松辽盆地南部深层营城组火山岩气藏成藏条件分析

向景红

松辽盆地南部深层营城组火山岩气藏成藏条件分析

向景红

（中国石油大庆钻探工程公司地质录井二公司，吉林松原138000）

摘要：松辽盆地南部深层火山岩气藏已经逐渐成为油气储量的重要增长点。由于勘探程度较低，火山岩气藏的成藏条件研究还不够深入，在一定程度上制约了勘探的成效。从烃源岩条件、储集条件、盖层条件、输导条件以及圈闭条件入手，系统分析了研究区火山岩成藏条件。结果表明，沙河子组发育的大规模煤系地层可以为火山岩气藏提供充足的气源；深层火山岩发育的裂缝系统沟通早期形成的孔、缝、洞，由此构成了研究区良好的储集体系；松辽盆地南部深层火山岩气藏盖层类型多，保存条件较好，泉头组一段顶部泥岩为较好的区域盖层，登娄库组三、四段及沙河子组泥岩是有利的局部盖层，它们为营城组火山岩内部天然气聚集起到良好的封盖作用；研究区天然气输导通道包括渗透性地层、不整合面以及断裂；营城组火山岩圈闭类型较多，其分布主要与构造位置、断层展布、火山岩体等因素相关。

关键词：成藏条件；裂缝系统；区域盖层；圈闭；火山岩气藏；营城组；松辽盆地

松辽盆地南部经历近50年的勘探与开发工作，中浅层的成藏条件以及油气分布规律已经较为清楚，但是深层火山岩气藏的勘探起步较晚，直到2005年第一口针对火山岩勘探的长深1井获日产46×104m3的高产气流，才揭开松辽盆地深层火山岩勘探的序幕[1,2]。而且，目前深层火山岩气藏的勘探程度很不平衡，钻遇井多集中分布在东部斜坡带的伏龙泉、双坨子、大老爷府和顾家店构造，还存在大量的勘探空白区。因此，急需对松辽盆地南部深层成功探区进行火山岩成藏条件的分析。本次研究以长岭断陷为例，进行火山岩气藏成藏条件精细解剖，为研究区下步火山岩勘探提供有利依据。

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1　地质概况

松辽盆地南部是指松花江以南部分，地跨吉林、辽宁、内蒙古三省，面积约为13.3×104km2，有效的勘探面积为5.2×104km2。目前地震勘探基本落实松南深部断陷19个，总面积约为3.6×104km2，其中，断陷面积最大的是长岭断陷，可达1.3 ×104km2。根据断陷的分布和盆地深浅层叠合特征，将松辽盆地南部深部断陷自西而东平面上划分为西、中、东3个断陷带：西部斜坡区深层断陷—西部断陷带，中央坳陷区深层断陷—中部断陷带，东南隆起区深层断陷—东部断陷带（图1）。松辽盆地南部可以划分4个一级构造单元，分别是东南隆起区、中央凹陷区、西部斜坡区和西南隆起区；最大的长岭断陷位于松辽盆地南部的中部断陷带，是一个面积大、资源丰富的复合型断陷，断陷面积为1.3×104km2，天然气资源量为5 800 ×108m3。通过深层新采集的二维地震3 308.96 km和三维地震370 km2，发现哈尔金、前神字井、大老爷府北4号等一批构造及大布苏、让字井、情字井、乾安北等多个火山岩体。

图1　松辽盆地南部深层营城组主要断陷分布图

2　火山岩成藏条件

与其它油气藏一样，火山岩气藏的形成和保存也许需要生、储、盖、运、圈、保六大成藏要素的有机组合和匹配[3-5]。

2.1烃源岩条件

油气的生成是油气藏形成的基础和前提[6]，因此，探区深层烃源岩的有无、发育、分布及其品质是深层火山岩气藏勘探首先需要回答的问题。它直接关系到探区油气的富集程度和分布规律，对松辽盆地南部深层断陷的油气勘探具有重要意义。

2.1.1烃源岩发育与分布

松辽盆地南部深层发育大小不一的断陷群，断陷初期，各个断陷的水体互不连通，各自断陷均发育湖泊相带；断陷晚期，各断陷水体变浅，湖泊均被充填，也就是说，断陷基本连通，与初期不同的是除了发育湖泊相外，还发育河流相和沼泽相。由于沉积条件和沉积环境的变化，决定了烃源岩发育特征。以中部断陷带的长岭断陷为例（图2，图3），平面上长岭断陷沙河子组和营城组烃源岩主要分布在南北两个凹陷中，南部凹陷埋深较大，分布面积广，营城组和沙河子组的暗地比均在40%以上。南部凹陷的厚度要大于北部凹陷，由断陷内部向东、西斜坡有变薄的趋势。

图2　长岭断陷营城组（K1）烃源岩厚度图

图3　长岭断陷沙河子组（K1）烃源岩厚度图

2.1.2有机质丰度

有机质的丰度是决定其生烃量的关键因素。长岭断陷登娄库组、营城组和沙河子组三套烃源岩有机质丰度分布差异较大。登娄库组有机质丰度总体质量分数较低，有机碳0.12%～0.75%，平均0.44%，氯仿沥青“A”0.002 9%～0.016%，平均0.009%。营城组烃源岩有机碳0.65%～1.13%，平均0.89%，氯仿沥青“A”0.008%～0.026%，平均0.015%。由于现有钻井揭示的是位于断陷边缘的浅湖相，推测断陷深部半深湖—深湖相暗泥岩丰度更高一些，而登娄库组泥岩基本上为非烃源岩。由于沙河子组在中部断陷带的埋深很大，钻井揭示到的很少，烃源岩中有机质的丰度依据徐家围子及松辽盆地南部其他几个断陷的数据推测沙河子组烃源岩有机碳质量分数平均为1.31%左右，氯仿沥青“A”大部分在0.05%以上，根据地层厚度和断陷形态，沙河子组烃源岩丰度高值区应在南、北两个次凹陷中。

2.1.3有机质类型

烃源岩中有机质类型（性质）决定了单位质量烃源岩的成烃潜力和产物特征。就初次裂解产物而言，I、II型有机质以成油为主，III型有机质以产气为主，但就绝对的成烃能力来说，有机质类型越好，成烃能力越高。因此，当成熟度达到高成熟—过成熟阶段，液态油大量裂解成气时，类型较好的有机质还是能生成更多的天然气。

目前的分析数据显示，三个断陷带中，西部断陷带的英台断陷在营城组及沙河子组内，发育II1和II2型的干酪跟，反映出类型好、生烃潜力高的特征（图4）。东部断陷带和中部断陷带的干酪根显微组分组成以镜质组和惰质组为主，相应的干酪根类型指数分布，显示了典型的III型有机质的特征（图5）。就目前的分析数据来看，东南断陷带和中部断陷带深层源岩可能以III型有机质为主，少量为II型，但不排除这是因为深层源岩埋深较大，演化程度较高，指标所指示的类型偏差的结果。

图4　英台断陷龙深1井有机质的H/C与O/C关系图

图5　中部和东部断陷带干酪根类型分布直方图

2.1.4有机质成熟度

目前确定有机质成熟度的指标有多种，但最为权威和有效的指标仍然是镜质体反射率（Ro）。西部断陷带的英台断陷深层源岩的镜质体反射率基本上大于1.3%，处在高成熟的演化阶段，部分沙河子组样品镜质体反射率大于2%，处于过成熟阶段。研究区中部断陷带的长岭断陷，乾北次洼演化程度总体高于黑帝庙次凹，由凹陷中心向边缘逐渐变低。长岭断陷成熟度评价结果是登娄库组有机质热演化处于高成熟阶段，营城组有机质热演化处于高成熟—过成熟阶段，沙河子组、火石岭组有机质处于过成熟阶段（图6）。

图6　长岭断陷镜质体反射率与深度关系图

2.2储集层条件

火成岩作为油气的储层是目前研究的重点。火成岩的储集空间存在孔隙和裂缝两大类[7-9]。松辽盆地火山岩气藏的规模远远大于碎屑岩气藏，储量占了深层的绝大部分，表明火成岩在深层是明显优于碎屑岩的优质储层。火成岩能够成为深层优质储层的关键有二点，其一，盆地深层火山岩作为储集层在体积上占有优势，这与断陷形成早期的火山作用往往不是孤立、一次性、小规模的，因此常常形成多期发育的分布广、厚度大、叠置的火山岩体有关；其二，火成岩能在深埋条件下保持较高的储集物性。图7显示火山岩的孔隙度并不像碎屑岩那样随埋深增大而明显减小，在达到3 500 m左右的高埋深条件下，仍然能够保持6%～14%的高孔隙度。这可能与以下三方面的原因有关：第一，火成岩的抗压强度较高，在深埋条件下，原生、次生的孔隙得到更多保存；第二，火山岩属于快速冷却结晶形成的岩体，更容易在暴露、浅埋期间经风化、淋滤产生新的储集空间；更为重要的是第三，火成岩的性脆，加上火成岩总是发育在深大断裂及其附近，因此，裂缝比较发育，这些裂缝沟通早期形成的孔、缝、洞，形成良好的储、渗空间。

图7　松辽盆地不同类型储层孔深关系图

2.3盖层条件

松辽盆地南部深层火山岩气藏盖层类型很多，保存条件较好，按盖层的产状及作用可分为三类，即区域盖层、局部盖层、直接盖层[10,11]。长岭断陷盖层能够充当断陷层系主要区域盖层的地层为泉头组一段顶部泥岩（图8），泥岩主要以深灰、灰黑色泥岩为主，泥岩质纯，在平面上分布比较稳定，长岭断陷一般大于100 m，其中在乾安和孤店地区最大可超过300 m，是全区良好的区域盖层。局部盖层也相当发育，登娄库组三、四段及沙河子组泥岩都是有利的局部盖层，其中，登娄库组泥岩段分布广泛，厚度稳定，一般达100 m左右，对大部分的气层起到了良好的封盖效果（图9）。直接盖层为登娄库组下部泥岩和营城组火山岩层间的泥岩和部分致密的玄武岩。如长岭1号营城组气藏的盖层登娄库组，泥岩累计厚100 m左右，泥地比达30%～50%。反映出直接盖层泥岩具有厚度大，分布稳定等特点，为长岭断陷营城组火山岩天然气聚集起到良好封盖作用。

图8　泉一段泥岩盖层厚度分布图

图9　登娄库组泥岩盖层厚度分布图

2.4输导条件

输导系统是连接“源”和“藏”的桥梁，具体的油气通道及路径影响着油气的运聚方向、聚集部位及油气散失量和运聚效率[12-14]。根据运移介质的不同，将油气输导通道分为三类，即渗透性地层、不整合和断裂。

2.4.1渗透性地层输导通道

渗透性地层是油气运聚的基础，因而是重要的输导通道。深层的储集层输导系统包括登娄库组碎屑岩砂岩系统和营城组火山岩裂隙系统两大部分。受断陷盆地多期构造演化和特殊沉积环境的控制，储集层连通性差、非均质性强，油气运移路径和通道较为复杂。油气一般仅集中在少数连通性好、渗透率较高的孔隙通道上运移。达尔罕构造DB11井油气显示多集中在火山岩及火山碎屑岩中，占营城组含气层的90%以上。经岩心观察发现，火成岩及泥岩中微裂缝相当发育。扫描电镜观察，有的裂缝被方解石充填后，在方解石脉两边见有无充填的微裂缝，缝壁上无明显的黏土矿物生长，方解石脉有溶蚀现象，并产生次生溶蚀孔；有的裂缝被方解石充填后，仅在方解石脉一边留有微裂缝。这表明火成岩裂隙及次生孔隙发育层段是油气的重要输导层系之一。

2.4.2不整合输导通道

不整合与油气聚集有密切的关系，除了改善不整合面以下地层的储集物性、有利于形成各种与不整合有关的圈闭之外，不整合还为油气运移提供优势运移通道，油气常常可以通过不整合面进行长距离的运移，可以导致源区之外的成藏。

受燕山早期、燕山末期、喜山早期、喜山末期几次较大构造运动的影响，区内深层断陷带发育了多个不整合面，为油气运移提供较好通道。尤其是营城组末期的不整合面是断陷阶段演化鼎盛时期的一次大规模构造反转运动，各断陷盆地不同程度的遭受地层剥蚀，在地震剖面上可清晰识别的区域角度不整合。

2.4.3断裂输导通道

断裂具有开启和封闭的双重性质，如张性断层更易具有通道性，相比压性断层更易具封闭性，断层的倾角大，有利于运移，断层的倾角小，则有利于封闭。除此之外，断层作为油气输导，还与断层的相对活动与静止密切相关，在断层的活动期普遍具通道性，在断层的静止期容易封闭，因此同一断层在不同的部位或不同的时期，可表现出不同的作用。

松辽盆地断陷期地层断裂非常发育，它们与渗透性地层和不整合一起构成了立体的输导通道，加上小分子的天然气的流动能力强，因此，尽管断陷深部地层因致密、渗透性差和相变快、连续性差，但通过非常发育的断裂体系沟通构成立体输导体系，区内天然气的输导条件总体上是比较优越的。

2.5圈闭条件

2.5.1火山岩圈闭发育与分布

火成岩发育区往往是断裂发育区，火山作用常常形成正向地貌，这使得火山岩发育区总是能够形成多种遮挡条件，如断层遮挡、披覆体遮挡、不整合遮挡、岩性突变遮挡等等，从而形成多种类型的圈闭。在同一火成岩体周围，可以形成一系列圈闭组合，形成火成岩圈闭群的概念，如火成岩披覆构造圈闭、火山岩透镜体圈闭、火山岩断块圈闭、火山岩不整合圈闭、火成岩古潜山圈闭等一系列。因此，火山岩发育区一般并不缺乏圈闭条件，而且往往规模较大，从而为大中型气田/气藏的形成奠定了基础。从目前的勘探情况来看，深层型圈闭主要与构造位置、断层展布、火山岩体等因素相关。对于岩性致密、未遭受破坏的火成岩可以作为圈闭盖层或遮挡物，形成火成岩自储自盖型圈闭；断陷内部发育的火成岩、近岸水下扇可以成为独立的岩性圈闭；火山岩与围岩具有岩性突变，可形成火山岩透镜体圈闭；长岭断陷带营城组向东逐渐减薄，易形成地层圈闭；从基底的构造形态来看，断陷中部发育的继承性古隆起，为形成大规模的火山岩构造圈闭提供良好的地质条件。

2.5.2圈闭有效性分析

圈闭的有效性主要取决于三方面：一是与烃源岩的空间配置关系，二是形成期与生排烃期的时间匹配关系，三是成藏期之后的保存条件的有效性[15,16]。就圈闭与源岩的空间匹配来说，由于区内深层的火山岩主要发育于营城组，与深层的主要源岩层营城组和沙河子组层位上接近，断陷盆地的特殊结构使两者往往平面上重叠或交叉。就时间上的匹配来说，与需要晚期差异隆升或褶皱变形才能形成圈闭不同，上述火山岩圈闭多在上覆泉头组、登娄库组盖层沉积之后就已经形成，早于前面生排烃期和成藏期研究所确定的登娄库组末期—姚家组末期。至少，火山岩圈闭的形成时间会早于上覆的泉头组和登娄库组碎屑岩圈闭。因此，时、空匹配上都是有效的。就保存条件的有效性来说，主要取决于盖层的有效性。前已述及，如果没有后期断层的破坏，深层盖层都是有效的。因此，区内深层圈闭的有效性需要关注构造反转期断层对盖层条件的影响。

综合来看，松辽盆地南部深层，圈闭面积大、类型多，与源岩的空间分布和成气的时间匹配有利，多为有效圈闭。

3　结论

（1）松辽盆地南部深层发育沙河子组、营城组、登娄库组三套烃源岩，其中沙河子组湖相泥岩和煤系地层最为发育。从有机质丰度、类型、成熟度等指标来看，钻井揭示的沙河子组烃源岩普遍达到较好至优质烃源岩的标准，具备良好的气源条件。

（2）松辽盆地南部深层营城组火山岩裂缝比较发育，由其沟通早期形成的孔、缝、洞，形成良好的储集体系。

（3）研究区盖层类型多，保存条件好。泉一段顶部泥岩以深灰、灰黑色为主，在平面上分布比较稳定，是一套良好的区域盖层。登娄库组三、四段与沙河子组泥岩都是有利的局部盖层。登娄库组下部泥岩和营城组火山岩层间的泥岩和部分致密的玄武岩是有效的直接盖层，为营城组火山岩天然气聚集起到良好的封盖作用。

（4）松辽盆地南部深层营城组火山岩天然气的输导条件优越，根据介质的不同，可将油气输导通道分为三类，即渗透性地层、不整合和断裂输导通道。

（5）深层火山岩圈闭类型多样化，主要与构造位置、断层展布、火山岩体等因素相关。由于同受断裂控制，与源岩空间配置有利，圈闭形成时间早，同时盖层条件好，因此，只要不受后期断裂的破坏，多为有效圈闭。

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中图分类号：TE122.1

文献标识码：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

作者简介：向景红，女，1971年生，工程师，1993年毕业于长春地质学院应用地球物理专业，从事石油地质研究工作。

文章编号：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