印長(zhǎng)海 楊步增 崔永強(qiáng)

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

松遼盆地徐家圍子斷陷近南北向延伸，斷陷東西最寬處40km，南北長(zhǎng)約80km。斷陷周邊高程－2500 －3500m，斷陷內(nèi)高程低于-5000m，斷陷最深處－8500m，總體呈現(xiàn)為西斷東超的構(gòu)造格局，西與古中央隆起帶以徐西斷裂相隔，東側(cè)與尚家-朝陽(yáng)溝隆起帶呈斜坡過(guò)渡。地層自下而上發(fā)育晚侏羅世火石嶺組、早白堊世沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組及泉頭組。

關(guān)于松遼盆地徐家圍子斷陷深層烴類(lèi)氣藏的來(lái)源可謂眾說(shuō)紛紜，隨著研究的逐漸深入，研究者思路不斷得到解放，不同源有機(jī)氣相互混合出現(xiàn)幔源氣地化特征的思路得到扭轉(zhuǎn)，無(wú)機(jī)合成氣極少顯示幔源氣特征的現(xiàn)象得到合理的解釋。烴類(lèi)氣藏的地幔來(lái)源得到越來(lái)越多的承認(rèn)。

粗略指出深大斷裂是幔源氣向上運(yùn)移通道，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。其一，深大斷裂作為斷穿整個(gè)地殼和剛性上地幔的巖石圈斷裂，在松遼盆地并不存在。其二，盆地的形成和演化作為幔源氣向上運(yùn)移的地質(zhì)背景，必須得到清楚的認(rèn)識(shí)。

徐家圍子斷陷深層天然氣藏賦存于下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖儲(chǔ)層，火山巖分布規(guī)律、火山巖形成與演化研究、火山巖氣藏三維地震圖像與海底泥火山三維地震圖像對(duì)比研究，將有助于深入理解幔源深部流體對(duì)深層天然氣成藏的重要作用。

松遼盆地深層氣CH4氣藏與CO2氣藏分布問(wèn)題，一直困繞著勘探和開(kāi)發(fā)地質(zhì)人員。通過(guò)對(duì)深層天然氣地幔來(lái)源的研究，將引導(dǎo)我們得出更為合理的解釋。

1 松遼盆地深層天然氣的地幔來(lái)源

戴金星等【1】根據(jù)天然氣地球化學(xué)特征將中國(guó)東部天然氣分為三種成因類(lèi)型， 分別為有機(jī)成因的烷烴氣、無(wú)機(jī)成因的烷烴氣和無(wú)機(jī)成因的CO2氣。徐家圍子斷陷深層烴類(lèi)氣和CO2氣均為無(wú)機(jī)成因。

關(guān)于徐家圍子斷陷烴類(lèi)氣的判別，曾存在較大的分歧，認(rèn)為不同類(lèi)型有機(jī)成因氣的混合，也可以形成甲烷及其同系物碳同位素反序。這種利用不同來(lái)源有機(jī)成因氣混合的數(shù)值模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)碳同位素反序的做法【2】，是把徐家圍子斷陷“可能的氣源巖包括登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組、火石嶺組以及石炭二疊系”，“以各套源巖吸附氣近似作為單中一來(lái)源的天然氣，根據(jù)C5一C7重?zé)N化合物組成指標(biāo)，分析了深層混合氣的來(lái)源特征”。其一，從前提上排斥了天然氣地幔來(lái)源的可能，這就偏離了討論的客觀前提。其二，利用天然氣組分含量中微量甚至并不存在的C5一C7重?zé)N化合物來(lái)分析烴類(lèi)氣體的來(lái)源，其結(jié)論的可靠性無(wú)法驗(yàn)證。

徐家圍子深層所有主要生產(chǎn)井的氣樣分析數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為甲烷及其同系物碳同位素反序特征（表1），烴類(lèi)氣和二氧化碳?xì)饩厢Ｔ礆馀袆e指標(biāo)【3】。中國(guó)東部CO2氣的地幔來(lái)源已經(jīng)得到普遍承認(rèn)。在此前提下，承認(rèn)烴類(lèi)氣體的地幔來(lái)源是順理成章的。因?yàn)樵谏系蒯Ｎ锢砘瘜W(xué)環(huán)境中，氣體主要以H2和CH4為主（表2），CO和CO2含量小于前者2 4個(gè)數(shù)量級(jí)【4】。幔源工業(yè)CO2氣只能來(lái)源于地幔中大規(guī)模存在的CH4。

2 徐家圍子斷陷上地殼斷裂特征

松遼盆地有沒(méi)有深大斷裂是一個(gè)重大的理論原則問(wèn)題。松遼盆地15s深反射研究清楚地表明了這樣的事實(shí)：松遼盆地沒(méi)有深大斷裂?。深大斷裂即巖石圈斷裂的存在意味著板塊的存在。這個(gè)地質(zhì)事實(shí)意味著松遼盆地不是板塊，而是上地殼正斷層沉降的產(chǎn)物。根據(jù)大陸層控構(gòu)造思想【10】，控制斷陷盆地的斷裂是上地殼斷裂（圖1）。

表1 松遼盆地幔源無(wú)機(jī)烴類(lèi)氣體的地球化學(xué)特征Table 1 Geochemical parameters of mantle-derived inorganic hydrocarbon gas

表 2 碳質(zhì)球粒隕石中的相平衡（Saxena and Fei，1998a）【9】Table 2 Pha se equilibrium in a carbonaceous chondrite

晚侏羅世—早白堊世時(shí)期，松遼地區(qū)在NNW向擠壓力和上地殼重力共同作用下，于海西—印支褶皺逆沖帶的準(zhǔn)平原化夷平面上，所產(chǎn)生的NNE—NE向和NW向兩組上地殼壓剪性正斷層，共同控制盆地基底地層的分布。

徐家圍子斷陷深層發(fā)育于左行 NNE向上地殼壓剪性正斷層孫吳-雙遼斷裂帶內(nèi)部，南北以右行的NW向上地殼壓剪性正斷層濱洲斷裂帶和扎賚特-吉林?jǐn)嗔褞榻?。形成平面X型斷裂體系。現(xiàn)今構(gòu)造格局受控于近NNW向的徐中斷裂、近SN向的徐西斷裂、近NW向的徐東斷裂帶和四組近NE向的斷裂。徐中斷裂帶與孫吳-雙遼斷裂帶、濱洲斷裂帶、扎賚特-吉林?jǐn)嗔褞瑢賮?lái)自太平洋的NNW向擠壓力場(chǎng)，但形成時(shí)間晚于后者。后者形成動(dòng)力以重力為主，水平擠壓力為輔。而徐中斷裂帶的形成以水平力為主，重力為輔。徐中斷裂傾角近于 90°，平行于最大主應(yīng)力方向，張剪特征明顯。占據(jù)最短的運(yùn)移距離和最大斷裂開(kāi)啟程度兩個(gè)方面優(yōu)勢(shì)，因此成為巖漿和幔源氣自中地殼向上運(yùn)移的最佳路徑。

3 松遼盆地上地幔軟流層隆起與中地殼側(cè)向運(yùn)移的耦合關(guān)系

去除了深大斷裂簡(jiǎn)單模式的依賴(lài)，需要我們重新認(rèn)識(shí)幔源氣自下而上運(yùn)移的復(fù)雜過(guò)程。盆地形成地幔隆起拉張說(shuō)與盆地形成自上而下發(fā)展的思想的差異，表現(xiàn)在對(duì)松遼盆地上地幔軟流層隆起和松遼盆地上地殼斷裂形成的不同認(rèn)識(shí)，何者在先，何者在后，何者主動(dòng)，何者被動(dòng)，不同學(xué)者【1117】給出了不同的回答。明確提出地幔隆起在先，導(dǎo)致盆地形成的論述有張?jiān)叩龋?009）、劉學(xué)鋒等（2002）、蔡周榮等（2009）、張爾華等（2010）、夏斌等（2011）。李揚(yáng)鑒（1988）、崔永強(qiáng)等（2004）則強(qiáng)調(diào)后者的客觀存在。通過(guò)對(duì)地幔隆起和斷陷盆地的關(guān)系的考察，我們發(fā)現(xiàn)，斷陷盆地的分布遠(yuǎn)較地幔隆起廣泛的多。晉北第四紀(jì)小型斷陷盆地，深部并無(wú)地幔隆起【18】。著名的東非大裂谷南段，處于裂谷發(fā)展初期，地幔尚未隆起，向北隨著裂谷的發(fā)展，地幔才逐漸上拱?? Girdler R W, 見(jiàn)于非洲裂谷及破裂中的行星裂谷作用, 何潔生，譯, 1983，地質(zhì)研究, 武漢地質(zhì)學(xué)院北京研究生部編。所以，地幔隆起是斷陷盆地形成的結(jié)果，而不是斷陷盆地形成的原因。斷陷盆地的控陷斷裂是上地殼壓剪性正斷層，而非上地幔軟流層隆起頂部的張性斷裂；控陷斷裂從上到下斷距逐漸增大，說(shuō)明斷層是從下向上生長(zhǎng)，而非地幔隆起頂部張性斷裂自上而下生長(zhǎng)；斷陷盆地在剖面上以箕狀產(chǎn)出，而非拉張作用形成的對(duì)稱(chēng)地塹；中國(guó)東部地應(yīng)力測(cè)量至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)張應(yīng)力存在，幾乎所有方向均受擠壓應(yīng)力控制。這些事實(shí)是斷陷盆地地幔隆起拉張說(shuō)無(wú)法回答的。

斷陷盆地非地幔隆起拉張所致，控陷斷裂亦非斷穿巖石圈的深大斷裂。松遼盆地?cái)嘞菖璧氐男纬?，是由于晚侏羅世—早白堊世【10】，在太平洋伊澤奈崎板塊低角度高速度NNW斜向俯沖下【18】，東亞大陸邊緣受到強(qiáng)烈的擠壓作用，產(chǎn)生一系列平面X型斷裂【19】。這些平面X型斷裂在重力作用下，垂向上也呈X型產(chǎn)出，成為正斷層（圖2）【20】。由于它們的斷層面與水平擠壓力和重力都斜交，斷層面受到兩者派生的法向分力和切向分力的共同作用，而呈壓剪性，以走滑正斷層形式出現(xiàn)。這些上地殼壓剪性走滑正斷層上盤(pán)的沉降，成為箕狀斷陷盆地。其中左行的NNE—NE向斷裂，剪切方向與斜向俯沖導(dǎo)生的區(qū)域性扭動(dòng)方向一致，NNE—NE向大型斷裂壓剪作用最強(qiáng)，成為箕狀斷陷盆地的控陷斷裂。由于巖石發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形變質(zhì)，甚至出現(xiàn)糜棱巖化現(xiàn)象，如孫吳-雙遼斷裂帶和嫩江斷裂帶等。

在水平擠壓力和重力共同作用下所產(chǎn)生的上地殼走滑正斷層，其底部是剛硬的結(jié)晶基底，它馱著整個(gè)上地殼沿中地殼塑性層進(jìn)行順層滑動(dòng)和垂向錯(cuò)動(dòng)。在上地殼正斷層上盤(pán)箕狀斷陷盆地沉降過(guò)程中，在強(qiáng)大的上地殼正斷層下降端迫使下伏中地殼塑性層物質(zhì)向兩側(cè)流動(dòng)，其中部分發(fā)生熔融，熔融物質(zhì)沿?cái)嗔衙娴缺∪鯉锨?、噴溢，成為中酸性侵入巖和火山巖。大部分中地殼塑性層物質(zhì)，將順層流入該上地殼正斷層下盤(pán)，促使該盤(pán)向上掀斜成斷隆山（見(jiàn)圖1）。故斷隆山的中地殼塑性層厚度，比其上盤(pán)斷陷盆地的中地殼塑性層厚度大得多。隨著徐家圍子斷陷徐西斷裂上盤(pán)的沉降，徐西斷裂下盤(pán)即古中央隆起帶強(qiáng)烈上隆。故中央隆起帶已大面積出露變質(zhì)核雜巖，變質(zhì)核雜巖是中地殼成分，說(shuō)明其原始上地殼已被剝蝕殆盡。

由于上地殼正斷層上盤(pán)的下降是周期性的，當(dāng)該盤(pán)暫停下降時(shí)，或因斷層面歪斜得很平緩，其有效下滑力趨近于零而不再下降時(shí)，它對(duì)下伏中地殼塑性層的壓力也隨之減弱。這時(shí)塑性層被壓薄部位的深部異常地?；蜍浟鲗樱谥亓庾髦邢卤阆蛏下∑穑严碌貧ぜ暗蒯ｍ敳康牟糠治镔|(zhì)壓向兩側(cè)，造成軟流層（或異常地幔）頂面及莫霍面與盆地的上地殼底面的構(gòu)造形態(tài)呈鏡像關(guān)系，而偏離盆地沉降中心。

重力均衡作用是軟流層上隆的根本動(dòng)力。由于軟流層密度與剛性上地幔密度之差遠(yuǎn)小于斷陷盆地充填物密度與中地殼密度之差，所以軟流層隆起幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于盆地沉降的幅度。地幔上拱是斷陷盆地發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，而且盆地沉降愈深，中地殼物質(zhì)壓出愈多，地幔上隆也愈高，軟流層上升幅度越大。松遼盆地中央坳陷區(qū)沉積厚度8km，但其軟流層隆起幅度卻達(dá)70km【21】。

4 松遼盆地深層火山巖氣藏分布特征

徐家圍子斷陷深層烴類(lèi)天然氣藏分布受控于近于垂直、張剪性徐中斷裂。另一個(gè)突出特點(diǎn)是烴類(lèi)氣藏與二氧化碳?xì)獠亟嚯x共處于同一斷陷。2007年3月至2009年1月，中石油開(kāi)設(shè)重大專(zhuān)項(xiàng)《吉林油田含CO2天然氣開(kāi)發(fā)和CO2埋存及資源綜合利用研究》，其中《松遼盆地含CO2天然氣分布規(guī)律和資源潛力研究》??中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院、吉林油田分公司、大慶油田有限責(zé)任公司，編，松遼盆地含CO2天然氣分布規(guī)律及資源潛力研究，2009，1專(zhuān)門(mén)就此進(jìn)行研究。但由于沒(méi)有擺脫唯有機(jī)論的束縛，對(duì)烴類(lèi)氣藏的成因認(rèn)識(shí)不清，加之受深大斷裂模式的影響，得出“在有斷裂溝通的火山巖體中形成烴類(lèi)氣藏或以烴類(lèi)氣為主的混合氣藏，在無(wú)斷裂溝通的火山巖體中則形成CO2氣藏”的結(jié)論。

事實(shí)上，徐家圍子深層天然氣的地幔來(lái)源已經(jīng)非常清楚，工業(yè)CO2氣來(lái)自地幔，工業(yè)烴類(lèi)氣亦來(lái)自地幔。幔源CO2來(lái)自幔源CH4。徐家圍子斷陷深層火山巖的分布本身受控于深斷裂體系。這套深斷裂并非斷穿整個(gè)巖石圈地幔的深大斷裂，而是上殼斷裂。因?yàn)橹械貧に苄詫訉?duì)能量的吸收作用，上地殼斷裂能量無(wú)法傳遞到下地殼和剛性上地幔。所以，徐家圍子斷陷火山巖儲(chǔ)層不是有沒(méi)有斷裂溝通的問(wèn)題，而是必須有斷裂溝通。把斷裂與火山通道相割裂的認(rèn)識(shí)，并不符合地質(zhì)事實(shí)。

地球物理剖面更加直觀地說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題（圖3）。圖3中的芳深701井是工業(yè)性CO2氣藏，而徐深1井是工業(yè)性的CH4氣藏，兩井地表相距約10km，在深部8km深處其供氣斷裂合二為一。這個(gè)無(wú)可爭(zhēng)議的地質(zhì)事實(shí)說(shuō)明甲烷和CO2具有相同的深部來(lái)源。Saxena and Fei（1998a）的碳質(zhì)球粒隕石中的相平衡實(shí)驗(yàn)指出，地幔條件下的氣體以H2和CH4為主，與CO2的摩爾數(shù)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。承認(rèn)CO2的地幔來(lái)源而否認(rèn)相同地質(zhì)環(huán)境中甲烷的地幔來(lái)源是沒(méi)有道理的。

來(lái)自上地幔軟流層的甲烷如何演變?yōu)镃O2，則同樣是勘探理論需要研究的問(wèn)題。從圖3可見(jiàn)，徐深1井CH4氣藏坐落在徐中斷裂控制的火山通道上，而芳深701井CO2氣藏則坐落于徐西斷裂糜棱巖帶之上?？梢栽O(shè)想，幔源甲烷沿張剪性徐中斷裂自中地殼快速上升的過(guò)程中，部分CH4進(jìn)入徐西斷裂向上運(yùn)移，由于糜棱巖帶的氧化還原條件，致使幔源甲烷氧化。徐西斷裂帶上氣藏的CO2含量受深度控制，氣體組成向上以CH4為主，向下以CO2為主。深度控制的本質(zhì)是重力分異，或稱(chēng)密度分異。這說(shuō)明整個(gè)徐西斷裂帶具有較好的連通性。

5 結(jié)論

上地殼正斷層上盤(pán)斷陷盆地，在沉降過(guò)程中把下伏中地殼塑性層物質(zhì)壓向下盤(pán)，促使該盤(pán)向上掀斜成斷隆山，兩者組成盆-山系，并產(chǎn)生中酸性巖漿活動(dòng)。中地殼塑性層壓薄部位重力失衡，引起軟流層隆起。軟流層在隆起過(guò)程中促使巖石圈地幔和下地殼橫彎隆起，產(chǎn)生張性斷裂，導(dǎo)致軟流層物質(zhì)涌入中地殼塑性層使其基性化，隨后玄武巖漿沿上地殼斷裂上侵、噴溢。

斷裂作為運(yùn)移通道并控制油氣藏分布，這是含油氣盆地總的規(guī)律。對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層和火山巖儲(chǔ)層同樣適用，對(duì)頁(yè)巖油氣藏和砂巖透鏡體油氣藏也不例外。

確定松遼盆地徐家圍子斷陷深層天然氣的地幔來(lái)源，具有重大意義。工業(yè)化費(fèi)-托合成實(shí)驗(yàn)表明，來(lái)自地幔的H2、CH4等氣體可以在中地殼溫壓和催化條件下，發(fā)生費(fèi)-托合成，形成高分子烴類(lèi)。由此提出了松遼盆地石油的地幔來(lái)源問(wèn)題。

此次研究在松遼盆地普遍發(fā)育上地殼壓剪性正斷層的 X性斷裂體系中確定了棱形體內(nèi)平行NNE最大水平主壓力的徐中斷裂的張剪性特征。該張剪性斷裂剖面上近于垂直，是中地殼幔源氣體上升的最佳通道，距離最近、阻力最小。松遼盆地類(lèi)似斷裂將是火山巖氣藏勘探的有利區(qū)域。

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