松遼盆地深層天然氣生儲蓋組合特征

松遼盆地深層主要包括上侏羅統-下白牙統擾動層和泉姓以下的沉降層。古生代晚期—中生代早期松遼地區位于華北板塊北緣、西伯利亞板塊南緣各自向外的褶皺增生帶上,二疊紀晚期至三疊紀早期完成板塊閉合形成統一的大陸,經過三疊紀和侏羅紀早期的構造運動轉變,成為濱西太平洋構造域的一部分。中生界斷陷構造層分布在30多個斷陷內,受控陷斷裂控制,斷陷延伸方向多為北北東向和北西向。斷陷沿嫩江斷裂帶、孫吳—雙遼斷裂帶和哈爾濱—四平斷裂帶發育,構成三個北北東向斷陷帶,被基巖凸起隔開。規模較大的斷陷主要分布于徐家圍子、鶯山—廟臺子、常家圍子—古龍和林甸—黑魚泡等地區。1斷陷盆地群晚中侏羅—早白堊世早期區域性伸展使華北北部和東北地區形成了一系列斷陷沉積盆地群。早白堊世中期松遼盆地轉入整體坳陷沉降,形成大規模的坳陷盆地。白堊紀晚期濱西太平洋構造域區域性擠壓,松遼盆地進入萎縮階段。1.1巖石學和礦物學特征采用以盆地周邊同時期地層野外剖面為參照的思路,在巖石學、礦物學、生物地層學、地球化學和地球物理學研究的基礎上進行了層序地層學分析,確認泉頭組以下地層中存在9個區域分布的角度不整合面和局部的不整合面,其中角度不整合面分別是基巖頂面、營一段底面、營一段頂面和登婁庫組底面。此外,火石嶺組頂面、沙二段底面、登三段底面為局部角度不整合,地震剖面上存在著明顯的剝蝕、削截現象。鉆井揭示泉頭組底面和泉二段底面在本區存在明顯的相缺失,也是重要的不整合面。確立了上侏羅統火石嶺組,下白堊統沙河子組、營城組、登婁庫組和泉一、二段的地層層序(圖1)。斷陷期三套火山巖和四層碎屑巖構成復雜的地層空間分布格局。火石嶺組可劃分為兩個段,火一段為灰色砂、礫巖與黑色泥巖互層,夾煤層,火二段為一套中性火山巖,夾碎屑巖。巖石中角閃石斑晶常見暗化邊結構,為標志性礦物學特征。孢粉組合為松科Pinaceae—桫欏孢Cyathidites—紫萁孢Osmundacidites組合,裸子類花粉占優勢,火山巖同位素年齡為145.7?157.0Ma,屬上侏羅統,相當于白城地區付家洼子組和賓縣地區的帽兒山組。沙河子組巖性為灰白、灰黑色礫巖、砂巖、灰黑色泥巖不等厚互層。目前鉆井揭示的沙河子組仍不完整,但至少可分兩段,分別為兩個向上變細的正旋回,反映了兩次大規模的湖進過程。產豐富的孢粉和大孢子化石,出現了早白堊世代表分子無突肋紋孢、克魯克蕨孢、層環孢、膜環弱縫孢、具唇孢和三角塊瘤孢。營城組可細分為四段,總體上為兩套火山巖和兩套碎屑巖互層。營一段以酸性火山巖為特征,同位素年齡為130?135Ma。營二段為礫巖與砂、泥巖互層,泥質巖顏色為深灰色、灰黑色,夾暗紫色,僅發育于宋站和榆樹林西部地區。營三段分布范圍也僅局限在宋站—榆樹林西部地區,為厚層中性火山巖,局部可相變為酸性火山巖,同位素年齡為120?127Ma。營四段以暗紫色凝灰質泥巖夾灰白色砂巖、礫巖為特征,分布較廣泛。營城組植物化石豐富,屬Acanthopterisgothani高騰刺蕨—Pterophyllum側羽葉化石帶,是深層中古松柏類花粉含量最高的層位。區域上,營一段可與光華組、寧遠村組和寶石組對比,營二段可與九峰山組對比,營三段可與甘河組對比。登婁庫組內部由兩套向上變細的正旋回構成,相當于傳統四分方案的登一、二段和登三、四段。登三段底界雖為不整合面,但考慮到松基6井建立的標準剖面揭示地層較全,基本反映了該層段基本特征,因此沿用四分原則。泉頭組一、二段為兩個向上變細的正旋回,每一旋回底部為辮狀河、低彎度河沉積層,向上為濱淺湖泥巖、薄層砂巖。1.2反層序層序演變松遼盆地經歷了斷陷、坳陷伸展和構造收縮反轉三個發展過程,形成了斷陷層序、坳陷層序和反轉層序。構造樣式以伸展構造、反轉構造為主,伴有走滑構造及同沉積構造等。1.2.1斷陷斷陷構造格架松遼盆地深層主要控陷斷裂為北北東向和北西向。斷陷沿嫩江斷裂帶、孫吳—雙遼斷裂帶和哈爾濱—四平斷裂帶發育,構成三條北北東向斷陷帶,斷陷帶之間為斷隆帶,斷隆帶上斷陷規模較小(圖2)。松遼盆地北部斷陷以箕狀斷陷為主,只有少數雙斷地塹式斷陷。多個斷陷的剖面組合樣式可分為同向、背向和相向三種組合類型,平面組合樣式有側向聯合、縱向聯合和縱向轉換(斷層轉換、隆起轉換)。松遼盆地斷陷經歷了發生、發展和萎縮的過程,火石嶺—沙河子組沉積時期為斷陷大規模伸展期,沙河子組沉積末發生了大規模的反轉,為斷陷期構造格局形成奠定了基礎。(1)斷陷伸展期構造特征。火石嶺—沙河子組沉積時期為斷陷伸展期,沉積作用僅局限在箕狀斷陷中,但斷陷沉降幅度較大,充填了一套巨厚的碎屑巖沉積。松遼盆地梨樹、長嶺、孤店、四方坨子、徐家圍子等深斷陷都呈北西向分布于北西向斷裂與北東向斷裂交匯處附近,受控于北西向基底斷裂。北西向控陷斷裂有較大的水平斷距,而北東向斷裂水平斷距較小,說明北西向斷裂伸展量比北東向斷裂大得多。北西向斷裂為張性伸展主控斷層,而北東向斷層為起調節作用的轉換斷層。因此斷陷期大型斷陷的主體伸展方向為北東向,北西向斷裂控制了深斷陷的形成。徐家圍子斷陷是受徐家圍子西部(徐西)和宋站西部(宋西)兩條控陷斷層控制的箕狀斷陷盆地,控陷斷裂北北西向延伸部位控制了安達、杏山和薄荷臺三個坳陷中心的形成,也是沉積中心。控陷斷裂北東向轉折部位沉降量相對較小,形成分割沉降中心的宋站低隆起和豐樂低隆起。(2)斷陷反轉期構造特征。沙河子組沉積末期斷陷盆地發生擠壓反轉,形成北西向背斜和逆沖斷層,以及沙河子組與營城組之間的區域角度不整合,可與遼西等地區對比。對資料條件較好的徐家圍子斷陷的詳細解剖,沙河子組沉積末期和營一段沉積末的擠壓反轉形成了斷彎褶皺、斷展褶皺和反轉構造等三種擠壓構造。升平—興城斷彎褶皺走向北北西,南北長24km,東西寬2?4km,是北西走向升西斷裂逆沖活動控制的背斜構造。沙河子組沉積末的區域性的擠壓作用,在本區形成坡—坪式逆斷層并導致斷彎褶皺,高部位遭受剝蝕,斷彎褶皺凸起部分幾乎剝蝕殆盡,斷坡兩側地層不連續,而且地層產狀突變(圖3)。之后營一段火山巖覆蓋全區,以后的構造擠壓使升西逆斷層復活,但斷層位移量不大,其上部形成斷展褶皺,即現今的升平—興城構造。榆西斷展褶皺走向近南北,長約21km,是受東傾的榆西逆斷層控制的西陡東緩的斷展褶皺構造。榆西斷裂斷穿基巖頂面到營一段底面,垂直斷距一致,斷距較大,營一段頂面垂直斷距小,主要以褶皺形式向上擴展,斷裂的上馱和下伏部位各有一條平面延伸比較穩定的次級逆斷層。榆西斷展褶皺主要特征為西側地層傾角大,東側地層傾角平緩,形成于營二段沉積時期。沿徐西斷裂發育許多反轉構造,地震剖面上有清晰的層狀一致性彎曲的反射特征,褶皺西陡東緩,平面上排列密集,為徐西斷裂在擠壓應力作用下形成的反轉構造。營城組沉積末期松遼盆地整體抬升,形成區域性平行不整合,對斷陷構造格局改造較弱。1.2.2東向西轉移的油氣盆地登婁庫組到嫩江組沉積時期,松遼盆地表現為穩定沉降,伴隨輕微的拉張作用,盆地東部略有抬升,沉積中心由東向西轉移,形成大型沉積坳陷,沉積厚度較為穩定。坳陷中心位于中央坳陷區。由于坳陷期事件性伸展,形成了眾多的小規模斷層,縱向上所切割地層厚度受泥巖層制約,上下連通性差,平面上延伸長度一般不到5km。在高地形上披覆沉積形成披覆構造,有隆起披覆背斜和潛山披覆構造兩種,如古中央隆起區登婁庫組—青山口組地層。1.2.3明水組內部構造格局嫩江組沉積后,盆地逐漸由拉張轉變為擠壓,嫩江期末松遼盆地范圍應力場為南南東—北北西向擠壓,北北東向斷裂左行壓扭,形成諸如大慶長垣的扭動背斜帶和四家子—農安走滑斷裂帶。明水組沉積末期,松遼盆地受到近東西向擠壓,盆地整體反轉,形成近南北向—北北東向大型反轉構造帶。這一期構造活動是松遼盆地萎縮期最強的一期構造運動。晚第三紀末松遼盆地受到南南東—北北西向的擠壓,盆地內北北東向斷裂左行走滑,東南隆起區農安—四家子走滑斷裂帶進一步發育,形成正花狀構造。在齊家—古龍坳陷形成一系列由傾伏鼻狀構造組成的北東東向背斜帶和大量北西向張扭性斷層。2儲層的斷陷期巖相特征松遼盆地深層主力烴源巖為沙河子組湖相泥巖和煤層,天然氣儲層包括斷陷期三套火山巖,登一段礫巖,登三、四段砂巖,泉一段砂巖以及泉三、四段砂巖。區域蓋層為分布范圍大于有效烴源巖的登二段、泉一+二段和青一段大面積分布的厚層泥巖。2.1泉巖特征斷陷期烴源巖是松遼盆地深層最重要的生烴層系,其次為登婁庫組二段,已證實基底石炭—二疊系也有一定生烴潛力。2.1.1烴源巖分布、有機碳源類型及特征斷陷期主要有火一段、沙河子組、營二段等三套烴源巖,包括湖相泥巖和煤層,分布于各斷陷內。其中沙河子組厚度一般大于400m,最大厚度位于徐家圍子斷陷杏山、升平東地區和薄荷臺三個深凹陷中,其次為安達地區,最大達1000m,是主要烴源巖。其他烴源巖層分布局限,為次要烴源巖。沙河子組湖相泥巖有機碳值大多超過1.0%,煤層有機碳平均29%。有機質類型以Ⅲ型為主,少部分為Ⅰ型和Ⅱ型。有機質類型的多樣性,反映了松遼盆地深層烴源巖沉積環境和母源輸入復雜。斷陷期烴源巖均已達高成熟—過成熟,均為好烴源巖。2.1.2登于先富地區,以低碳發展為導向,生油巖分布及厚度較高,但生烴源巖仍處理期長登婁庫組泥質巖有機碳分布范圍為0.2%?0.6%,氯仿瀝青“A”主要分布范圍為0.002%?0.014%,有機質類型主要為Ⅲ型,鏡煤反射率平均1.9%,已達成熟和過成熟階段,綜合評價登二段為差烴源巖,但考慮到成熟度較高,大部分可溶有機質已裂解,用現今有機質豐度評價不能反映原始生烴能力,原始生油巖級別應更好。登二段暗色泥巖主要分布于大慶長垣和齊家—古龍地區,松基六井登婁庫組厚度達1547m,登二段為暗色泥巖段,暗色泥巖厚度372.5m,占地層厚度的53%。預測古龍和常家圍子地區登婁庫組暗色泥巖分布面積為6000km2,最大厚度可達900m,有較好的生氣潛力。2.1.3盆地內所受溫度和有機質類型松遼盆地基底石炭—二疊系地層在大部分地區目前處于近變質帶,只經歷過極低級變質作用,尚未達到淺變質程度。Ro大致在2.0%?8.0%范圍內,氣液包裹體均一溫度最高值為284℃,由此推測,大部分地層只經歷過極低級變質作用,甚至在有些地區尚未變質。盆地東部熱演化程度較低。有機碳主要分布在0.6%?2.2%之間,達到較好烴源巖或好烴源巖標準。氯仿瀝青“A”較低,主要分布在0.004%?0.008%,有機質類型為Ⅲ型。因此,松遼盆地石炭—二疊系烴源巖即使在生烴高峰階段,可能也以生氣為主,上覆中生界地層沉積過程中的生烴作用應該對深層天然氣成藏具有重要意義。2.1.4中等制約巖條件松遼盆地北部斷陷期好烴源巖主要分布在徐家圍子斷陷、鶯山斷陷、雙城斷陷和常家圍子—古龍斷陷。中等氣源巖主要分布在各斷陷邊緣斜坡及大安北部,北安、依安等小斷陷烴源巖條件較差。登婁庫組總體上為中等和差氣源巖,中等氣源巖主要分布在常家圍子—古龍斷陷,其他地區均為差氣源巖。2.2主、排巖地層類型松遼盆地深層天然氣儲層有多層位、多類型的特點,主要包括營一、三段和火二段火山巖,營四段和登一段礫巖,登婁庫組和泉頭組砂巖,此外還有基巖風化殼。2.2.1主、副火山巖相火二段、營一段和營三段火山巖是徐家圍子斷陷三套主要儲層,其中營一段分布廣泛,為最重要的儲層,其次為營三段。火山巖儲層巖石類型多樣,從中性的安山巖到酸性的流紋巖均見產氣層,既有熔巖類,也有火山碎屑巖,儲集空間主要由各種類型的孔隙與各種成因的裂縫構成,組合類型千變萬化。火山巖相控制了火山巖的原始儲集條件,噴溢相上部亞相熔巖是原始狀態下儲集性能最有利的相帶,具有物性好、分布廣泛的特點。其次為爆發相熱碎屑流亞相,基質收縮縫和斑晶溶蝕孔為主,發育于爆發相上部,在火山間歇期或構造抬升期易遭受風化淋濾作用形成次生溶孔。除細碎屑凝灰巖外,噴溢相和爆發相的其他亞相也有一定儲集能力,特別是在裂縫配合下,也可作為好儲層。構造運動、風化淋濾作用對火山巖儲集性改善明顯,成巖作用對火山巖儲集性有雙重影響。2.2.2儲層物性松遼盆地深層碎屑巖儲層主要分布于營四段、登婁庫組和泉頭組下部,包括沖積扇、礫質辮狀河成因的礫巖,各種河流和三角洲成因的砂巖。埋藏較深,成巖作用強,局部層段存在次生孔隙,改善了儲集條件。登婁庫組砂巖和礫巖接近79%的樣品孔隙度高于4%,滲透率高于0.05×10-3μm2的樣品約占78%,以登婁庫組三、四段物性最好。從平面上看,物性最好的地區分別為升平—汪家屯、昌德南地區(登三、四段孔隙度7%?8%),為次生孔隙發育區。從縱向上看,高孔隙段范圍為2600?3100m,為次生孔隙發育帶。深層砂巖和礫巖儲層的儲集空間為正常粒間孔、縮小粒間孔、粒間擴大溶孔、膠結物內溶孔、粒內溶孔、裂縫孔隙和粘土礦物晶間孔隙等七種類型,對儲集性改善最有意義的是濁沸石溶孔。濁沸石溶孔的形成與油氣排出前烴源巖排出的酸性水運移有關,形成了次生孔隙發育帶。登婁庫組以下礫巖物性整體較差,與埋深大、成巖作用強和普遍含有凝灰質有關。但斷裂帶和背斜構造核部裂隙發育,同時有利于后期地下水活動,產生次生孔隙,有效地改善儲層物性,也可成為有效儲層,如徐深6和徐深1井營四段礫巖。2.3層序界面含氣組合松遼盆地深層天然氣的封蓋層主要是登二段和泉一+二段泥巖最發育的兩個層位,兩個層段泥巖累計厚度均為100?700m,泥地比大于50%的區域遍及整個中央坳陷區。考慮排替壓力、異常孔隙流體壓力、含氣濃度和厚度、沉積環境等影響蓋層封閉能力和空間展布的因素進行蓋層評價,除青岡—明水以北等盆地邊緣地區外,在盆地大部分地區都為好蓋層。以登二段、泉一+二段和青一段區域蓋層為分隔,松遼盆地深層可劃分為四套生儲蓋組合。深部含氣組合儲層為基巖,包括花崗巖風化殼和碎裂極低級變質巖,氣源為斷陷期烴源巖和石炭—二疊系,蓋層為登二段。下部含氣組合儲層為火二段、營一、三段火山巖,營四段、登一段礫巖,烴源巖為斷陷期生烴巖系,蓋層為登二段泥巖。中部含氣組合儲層為登三、四段,烴源巖為斷陷期生烴巖系和登二段,蓋層為泉一+二段。上部含氣組合儲層為泉三、四段,氣源巖為斷陷期生烴巖系和登二段,油主要來自上覆青山口組一段,青山口組為扶楊油層有效的區域性蓋層,可以封閉自身向下排出的油氣以及深層古氣藏破壞后運移上來的天然氣。3氣藏組合組合在登二段和泉一+二段區域蓋層的封閉下,與斷陷相鄰的古隆起及生烴凹陷相鄰的構造帶上,形成多層位、多種類型氣藏相伴生的、錯疊分布的氣藏組合。除上部含氣組合小型構造氣藏外,目前已發現的油氣藏集中分布于古中央隆起和徐家圍子斷陷內的徐西、宋西斷裂構造帶和升平—興城構造帶等區帶上,發現了多層位、多種類型的天然氣藏,說明臨近生烴凹陷的古隆起、控陷斷裂帶和斷陷內的古構造是天然氣聚集的有利區帶。3.1天然氣功能區古中央隆起帶和徐西斷裂構造帶分別為油氣運移的指向和路徑,是有成因聯系的天然氣聚集區。古中央隆起帶已發現登三段構造氣藏(昌德氣藏)和基巖風化殼氣藏(肇州西氣藏),此外,部分地區火石嶺組和營城組地層上超到基底之上,形成火山巖巖性氣藏(肇深10井)。3.2斷陷邊部氣藏類型徐西、宋西斷裂是控制徐家圍子斷陷的兩條控陷斷裂,斷裂之上的斷陷期地層處于古中央隆起和徐家圍子斷陷沉降中心間的斜坡位置,緊鄰生烴中心,發育幾條溝通烴源巖和儲層的伴生斷層,為油氣沿不整合面和大斷裂向構造高部位運移的必經之路。在斷陷邊部發育地層超覆、上傾尖滅和火山巖巖性等多種圈閉,有利于天然氣聚集成藏。徐西斷裂構造帶主要有三種氣藏類型,一是營一段火山巖巖性氣藏,如昌德東氣藏(圖4);二是登婁庫組底部地層超覆氣藏,如衛深5井氣藏;三是登三段上傾尖滅氣藏,如芳深801井和衛深501氣藏。宋西斷裂構造帶主要氣藏類型為構造和巖性兩種,構造氣藏如達深2井氣藏,位于小型反轉構造上,汪903和升深2井氣藏分別位于這兩個調節構造的高部位。巖性氣藏有汪深1氣氣藏,含氣儲層為厚層致密熔巖中夾持的薄層火山角礫巖。3.3氣藏類型及類型升平—興城構造帶是多層位、多種儲層類型、多種類型氣藏空間上有機配置整體含氣的區帶。被生烴凹陷環繞,火石嶺組、營一段火山巖以及營四段、登婁庫組砂、礫巖為有利儲層,形成了從火石嶺組—登婁庫組多層位、多種類型的復雜的氣藏空間組合。主要氣藏類型有:(1)升平、汪家屯登婁庫組構造氣藏;(2)升深101井以火石嶺組安山巖為儲層的構造氣藏;(3)興城構造—巖性復合氣藏(圖4)。此外還有基巖風化殼氣藏和火石嶺組礫巖高壓氣藏等。4勘探成果的獲得下步應以徐家圍子斷陷為重點,在已有發現的區帶實施戰略展開勘探,擴大勘探成果。同時對宋站南、豐樂地區、榆西斷展構造帶等古構造帶進行勘探,力爭實現新突破,尋找儲量后備接替區,作為戰略準備。加強鶯山—雙城斷陷和古中央隆起以西地區等勘探程度較低地區的探索,優選有利區帶目標。4.1含氣性及儲層類型的把握問題古中央隆起—徐西伸展斷裂構造帶勘探程度較高,下步勘探工作將有兩個重點,一是對已發現的氣藏進行進一步解剖、評價,落實儲量;二是精細刻畫,深入挖潛,探索新的氣藏。還有一些火山巖巖性圈閉、登婁庫組地層超覆圈閉、砂巖上傾尖滅圈閉和火石嶺組構造圈閉以及基巖風化殼圈閉等目標的含氣性有待探索。升平—興城斷彎褶皺帶呈現多層位、多種儲層類型、多種類型氣藏空間上有機配置的整體含氣場面。除汪家屯、升平地區的小型氣田外,估算興城氣田有1000×108m3的探明儲量勘探前景,是下一步提交規模儲量較現實的目標。宋西斷裂構造帶的南段仍是勘探空白區,宋西斷裂上盤營一段和營三段兩套火山巖儲層存在一系列構造圈閉,具有得天獨厚的成藏條件,與鄰區升平—興城構造帶可能為整體含氣區。4.2儲層地質特征徐家圍子斷陷天然氣資源豐富,目前的勘探主要集中在西北部,東部和南部地區勘探投入還很少。綜合分析確認,榆西斷展構造帶、宋站低隆起和豐樂低隆起區以及安達凹陷也具有優越的成藏條件,是可能取得戰略突破的新領域。榆西斷展構造帶向西緊鄰榆西生烴凹陷,發育沙河子組和營二段兩套烴源巖。營一、三段火山巖和登婁庫組礫巖、砂巖可作為潛在儲層,肇深5井于登婁庫組底部礫巖獲低產氣流(圖4)。局部在斷展褶皺東西兩翼均有一定傾角時可形成構造圈閉,可作為構造圈閉目標,參與褶皺的最新地層營一段火山巖可作為儲層。向斷展褶皺西翼上超的營三段火山巖和登婁庫組底部礫巖形成的地層超覆圈閉,可作為巖性圈閉目標。宋站低隆起和豐樂低隆起區分隔生烴凹陷,是徐家圍子斷陷內兩個東西向延展的天然氣有利聚集區帶。宋站低隆起帶主要儲層為營三段火山巖和登婁庫組砂巖。發育營三段和登婁庫組構造圈閉、營一段地層超覆圈閉和登婁庫組上傾尖滅圈閉,是下步勘探的主要目標。豐樂低隆起區營一段發育火山巖,具丘形反射特征,預測以爆發相和溢流相為主,儲層條件較好,有局部的構造圈閉。安達凹陷是徐家圍子斷陷的北端,具有良好的成藏條件。達深1井揭示斷陷期地層暗色泥巖及煤層發育,為較好—好烴源巖,有機質演化程度低于徐家圍子斷陷南部。新鉆達深2、汪深1井營三段火山巖獲工業氣流,達深1井在營城組獲低產氣流,揭示了本區具有較好的勘探前景。4.3需要探索的研究領域鶯山—雙城和古中央隆起以西地區等勘探程度較低,斷陷規模較大,烴源巖條件較好,是值得探索的新領域。4.3.1深層烴源巖和地層氣藏存在鶯山和雙城兩個斷陷,分別為近南北和北北東走向地塹式斷陷,面積分別為約920km2和810km2,基底最大深度分別為6700m和4500m。鉆井揭示具有斷陷地層與石炭—二疊系兩套烴源巖。鶯山—