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(zhǎng)嶺和英臺(tái)斷陷外，其他斷陷的勘探效果尚不明顯。依據(jù)大量的地震、野外露頭、巖心觀察、分析化驗(yàn)等資料，對(duì)松遼盆地深層斷陷結(jié)構(gòu)、烴源
摘要：松遼盆地深層天然氣勘探除徐家圍子、長(zhǎng)嶺和英臺(tái)斷陷外，其他斷陷的勘探效果尚不明顯。依據(jù)大量的地震、野外露頭、巖心觀察、分析化驗(yàn)等資料，對(duì)松遼盆地深層斷陷結(jié)構(gòu)、烴源巖、火山巖儲(chǔ)層等天然氣成藏條件進(jìn)行系統(tǒng)研究后認(rèn)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(gè)大小不一、相互獨(dú)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(yán)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(jié)構(gòu)，成層性、連續(xù)性好；火山巖儲(chǔ)層形成受巖相、巖性、頂面構(gòu)造、噴發(fā)旋回等控制；以次級(jí)洼陷為評(píng)價(jià)單元對(duì)斷陷進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出成藏條件好的中小型斷陷具有較大勘探潛力的新認(rèn)識(shí)，指出雙城(鶯山)、林甸等為有利的接替斷陷。
關(guān)鍵詞：松遼盆地；深層；天然氣；斷陷結(jié)構(gòu)；烴源巖；火山巖儲(chǔ)層；富集規(guī)律；勘探方向
松遼盆地是一個(gè)斷、坳雙重結(jié)構(gòu)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(chǔ)量已超過(guò)3000×108m3，主要儲(chǔ)集體為下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖(圖1)。隨著盆地深層天然氣勘探的深入，許多學(xué)者對(duì)深層火山巖儲(chǔ)層及天然氣成藏條件產(chǎn)生了濃厚的興趣，對(duì)深層勘探熱點(diǎn)斷陷如徐家圍子和長(zhǎng)嶺斷陷中火山巖儲(chǔ)層特征[3～5]、形成主控因素及斷陷內(nèi)天然氣含氣系統(tǒng)[6～7]等方面進(jìn)行了大量的研究工作。筆者著眼于全盆地，整體、系統(tǒng)地對(duì)深層天然氣成藏條件及勘探方向進(jìn)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?cái)嘞萜诘貙影ㄏ掳讏捉y(tǒng)火石嶺組、沙河子組和營(yíng)城組3套地層。
火石嶺和營(yíng)城期是盆地火山巖發(fā)育的主要時(shí)期，沙河子期為強(qiáng)烈斷陷發(fā)育時(shí)期，以構(gòu)造沉降為主，為湖相泥巖的主要發(fā)育時(shí)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(qiáng)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(jù)所使用的資料程度，不同學(xué)者識(shí)別的斷陷個(gè)數(shù)不同[1，8]。筆者依據(jù)地震資料，逐一識(shí)別出深層斷陷34個(gè)(圖2)，最大的斷陷面積超過(guò)6000km2，最小的不足100km2，面積大于1000km2的斷陷有16個(gè)，沙河子組最厚達(dá)2000m，一般為300～1000m。斷陷主要以NNE向展布，按照斷陷形成的結(jié)構(gòu)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(qiáng)弱存在3種演化模式，即早盛繼承型、過(guò)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(zhǎng)嶺、孤店、徐家圍子等；②過(guò)渡型斷陷地層發(fā)育較齊全，厚度較大，但后期改造強(qiáng)，有層位強(qiáng)烈的剝蝕或褶皺，天然氣保存條件相對(duì)較差，典型斷陷有雙城、王府、德惠、梨樹(shù)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(chǔ)量。
2 深層烴源巖及火山巖儲(chǔ)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(yíng)城組二段烴源巖，但以沙河子組為主，有機(jī)質(zhì)豐度較高，成熟度高，有機(jī)質(zhì)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(gè)斷陷中，且主要鉆至斷陷邊部，為深層烴源巖預(yù)測(cè)帶來(lái)了一定難度。
    通過(guò)對(duì)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(yīng)特征，歸納出烴源巖6種不同賦存形式的地震響應(yīng)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(jié)構(gòu)、成層性、連續(xù)性好的地震相烴源巖較為落實(shí)，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(dá)深1井。預(yù)測(cè)沙河子烴源巖的最大厚度超過(guò)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(nèi)，由于每個(gè)斷陷由多個(gè)次級(jí)洼陷組成，烴源巖分布受次級(jí)洼陷控制，圍繞主沉降沉積中心分布。成因法和類比法預(yù)測(cè)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(zhì)量對(duì)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(duì)比顯示，營(yíng)城組與沙河子組發(fā)育烴源巖，預(yù)測(cè)資源量約為1550×108m3。
2.2 火山巖儲(chǔ)層發(fā)育特征
    火山巖儲(chǔ)層主要發(fā)育于營(yíng)城組時(shí)期，火山巖主要沿?cái)嗔逊植?，巖石類型、儲(chǔ)集空間類型多樣[3]，優(yōu)質(zhì)火山巖儲(chǔ)層同時(shí)具有孔隙發(fā)育、裂縫發(fā)育及連通性好等特征。
火山巖儲(chǔ)層形成受多因素的控制?；鹕綆r相控制了儲(chǔ)層原生孔隙和原生裂縫，是好儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)，爆發(fā)相為火山巖相最有利的相帶。對(duì)979塊火山巖樣品的孔隙度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(chǔ)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(zhǎng)石增多，長(zhǎng)石溶蝕孔隙也越為發(fā)育。
    溢流相火山巖頂部為有利的儲(chǔ)集區(qū)帶。通常對(duì)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(guān)系。Sahagian等[10]通過(guò)對(duì)玄武巖氣孔多年研究指出：當(dāng)火山巖厚度大于3m，氣孔具有聚頂現(xiàn)象。盆地南部營(yíng)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(wàn)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(guò)對(duì)松遼盆地探井資料的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中基性火山巖是否發(fā)育有利儲(chǔ)層還與多旋回噴發(fā)、多巖性互層疊置有關(guān)。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(dá)深3井等。相比較而言，單一厚層火山巖儲(chǔ)層相對(duì)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(gè)區(qū)間內(nèi)，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(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組及火石嶺組和基底組為儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)末-古近紀(jì)改造作用強(qiáng)烈的斷陷中。下部含氣系統(tǒng)發(fā)育3套含氣組合，以營(yíng)城組火山巖為儲(chǔ)集層、營(yíng)城組火山巖及登二段泥巖為蓋層的儲(chǔ)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(zhǎng)嶺斷陷長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田等。
火山巖氣藏類型受火山巖體、斷層及區(qū)域構(gòu)造的多重控制，火山巖內(nèi)部及不同火山巖間強(qiáng)的分割性決定了火山巖氣藏總體類型以巖性氣藏為主。火山巖總是與斷層相伴生，因此氣藏類型也受斷層及區(qū)域構(gòu)造的控制?？傮w來(lái)說(shuō)，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(fù)合氣藏；火山巖巖性氣藏；火山巖低幅背斜(地層超覆)巖性復(fù)合氣藏；火山巖構(gòu)造氣藏。斷鼻(斷背斜)巖性復(fù)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(cè)為斷層封堵，另一側(cè)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(dú)立，分割性強(qiáng)的特征。因此，每個(gè)斷陷便構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)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(chǔ)層是基礎(chǔ)；后期改造、保存條件是關(guān)鍵；高產(chǎn)靠裂縫；構(gòu)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(dú)立性、互不連通性等特殊性導(dǎo)致了火山巖氣藏橫向主要以近距離運(yùn)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(chǔ)層的后期改造，斷裂活動(dòng)強(qiáng)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(chǔ)層類型對(duì)深層氣藏的分布起到了重要的作用：①由于火山巖受壓實(shí)作用影響較小，火山巖儲(chǔ)層孔隙度隨著深度的增加在緩慢降低；②受火山巖儲(chǔ)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(qiáng)的特點(diǎn)的控制，火山巖氣藏以巖性氣藏為主，氣水關(guān)系復(fù)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(diǎn)(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(gòu)造位置的不同，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性，后期改造的差異，它們分別具有不同的構(gòu)造特征及油氣成藏條件。每一斷陷又由多個(gè)次級(jí)洼陷組成，不同次級(jí)洼陷中烴源巖發(fā)育質(zhì)量差異很大。因此，以次級(jí)洼陷為評(píng)價(jià)單元進(jìn)行斷陷評(píng)價(jià)更能客觀地評(píng)價(jià)深層斷陷。以徐西凹陷和哈爾金凹陷為刻度區(qū)，根據(jù)盆地深層天然氣成藏條件的研究，以次級(jí)洼陷供烴能力、儲(chǔ)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(píng)價(jià)基本內(nèi)容，對(duì)深層斷陷進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖5。
 
   從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，現(xiàn)實(shí)勘探領(lǐng)域是徐家圍子、長(zhǎng)嶺和英臺(tái)斷陷，天然氣資源量達(dá)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(shù)和古龍斷陷為重要接替斷陷，斷陷內(nèi)主要為Ⅱ1類，天然氣資源量達(dá)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(shù)、榆樹(shù)東、雙遼、雙城東等斷陷，天然氣資源量為3127×108m3。具有遠(yuǎn)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(píng)價(jià)來(lái)看，Ⅰ類評(píng)價(jià)單元主要分布在繼承型斷陷中，而Ⅱ2類評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(shí)，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(jié)論
    深層發(fā)育34個(gè)相互獨(dú)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(lǐng)域。
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(本文作者：焦貴浩1 羅霞1 印長(zhǎng)海2 宋立中3 趙澤輝1 王志宏1 曾富英1 1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院；2.中國(guó)石油大慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中國(guó)石油吉林油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)