徐家围子断陷火山岩气藏主控因素及有利区

王文广，郑 民，卢双舫，王 民，陈树民，吴晓智，李建忠，李吉君

(1.中国石油大学(华东) 非常规油气与新能源研究院,山东 青岛 266580；2.中国石油勘探开发研究院 油气资源规划所,北京 100083；3.大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院,黑龙江 大庆 163712 )



徐家围子断陷火山岩气藏主控因素及有利区

王文广1,2，郑 民2，卢双舫1，王 民1，陈树民3，吴晓智2，李建忠2，李吉君1

(1.中国石油大学(华东) 非常规油气与新能源研究院,山东 青岛 266580；2.中国石油勘探开发研究院 油气资源规划所,北京 100083；3.大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院,黑龙江 大庆 163712 )

徐家围子断陷是我国东部富含火山岩天然气藏的重点断陷.探讨徐家围子断陷火山岩气藏基础地质条件和火山岩含气系统，分析火山岩气藏主控因素及耦合关系，揭示火山岩天然气成藏规律.结果表明：徐家围子断陷火山岩气藏控制因素包括优质、成熟的气源岩为火山岩气藏提供充足的气源条件；原生和后期改造型火山岩体为火山岩气藏提供有利的储集空间；基底断裂控制火山岩体的分布并提供天然气高效运移的疏导通道；火山岩气藏成藏主控因素、时空匹配关系控制天然气富集.火山岩气藏主要分布于构造高部位和斜坡带，全区发育原生型火山岩气藏，徐中地区和安达地区发育后期改造型火山岩(风化壳)天然气藏.徐家围子地区存在一定范围的风化壳，厚度在100 m左右，主要分布于安达地区和徐中地区；距火山岩风化壳顶面由近及远，单井日产气量从26×104m3降至8×104m3，火山岩孔隙度从26%降至8%，风化剥蚀改善火山岩储集性能.

火山岩； 风化壳； 含气系统； 天然气； 主控因素； 徐家围子断陷； 松辽盆地

0 引言

火山岩作为烘烤层，能够促进烃源层的生烃演化；作为储集层，能够形成一种特殊的火山岩油气藏.火山岩的成藏条件和成藏主控因素与常规碎屑岩的不同，火山岩储层分布具有跨越地质时代长、受埋深压实作用影响小和后期改造作用强等特征.目前，世界范围已发现300余个与火山岩有关的油气藏[1]，其中169个火山岩油气田(藏)主要富集在原生型火山岩和后期改造型火山岩地层中，并且以中新生界原状火山岩油气田(藏)居多[2]，如中国西部三塘湖盆地马郎凹陷牛东卡拉岗组火山岩风化壳油藏——牛东油田，以及准噶尔盆地石炭系顶部火山岩风化壳气藏——克拉美丽气田.火山岩油气田(藏)作为一个油气勘探领域，已开展的针对性研究包括4个方面：(1)火山岩基础地质特征[3-4]，如火山岩体、火山岩相、火山岩性和火山机构模型等；(2)火山岩储集层发育特征[5-8]，如火山岩储层和气孔杏仁构造等，具备形成优质储层的特征；(3)火山岩油气藏成藏主控因素[9-11]，如东部火山岩气藏成藏主控因素为岩相岩性、源岩和断裂，西部火山岩油气藏成藏主控因素为不整合面、岩相、构造环境和源岩；(4)火山岩油气运移聚集特征[12-14]，如原生型火山口—近火山口相带和后期改造型火山岩风化壳是火山岩油气运移聚集的指向区.

针对徐家围子断陷基岩风化壳、营城组一段和三段原生火山岩体、营四段砂砾岩、登娄库组和泉一、二段砂岩体等储集空间[13,15-20]，人们研究天然气藏的烃源岩、断裂、古隆起、盖层、火山岩相/岩性等主控因素及其时空匹配关系.随着我国东部火山岩类天然气勘探程度的提高，地质认识程度逐渐增强，发现徐家围子断陷火山岩气藏还与火山岩喷发旋回、间断风化剥蚀等因素有关[21]，营城组一段和三段火山岩体形成时期存在多期喷发和短暂抬升剥蚀现象，喷发旋回顶部发育一定厚度火山岩风化壳，而火山岩风化壳是非常好的火山岩天然气储集空间.因此，基于徐家围子断陷内火山岩勘探概况、火山岩气藏基础地质条件和含油气系统研究，笔者梳理火山岩天然气成藏主控因素及其耦合关系，开展火山岩气藏成藏规律及有利区评价，为徐家围子断陷深层火山岩气藏勘探开发提供参考.

图1 徐家围子断陷深层火山岩气藏概况Fig.1 The deep volcanic rocks part natural gas accumulation factors congruent map in Xujiaweizi fault depression

1 勘探概况

徐家围子断陷位于松辽盆地北部古中央隆起带的东侧[7]，是一个近北北西向展布的低角度单断型箕状断陷；断陷内发育徐西、徐中和徐东继承性基底断裂[22]，控制深层天然气的运聚成藏(见图1).研究区火山岩天然气勘探经历天然气勘探发现阶段、深层天然气探索阶段、深层天然气重大发现阶段和深层天然气勘探大发展阶段.2002年，在徐深1井营城组火山岩中获得日产百万立方米的高产无阻工业气流，截至2014年，徐家围子断陷深层已提交天然气探明地质储量超过2.0×1011m3，展示徐家围子深层火山岩天然气藏的巨大勘探潜力.

2 基础地质条件

2.1 气源岩发育特征

烃源岩发育特征主要指烃源岩的分布、厚度、岩性、有机质丰度、类型和成熟度等参数分布规律.徐家围子断陷深层烃源岩分布于沙河子组和火石岭组；沙河子组暗色泥岩全区发育，一般厚度为50～650 m，最大厚度为1 000 m；沙河子组煤岩主要分布于断陷的中部和北部，一般厚度为2～50 m，最大厚度为120 m；火石岭组暗色泥岩分布较为零散，最大厚度为900 m；火石岭组煤岩主要分布于断陷的中西部[23]，一般厚度小于36 m.

沙河子组和火石岭组2套暗色泥岩平均有机碳质量分数分别为1.94%和1.83%，煤岩平均有机碳质量分数分别为44.00%和32.8.00%[24]；沙河子组和火石岭组2套暗色泥岩的有机质类型是Ⅱ2或Ⅲ型，Ro普遍大于2%，达到过成熟阶段.徐家围子断陷深层烃源岩分布范围大、层系多、丰度高、类型较好、成熟度高，为上覆营城组火山岩气藏提供充足的物质基础.

2.2 火山岩岩性/岩相

徐家围子断陷发育营城组一段和营城组三段2套火山岩储集层.其中，营城组一段火山岩主要为酸性火山岩；营城组三段火山岩主要为中、基性火山岩，局部存在酸性火山岩.

基于27口井产工业气流层位的火山岩岩性/岩相统计结果(见表1)，分析赋存天然气的火山岩岩性/岩相特征：徐家围子断陷火山岩气藏主要分布于侵出相的内带亚相、火山通道相的火山颈亚相、爆发相的热碎屑流亚相和溢流相的上部亚相[25-27]，在溢流相的中下部亚相、爆发相的热基浪亚相、爆发相的空落亚相也有分布.

表1 徐家围子断陷27口井产工业气流层位的火山岩岩性/岩相统计结果Table 1 The volcanic lithfacies/ subfacies statistical table of 27 wells industrial gas flow of Xujiaweizi fault depression

2.3 火山岩风化壳

有关中国西部火山岩风化壳的研究，主要涉及火山岩风化壳孔隙成因及分布、储集层有效厚度、火山岩风化壳分布规律、火山岩风化壳的识别方法及模式，指出火山岩风化壳油气地质条件及意义[2,8,28-29].有关中国东部火山岩风化壳的研究，主要涉及火山岩顶面风化带淋滤现象及风化壳内火山岩储集性能等方面.

基于测井、录井和岩心资料，根据红色黏土层、铁染及测井响应特征，识别营城组一段火山岩风化壳，风化壳主要发育于安达地区和徐中地区，主要分布在火山机构的构造高部位和斜坡带上(见图2)，且火山岩风化壳发育处天然气井日产气量高.

图2 营城组一段顶面火山岩风化壳发育构造Fig.2 The tetonic gragh of K1yc top surface volcanic rock weathering crust

徐家围子断陷深层营城组一段火山岩地层存在差异性抬升作用，局部地区遭受风化剥蚀[30]，改善火山岩储集性能；由于营城组火山岩风化淋滤时间较短，火山岩风化壳改善储层厚度在100 m左右，为天然气聚集成藏提供有利的储集空间.随着与火山岩风化壳顶面的距离增大，日产气量从26×104m3降至8×104m3(见图3(a))，火山岩孔隙度从26%降至8%(见图3(b)).

2.4 盖层发育特征

盖层发育特征主要指盖层的分布、岩性、厚度、砂泥岩比率和单层厚度等分布规律[31].徐家围子断陷内发育3套盖层(见表2)、2套区域盖层和1套局部盖层.其中，泉头组一、二段泥岩盖层厚度大，封闭能力强，横向分布稳定，是营城组的区域盖层；登娄库组二段泥岩盖层普遍发育，岩石粒度细，封闭能力强，是营城组直接区域盖层.营城组一段顶部沉凝灰岩盖层，总体表现为东北部厚、南部薄的特点，是一套良好的局部盖层[23].徐家围子断陷盖层封闭能力较强，盖层品质好(见表2).

表2 徐家围子断陷天然气盖层综合评价结果Table 2 The cap-rock comprehensive evaluation of deep zone gas reservoir in Xujiaweizi fault depression

3 深层火山岩含气系统

含气系统是指盆地中一个自然的烃类流体系统，包括形成天然气藏所必需的一切地质要素(如烃源岩、储集层、盖层及上覆岩层)及地质作用(如烃源岩成熟、排烃、二次运移、聚集和保存)，并要求要素和作用在时间上相互配合.徐家围子断陷深层火山岩含气系统[32]自上而下包括下白垩统泉头组(K1q)一、二段、登娄库组(K1d)、营城组(K1y)、沙河子组(K1sh)，以及上侏罗统火石岭组(K1h).其中，营城组一段和三段是2套火山岩储集层；泉头组一、二段和登娄库组二段是2套区域盖层，营城组一段顶部沉凝灰岩是局部盖层；沙河子组和火石岭组煤岩和泥岩是烃源岩.

徐家围子断陷深层天然气成藏时间主要为泉头组沉积末期到明水组沉积末期，火山岩含气系统的关键时刻为泉头组沉积末期—青山口组沉积初期和明水组沉积末期.深层火山岩含气系统各成藏要素时空匹配关系较好，营城组一段顶部凝灰岩、登娄库组一段泥岩和泉头组一、二段泥岩对天然气保存极为有利(见图4).

图4 松辽盆地徐家围子断陷火山岩含气系统成藏事件

4 主控因素及耦合关系

基于徐家围子断陷火山岩成藏基础地质条件和火山岩含油气系统研究，确定徐家围子断陷深层火山岩天然气成藏主控因素及其时空匹配关系为：优质、成熟的气源岩为火山岩气藏提供充足的气源条件；原生和后期改造型火山岩体为火山岩气藏提供有利的储集空间；基底断裂控制火山岩体的分布并提供天然气高效运移的疏导通道；火山岩气藏成藏主控因素时空匹配关系控制天然气富集.

4.1 气源条件

徐家围子断陷内优质、成熟的气源岩为深层火山岩气藏形成提供充足的气源条件.徐家围子断陷沙河子组和火石岭组内暗色泥岩和煤岩为优质的气源岩，为天然气形成提供物质基础；基于气藏日产量和2D盆地模拟研究，确定营城组火山岩气藏的日产气量受下伏沙河子组和火石岭组生烃强度中心控制，距离生烃强度中心由近及远，日产气量逐渐减少(见图5(a))；烃源岩在登娄库组沉积末期(113 Ma)具备一定生烃规模，泉头组沉积末期(100 Ma)—青山口组沉积初期大量生排气，且与断裂活动时期(火石岭组沉积时期、营城组一段和三段沉积时期、青山口组沉积时期)匹配(见图5(b)).

图5 徐家围子深层烃源岩生烃强度特征及生烃史Fig.5 The hydrocarbon-generation intensity characteristics and hydrocarbon generation history of the deep source rock in Xujiaweizi fault depression

4.2 储集空间

徐家围子断陷营城组一段酸性火山岩物性好，如火山通道相的火山颈亚相、爆发相的热碎屑流亚相和喷溢相的上部亚相，有利于天然气聚集成藏.安达地区和徐中地区火山岩顶面经历短暂抬升剥蚀，特别是在火山机构的构造高部位和斜坡带，发育次生孔隙和裂缝，储集性能得到改善，有利于形成后期改造型火山岩气藏.

徐家围子断陷深层已发现的火山岩天然气藏主要分布于原生型火山岩岩性/岩相和混合型火山岩(后期改造型火山岩体和原生型火山岩岩性/岩相)储集体，2类储集空间在平面上具有很好的分布规律性，火山岩风化壳主要分布于安达地区和徐中地区，原生火山岩性/岩相储集体在徐家围子深层营城组均有分布(见图1).

4.3 疏导通道

基底断裂控制火山岩体分布及促进天然气高效运移.徐家围子深层断裂主要分为气源断裂和非气源断裂[33]，气源断裂是火山岩气藏形成的主要输导通道，沟通下伏沙河子组、火石岭组烃源岩和上覆营城组火山岩储层，促进天然气的运移聚集(见图6)，在断裂附近形成原生型火山岩气藏或后期改造型火山岩气藏；后期改造型火山岩气藏受气源断裂、优势岩相和火山岩风化壳多重疏导因素控制，原生火山岩气藏受气源断裂或优势岩相疏导因素控制，揭示深层火山岩气藏具备“整体规律性、局部复杂性”的分布特征；同时，断裂控制火山岩体的分布，断陷内徐中和徐东基底断裂是地下岩浆向地壳上侵的主要通道，控制徐家围子断陷火山岩体的分布(见图6)，即徐中断裂活动时期形成营城组一段火山岩体，徐东断裂活动时期形成于营城组三段火山岩体[34-35].

图6 徐家围子断陷深层火山岩储集层和气源断裂匹配关系

4.4 时空匹配关系

成藏主控因素空间匹配关系控制天然气空间富集位置.沙河子组和火石岭组气源岩达到成熟—过成熟阶段，提供充足气源条件；气源断裂是沙河子组和火石岭组烃源岩生成的天然气运移至营城组火山岩圈闭的运移通道(见图6)；营城组一段、三段火山岩岩相/岩性体和火山岩风化壳为天然气聚集提供储集空间，火山岩风化壳为天然气在火山岩储集层中侧向运移聚集提供疏导通道和聚集场所；气源条件、气源断裂及储集空间的耦合关系控制天然气富集的空间位置.

成藏主控因素时间匹配关系控制天然气聚集量.营城组火山岩在登娄库组沉积末期前具备储集性能；沙河子组和火石岭组气源岩在营城组(K2yc)沉积末期开始生气，在泉头组(K2q)沉积末期—青山口组(K2qn)沉积初期达到生排气高峰(见图5)；与断裂开启时期(火石岭组沉积时期、营城组一段和三段沉积时期、青山口组沉积时期)匹配；良好的成藏主控因素时间匹配关系有助于天然气在营城组火山岩储层中大量聚集成藏[32].

已发现火山岩气藏多位于烃源岩、断裂、火山岩岩相/岩性(火山机构)和风化壳时空匹配关系较好的位置(见图5和图6).这是研究区在火山岩中找到徐深大气田(徐深1井区、徐深7井区、徐深8井区、徐深13井区、徐深12井区、徐深9井区、徐深903井区、徐深23井区、徐深21井区、徐深28井区)、丰乐、升平、汪家屯和安达气田中型气田的根本原因.

5 成藏规律与有利区评价

基于徐家围子断陷火山岩气藏基础地质条件和火山岩含气系统研究，确定火山岩气藏成藏主控因素及耦合关系，总结火山岩气藏成藏规律：(1)徐中地区和安达地区营城组火山岩气藏主要是由烃源岩、断裂、岩性/岩相和火山岩风化壳4种成藏主控因素共同控制；(2)其他地区主要由烃源岩、断裂、岩性/岩相3种成藏主控因素共同控制；(3)火山岩气藏主要分布在构造高部位和斜坡带上，具有全区发育原生型火山岩气藏、局部发育后期改造型火山岩(风化壳)天然气藏.基于徐家围子深层烃源岩条件、盖层封闭条件、储集条件和运移条件等成藏条件，优选3个有利区(目标位置见图1，构造特征见图7和表3).其中，预测1区块、3区块是斜坡带上微幅度构造型气藏中的有利区；预测2区块是斜坡带岩性(地层尖灭)气藏中的有利区.

表3 徐深围子断陷深层营城组一段火山岩3个有利区成藏条件Table 3 Five favorable exploration block of K1yc1 volcanic rock of Xujiaweizi fault depression

图7 徐家围子断陷深层营城组一段火山岩3个有利区(位置见图1)Fig.7 Three favorable exploration block of K1yc1 volcanic rock of Xujiaweizi fault depression(Location seen from Fig.1)

6 结论

(1)基于徐家围子断陷烃源岩、盖层、风化壳和岩相/岩性基础地质条件，确定徐家围子深层火山岩含气系统：营城组一段和三段是火山岩储集层；泉头组一、二段和登娄库组二段是2套区域盖层，营城组一段顶部沉凝灰岩是局部盖层；沙河子组和火石岭组煤岩和泥岩是烃源岩；天然气大量生排烃期(泉头组末期—青山口组初期)、储集层具备储集性能时期和断裂活动期相互匹配，确保天然气有效聚集成藏.

(2)火山岩天然气成藏主控因素及其耦合关系：优质、成熟的气源岩为火山岩气藏提供充足的气源条件；原生和后期改造型火山岩体为火山岩气藏提供有利的储集空间；基底断裂控制火山岩体的分布并提供天然气高效运移的疏导通道；火山岩气藏成藏主控因素时空匹配关系控制天然气富集.

(3)确定徐家围子深层火山岩气藏成藏规律：1)徐中地区和安达地区营城组火山岩气藏主要是由烃源岩、断裂、岩性/岩相和火山岩风化壳4种成藏主控因素共同控制；2)其他地区多为烃源岩、断裂、岩性/岩相3种成藏主控因素共同控制；3)火山岩气藏主要分布在构造高部位和斜坡带上，具有全区发育原生型火山岩气藏、局部发育后期改造型火山岩(风化壳)气藏成藏规律.

(4)徐家围子地区存在一定范围的风化壳，厚度在100 m左右，主要分布于安达地区和徐中地区，距火山岩风化壳顶面由近及远，单井日产气量从26×104m3降至8×104m3，火山岩孔隙度从26%降至8%，风化剥蚀改善火山岩储集性能.

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2015-01-06；编辑：任志平

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB219300)；中国石油天然气集团公司重大科技专项(2013E0502)；国家自然科学基金项目(41002044)；黑龙江省高校青年学术骨干支持计划项目(1251G003)

王文广(1988-)，男，硕士，主要从事有机质生烃、常规与非常规油气成藏机理方面的研究.

TE122.1

A

2095-4107(2015)04-0045-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.006