基于时空匹配关系的天然气成藏控制作用研究

基于时空匹配关系的天然气成藏控制作用研究

0天然气分布问题徐家围子凹陷是松辽盆地北部深层天然气勘探的中心区域。从上白牙统火石岭群、沙河子群、营城群、登娄库群和泉头群、上白牙统青山口群、姚家群、吴江群、四方台群和明水群以及古老的近系和第四系地层。截至目前,该断陷不同层位(自营一段至泉一段)在不同地区(安达、升平、汪家屯、芳深1井区、徐深7井区、肇深11井区等地区)找到了大量天然气,累计地质储量超过2800×108m3,充分展示了该断陷天然气远景资源量巨大。然而,该断陷营城组目前找到的天然气在不同地区的分布层位明显存在差异,断陷南部天然气主要分布于营一段火山岩和营四段砂砾岩储层中,而断陷北部天然气主要分布于营三段火山岩储层中。造成徐家围子断陷营城组天然气差异分布的原因,除了与储层分布不均及烃源岩供气条件存在差异有关外,还和气源断裂与盖层时空匹配关系密切相关。因为气源断裂是沙河子组烃源岩生成的天然气向上覆营城组储层运移的主要通道,盖层控制着天然气聚集成藏的层位和数量。众多学者曾对徐家围子断陷天然气成藏条件与模式作过大量研究和探讨,有些学者的研究也涉及到了气源断裂与盖层的控藏作用,但这些研究主要是从气源断裂及盖层自身特征入手来研究其对天然气成藏与分布的控制作用。因此,弄清气源断裂与盖层时空匹配关系及对天然气成藏的控制作用,是正确认识徐家围子断陷营城组天然气分布规律的关键,对指导徐家围子断陷天然气勘探、丰富和完善断陷油气成藏理论均具有重要意义。1东等干法断裂气源对比结果表明,徐家围子断陷营城组天然气主要来自下伏沙河子组烃源岩。由于沙河子组烃源岩与上覆营城组储层之间被多套泥岩及火山岩地层相隔,沙河子组烃源岩生成的天然气无法通过上覆地层孔隙向营城组储层运移,而只能通过气源断裂运移。三维地震资料解释结果表明,徐家围子断陷断裂发育,断裂密度约为10条/km2,以近南北走向为主,少量北北东和北北西走向。徐西、徐中及徐东等主干断裂规模较大,其中徐西断裂延伸长度181.4km,北段长75.8km、南段长105.6km,徐中及徐东断裂延伸长度分别为100.2km和96.5km;次级断裂规模相对较小,平面延伸距离较短,延伸长度一般为2~30km(图1)。主干断裂断距一般为200~800m,最大可达1200m;次级断裂断距一般为50~150m。然而,并不是所有断裂均可成为沙河子组烃源岩生成的天然气向上覆营城组储层运移的气源断裂,只有连接沙河子组烃源岩与营城组储层,且在沙河子组烃源岩大量排气期(青山口组沉积期)活动的断裂才能成为沙河子组烃源岩的气源断裂。由此可通过地震资料解释得到该类断裂,它们是从沙河子组及其以下地层断至营城组的断裂;以及虽未断至营城组,但与上部断裂相交形成地垒构造,共同构成断续关系的断裂。前者可将沙河子组烃源岩生成的天然气运移至营城组储层,后者只能和上方发育的裂缝配合才能将沙河子组烃源岩生成的天然气输导运移至营城组储层。此2类断裂在徐家围子断陷约有147条,几乎遍布全区,但断陷中部相对较少。由断裂生长指数及活动速率、火山喷发旋回和构造发育史综合研究可知,徐家围子断陷气源断裂活动期主要为火石岭组、沙河子组、营一段、营三段及青山口组等5个沉积期。2排替压力与声波时差关系钻探结果表明,徐家围子断陷营城组天然气藏的盖层主要为登二段泥岩和营一段顶部火山岩。登二段泥岩盖层除断陷西南部缺失外,几乎整个断陷均有分布,最大厚度为120m,主要分布于徐深6井区,向断陷边部厚度逐渐减小至20m以下(图2)。营一段顶部火山岩盖层主要为凝灰岩及火山角砾岩,其次为流纹岩、角砾熔岩、安山岩及酸性喷发岩等,主要分布于徐家围子断陷南部,最大厚度为80m,向断陷边部厚度逐渐减小至10m以下(图3)。由徐家围子断陷登二段泥岩盖层及营一段顶部火山岩盖层实测排替压力与声波时差关系(图4)可知,登二段泥岩盖层排替压力最大为11MPa,主要分布于断陷中部的徐深25井区和徐深3井区,向断陷边部逐渐降低至7MPa以下。营一段顶部火山岩盖层排替压力最大为9MPa,主要分布于徐深25井区东南部,向断陷边部逐渐降低至1MPa以下。由上述分析可知,徐家围子断陷登二段泥岩盖层和营一段顶部火山岩盖层目前均具有较强的封气能力,但其封气能力并非一经沉积或埋藏就具有。沉积初期的泥岩和埋藏初期的火山岩压实程度低,孔隙度和渗透率高,排替压力低,不具有封气能力。随着埋藏深度的增加,压实作用逐渐增强,地层孔隙度和渗透率逐渐降低,排替压力逐渐升高,当排替压力达到某一值后盖层才具有封气能力。据史集建等可将排替压力等于1MPa作为盖层封气能力的形成期;由图4排替压力与声波时差关系,可得排替压力为1MPa所对应的声波时差值;再利用声波时差与埋深关系便可确定排替压力为1MPa对应的埋藏深度;最后根据该断陷地层厚度与沉积速率即可得到徐家围子断陷2套盖层的封气能力形成期(表1)。由表1可看出,徐家围子断陷登二段泥岩盖层封气能力形成期约为登三段—泉三段沉积期,主要为泉一—泉二段沉积期;营一段顶部火山岩盖层封气能力形成期约为登三段—泉三段沉积期,主要为登四段沉积期。3源中断与覆层空间的对应关系3.1盖层厚度与水源断裂断距关系气源断裂与盖层空间匹配关系主要指被气源断裂断开后盖层空间分布的连续性好坏,盖层空间分布是否连续主要取决于盖层厚度和气源断裂断距的相对大小。如果盖层厚度大于气源断裂断距,盖层不被气源断裂完全断开,仍保持空间分布的连续性,则气源断裂与盖层空间匹配关系相对较好;相反,如果盖层厚度小于气源断裂断距,盖层被气源断裂完全断开,失去空间分布的连续性,则气源断裂与盖层空间匹配关系相对较差。由徐家围子断陷登二段泥岩盖层和营一段顶部火山岩盖层厚度与气源断裂断距大小对比可知,登二段泥岩盖层厚度大部分大于气源断裂断距,气源断裂未将其完全断开,仍保持空间分布的连续性,气源断裂与盖层空间匹配关系相对较好。仅在徐西断裂带北部有1条气源断裂和徐西断裂带南部有4条气源断裂,其断距大于登二段泥岩盖层厚度,已将其完全断开,盖层失去空间分布的连续性,气源断裂与盖层空间匹配关系相对较差。徐家围子断陷营一段顶部火山岩盖层厚度相对较小,除断陷南部和西部大于个别气源断裂断距,不被气源断裂完全断开,仍保持空间分布的连续性外,其余大部分地区火山岩厚度均小于气源断裂断距,已被气源断裂完全断开,失去空间分布的连续性,气源断裂与盖层空间匹配关系相对较差(图5)。3.2盖层封气能力与油气断裂带的关系气源断裂与盖层时间匹配关系主要指气源断裂输导油气期与盖层封气能力形成期之间的关系。如果盖层封气能力形成期早于或与断裂输导油气期相同,盖层可有效封闭气源断裂输导来的油气,则气源断裂与盖层时间匹配关系相对较好;如果盖层封气能力形成期晚于气源断裂输导油气期,盖层不能有效封闭气源断裂输导来的油气,则气源断裂与盖层时间匹配关系相对较差。徐家围子断陷沙河子组烃源岩大量排气期为青山口组沉积期,而气源断裂在火石岭组、沙河子组、营一段、营三段及青山口组等5个沉积期活动,由此可知,沙河子组烃源岩生成的天然气主要在青山口组沉积期沿气源断裂向上输导运移。而营一段顶部火山岩盖层封气能力形成期主要为登四段沉积期,登二段泥岩盖层封气能力形成期主要为泉一—泉二段沉积期,二者均早于气源断裂输导天然气时期,表明气源断裂与盖层时间匹配关系相对较好,且气源断裂与营一段顶部火山岩盖层时间匹配关系相对更好。4裂与盖层时空匹配关系对天然气成藏的控制作用通过气藏解剖、天然气分布统计及气源断裂与盖层时空匹配关系研究可知,徐家围子断陷气源断裂与盖层时空匹配关系对天然气成藏的控制作用主要表现在2个方面。4.1天然气、登一方成藏徐家围子断陷登二段泥岩盖层和营一段顶部火山岩盖层与气源断裂的空间匹配关系明显不同。登二段泥岩盖层在整个断陷除了局部被5条断裂完全断开外,其余大部分断裂均未完全断开,其与气源断裂的空间匹配关系相对较好,有利于天然气在其下聚集成藏。由目前徐家围子断陷天然气分布层位统计结果(表2)可看出,登二段泥岩盖层之上天然气相对较少,绝大部分天然气分布于登二段泥岩盖层之下的营三及营四段储层中,这是由于登二段泥岩盖层横向分布连续,天然气不易穿过其向上运移,而主要在其下聚集成藏。仅局部地区由于登二段泥岩盖层被气源断裂完全断开而失去横向分布的连续性,或虽然登二段泥岩盖层未被气源断裂完全断开,但由于其有效厚度变薄,封气能力变差,造成部分天然气向上散失,使少部分天然气向上运移至登二段泥岩盖层之上的登三、登四段和泉一段储层中聚集成藏,主要分布于升平、汪家屯等地区。由图5可看出,营一段顶部火山岩盖层厚度相对较小,大部分气源断裂均将其完全断开,失去横向分布的连续性。其与气源断裂的空间匹配关系相对较差,不利于天然气在其下聚集成藏,造成沙河子组烃源岩生成的天然气运移进入营一段火山岩储层后,一部分在不受气源断裂活动影响的圈闭中聚集成藏,另一部分向营一段顶部火山岩盖层之上运移,进入上覆营四段储层中聚集,形成了徐深13井区及肇深11井区气藏(表2)。由于营一段顶部火山岩盖层仅分布于断陷南部,其对天然气成藏的控制作用也仅发生在断陷南部,即营一段顶部火山岩盖层之下天然气聚集成藏也仅发生在断陷南部。4.2营一部分火山岩盖层气藏尽管徐家围子断陷登二段泥岩盖层和营一段顶部火山岩盖层封气能力形成期均早于气源断裂输导天然气时期,但营一段顶部火山岩盖层封气能力形成期相对更早,加之其距沙河子组烃源岩的距离较登二段泥岩盖层更近,其封闭气源断裂输导来的天然气较登二段泥岩盖层更有利,造成其下天然气聚集程度明显高于登二段泥岩盖层。截至目前,营一段顶部火山岩盖层之下的营一段火山岩储层获工业气流井76口(表2),气藏累计含气面积为345.09km2,累计地质储量为1902.43×108m3;登二段泥岩盖层之下的营三段火山岩储层及营四段砂砾岩储层获工业气流井69口(表2),气藏累计含气面积为338.90km2,累计地质储量为957.15×108m3,前者累计含气面积和累计地质储量均大于后者。5层时间匹配关系(2)徐家围子断陷气源