阳信洼陷生物气成藏主控因素分析与气藏描述

甘志红

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院)

0 引言

阳信洼陷位于惠民凹陷东北部，隶属于渤海湾盆地济阳坳陷惠民凹陷次一级负向构造单元，北靠无棣凸起，东邻沾化凹陷的流钟洼陷，南接林樊家构造北缘，呈典型的北断南超的箕状结构特点，面积约1290 km2(图1)。阳信洼陷是济阳坳陷惠民凹陷含油气较为丰富的构造单元，目前已完钻的46口探井中有14口井在沙一段共解释气层42层78.4 m，有3口井获得工业气流，展示了该区良好的勘探潜力。

图1 阳信洼陷构造位置图

1 气藏特征及地化性质

1.1 气藏特征

阳信洼陷发现的天然气主要分布于沙一段，气藏埋藏浅，气藏埋深一般为1309.38～1520.4 m。单层厚度小，厚度为0.8～5.5 m，平均单层厚度为1.9 m，平面上叠合连片，单井产能较高，产能为 9498～23910 m3，经济效益较好。天然气主要分布于惠城鼻状构造带和东部的商店披覆构造带。纵向上，天然气集中分布于沙一段中、下亚段，气藏类型包括构造气藏、构造-岩性气藏、岩性气藏(图2)。

图2 阳信洼陷沙一段东西向气藏剖面图

1.2 气藏地化性质

通过本地区阳101井等5口井沙一段天然气组分分析(表1)，甲烷含量一般在95.00%～98.49%，平均值为97.30%；重烃(C2+)含量平均值0.14%；天然气相对密度平均0.5711；甲烷系数(C1/C1-C5)平均值0.9986；说明沙一段天然气具有富甲烷、贫重烃、低密度，呈典型的干气特征。

阳信洼陷沙一段生物气δ13C1介于-56.46‰～-60.88‰之间，平均值为-59.31‰(表1)，与国内典型生物气田甲烷碳同素具有相似的地化特征。碳同位素是鉴定天然气成因的重要指标[1]，微生物成因气CH4碳同位素的δ13C1值一般位于-55‰～-100‰，δ13C1值大于-55‰属于热成因气，因此δ13C1值-55‰成为生物气区别于热解成因气和深源气的重要鉴别指标之一[2]。再结合阳信洼陷沙一段天然气埋深浅、富甲烷、贫重烃、低密度的特点，因此阳信洼陷沙一段天然气属于生物气成因。

表1 阳信洼陷生物气地化特征一览表

1.3 气源对比

阳信洼陷东部阳24井沙一段泥岩吸附气甲烷碳同位素介于-51.91‰～-61.6‰，平均为-55.30‰；而沙三段泥岩吸附气甲烷碳同位素介于-47.94‰～-51.04‰，平均为-49.7‰，沙一段生物气甲烷碳同位素与沙一段泥岩吸附气甲烷碳同位素接近，说明沙一段天然气来自沙一段烃源岩。

2 储层特征与储盖组合

阳信洼陷沙一段生物气主要赋存于沙一段滨浅湖亚相生物滩微相生物灰岩或白云岩储层及砂坝微相砂岩储层中(图3)，尤其是以碳酸盐岩储层为主，沙一段含气储层 82%为碳酸盐岩储层，28%为粉砂岩储层。

2.1 储层分析

生物滩微相储层为水下高地上发育的以生物碎屑为主的颗粒碳酸盐岩，岩性主要为生物灰岩和生物白云岩。主要分布于沙一中与沙一下亚段，尤其是沙一中亚段，东部商店披覆构造带及中部惠城鼻状构造带发育分布面积较大的介形虫和藻类生物灰岩，单层厚度0.5～2 m，最厚6 m，局部有生物礁发育，造礁生物为中国枝管藻，组成抗浪骨架。生物礁主要分布于商店披覆构造带构造高部位，水体清澈、透明，阳光充足，礁体发育成层状，单层1.5 m左右。阳16井沙一段1287.94 m生物白云岩，镜下可见大量完整的螺、介形虫及其碎片充填管间，并保留部分原生骨架孔隙。次生溶孔发育。实验室统计8块样品物性分析发现，沙一段碳酸盐岩孔隙度为4.6%～31.5%，平均16.7%，渗透率为0.21～236 mD，属于较好的储集层，是生物气的主要储层。

图3 阳101井沙一段单井相图

砂坝微相储层主要形成于湖盆边部浅水地带和水下高地周围，岩性为灰色、灰白色粉砂岩和少量细砂岩。矿物成分较纯，分选和磨圆较好，泥质含量较少，波浪层理明显。单层厚度一般1～2 m，最大3 m，自然电位曲线为漏斗状、箱状。以阳101气藏为例，通过测井解释，阳101沙一上亚段粉砂岩含气储层，孔隙度为25.7%，渗透率为137.4 mD，具有很好的储集性能。

2.2 盖层评价

天然气能否聚集成藏的一个必要条件是具有稳定分布的盖层。通过单井相分析，沙一段生物气藏的直接盖层为滨浅湖亚相及深湖相泥岩、油泥岩及油页岩，同时沙一上亚段广泛分布有一套稳定沉积的厚达20～60 m的滨浅湖相及深湖相的深灰色、灰色泥岩，作为沙一段天然气聚集的有效的区域盖层。

盖层的毛细管力、孔隙流体异常压力和盖层与储集层中气体的浓度差，是阻止天然气逸散的三种主要封闭机制。由于沙一段为常压系统，毛细管作用是主要的封闭机制，即盖层与下伏储集层的排驱压力之差必须大于或等于天然气向上逸散的的各种动力之和(浮力、水动力等)，才能封闭油气。阳信沙一段含气粉砂岩排驱压力约为0.12 MPa。沙一段气藏的高度均小于20 m，其浮力为0.05～0.2 MPa，这是天然气向上运移的主要驱动力，也是储气层的剩余压力。由于阳信沙一段地层起伏不大，水动力的影响远小于毛细管力作用，可以忽略不计。因此，沙一段生物气聚集的一个必要条件是盖层的突破压力必须大于或等于下伏储集层的剩余压力。也就是说，当盖层突破压力达到或大于0.05～0.2 MPa，就能构成有效的遮挡。

阳信沙一段地层埋深1100～1750 m，泥岩突破压力约为2～3.5 MPa[3]，另外，由于沙一段泥岩中不同程度的饱含水，饱和水的泥岩排驱压力远大于饱和空气的排驱压力[4]。因此，沙一段泥岩直接盖层及沙一上稳定分布的区域盖层突破压力远大于气藏剩余压力，具备了有效盖层的条件。

2.3 储盖组合类型

阳信沙一段断层不发育，沙一上亚段暗色泥岩广泛分布，构成了沙一段生物气藏的重要区域盖层，生物气在沙一段聚集形成自储自盖型。根据储层岩性划分为碳酸盐岩储盖组合和砂泥岩储盖组合两种类型。

3 生物气成藏主控因素

阳信洼陷沙一段生物气成藏主控因素有气源、构造、岩性以及保存条件。气源是生物气成藏和富集的物质基础；大型构造背景有利于生物气运聚形成气藏，储层厚度、展布面积决定生物气藏规模大小，保存条件是生物气成藏的关键。

3.1 烃源岩

(1)地温

生物气是指烃源岩有机质通过微生物的生物化学作用分解有机质形成的以甲烷为主的天然气[5]。在生物气的形成过程中，甲烷菌等微生物起到了重要的作用。控制甲烷菌生长的因素有地温、氧化还原性、酸碱性等，适宜的地温条件是甲烷菌生存的基础，对生物气的形成起到主要的控制作用[6]。

甲烷菌生存温度范围一般在0～75 ℃，具有较大生理活性是35 ～65 ℃[7]。通过7口井的测试分析，沙一段地温值介于54.0 ～63.0 ℃，平均56.9 ℃，处于生物气生烃高峰时期，即沙一段烃源岩仍处于生烃阶段，属于晚期大量生成，有利于晚期成藏。

温度条件也决定了烃源岩的埋深，若将75 ℃作为甲烷菌生存的下限，按平均地温梯度3.3 ℃/100 m计算，则生物气生成深度下限值为1850 m，而洼陷沙一段烃源岩最大埋深仅1760 m，因此，沙一段烃源岩处于生物气窗。

(2)烃源岩品质

沙一段沉积时期，阳信洼陷为断陷活动晚期，接受浅湖或半深湖相沉积，形成了广泛分布的深灰色、灰色的油页岩、泥岩，构成了沙一段重要的气源岩。源岩有机碳平均值4.24%，有机质类型为I型；国内其它一些生物气田如柴达木盆地第四系、莺歌海盆地第四系乐东组、浙江沿海第四系滨海组气源岩有机碳介于0.3%～0.61%之间，有机质类型为II型和III型。李明宅等认为，甲烷产率与有机质类型有关，有机质的生气率主要受有机质类型中可降解物含量控制，母质类型愈好，总生气量就愈大[8]。通过模拟实验I型干酪根70 ℃累计生气率可达115 m3/t，II型和III型干酪根70 ℃累计生气率为85 m3/t与50 m3/t。因此，阳信洼陷湖相气源岩品质较好，具有较高产气率和较大生气量，弥补了洼陷气源岩厚度和分布面积相对较小的弱点，为沙一段生物气成藏提供了充足的气源条件。3.2构造岩性因素

在区域构造应力和火成岩作用下，形成了阳信洼陷沙一段东高西低、北断南超的构造格局。东部为沙三段火成岩喷发背景上的商店披覆构造，中部为一个由南向北延伸入洼的大型惠城鼻状构造，构成了沙一段湖相沉积的水下高地，并发育了滨浅湖亚相生物滩、砂坝、席状砂等，沉积了生物灰岩和砂岩等储层，构成了构造-岩性、岩性等多种有利圈闭类型，为生物气成藏创造了较好的条件。

(1)构造背景

阳信洼陷生物气主要富集于东部的商店披覆构造和中部的惠城鼻状构造。这些构造不仅为古沉积环境的高点，而且还具有良好的继承性发育特点，为生物气运聚成藏提供了有利场所。如惠城鼻状构造带位于洼陷中部，呈近南北向展布，为宽缓低幅度的隆起构造。古隆起构造是滨浅湖亚相的生物滩、砂坝、席状砂等多种微相的生物灰岩和砂岩储层发育带，同时古隆起构造背景还处于低流体势区，为生物气运移的有利指向[9]。隆起构造较深洼陷区埋藏浅，地层温度、压力降低，为生物气运移、分异和聚集提供了优越的地质条件，成为生物气富集的主要场所，古构造背景控制储层分布、生物气运移方向和聚集程度。

(2)岩性因素

阳信洼陷含气储层单层厚度较小，但层数多、叠合面积较大。洼陷东部商店披覆构造广泛分布的生物灰岩或生物白云岩，碳酸盐岩分布面积达100 km2以上，生物灰岩发育中心为阳16井附近，沉积厚度最大，累计达11 m，向西生物灰岩厚度逐渐减薄至1 m，气层厚度也相应减薄，说明岩性因素控制了生物气的富集程度。

3.3 保存条件

(1)快速沉积

生物气通常发现于沉积速率大于0.05 mm/a地区，阳信洼陷沙一段沉积速率达0.60 mm/a。快速沉积有利于早期生成的生物气保存下来，同时也有利于沉积物有机质的堆积、埋藏和保存，促进有机质不断进入生物气主生气带，并减少了生物气的散失[10]。

(2)断裂作用弱

沙一段沉积期，洼陷边界断层-阳信断层活动减弱，洼陷内部二级及三级断层不发育。东营组沉积时期，受区域构造运动的影响，洼陷整体抬升，洼陷内为河流相沉积；东营组沉积以后进入拗陷期。因此形成阳信洼陷沙一段、东营组以及上第三系断层不发育、形态呈“平底锅”的构造特征，减少生物气沿纵向的散失量，有利于生物气的大量保存。

阳信大断层作为洼陷的边界断层，断裂附近地表水较为丰富，水质较淡，甲烷菌异常活跃，促使有机质早期分解，不利于有机质保存和生物气成藏的形成，同时断裂活动易导致生物气扩散，对生物气藏有一定程度的破坏作用，因此生物气主要富集在远离大断裂的圈闭。

4 气藏描述与勘探潜力评价

阳信洼陷沙一段生物气单层厚度较小、层数多、平面上叠合连片，含气储层大数为碳酸盐岩储层类型，而碳酸盐岩具有密度大、声波时差较小，含气之后碳酸盐物理条件变化较小，常规的测井约束反演或者属性提取等方法很难取得满意的效果，因此在阳信地区应用了COBEN气藏描述技术。

4.1 COBEN气藏描述技术

COBEN储层反演及气藏烃类检测技术利用AVD异常及PR等参数开展气藏富集区的预测。储层实际是多相介质，储层的各项异性会导致地震波动存在差异。通过使用地震、区域地质数据反演地层的物性参数，能细致地反映地下各种地质现象，从不同侧面反映地质体的岩性及所含流体的变化。

COBEN气藏描述技术包括AVD反演油气技术和PR异常特殊处理技术两项技术：

AVD代表地震波吸收参数的异常及速度的发散，由于地震波是在非弹性介质中传播的，当储层富含天然气时，地震波在其中传播将引起速度变化，分析提取速度的变化率即速度发散参数与地震波的吸收特性有助于宏观上提高分辨高渗储层及气藏的能力，最终利用吸收特性及速度发散曲线在储层上的异常来预测油气藏，AVD最大值反映油气富集异常区。

PR异常处理技术就是利用二维或三维地震资料计算主频衰减异常△F(dF/dt)、速度异常△V (dV/dt)、振幅异常△A (dA/dt)、极化率变化，将以上参数校正后合成为PR参数，PR高异常值代表着主频衰减率高、速度异常值大等信息，代表着储层存在富含天然气的可能性。

4.2 COBEN气藏描述技术应用

通过在阳信洼陷应用COBEN气藏描述技术，预测结果与已知气藏基本吻合，并对无井钻遇区做出了储层预测。以惠城鼻状构造带的阳101块为例，阳101块已钻有阳1、阳101、阳21等气井，含气储层主要生物灰岩和砂岩，单层厚度较小，但层数多且储层物性较好。阳101井沙一段1504.2～1529.6 m气层共有5层厚7.7 m，进行常规试气，5 mm油嘴日产天然气12250 m3。通过阳101井与阳1井、阳21井储层对比，气藏基本叠合连片。PR反演及AVD反演表明，在阳101、阳1、阳21等井处由于储层含气，反演显示为连续强异常。另外124.4测线AVD反演剖面表明，洼陷中部背斜带有明显高异常，构造高点AVD异常最强，而鞍部AVD异常减弱乃至消失，反映出气藏及储层的分布受构造因素影响较大。而未钻遇气层的井PR反演与AVD反演为弱异常。分析发现试气获工业气流或测井解释气层的井其AVD异常值均大于1180，而测井未解释气层的井其AVD异常值均小于1180，因此将1180作为是否含气的分界值：>1180计算含气范围之内，<1180排除在含气范围之外。运用AVD及PR反演，可以较有效地反映气藏及储层的空间展布。

由于阳信洼陷沙一段生物气储层主要为生物灰岩，气藏富集于生物灰岩较为发育的水小隆起及斜坡，通过将气藏AVD反演与生物灰岩厚度叠合，可以较为准确地预测生物气的展布(图4)。阳信洼陷沙一段生物气不仅具有气藏东西连片、整盆含气的局面，而且尚有不少生物灰岩、砂岩储层发育区，且构造有利地区仍具有较大的天然气勘探潜力。

图4阳信洼陷AVD反演叠合生物灰岩厚度平面图

4.3 勘探潜力评价

阳信洼陷生物气富集区块如惠城鼻状构造带倾没端的阳101 块及商店披覆构造带的阳16块具有有利的构造背景，发育了生物滩、砂坝等微相的良好储层，并位于油气运聚的有利指向区，已有多口井钻遇气层，并有3口井试气获得工业气流，运用COBEN气藏描述技术及储层预测分析，描述与预测了气藏的展布，阳信洼陷预测生物气含气面积164.5 km2，预测生物气地质储量146.2×108m3，显示了该区具有较大的勘探潜力。

1 钱贻伯，连莉文，陈文正，等.生物气形成过程中CH4碳同位素变化规律的研究[J].石油学报,1998，19(1):29-33.

2 王涛.中国天然气地质理论基础与实践[M].北京:石油工业出版社，1997.

3 陈建渝,曹树春，曹忠祥，等.中国东部中浅层气藏成藏动力学特征—以济阳坳陷中浅层气藏为例[J].油气地质与采收率，2001，8(1):13-17.

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5 关德师，戚厚发，钱贻伯，等.生物气的生成演化模式[J].石油学报，1997，18(3):3-36.