廊固凹陷中西部天然气成因类型及富集规律

2013-12-01庞爱兴

长江大学学报(自科版) 2013年16期

关键词：旧州盖层砾岩

庞爱兴

（长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100）

（中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

马玉芝，窦连彬，付亮亮

王爱丽，齐秋红，胡美玲（中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

新生代的喜山运动，使廊固凹陷大兴凸起持续抬升，河西务古隆起也随之抬升。在区域右旋张应力场的作用下，大兴凸起抬升并相对西移，造成大兴断层上陡下缓的铲形结构，与此同时，由于牛驼镇凸起的剧烈抬升也使得河西务东主断层活动，致使沿牛驼镇凸起北坡－河西务产生了牛北断层－河西务西断层［1］。由于局部应力场及重力作用，地层顺大兴断层、牛北断层－河西务西断层严重向下顺地层不整合界面附近产生滑脱，造成凹陷中部地层肿胀挤压上拱，而形成大型挤压背斜构造带。因断层切割作用，将背斜构造带分为西翼、核部和东翼，背斜的核部是柳泉－曹家务构造带，西翼就是旧州－固安构造带。

1 天然气成因类型

由于廊固凹陷地质条件复杂，构造多期发育、热演化程度不同等特点，造就了廊固凹陷天然气具有多元化的成因类型，欲寻找统一的标准来识别不同类型的天然气还很难。目前在天然气成因类型划分上还没有形成统一的标准。在国内外多家分类原则的基础上，结合廊固凹陷天然气形成的实际，根据气源岩、天然气地球化学特、母质成熟度等因素将廊固凹陷中西部天然气成因类型划分为生物气和油型气2种类型，其中生物气又分为原生生物气、后生生物气和原油降解生物气；油型气又划分为低熟气和高熟气［2］。廊固凹陷中西部主要以后生生物气和低熟气和高熟气为主。

图1 中西部油气藏原油比重与气油比关系

1）后生生物气由于后期构造运动，烃源岩被抬升到生物化学带而生成的天然气，后生生物气埋深一般小于1750m。①甲烷含量高、碳同位素分布范围较宽。后生生物气气组分特征与原生生物气相近，甲烷含量大于95%，湿气含量较低，小于5%；其甲烷碳同位素比原生生物气重为－35‰～－51‰，大多数位于－41‰～－45‰之间。②气油比较大，具反常的油气演化趋势。后生生物气藏中气油比常常很大，达2000～10000m3／m3。它与正常演化油气的趋势不同，随着气油比的增加，油的比重不降反增［3］（见图1）。

2）低熟气烃源岩在低熟阶段，镜质体反射率Ro＜0.9%时生产的天然气。廊固中西部低熟气大多在2000～3000m。①甲烷碳同位素、氢同位素较轻。δ13C1较轻，在－42‰－～55‰之间，氢同位素一般小于－200‰。②组分中甲烷含量相对低，湿气含量较高，这是低熟气的重要特征。甲烷含量比其他各类天然气一般都低，甲烷含量小于77%，湿气含量平均在20%～30%。C1／（C1－C5）分布范围大，为0.7～0.9。③常与轻质油或凝析油伴生。

3）成熟气烃源岩在成熟－高熟阶段，Ro＞0.9%时生成的天然气，气藏埋深位于3000～5000m。①甲烷碳同位素相对较重，在大于42‰，氢同位素大于－200‰。②湿气含量较低，大部分为5%～20%。甲烷含量相对较高，大于70%，C1／（C1－C5）为0.6～0.9。

图2 廊固凹陷后生生物气成藏模式图

2 成藏模式

廊固凹陷中西部主要有2套不同性质的天然气成藏系统，它们控制了中西部天然气的类型、成藏和分布，也决定了天然气的勘探和评价建产方向。第1套成藏系统是廊固凹陷浅层天然气成藏系统，特点是：气源岩为中浅层下第三系烃源岩，气源岩低熟，以后生生物气和低熟气为主，产气层位为下第三系中浅层砂岩，气藏类型为构造气藏和构造－岩性气藏，气藏数量多、分布广、规模小，主要分布在中浅层。第2套成藏系统是廊固凹陷深层天然气成藏系统，特点是：气源岩为深层下第三系烃源岩，气源岩高熟，以成熟－高熟气为主，产气层位主要为下第三系大兴断层下降盘砾岩体。

1）后生生物气成藏模式渐新世末期，廊固凹陷强烈抬升并遭受剥蚀，旧州断层与地表水沟通，地表水携带微生物沿旧州断层2侧向烃源岩侵入并发生生物化学作用，形成后生生物气（见图2）。这种气藏主要形成在中西部的旧州断层2侧的沙三段（Es3），具有自生自储的有利成藏条件，形成了重要的天然气富集。在平面上主要分布在旧州断层2侧，分布范围较广，固安背斜的固41气藏，柳泉背斜的泉81气藏是此类气藏的典型。

2）中浅层低熟气成藏模式廊固凹陷中西部中浅层存在较厚的Es3低熟气源岩，沉积类型以湖相为主，气源岩母质类型主要为以Ⅱ2型和Ⅲ型，这种母质类型的气源岩在低成熟阶段形成了大量的低熟气，在高压异常的驱使下，天然气向低压的Es3和沙一段（Es1）、沙二段（Es2）砂岩运移，并在各种圈闭中富集成藏，低熟气是中西部重要的天然气成藏模式，这种气藏埋藏浅，分布广。断层是这种成藏模式不可缺少的重要因素，它不但是形成圈闭的重要条件，而且还是主要的运移通道。中西部的旧州断层和王居断层附近是此类气藏的主要发育区（如王居断层附近的泉29气藏）。

3）中深层近岸水下扇砾岩体成藏模式由于下第三系大兴断层的强烈构造活动，致使大兴凸起长期继承性抬升并遭受剥蚀，大量砾石从凸起上崩落或垮塌下来，经风化剥蚀的岩体，被来自凹陷西北侧的水流搬运至湖盆中，沿盆地边缘呈扇形堆积，形成多个扇状砾岩体，砾岩体延伸到沙三下亚段高熟的气源岩中，形成自生自储近岸水下扇砾岩体气藏（见图3），如兴9井、兴10井、固15井等砾岩体气藏。

3 富集规律

1）烃源岩控制了气藏的平面展布从目前廊固凹陷中西部已发现的天然气藏来看，气藏主要分布在生气中心及其周围地区，气源岩控制了天然气藏的平面展布。处于生气中心及其周围，不仅气源充足，而且运移距离短，避免长途运移的大量散失，易富集成藏。中西部的固安－旧州构造带和柳泉－曹家务都处于烃源岩有效厚度最大的地区，生气强度大，是中西部天然气藏的主要富集区。

2）大断裂控制了气藏的纵向分布长期继承性活动的深大断裂是天然气纵向运移的良好通道，它使深部生成的天然气沿断裂向上运移并在浅部沿断层2侧聚集成藏。同时深大断裂在圈闭形成过程中也起到重要作用，其上升盘和下降盘往往有逆牵引背斜存在，有利于天然气的聚集。并且深大断裂可使深部储层和上部的盖层形成对接，提高圈闭的有效性，同时也可使烃源岩和储集层侧向对接，生成的油气能直接运移进入储集层聚集成藏。例如中西部的旧州断层为该区最主要的气源断层，大部分气藏都沿旧州断层及其分支断层2侧上下分布，柳泉－曹家务构造带的天然气主要富集在旧州断层下降盘的逆牵引背斜上。固安－旧州构造带的天然气则主要分布在旧州断层上升盘的断块和岩性圈闭上。

图3 近岸水下扇砾岩体成藏模式图

3）储层和盖层控制了天然气的富集程度 ①储层。廊固中西部主要有3类储集体：砂岩、砾岩、火成岩。储集条件受相带、埋深、岩石成份、构造运动等因素的影响，差异较大。一般来说，中浅层砂岩储集物性较好，所形成的气藏最为富集，深层砂岩受压实作用影响较大，储集物性较差。砾岩和火成岩主要以裂缝为主要储集空间，但经过后期构造、搬运等作用，岩石的储集性能会得到明显的改善。如大兴断层下降盘的兴9井砾岩体，由于搬运以及后期构造作用，砾岩体内构造裂缝发育，凡是裂缝发育的地方，储集物性就很好，气藏富集程度就高，例如兴9－9井裂缝最为发育，产气量也最高。②盖层。盖层对天然气的聚集也起很重要的作用，由于天然气具有分子直径小、粘度低、扩散性强的特点，与石油相比，天然气对盖层的要求更为严格。盖层质量的好坏不仅影响到天然气的富集程度，而且直接影响到该区天然气的保存。盖层对天然气的封闭机理主要有3种：毛细封闭、超压封闭和烃浓度封闭。中西部主要以前2种封闭机理为主。毛细封闭能力的好坏体现在排替压力的大小，排替压力数值上等于岩石中润湿流体被非润湿流体排替所需要的最小压力。该种封闭在中西部普遍分布。超压封闭是指依靠欠压实泥岩盖层中的异常高的孔隙流体压力来封堵下部储层中流体。研究表明，廊固中西部纵向上存在2个欠压实带，一个埋深1400～2100m，欠压实厚度200～400m；另一个分布于3000～3900m，分布范围较大。欠压实带的存在提高了盖层的封闭能力，在欠压实带下部和中部均发现了油气藏，如固安地区的固13气藏产层就分布在欠压实带内。