徐家围子断陷下白垩统营四段层序地层与致密气成藏的关系

黄薇 肖利梅 陆加敏 印长海

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院

徐家围子断陷下白垩统营四段层序地层与致密气成藏的关系

黄薇 肖利梅 陆加敏 印长海

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院

黄薇等.徐家围子断陷下白垩统营四段层序地层与致密气成藏的关系.天然气工业，2012，32（7）：6-11.

松辽盆地徐家围子断陷下白垩统营城组四段致密砂砾岩储层是该区深层天然气勘探的储量接替层系之一，为预测其有利勘探区带，应用高精度层序地层学方法，研究了营四段层序地层与致密气藏形成的关系。①根据地层发育特征、地层旋回性和岩相发育特征，将营四段划分为2个三级层序，每一层序界面都有明显的地震响应、测井响应和沉积学标志特征。②建立了营四段层序地层格架，营四段下层序（Sq1）分布仅局限在断陷中心部位，发育半深湖—扇三角洲前缘亚相，以暗色泥岩为主，其为优质的烃源岩，可为上覆营四段提供气源；营四段上层序（Sq2）的辫状河三角洲前缘亚相物性好，是主要储层发育的有利部位。③构建了营四段致密砂砾岩气藏的2种成藏模式：一种是沙河子组为烃源岩，断裂为运移通道，砂砾岩与火山岩为储层的下生上储式成藏模式，有利勘探区位于兴城、徐东和徐南地区，预测天然气资源潜力达450×108m3；另一种是营四段下层序暗色泥岩为烃源岩，上层序砂砾岩为储层，自生自储或下生上储式成藏模式，有利区位于断陷中心的XS22井区，预测天然气资源潜力约为100×108m3。

松辽盆地 徐家围子断陷 早白垩世 层序地层学 砂砾岩储集层 成藏模式 体系域 勘探有利区

徐家围子断陷位于松辽盆地东南断陷区，总体呈北北西走向、西断东超结构的箕状断陷，面积约为5 350 km2。断陷内发育了下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组［1］。沙河子组为湖沼沉积的砂、泥岩互层地层，是重要的烃源岩层系［2］。营城组以几百米厚的火山岩为主，上部营四段发育一套以砂砾岩为主的沉积岩，其既是储层又是下部火山岩储层的盖层。

营四段在全区均有分布，但储层较致密，物性普遍较差。目前揭示的近200口探井中多见含气显示，已有10口探井获得工业气流，XS平32井水平井多段压裂获得日产近20×104m3天然气，达到同类直井产量的6倍，标志着致密砂砾岩储层勘探的新突破。勘探工艺技术的进步使得致密储层的经济价值大幅提升，因此，营四段将是深层天然气勘探的主要增储层系之一。笔者应用高精度层序地层学研究的方法，建立了营四段的等时地层格架，认清砂砾岩储层纵向及其平面分布，分析了层序地层与致密砂砾岩气藏的关系，预测有利勘探区带。

1 层序界面的识别标志

通过全井段取心井XS1-2井等多井岩心的细致观察描述——识别岩性、岩相界面特征，多井对比和井震关系研究，根据地层发育特征、地层旋回性和岩相发育特征，对营四段地层划分出2个三级层序，即营四段下层序（Sq1）、营四段上层序（Sq2）和6个四级层序（图1、2）［2］。

1.1 营四段下层序底界面（SB1）

1.1.1 底界面地震响应特征

营四段下层序的底界面（SB1）为火山岩与营四段之间的不整合。SB1界面在地震剖面上表现为在该界面之下是削截，之上为上超（图3）。

1.1.2 沉积学标志

图1 XS502井营四段层序地层划分序列图（1 ft＝0.304 8 mm）

图2 XS1-2井营四段层序界面、湖泛面岩性识别特征图

图3 徐家围子断陷营四段过XS502井地震剖面层序地层划分图

SB1界面在岩石组合上，表现为层序界面之上是以泥岩为主夹粗砂或中细砾岩的反旋回；而层序界面之下是流纹岩、晶屑熔结凝灰岩等营城组火山岩（图1、2）。

1.1.3 测井响应特征

在测井曲线上，层序界面之下表现为电阻率突然增高，声波时差值降低，自然伽马值增高（图1）。

1.2 营四段上层序底界面（SB2）

1.2.1 底界面地震响应特征

在地震剖面上，SB2界面表现为辫状河道砂砾岩的底界面，界面之下为削截，之上为上超（图3）。

1.2.2 沉积学标志

SB2为营四段上层序辫状河道砂砾岩与营四段下层序湖相泥岩或砂岩之间的冲刷侵蚀不整合面。该界面上下其岩石组合特征差异较大：界面之下为粗砂岩、含砾粗砂岩、砂岩与灰色深灰色泥岩构成的向上变粗变厚的反旋回；界面之上是粗砾岩、含粗砾的中砾岩与细砾岩构成的多个正旋回，或者是深灰色泥岩与砂砾岩之间的突变面（图1、2）。

1.2.3 测井响应特征

在测井曲线上，SB2界面位于正旋回自然伽马曲线的底部，自然伽马值的最低点，或者是营四段下层序反旋回自然伽马曲线的顶部（图1）。

1.3 营四段上层序顶界面（SB3）

1.3.1 顶界面地震响应特征

在地震剖面上，其为稳定分布的T4反射界面，界面之下表现为削截，界面之上表现为上超（图3）。

1.3.2 沉积学标志

SB3是曲流河、泛滥盆地沉积与辫状河沉积之间的不整合面。界面上下岩石组合的差异性非常大：在SB3界面之下为厚层的粗砾岩、中砾岩和细砾岩加薄层灰色泥岩构成的正旋回砂（砾）岩；界面之上为粗砂岩、含砾砂岩与紫红色泥岩构成的正旋回（图1、2）。

1.3.3 测井响应特征

在测井曲线上，SB3界面上的砂岩为明显低伽马值，而界面之下的砂岩或砂砾岩为高伽马值。且界面之下声波时差值降低（图1）。

1.4 体系域界面（湖泛面）的识别

初始湖泛面（IFS2）是辫状河砂砾岩与曲流河或泛滥平原及浅湖沉积之间的界面，其岩石组合表现为该界面之下为低位域的厚层粗砾岩、中砾岩与细砾岩构成的多个正旋回的叠合。

在地震剖面上初始湖泛面为辫状河砂砾岩反射的顶界面，是一套弱反射的顶界面。在测井曲线上，初始湖泛面表现为自然伽马值开始增高，灰色泥岩频繁出现，初始湖泛面以下低位域砂砾岩高电阻率曲线开始降低处。

最大湖泛面（MFS2）是灰色泥岩较为发育的部位。在测井曲线上，最大湖泛面处于自然伽马达到相对高值。在地震剖面上，最大湖泛面是前积反射的下超点，是一个连续的较强反射（图3）。

2 层序地层格架及体系域特征

通过对营四段发育的构造背景、地层充填序列、层序界面识别标志的分析，结合地震剖面层序划分和识别、钻井层序的划分和层序分析，利用Landmark工作平台进行地震剖面和钻井资料的交互解释，实现了层序的划分和对比，建立了层序地层格架。

营四段下层序（Sq1）：发育在火山喷发后形成的断陷内分布范围较小的火山湖环境之中，地势相对较陡，湖水深度相差悬殊。营四段下层序分布面积为928 km2，地层厚度介于50～150 m，发育扇三角洲—半深湖沉积层序。低位域以发育浅湖相灰色泥岩为主；湖扩展体系域发育深湖相泥岩为主。高位域发育扇三角洲前缘相的由中、细砾岩和灰色泥岩构成的正旋回岩相组合，属于扇三角洲前缘的水下辫状分流河道和河道间沉积微相。

营四段上层序（Sq2）：是在断陷整体下沉，内部火山湖盆被充填，盆地内构造起伏变得相对平缓，整体成为一个完整大湖盆的古构造背景条件下形成的，分布面积为3 925 km2，地层厚度介于100～200 m。营四段上层序沉积时期由于断陷北部物源区相对上升形成了广泛发育的轴向和侧向物源。断陷周围持续突起的火山岩高地发育的火山砾石经过一定距离的搬运在断陷轴向低位域发育辫状河及辫状河三角洲，侧向发育扇三角洲粗碎屑沉积［3－4］。因此，垂向上，砂砾岩内泥岩夹层由少到多，平面上，砂砾岩分布范围由小变大再缩小（图4）。

图4 XS605-SS3井营四段层序地层与沉积相剖面图（东西向）

3 层序地层与油气聚集的关系

3.1 营四段下层序是优质烃源岩

营四段下层序粗碎屑沉积分布局限而湖相暗色泥岩相对发育。目前已有43口深井钻遇营四段下层序暗色泥岩，其中XS22井钻遇暗色泥岩厚度最大，达135.2 m。泥岩样品的有机地球化学分析结果表明，其暗色泥岩是优质的烃源岩。有机碳含量达1.74%，有机质类型为腐泥—腐殖型，镜质体反射率值为2.6%，岩石热解分析最高热解峰温介于420～540℃，有机质成熟度达到过成熟演化阶段，烃源岩已经历大量生气阶段［5］。计算该层序暗色泥岩总的生气量为1 500×108m3。营四段下部暗色泥岩与上部的砂砾岩直接接触，生储配置关系良好；同时，分布区断裂较发育，可沟通下层序烃源岩与上层序砂砾岩储层。

3.2 营四段上层序三角洲前缘亚相发育致密砂砾岩储层

根据营四段钻井岩心物性统计分析，砂砾岩孔隙度介于2%～5%（目前压裂工艺条件下，孔隙度下限为3%）。扇三角洲和辫状河三角洲的前缘亚相砂砾岩储层分选好，磨圆度相对较高，物性相对较好（图5），孔隙度大于3%，是较好的储集层。扇三角洲前缘亚相和辫状河三角洲前缘亚相砂砾岩体相互大面积叠置连片，为形成较大规模的天然气气藏提供了储集空间。

低位域砂体厚度大且无夹层，但分选磨圆相对较差，储层物性略差。而湖扩展体系域和高位域砂体成熟度相对较好，其前缘砂体物性相对较好，是主力储层［6－7］。但这两个体系域中的薄层泥岩较多，形成夹层。因此，纵向上砂砾岩储层物性变化较大。

图5 徐家围子断陷营四段沉积相与孔隙度关系图

横向上，低位域砂体分布在靠近断陷内部；湖扩展体系域砂体向断陷边缘后退，在断陷内部暗色泥岩分布范围扩大；高位域砂体较湖扩展体系域砂体又略向断陷内部迁移。因此营四段上层序砂体由于纵向上储层物性差异、泥岩夹层和横向上的水进、水退迁移形成了大面积错置连片的条带状、透镜状砂砾岩储集体。

3.3 营四段砂砾岩成藏模式及勘探有利区预测

从目前已完钻井天然气显示情况看，只要营四段砂砾岩储层物性较好都有含气显示，含气井分布范围要比火山岩气藏广，但产气井多位于火山岩气藏发育区。通过气源对比，营四段砂砾岩气藏和火山岩气藏天然气成分相同，主要来源于沙河子组，其次来源于营四段，徐中、徐东两大断裂带控制了天然气藏的形成［8］。通过综合分析认为，营四段致密砂砾岩气藏有2种成藏模式。第一种，烃源岩以沙河子组为主，断裂为主要运移通道［9－10］，营四段砂砾岩为主要储层，登一段泥岩为盖层。目前这类气藏已发现，并在XS1井区提交了探明储量。研究认为，营四段扇三角洲、辫状河三角洲前缘相带，同时也是营一段火山岩气藏富集区的兴城、徐东和徐南地区为下一步勘探有利区。预测有利区面积为400 km2，估算资源潜力达450×108m3。第二种，断陷中砂砾岩储层发育在巨厚致密火山岩地层之上，且沟通储层与烃源岩层的断层不发育，源储沟通差，沙河子组烃源岩无法向上长距离运移。而营四段下层序烃源岩发育，可形成自生自储或者下生上储气藏。这类有利区位于断陷中心的XS22井区，面积为70 km2，估算天然气资源潜力为100×108m3，是下一步勘探的目标区（图6）。

图6 徐家围子断陷营四段气藏成藏模式图

4 结论

1）徐家围子断陷营四段可识别出3个层序界面，将其分为2个三级层序，每一层序界面都有明显的地震响应、测井响应和沉积学标志特征。

2）层序发育具明显特征，营四段下层序（Sq1）分布仅局限在断陷中心部位，发育半深湖—扇三角洲前缘亚相，以暗色泥岩为主。营四段上层序（Sq2）则是在断陷变为一个完整大湖盆的背景条件下形成的，发育辫状河及辫状河三角洲、扇三角洲前缘等粗碎屑岩。

3）营四段下层序湖相暗色泥岩是优质的烃源岩，可为上覆营四段砂砾岩储层提供气源。营四段上层序的辫状河三角洲前缘亚相物性好，是主要储层发育的有利部位。

4）营四段致密砂砾岩有2种成藏模式。一种是沙河子组为烃源岩，断裂为运移通道，砂砾岩与火山岩为一套气藏的下生上储式成藏；有利勘探区位于兴城、徐东和徐南地区，预测天然气资源潜力达450×108m3。另一种是营四段下层序暗色泥岩为烃源岩，上层序砂砾岩为储层，形成自生自储或下生上储气藏，有利区位于断陷中心的XS22井区，预测天然气资源潜力为100×108m3。

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（修改回稿日期 2012-05-20 编辑 罗冬梅）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.002

国家科技重大专项子课题“大型特大型岩性地层油气田（区）形成与分布研究”（编号：2011ZX05001-001）。

黄薇，女，1964年生，高级工程师；现任中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院总地质师，主要从事油气藏描述和储量评价研究工作。地址：（163712）黑龙江省大庆市中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院。E-mail：weihuang＠petrochina.com.cn