松辽盆地查干花地区营城组火山岩气藏气体组份差异性及其控制因素分析

陈 亮

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000）

前人对松辽盆地CO2的成因做了大量的工作，多数认为CO2是幔源成因[4-6]。探区西部的徐家围子断陷勘探程度较高，CO2的成藏条件及控制因素也进行过大量研究和探讨[7-9]，初步明确了深大断裂控制着CO2气藏的分布，幔源CO2气的成藏要素最为重要的是“运”，即要有直接或间接与地幔相连的深大断裂[10]，通过气体组分分析认为达尔罕断裂可以作为CO2运移的通道。本文从该地区火山岩探井气体组分出发，并结合周缘的中石油探井，首次通过断陷结构、断裂活动特征和成藏特征的详细解剖，对查干花地区CO2分布机制及不同级别断裂对气藏组分的控制作用进行研究和探讨。

1 工区概况

长岭断陷位于松辽盆地中央坳陷区南部，为一白垩纪期间断-坳叠置的复合型盆地[11]，查干花地区位于长岭断陷东部，是受达尔罕断裂控制的近南北向展布的箕状断陷（图1）。2006年，在达尔罕断凸带腰深1井获得高产工业气流，并上报了天然气控制储量，断陷层油气勘探取得重大突破。在甩开探索的过程中，2008年在查干花次凹内部署的腰深2井、腰深3井获得了工业气流，证实凹陷带也具有勘探潜力，然而后续部署的多口探井仅获得不同程度的低产气流。目前，针对火山岩的勘探进入了一个相对比较困难的时期。

图1 长岭断陷查干花次凹区域构造位置图

2 断裂特征

基底断裂长岭−大安断裂控制着研究区的断裂分布（图2），在平面分布上，断层可以划分为三组，分别为近SN向断层、NE－NNE向断层和NW－NNW向断层，其中SN向断层延伸距离远、断距大，控制了次凹断陷层的发育与展布。断裂的平面组合方式以平行式、雁列式、斜交式为主。

在剖面上，在达尔罕断凸带及周缘次凹断层在剖面上表现为中等倾斜的犁式、坐椅式和躺椅式断层，断陷层主要发育三种类型的断层：

第一类是断陷期长期发育的深大断裂，切割整个断陷层，并延续至坳陷早期，其活动强度大，活动时间较长，对断陷沉积具有明显的控制作用，为研究区的二级断裂，如达尔罕断裂北段；

第二类是发育于断陷早期的断层，切割了火石岭组、沙河子组和营城组，其规模较小，断距较小，断陷后期停止活动，为研究区的三级断裂；

第三类是断陷晚期发育的断层，这类断层仅切割登娄库组，断层规模小，可作为油气运移的次要通道，为研究区的四级断裂。

图2 长岭断陷营城组顶面断裂体系图

3 典型探井基本地质特征

通过统计查干花及前神子地区火山岩探井的气体组份（图3），根据所含CO2气体的含量可以把火山岩探井划分为三类：纯CO2气藏（CO2含量大于90%）、混合类气藏（CO2含量小于90%大于10%）和烃类气藏（CO2含量小于10%）。

图7中,Demo_tb模块用以提供输入并行数据流以及链路配置信息,链路配置信息用以决定链路工作模式以及与接收端握手等;时钟产生模块产生四字节并行处理时钟(PCLK)以及LMFC;JESD204B transmitter IP core模块则由XLINX官方JESD204B 6.1v版本IP核产生的发送端,JESD204B Receiver模块是由本方案设计的接收端。

图3 长岭断陷营城组断裂体系、火山岩体及探井CO2含量叠合图

3.1 纯CO2气藏

长深1-3气藏和长深2气藏，该类型气藏紧邻控凹断裂，其中长深1-3气藏CO2含量为97.89%，受达尔罕断裂控制，位于达尔罕断凸带的构造高部位；长深2气藏CO2含量为97.89%，受前神子断裂控制，位于前神子次凹的陡坡带，因后期构造反转，构造位置也较高。达尔罕断裂和前神子断裂均向下收敛于基底的拆离断裂上。

3.2 混合气藏

该类型气藏分布较广，在控凹断裂的上下盘均有分布，其中比较典型的为断凸带的腰深1井区和缓坡带的腰深2井区。

腰深1井区位于达尔罕断裂的上升盘、达尔罕断凸带的北部，包括腰深1、腰深101、腰深102三口探井。腰深1井营城组(K1yc)火山岩气藏中甲烷含量为70.05%，CO2含量为18.87%；腰深101井营城组火山岩气藏中甲烷含量为75.64%，CO2含量为18.43%；腰深102井营城组火山岩气藏中甲烷含量为53.27%，CO2含量为34.86%，三口探井均为高含CO2的混合气藏。腰深1井区东部受SN走向的达尔罕断层控制，位于构造的高部位，为岩性−构造气藏，底水特征明显，气藏分布主要受构造控制。

腰深2井区位于查干花次凹的缓坡带，为达北构造高点，经测试，营城组CO2含量为29.21%，烃类气含量为69.34%，为高含CO2的混合气藏。腰深2井的钻探成功，证实了查干花次凹的生烃能力以及达尔罕断裂下降盘火山岩体的含气性，扩大长岭断陷深层勘探战果，也表明了查干花次凹内部也有高含量的CO2气藏存在。

3.3 烃类气藏

烃类气藏从分布上看，主要位于查干花次洼的缓坡带上，距离控洼断裂较远，CO2气体难以运移到营城组火山岩圈闭内，比较典型的为腰深3井区。

腰深3井区位于查干花次凹缓坡带，查干花坡折带达北复合圈闭东高点，营城组火山岩气藏中CO2含量为1.32%，烃类气含量为87.06%，为烃类气藏。

4 查干花地区CO2气藏成藏机制

4.1 CO2和烃类气的分布特征及差异

通过对查干花地区典型含CO2气藏的分类和所在区带的对比，发现不同气藏CO2和烃类气的分布存在显著差异（表1）：①腰深1井和长深1-3井气藏地理位置较接近，但CO2含量相差较大，其中腰深1以烃类气为主，而长深1-3井CO2含量高达98%；②腰深2和腰深6井，均位于查干花次凹的缓坡带，腰深2井CO2含量高达29.21%，而腰深6井CO2含量为1%；③断凸带火山岩探井CO2含量整体上高于凹陷带火山岩探井。

表1 查干花地区火山岩探井气体百分含量

通过前人分析，查干花地区CO2为幔源气[4-6]，而同一区带CO2含量却相差巨大，造成这种分布差异的原因以及控制因素，需要通过对查干花地区地质条件综合研究来分析，尤其是不同类型断裂对不同气体类型的输导作用，而基底拆离断裂及其派生的控凹断裂是控制长岭断陷气藏类型和分布差异的关键因素。

4.2 不同级别断裂对CO2和烃类气的分布控制

查干花地区这三个级别的断裂对不同气藏类型的分布有一定控制作用（图4），断裂的有效输导是成藏的关键因素之一[12]，根据热演化史研究，确定长岭断陷烃类气的成藏期主要为嫩江期[6]，戴金星等研究表明幔源CO2的成藏期为喜马拉雅期，幔源CO2来自于喜马拉雅期的幔源岩浆活动，营城组火山岩只是提供了优质储层，基底断裂能够直接沟通深部的CO2储集库，而二级断裂和基底断裂直接沟通，也能成为CO2的运聚通道。

由于基底断裂规模较大且长期活动，控制形成了一系列的构造带，在这些构造带内的一些与基底断裂有关的圈闭就为烃类气和CO2的聚集和分布提供了空间和场所。

4.2.1 基底大断裂和二级断裂控制着幔源气的分布

图4 查干花及前神子地区断裂剖面图

由于一级大断裂规模较大，在拆离带能与深部气源体(基性岩浆房或热流底辟体)相衔接沟通CO2气源[13]，而一级断裂埋深较深，不能直接沟通营城组储层[14-15]，受其控制的二级断裂如达尔罕断裂、前神子断裂成为CO2气的主要运移通道，控制着CO2气藏的聚集和分布。前神子次凹的长深2井（图5），位于前神子次凹陡坡带，早期没有烃类气聚集，喜马拉雅期CO2通过断裂运移至储层中形成纯CO2气藏，虽然前神子断裂断距大，活动时间长，但陡坡带在断陷扩张期形成混杂粗粒岩体沉积，在深部能形成封堵作用[16-17]，未能与烃源岩有效沟通，且不在烃类气优势运聚方向上，不利于烃类气聚集，因此含有的烃类气体组份较少。腰深1井所处构造位置，即为前神子次凹的缓坡带，同时也是达尔罕断凸带，前期认为其成藏主要原因是查干花次凹和前神子次凹烃源岩均能为其提供烃类气，具有双源供烃的优势，但其气源对比表明，烃类气主要来源于前神子次凹沙河子组烃源岩，东部的达尔罕断裂并不能作为烃类气的运移通道，而达尔罕断裂沟通了基底大断裂，CO2能够通过达尔罕断裂向上运移，形成CO2气藏。同时，腰深1井位于前神子次凹缓坡带，为油气运移的有利指向区，同时，有烃源断裂能够沟通前神子洼陷沙河子组烃源岩和营城组火山岩储层，烃类气也能够在气藏聚集，两种类型气体相混合，从而形成了腰深1井的混合气藏。而相邻的长深1-3井（图6）并不发育能够有效沟通前神子次凹烃源岩的断裂，仅有通过达尔断裂输导的幔源气，从而形成纯CO2气藏。

图5 长岭断陷气藏运移模式剖面图

图6 长岭断陷长深1-3井气藏运移模式剖面图

4.2.2 三级断裂控制着烃类气的分布

查干花次凹的缓坡带是一个长期继承性的古隆起，距离其控凹断裂达尔罕断裂较远，缓坡带的营城组火山岩储层不能和二级断裂直接接触形成CO2气藏，而其为烃类气的优势运移方向，部分三级断裂沟通了沙河子组烃源岩和营城组储层，成为有效的烃源断裂，控制着烃类气的分布。图5中的腰深3井，靠近次凹的一侧，发育多条烃源断裂，而缺少断裂与达尔罕断裂相连通，从而形成了CO2含量为1.32%的烃类气藏。腰深2井（图7）的三级断裂在沟通沙河子组烃源岩的同时与达尔罕断裂相沟通，烃类气体和CO2均能通过该断裂与火山岩储层相沟通，从而在次凹内部形成了混合气藏。

图7 长岭断陷腰深2井气藏运移模式剖面图

4.3 建立气藏运聚成藏模式

图8 查干花次凹含CO2天然气运移模式图（据鲁如松等2011年，修改）

根据以上认识建立了查干花地区含CO2气藏运聚成藏模式（图8）：深部热流底辟体顶部储集大量幔源CO2，基底断裂向下变缓收敛于拆离带并与热流底辟体相衔接沟通CO2气源，而基底断裂的活动形成了前神子断裂和达尔罕断裂这两条二级断裂，CO2通过基底断裂和二级断裂通道向上输导并在适当圈闭中聚集成藏幔源CO2；而与沙河子组烃源岩相接触的二级断裂，因为不在烃类气优势运聚方向上，并且在陡坡带有混杂粗粒岩体使得烃类气不能通过二级断裂向上运移。有机成因的烃类气只能通过缓坡带三级断裂向上运移，如果该圈闭后期没有CO2气体充注，则为烃类气藏，如果该烃源断裂又沟通了二级断裂，那后期CO2气体充注，两者相混合，形成了混合类气藏。

该模式合理解释了查干花地区含CO2天然气的勘探现状和复杂分布问题，为CO2和烃类气的钻前预测提供理论依据，配合实际地震剖面，分析某一圈闭的烃类气和CO2运聚条件，即可实现对该圈闭天然气成藏条件和气藏类型的钻前快速评价，为深层天然气勘探提供指导。

5 结论

通过气体组分统计、断陷结构分析以及配合实际地震剖面，对松辽盆地南部长岭断陷典型高含CO2气藏进行解剖，指出长岭-大安断裂这条基底断裂与幔源气源相沟通，其分支断裂前神子断裂和达尔罕断裂控制着营城组CO2气藏的分布。通过分析，明确了查干花地区的达尔罕断裂同样可以作为幔源气的运移通道，查干花次凹内部高含CO2气藏均来源于达尔罕断裂。而缓坡带的三级断裂，位于烃类气优势运聚方向上，如果其能把沙河子组烃源岩和营城组有效储层相沟通，则可以成为有效的烃源断裂，控制着烃类气的分布。二级断裂和烃源断裂的共同作用，决定了气藏的类型。因此，通过分析某一圈闭的烃类气和CO2运聚条件，即可实现对该圈闭天然气成藏条件和气藏类型的钻前快速评价，为长岭断陷深层天然气勘探提供指导。