向景紅

松遼盆地南部深層營城組火山巖氣藏成藏條件分析

向景紅

（中國石油大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司，吉林松原138000）

摘要：松遼盆地南部深層火山巖氣藏已經(jīng)逐漸成為油氣儲量的重要增長點(diǎn)。由于勘探程度較低，火山巖氣藏的成藏條件研究還不夠深入，在一定程度上制約了勘探的成效。從烴源巖條件、儲集條件、蓋層條件、輸導(dǎo)條件以及圈閉條件入手，系統(tǒng)分析了研究區(qū)火山巖成藏條件。結(jié)果表明，沙河子組發(fā)育的大規(guī)模煤系地層可以為火山巖氣藏提供充足的氣源；深層火山巖發(fā)育的裂縫系統(tǒng)溝通早期形成的孔、縫、洞，由此構(gòu)成了研究區(qū)良好的儲集體系；松遼盆地南部深層火山巖氣藏蓋層類型多，保存條件較好，泉頭組一段頂部泥巖為較好的區(qū)域蓋層，登婁庫組三、四段及沙河子組泥巖是有利的局部蓋層，它們?yōu)闋I城組火山巖內(nèi)部天然氣聚集起到良好的封蓋作用；研究區(qū)天然氣輸導(dǎo)通道包括滲透性地層、不整合面以及斷裂；營城組火山巖圈閉類型較多，其分布主要與構(gòu)造位置、斷層展布、火山巖體等因素相關(guān)。

關(guān)鍵詞：成藏條件；裂縫系統(tǒng)；區(qū)域蓋層；圈閉；火山巖氣藏；營城組；松遼盆地

松遼盆地南部經(jīng)歷近50年的勘探與開發(fā)工作，中淺層的成藏條件以及油氣分布規(guī)律已經(jīng)較為清楚，但是深層火山巖氣藏的勘探起步較晚，直到2005年第一口針對火山巖勘探的長深1井獲日產(chǎn)46×104m3的高產(chǎn)氣流，才揭開松遼盆地深層火山巖勘探的序幕[1,2]。而且，目前深層火山巖氣藏的勘探程度很不平衡，鉆遇井多集中分布在東部斜坡帶的伏龍泉、雙坨子、大老爺府和顧家店構(gòu)造，還存在大量的勘探空白區(qū)。因此，急需對松遼盆地南部深層成功探區(qū)進(jìn)行火山巖成藏條件的分析。本次研究以長嶺斷陷為例，進(jìn)行火山巖氣藏成藏條件精細(xì)解剖，為研究區(qū)下步火山巖勘探提供有利依據(jù)。

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1　地質(zhì)概況

松遼盆地南部是指松花江以南部分，地跨吉林、遼寧、內(nèi)蒙古三省，面積約為13.3×104km2，有效的勘探面積為5.2×104km2。目前地震勘探基本落實(shí)松南深部斷陷19個，總面積約為3.6×104km2，其中，斷陷面積最大的是長嶺斷陷，可達(dá)1.3 ×104km2。根據(jù)斷陷的分布和盆地深淺層疊合特征，將松遼盆地南部深部斷陷自西而東平面上劃分為西、中、東3個斷陷帶：西部斜坡區(qū)深層斷陷—西部斷陷帶，中央坳陷區(qū)深層斷陷—中部斷陷帶，東南隆起區(qū)深層斷陷—東部斷陷帶（圖1）。松遼盆地南部可以劃分4個一級構(gòu)造單元，分別是東南隆起區(qū)、中央凹陷區(qū)、西部斜坡區(qū)和西南隆起區(qū)；最大的長嶺斷陷位于松遼盆地南部的中部斷陷帶，是一個面積大、資源豐富的復(fù)合型斷陷，斷陷面積為1.3×104km2，天然氣資源量為5 800 ×108m3。通過深層新采集的二維地震3 308.96 km和三維地震370 km2，發(fā)現(xiàn)哈爾金、前神字井、大老爺府北4號等一批構(gòu)造及大布蘇、讓字井、情字井、乾安北等多個火山巖體。

圖1　松遼盆地南部深層營城組主要斷陷分布圖

2　火山巖成藏條件

與其它油氣藏一樣，火山巖氣藏的形成和保存也許需要生、儲、蓋、運(yùn)、圈、保六大成藏要素的有機(jī)組合和匹配[3-5]。

2.1烴源巖條件

油氣的生成是油氣藏形成的基礎(chǔ)和前提[6]，因此，探區(qū)深層烴源巖的有無、發(fā)育、分布及其品質(zhì)是深層火山巖氣藏勘探首先需要回答的問題。它直接關(guān)系到探區(qū)油氣的富集程度和分布規(guī)律，對松遼盆地南部深層斷陷的油氣勘探具有重要意義。

2.1.1烴源巖發(fā)育與分布

松遼盆地南部深層發(fā)育大小不一的斷陷群，斷陷初期，各個斷陷的水體互不連通，各自斷陷均發(fā)育湖泊相帶；斷陷晚期，各斷陷水體變淺，湖泊均被充填，也就是說，斷陷基本連通，與初期不同的是除了發(fā)育湖泊相外，還發(fā)育河流相和沼澤相。由于沉積條件和沉積環(huán)境的變化，決定了烴源巖發(fā)育特征。以中部斷陷帶的長嶺斷陷為例（圖2，圖3），平面上長嶺斷陷沙河子組和營城組烴源巖主要分布在南北兩個凹陷中，南部凹陷埋深較大，分布面積廣，營城組和沙河子組的暗地比均在40%以上。南部凹陷的厚度要大于北部凹陷，由斷陷內(nèi)部向東、西斜坡有變薄的趨勢。

圖2　長嶺斷陷營城組（K1）烴源巖厚度圖

圖3　長嶺斷陷沙河子組（K1）烴源巖厚度圖

2.1.2有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)的豐度是決定其生烴量的關(guān)鍵因素。長嶺斷陷登婁庫組、營城組和沙河子組三套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度分布差異較大。登婁庫組有機(jī)質(zhì)豐度總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，有機(jī)碳0.12%～0.75%，平均0.44%，氯仿瀝青“A”0.002 9%～0.016%，平均0.009%。營城組烴源巖有機(jī)碳0.65%～1.13%，平均0.89%，氯仿瀝青“A”0.008%～0.026%，平均0.015%。由于現(xiàn)有鉆井揭示的是位于斷陷邊緣的淺湖相，推測斷陷深部半深湖—深湖相暗泥巖豐度更高一些，而登婁庫組泥巖基本上為非烴源巖。由于沙河子組在中部斷陷帶的埋深很大，鉆井揭示到的很少，烴源巖中有機(jī)質(zhì)的豐度依據(jù)徐家圍子及松遼盆地南部其他幾個斷陷的數(shù)據(jù)推測沙河子組烴源巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.31%左右，氯仿瀝青“A”大部分在0.05%以上，根據(jù)地層厚度和斷陷形態(tài)，沙河子組烴源巖豐度高值區(qū)應(yīng)在南、北兩個次凹陷中。

2.1.3有機(jī)質(zhì)類型

烴源巖中有機(jī)質(zhì)類型（性質(zhì)）決定了單位質(zhì)量烴源巖的成烴潛力和產(chǎn)物特征。就初次裂解產(chǎn)物而言，I、II型有機(jī)質(zhì)以成油為主，III型有機(jī)質(zhì)以產(chǎn)氣為主，但就絕對的成烴能力來說，有機(jī)質(zhì)類型越好，成烴能力越高。因此，當(dāng)成熟度達(dá)到高成熟—過成熟階段，液態(tài)油大量裂解成氣時，類型較好的有機(jī)質(zhì)還是能生成更多的天然氣。

目前的分析數(shù)據(jù)顯示，三個斷陷帶中，西部斷陷帶的英臺斷陷在營城組及沙河子組內(nèi)，發(fā)育II1和II2型的干酪跟，反映出類型好、生烴潛力高的特征（圖4）。東部斷陷帶和中部斷陷帶的干酪根顯微組分組成以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，相應(yīng)的干酪根類型指數(shù)分布，顯示了典型的III型有機(jī)質(zhì)的特征（圖5）。就目前的分析數(shù)據(jù)來看，東南斷陷帶和中部斷陷帶深層源巖可能以III型有機(jī)質(zhì)為主，少量為II型，但不排除這是因?yàn)樯顚釉磶r埋深較大，演化程度較高，指標(biāo)所指示的類型偏差的結(jié)果。

圖4　英臺斷陷龍深1井有機(jī)質(zhì)的H/C與O/C關(guān)系圖

圖5　中部和東部斷陷帶干酪根類型分布直方圖

2.1.4有機(jī)質(zhì)成熟度

目前確定有機(jī)質(zhì)成熟度的指標(biāo)有多種，但最為權(quán)威和有效的指標(biāo)仍然是鏡質(zhì)體反射率（Ro）。西部斷陷帶的英臺斷陷深層源巖的鏡質(zhì)體反射率基本上大于1.3%，處在高成熟的演化階段，部分沙河子組樣品鏡質(zhì)體反射率大于2%，處于過成熟階段。研究區(qū)中部斷陷帶的長嶺斷陷，乾北次洼演化程度總體高于黑帝廟次凹，由凹陷中心向邊緣逐漸變低。長嶺斷陷成熟度評價(jià)結(jié)果是登婁庫組有機(jī)質(zhì)熱演化處于高成熟階段，營城組有機(jī)質(zhì)熱演化處于高成熟—過成熟階段，沙河子組、火石嶺組有機(jī)質(zhì)處于過成熟階段（圖6）。

圖6　長嶺斷陷鏡質(zhì)體反射率與深度關(guān)系圖

2.2儲集層條件

火成巖作為油氣的儲層是目前研究的重點(diǎn)?；鸪蓭r的儲集空間存在孔隙和裂縫兩大類[7-9]。松遼盆地火山巖氣藏的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碎屑巖氣藏，儲量占了深層的絕大部分，表明火成巖在深層是明顯優(yōu)于碎屑巖的優(yōu)質(zhì)儲層。火成巖能夠成為深層優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵有二點(diǎn)，其一，盆地深層火山巖作為儲集層在體積上占有優(yōu)勢，這與斷陷形成早期的火山作用往往不是孤立、一次性、小規(guī)模的，因此常常形成多期發(fā)育的分布廣、厚度大、疊置的火山巖體有關(guān)；其二，火成巖能在深埋條件下保持較高的儲集物性。圖7顯示火山巖的孔隙度并不像碎屑巖那樣隨埋深增大而明顯減小，在達(dá)到3 500 m左右的高埋深條件下，仍然能夠保持6%～14%的高孔隙度。這可能與以下三方面的原因有關(guān)：第一，火成巖的抗壓強(qiáng)度較高，在深埋條件下，原生、次生的孔隙得到更多保存；第二，火山巖屬于快速冷卻結(jié)晶形成的巖體，更容易在暴露、淺埋期間經(jīng)風(fēng)化、淋濾產(chǎn)生新的儲集空間；更為重要的是第三，火成巖的性脆，加上火成巖總是發(fā)育在深大斷裂及其附近，因此，裂縫比較發(fā)育，這些裂縫溝通早期形成的孔、縫、洞，形成良好的儲、滲空間。

圖7　松遼盆地不同類型儲層孔深關(guān)系圖

2.3蓋層條件

松遼盆地南部深層火山巖氣藏蓋層類型很多，保存條件較好，按蓋層的產(chǎn)狀及作用可分為三類，即區(qū)域蓋層、局部蓋層、直接蓋層[10,11]。長嶺斷陷蓋層能夠充當(dāng)斷陷層系主要區(qū)域蓋層的地層為泉頭組一段頂部泥巖（圖8），泥巖主要以深灰、灰黑色泥巖為主，泥巖質(zhì)純，在平面上分布比較穩(wěn)定，長嶺斷陷一般大于100 m，其中在乾安和孤店地區(qū)最大可超過300 m，是全區(qū)良好的區(qū)域蓋層。局部蓋層也相當(dāng)發(fā)育，登婁庫組三、四段及沙河子組泥巖都是有利的局部蓋層，其中，登婁庫組泥巖段分布廣泛，厚度穩(wěn)定，一般達(dá)100 m左右，對大部分的氣層起到了良好的封蓋效果（圖9）。直接蓋層為登婁庫組下部泥巖和營城組火山巖層間的泥巖和部分致密的玄武巖。如長嶺1號營城組氣藏的蓋層登婁庫組，泥巖累計(jì)厚100 m左右，泥地比達(dá)30%～50%。反映出直接蓋層泥巖具有厚度大，分布穩(wěn)定等特點(diǎn)，為長嶺斷陷營城組火山巖天然氣聚集起到良好封蓋作用。

圖8　泉一段泥巖蓋層厚度分布圖

圖9　登婁庫組泥巖蓋層厚度分布圖

2.4輸導(dǎo)條件

輸導(dǎo)系統(tǒng)是連接“源”和“藏”的橋梁，具體的油氣通道及路徑影響著油氣的運(yùn)聚方向、聚集部位及油氣散失量和運(yùn)聚效率[12-14]。根據(jù)運(yùn)移介質(zhì)的不同，將油氣輸導(dǎo)通道分為三類，即滲透性地層、不整合和斷裂。

2.4.1滲透性地層輸導(dǎo)通道

滲透性地層是油氣運(yùn)聚的基礎(chǔ)，因而是重要的輸導(dǎo)通道。深層的儲集層輸導(dǎo)系統(tǒng)包括登婁庫組碎屑巖砂巖系統(tǒng)和營城組火山巖裂隙系統(tǒng)兩大部分。受斷陷盆地多期構(gòu)造演化和特殊沉積環(huán)境的控制，儲集層連通性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，油氣運(yùn)移路徑和通道較為復(fù)雜。油氣一般僅集中在少數(shù)連通性好、滲透率較高的孔隙通道上運(yùn)移。達(dá)爾罕構(gòu)造DB11井油氣顯示多集中在火山巖及火山碎屑巖中，占營城組含氣層的90%以上。經(jīng)巖心觀察發(fā)現(xiàn)，火成巖及泥巖中微裂縫相當(dāng)發(fā)育。掃描電鏡觀察，有的裂縫被方解石充填后，在方解石脈兩邊見有無充填的微裂縫，縫壁上無明顯的黏土礦物生長，方解石脈有溶蝕現(xiàn)象，并產(chǎn)生次生溶蝕孔；有的裂縫被方解石充填后，僅在方解石脈一邊留有微裂縫。這表明火成巖裂隙及次生孔隙發(fā)育層段是油氣的重要輸導(dǎo)層系之一。

2.4.2不整合輸導(dǎo)通道

不整合與油氣聚集有密切的關(guān)系，除了改善不整合面以下地層的儲集物性、有利于形成各種與不整合有關(guān)的圈閉之外，不整合還為油氣運(yùn)移提供優(yōu)勢運(yùn)移通道，油氣常?？梢酝ㄟ^不整合面進(jìn)行長距離的運(yùn)移，可以導(dǎo)致源區(qū)之外的成藏。

受燕山早期、燕山末期、喜山早期、喜山末期幾次較大構(gòu)造運(yùn)動的影響，區(qū)內(nèi)深層斷陷帶發(fā)育了多個不整合面，為油氣運(yùn)移提供較好通道。尤其是營城組末期的不整合面是斷陷階段演化鼎盛時期的一次大規(guī)模構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動，各斷陷盆地不同程度的遭受地層剝蝕，在地震剖面上可清晰識別的區(qū)域角度不整合。

2.4.3斷裂輸導(dǎo)通道

斷裂具有開啟和封閉的雙重性質(zhì)，如張性斷層更易具有通道性，相比壓性斷層更易具封閉性，斷層的傾角大，有利于運(yùn)移，斷層的傾角小，則有利于封閉。除此之外，斷層作為油氣輸導(dǎo)，還與斷層的相對活動與靜止密切相關(guān)，在斷層的活動期普遍具通道性，在斷層的靜止期容易封閉，因此同一斷層在不同的部位或不同的時期，可表現(xiàn)出不同的作用。

松遼盆地?cái)嘞萜诘貙訑嗔逊浅０l(fā)育，它們與滲透性地層和不整合一起構(gòu)成了立體的輸導(dǎo)通道，加上小分子的天然氣的流動能力強(qiáng)，因此，盡管斷陷深部地層因致密、滲透性差和相變快、連續(xù)性差，但通過非常發(fā)育的斷裂體系溝通構(gòu)成立體輸導(dǎo)體系，區(qū)內(nèi)天然氣的輸導(dǎo)條件總體上是比較優(yōu)越的。

2.5圈閉條件

2.5.1火山巖圈閉發(fā)育與分布

火成巖發(fā)育區(qū)往往是斷裂發(fā)育區(qū)，火山作用常常形成正向地貌，這使得火山巖發(fā)育區(qū)總是能夠形成多種遮擋條件，如斷層遮擋、披覆體遮擋、不整合遮擋、巖性突變遮擋等等，從而形成多種類型的圈閉。在同一火成巖體周圍，可以形成一系列圈閉組合，形成火成巖圈閉群的概念，如火成巖披覆構(gòu)造圈閉、火山巖透鏡體圈閉、火山巖斷塊圈閉、火山巖不整合圈閉、火成巖古潛山圈閉等一系列。因此，火山巖發(fā)育區(qū)一般并不缺乏圈閉條件，而且往往規(guī)模較大，從而為大中型氣田/氣藏的形成奠定了基礎(chǔ)。從目前的勘探情況來看，深層型圈閉主要與構(gòu)造位置、斷層展布、火山巖體等因素相關(guān)。對于巖性致密、未遭受破壞的火成巖可以作為圈閉蓋層或遮擋物，形成火成巖自儲自蓋型圈閉；斷陷內(nèi)部發(fā)育的火成巖、近岸水下扇可以成為獨(dú)立的巖性圈閉；火山巖與圍巖具有巖性突變，可形成火山巖透鏡體圈閉；長嶺斷陷帶營城組向東逐漸減薄，易形成地層圈閉；從基底的構(gòu)造形態(tài)來看，斷陷中部發(fā)育的繼承性古隆起，為形成大規(guī)模的火山巖構(gòu)造圈閉提供良好的地質(zhì)條件。

2.5.2圈閉有效性分析

圈閉的有效性主要取決于三方面：一是與烴源巖的空間配置關(guān)系，二是形成期與生排烴期的時間匹配關(guān)系，三是成藏期之后的保存條件的有效性[15,16]。就圈閉與源巖的空間匹配來說，由于區(qū)內(nèi)深層的火山巖主要發(fā)育于營城組，與深層的主要源巖層營城組和沙河子組層位上接近，斷陷盆地的特殊結(jié)構(gòu)使兩者往往平面上重疊或交叉。就時間上的匹配來說，與需要晚期差異隆升或褶皺變形才能形成圈閉不同，上述火山巖圈閉多在上覆泉頭組、登婁庫組蓋層沉積之后就已經(jīng)形成，早于前面生排烴期和成藏期研究所確定的登婁庫組末期—姚家組末期。至少，火山巖圈閉的形成時間會早于上覆的泉頭組和登婁庫組碎屑巖圈閉。因此，時、空匹配上都是有效的。就保存條件的有效性來說，主要取決于蓋層的有效性。前已述及，如果沒有后期斷層的破壞，深層蓋層都是有效的。因此，區(qū)內(nèi)深層圈閉的有效性需要關(guān)注構(gòu)造反轉(zhuǎn)期斷層對蓋層條件的影響。

綜合來看，松遼盆地南部深層，圈閉面積大、類型多，與源巖的空間分布和成氣的時間匹配有利，多為有效圈閉。

3　結(jié)論

（1）松遼盆地南部深層發(fā)育沙河子組、營城組、登婁庫組三套烴源巖，其中沙河子組湖相泥巖和煤系地層最為發(fā)育。從有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度等指標(biāo)來看，鉆井揭示的沙河子組烴源巖普遍達(dá)到較好至優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的氣源條件。

（2）松遼盆地南部深層營城組火山巖裂縫比較發(fā)育，由其溝通早期形成的孔、縫、洞，形成良好的儲集體系。

（3）研究區(qū)蓋層類型多，保存條件好。泉一段頂部泥巖以深灰、灰黑色為主，在平面上分布比較穩(wěn)定，是一套良好的區(qū)域蓋層。登婁庫組三、四段與沙河子組泥巖都是有利的局部蓋層。登婁庫組下部泥巖和營城組火山巖層間的泥巖和部分致密的玄武巖是有效的直接蓋層，為營城組火山巖天然氣聚集起到良好的封蓋作用。

（4）松遼盆地南部深層營城組火山巖天然氣的輸導(dǎo)條件優(yōu)越，根據(jù)介質(zhì)的不同，可將油氣輸導(dǎo)通道分為三類，即滲透性地層、不整合和斷裂輸導(dǎo)通道。

（5）深層火山巖圈閉類型多樣化，主要與構(gòu)造位置、斷層展布、火山巖體等因素相關(guān)。由于同受斷裂控制，與源巖空間配置有利，圈閉形成時間早，同時蓋層條件好，因此，只要不受后期斷裂的破壞，多為有效圈閉。

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中圖分類號：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.065

收稿日期：2012-03-30；改回日期：2012-06-06

作者簡介：向景紅，女，1971年生，工程師，1993年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院應(yīng)用地球物理專業(yè)，從事石油地質(zhì)研究工作。

文章編號：1008-2336（2012）03-0065-06

Analysis of the Accumulation Conditions for Volcanic Gas Reservoirs in Deep Yingcheng Formation, Southern Part of Songliao Basin

XIANG Jinghong
（The Second Geolgging Company, Daqing Drilling Engineering Company, Songyuan Jilin 138000, China）

Abstract:Volcanic gas reservoir in Yingcheng Formation in deep part of southern Songliao Basin has gradually become very important in increasing the oil and gas reserves. Due to the low degree of exploration, study on the accumulation conditions for volcanic gas reservoir is insuff i cient, inf l uencing the effectiveness of exploration to some extent. In this paper, the accumulation conditions for volcanic gas reservoir have been analyzed systematically, including the source rock conditions, reservoir conditions, sealing conditions, conducting conditions and trap conditions. The study results show that large-scale coal-bearing strata in Shahezi Formation can provide suff i cient gas for volcanic gas reservoir; the fracture systems in deep volcanic rocks can communicate the earlier developed pores, fractures and caves, resulting in good reservoir systems in the study area; there are various caprock types in volcanic gas reservoir in deep part of southern Songliao Basin, and the sealing conditions are good. The mudstone in fi rst member of Quantou Formation is better regional seal, mudstone in third and fourth member of Denglouku Formation and Shahezi Formation are favorable local seals, with good seal capability for the gas communication in volcanic rocks of Yingcheng Formation; gas transporting pathways in the study area include permeable formation, unconformity and faults; there are various trap types in volcanic rocks of Yingcheng Formation, and their distribution is mainly related with structural location, fault distribution and volcanic rocks.

Key words:accumulation conditions; fracture system; regional cap; trap; volcanic gas reservoir; Yingcheng Formation; Songliao Basin