中天然氣最富集?；鹕綆r作為一類特殊的儲層類型對深層氣藏的分布起到了重要的作用：①由于火山巖受壓實作用影響較小，火山巖儲層孔隙度隨著深度的增加在緩慢降低；②受火山巖儲層形成控制因素的影響，火山巖氣藏一般分布在近火山口爆發(fā)相、溢流相流紋巖、多旋回溢流相頂面；③受火山噴發(fā)具有多期性與火山巖之間分割性強的特點的控制，火山巖氣藏以巖性氣藏為主，氣水關系復雜，氣水分布受火山巖體控制。不同火山巖之間氣藏互不連通，縱向上多套氣層疊置，平面上呈串珠狀分布的特點(圖4)。
3.3 深層天然氣勘探方向
    松遼盆地深層斷陷由于所處構造位置的不同，地質結構的多樣性，后期改造的差異，它們分別具有不同的構造特征及油氣成藏條件。每一斷陷又由多個次級洼陷組成，不同次級洼陷中烴源巖發(fā)育質量差異很大。因此，以次級洼陷為評價單元進行斷陷評價更能客觀地評價深層斷陷。以徐西凹陷和哈爾金凹陷為刻度區(qū)，根據盆地深層天然氣成藏條件的研究，以次級洼陷供烴能力、儲集體發(fā)育程度、蓋層封閉能力、斷陷后期改造程度及凹陷中二氧化碳的發(fā)育程度等為凹陷評價基本內容，對深層斷陷進行了評價，評價結果見圖5。
 
   從評價結果來看，現(xiàn)實勘探領域是徐家圍子、長嶺和英臺斷陷，天然氣資源量達2.141 4×1012m3，主要為Ⅰ類；林甸、雙城西、孤店、伏龍泉、德惠、王府、梨樹和古龍斷陷為重要接替斷陷，斷陷內主要為Ⅱ1類，天然氣資源量達1.3271×1012m3。具有一定勘探潛力的斷陷有中和、鶯山(南部)、任民鎮(zhèn)、榆樹、榆樹東、雙遼、雙城東等斷陷，天然氣資源量為3127×108m3。具有遠景資源的斷陷主要分布于斷陷邊緣，源巖成熟度較低。從斷陷評價來看，Ⅰ類評價單元主要分布在繼承型斷陷中，而Ⅱ2類評價單元主要分布在大型斷陷及成藏條件較好的中小型斷陷中，Ⅱ2類評價單元主要分布在中小型斷陷中，因此，在重視大型斷陷勘探的同時，重視中小型斷陷的勘探，成藏條件好的中小型斷陷具有較大的勘探潛力。
4 結論
    深層發(fā)育34個相互獨立的斷陷，天然氣資源量3.92×1012m3，勘探潛力大。天然氣成藏受斷陷規(guī)模、火山巖發(fā)育程度及斷裂與不整合面控制，以下部含氣系統(tǒng)為主；成藏條件好的中小型斷陷將是深層天然氣勘探重要的接替領域。
參考文獻
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(本文作者：焦貴浩1 羅霞1 印長海2 宋立中3 趙澤輝1 王志宏1 曾富英1 1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院；3.中國石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院)