松辽盆地深层天然气生储盖组合特征

松辽盆地深层天然气生储盖组合特征

松辽盆地深层主要包括上侏罗统-下白牙统扰动层和泉姓以下的沉降层。古生代晚期—中生代早期松辽地区位于华北板块北缘、西伯利亚板块南缘各自向外的褶皱增生带上,二叠纪晚期至三叠纪早期完成板块闭合形成统一的大陆,经过三叠纪和侏罗纪早期的构造运动转变,成为滨西太平洋构造域的一部分。中生界断陷构造层分布在30多个断陷内,受控陷断裂控制,断陷延伸方向多为北北东向和北西向。断陷沿嫩江断裂带、孙吴—双辽断裂带和哈尔滨—四平断裂带发育,构成三个北北东向断陷带,被基岩凸起隔开。规模较大的断陷主要分布于徐家围子、莺山—庙台子、常家围子—古龙和林甸—黑鱼泡等地区。1断陷盆地群晚中侏罗—早白垩世早期区域性伸展使华北北部和东北地区形成了一系列断陷沉积盆地群。早白垩世中期松辽盆地转入整体坳陷沉降,形成大规模的坳陷盆地。白垩纪晚期滨西太平洋构造域区域性挤压,松辽盆地进入萎缩阶段。1.1岩石学和矿物学特征采用以盆地周边同时期地层野外剖面为参照的思路,在岩石学、矿物学、生物地层学、地球化学和地球物理学研究的基础上进行了层序地层学分析,确认泉头组以下地层中存在9个区域分布的角度不整合面和局部的不整合面,其中角度不整合面分别是基岩顶面、营一段底面、营一段顶面和登娄库组底面。此外,火石岭组顶面、沙二段底面、登三段底面为局部角度不整合,地震剖面上存在着明显的剥蚀、削截现象。钻井揭示泉头组底面和泉二段底面在本区存在明显的相缺失,也是重要的不整合面。确立了上侏罗统火石岭组,下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组和泉一、二段的地层层序(图1)。断陷期三套火山岩和四层碎屑岩构成复杂的地层空间分布格局。火石岭组可划分为两个段,火一段为灰色砂、砾岩与黑色泥岩互层,夹煤层,火二段为一套中性火山岩,夹碎屑岩。岩石中角闪石斑晶常见暗化边结构,为标志性矿物学特征。孢粉组合为松科Pinaceae—桫椤孢Cyathidites—紫萁孢Osmundacidites组合,裸子类花粉占优势,火山岩同位素年龄为145.7〜157.0Ma,属上侏罗统,相当于白城地区付家洼子组和宾县地区的帽儿山组。沙河子组岩性为灰白、灰黑色砾岩、砂岩、灰黑色泥岩不等厚互层。目前钻井揭示的沙河子组仍不完整,但至少可分两段,分别为两个向上变细的正旋回,反映了两次大规模的湖进过程。产丰富的孢粉和大孢子化石,出现了早白垩世代表分子无突肋纹孢、克鲁克蕨孢、层环孢、膜环弱缝孢、具唇孢和三角块瘤孢。营城组可细分为四段,总体上为两套火山岩和两套碎屑岩互层。营一段以酸性火山岩为特征,同位素年龄为130〜135Ma。营二段为砾岩与砂、泥岩互层,泥质岩颜色为深灰色、灰黑色,夹暗紫色,仅发育于宋站和榆树林西部地区。营三段分布范围也仅局限在宋站—榆树林西部地区,为厚层中性火山岩,局部可相变为酸性火山岩,同位素年龄为120〜127Ma。营四段以暗紫色凝灰质泥岩夹灰白色砂岩、砾岩为特征,分布较广泛。营城组植物化石丰富,属Acanthopterisgothani高腾刺蕨—Pterophyllum侧羽叶化石带,是深层中古松柏类花粉含量最高的层位。区域上,营一段可与光华组、宁远村组和宝石组对比,营二段可与九峰山组对比,营三段可与甘河组对比。登娄库组内部由两套向上变细的正旋回构成,相当于传统四分方案的登一、二段和登三、四段。登三段底界虽为不整合面,但考虑到松基6井建立的标准剖面揭示地层较全,基本反映了该层段基本特征,因此沿用四分原则。泉头组一、二段为两个向上变细的正旋回,每一旋回底部为辫状河、低弯度河沉积层,向上为滨浅湖泥岩、薄层砂岩。1.2反层序层序演变松辽盆地经历了断陷、坳陷伸展和构造收缩反转三个发展过程,形成了断陷层序、坳陷层序和反转层序。构造样式以伸展构造、反转构造为主,伴有走滑构造及同沉积构造等。1.2.1断陷断陷构造格架松辽盆地深层主要控陷断裂为北北东向和北西向。断陷沿嫩江断裂带、孙吴—双辽断裂带和哈尔滨—四平断裂带发育,构成三条北北东向断陷带,断陷带之间为断隆带,断隆带上断陷规模较小(图2)。松辽盆地北部断陷以箕状断陷为主,只有少数双断地堑式断陷。多个断陷的剖面组合样式可分为同向、背向和相向三种组合类型,平面组合样式有侧向联合、纵向联合和纵向转换(断层转换、隆起转换)。松辽盆地断陷经历了发生、发展和萎缩的过程,火石岭—沙河子组沉积时期为断陷大规模伸展期,沙河子组沉积末发生了大规模的反转,为断陷期构造格局形成奠定了基础。(1)断陷伸展期构造特征。火石岭—沙河子组沉积时期为断陷伸展期,沉积作用仅局限在箕状断陷中,但断陷沉降幅度较大,充填了一套巨厚的碎屑岩沉积。松辽盆地梨树、长岭、孤店、四方坨子、徐家围子等深断陷都呈北西向分布于北西向断裂与北东向断裂交汇处附近,受控于北西向基底断裂。北西向控陷断裂有较大的水平断距,而北东向断裂水平断距较小,说明北西向断裂伸展量比北东向断裂大得多。北西向断裂为张性伸展主控断层,而北东向断层为起调节作用的转换断层。因此断陷期大型断陷的主体伸展方向为北东向,北西向断裂控制了深断陷的形成。徐家围子断陷是受徐家围子西部(徐西)和宋站西部(宋西)两条控陷断层控制的箕状断陷盆地,控陷断裂北北西向延伸部位控制了安达、杏山和薄荷台三个坳陷中心的形成,也是沉积中心。控陷断裂北东向转折部位沉降量相对较小,形成分割沉降中心的宋站低隆起和丰乐低隆起。(2)断陷反转期构造特征。沙河子组沉积末期断陷盆地发生挤压反转,形成北西向背斜和逆冲断层,以及沙河子组与营城组之间的区域角度不整合,可与辽西等地区对比。对资料条件较好的徐家围子断陷的详细解剖,沙河子组沉积末期和营一段沉积末的挤压反转形成了断弯褶皱、断展褶皱和反转构造等三种挤压构造。升平—兴城断弯褶皱走向北北西,南北长24km,东西宽2〜4km,是北西走向升西断裂逆冲活动控制的背斜构造。沙河子组沉积末的区域性的挤压作用,在本区形成坡—坪式逆断层并导致断弯褶皱,高部位遭受剥蚀,断弯褶皱凸起部分几乎剥蚀殆尽,断坡两侧地层不连续,而且地层产状突变(图3)。之后营一段火山岩覆盖全区,以后的构造挤压使升西逆断层复活,但断层位移量不大,其上部形成断展褶皱,即现今的升平—兴城构造。榆西断展褶皱走向近南北,长约21km,是受东倾的榆西逆断层控制的西陡东缓的断展褶皱构造。榆西断裂断穿基岩顶面到营一段底面,垂直断距一致,断距较大,营一段顶面垂直断距小,主要以褶皱形式向上扩展,断裂的上驮和下伏部位各有一条平面延伸比较稳定的次级逆断层。榆西断展褶皱主要特征为西侧地层倾角大,东侧地层倾角平缓,形成于营二段沉积时期。沿徐西断裂发育许多反转构造,地震剖面上有清晰的层状一致性弯曲的反射特征,褶皱西陡东缓,平面上排列密集,为徐西断裂在挤压应力作用下形成的反转构造。营城组沉积末期松辽盆地整体抬升,形成区域性平行不整合,对断陷构造格局改造较弱。1.2.2东向西转移的油气盆地登娄库组到嫩江组沉积时期,松辽盆地表现为稳定沉降,伴随轻微的拉张作用,盆地东部略有抬升,沉积中心由东向西转移,形成大型沉积坳陷,沉积厚度较为稳定。坳陷中心位于中央坳陷区。由于坳陷期事件性伸展,形成了众多的小规模断层,纵向上所切割地层厚度受泥岩层制约,上下连通性差,平面上延伸长度一般不到5km。在高地形上披覆沉积形成披覆构造,有隆起披覆背斜和潜山披覆构造两种,如古中央隆起区登娄库组—青山口组地层。1.2.3明水组内部构造格局嫩江组沉积后,盆地逐渐由拉张转变为挤压,嫩江期末松辽盆地范围应力场为南南东—北北西向挤压,北北东向断裂左行压扭,形成诸如大庆长垣的扭动背斜带和四家子—农安走滑断裂带。明水组沉积末期,松辽盆地受到近东西向挤压,盆地整体反转,形成近南北向—北北东向大型反转构造带。这一期构造活动是松辽盆地萎缩期最强的一期构造运动。晚第三纪末松辽盆地受到南南东—北北西向的挤压,盆地内北北东向断裂左行走滑,东南隆起区农安—四家子走滑断裂带进一步发育,形成正花状构造。在齐家—古龙坳陷形成一系列由倾伏鼻状构造组成的北东东向背斜带和大量北西向张扭性断层。2储层的断陷期岩相特征松辽盆地深层主力烃源岩为沙河子组湖相泥岩和煤层,天然气储层包括断陷期三套火山岩,登一段砾岩,登三、四段砂岩,泉一段砂岩以及泉三、四段砂岩。区域盖层为分布范围大于有效烃源岩的登二段、泉一+二段和青一段大面积分布的厚层泥岩。2.1泉岩特征断陷期烃源岩是松辽盆地深层最重要的生烃层系,其次为登娄库组二段,已证实基底石炭—二叠系也有一定生烃潜力。2.1.1烃源岩分布、有机碳源类型及特征断陷期主要有火一段、沙河子组、营二段等三套烃源岩,包括湖相泥岩和煤层,分布于各断陷内。其中沙河子组厚度一般大于400m,最大厚度位于徐家围子断陷杏山、升平东地区和薄荷台三个深凹陷中,其次为安达地区,最大达1000m,是主要烃源岩。其他烃源岩层分布局限,为次要烃源岩。沙河子组湖相泥岩有机碳值大多超过1.0%,煤层有机碳平均29%。有机质类型以Ⅲ型为主,少部分为Ⅰ型和Ⅱ型。有机质类型的多样性,反映了松辽盆地深层烃源岩沉积环境和母源输入复杂。断陷期烃源岩均已达高成熟—过成熟,均为好烃源岩。2.1.2登于先富地区,以低碳发展为导向,生油岩分布及厚度较高,但生烃源岩仍处理期长登娄库组泥质岩有机碳分布范围为0.2%〜0.6%,氯仿沥青“A”主要分布范围为0.002%〜0.014%,有机质类型主要为Ⅲ型,镜煤反射率平均1.9%,已达成熟和过成熟阶段,综合评价登二段为差烃源岩,但考虑到成熟度较高,大部分可溶有机质已裂解,用现今有机质丰度评价不能反映原始生烃能力,原始生油岩级别应更好。登二段暗色泥岩主要分布于大庆长垣和齐家—古龙地区,松基六井登娄库组厚度达1547m,登二段为暗色泥岩段,暗色泥岩厚度372.5m,占地层厚度的53%。预测古龙和常家围子地区登娄库组暗色泥岩分布面积为6000km2,最大厚度可达900m,有较好的生气潜力。2.1.3盆地内所受温度和有机质类型松辽盆地基底石炭—二叠系地层在大部分地区目前处于近变质带,只经历过极低级变质作用,尚未达到浅变质程度。Ro大致在2.0%〜8.0%范围内,气液包裹体均一温度最高值为284℃,由此推测,大部分地层只经历过极低级变质作用,甚至在有些地区尚未变质。盆地东部热演化程度较低。有机碳主要分布在0.6%〜2.2%之间,达到较好烃源岩或好烃源岩标准。氯仿沥青“A”较低,主要分布在0.004%〜0.008%,有机质类型为Ⅲ型。因此,松辽盆地石炭—二叠系烃源岩即使在生烃高峰阶段,可能也以生气为主,上覆中生界地层沉积过程中的生烃作用应该对深层天然气成藏具有重要意义。2.1.4中等制约岩条件松辽盆地北部断陷期好烃源岩主要分布在徐家围子断陷、莺山断陷、双城断陷和常家围子—古龙断陷。中等气源岩主要分布在各断陷边缘斜坡及大安北部,北安、依安等小断陷烃源岩条件较差。登娄库组总体上为中等和差气源岩,中等气源岩主要分布在常家围子—古龙断陷,其他地区均为差气源岩。2.2主、排岩地层类型松辽盆地深层天然气储层有多层位、多类型的特点,主要包括营一、三段和火二段火山岩,营四段和登一段砾岩,登娄库组和泉头组砂岩,此外还有基岩风化壳。2.2.1主、副火山岩相火二段、营一段和营三段火山岩是徐家围子断陷三套主要储层,其中营一段分布广泛,为最重要的储层,其次为营三段。火山岩储层岩石类型多样,从中性的安山岩到酸性的流纹岩均见产气层,既有熔岩类,也有火山碎屑岩,储集空间主要由各种类型的孔隙与各种成因的裂缝构成,组合类型千变万化。火山岩相控制了火山岩的原始储集条件,喷溢相上部亚相熔岩是原始状态下储集性能最有利的相带,具有物性好、分布广泛的特点。其次为爆发相热碎屑流亚相,基质收缩缝和斑晶溶蚀孔为主,发育于爆发相上部,在火山间歇期或构造抬升期易遭受风化淋滤作用形成次生溶孔。除细碎屑凝灰岩外,喷溢相和爆发相的其他亚相也有一定储集能力,特别是在裂缝配合下,也可作为好储层。构造运动、风化淋滤作用对火山岩储集性改善明显,成岩作用对火山岩储集性有双重影响。2.2.2储层物性松辽盆地深层碎屑岩储层主要分布于营四段、登娄库组和泉头组下部,包括冲积扇、砾质辫状河成因的砾岩,各种河流和三角洲成因的砂岩。埋藏较深,成岩作用强,局部层段存在次生孔隙,改善了储集条件。登娄库组砂岩和砾岩接近79%的样品孔隙度高于4%,渗透率高于0.05×10-3μm2的样品约占78%,以登娄库组三、四段物性最好。从平面上看,物性最好的地区分别为升平—汪家屯、昌德南地区(登三、四段孔隙度7%〜8%),为次生孔隙发育区。从纵向上看,高孔隙段范围为2600〜3100m,为次生孔隙发育带。深层砂岩和砾岩储层的储集空间为正常粒间孔、缩小粒间孔、粒间扩大溶孔、胶结物内溶孔、粒内溶孔、裂缝孔隙和粘土矿物晶间孔隙等七种类型,对储集性改善最有意义的是浊沸石溶孔。浊沸石溶孔的形成与油气排出前烃源岩排出的酸性水运移有关,形成了次生孔隙发育带。登娄库组以下砾岩物性整体较差,与埋深大、成岩作用强和普遍含有凝灰质有关。但断裂带和背斜构造核部裂隙发育,同时有利于后期地下水活动,产生次生孔隙,有效地改善储层物性,也可成为有效储层,如徐深6和徐深1井营四段砾岩。2.3层序界面含气组合松辽盆地深层天然气的封盖层主要是登二段和泉一+二段泥岩最发育的两个层位,两个层段泥岩累计厚度均为100〜700m,泥地比大于50%的区域遍及整个中央坳陷区。考虑排替压力、异常孔隙流体压力、含气浓度和厚度、沉积环境等影响盖层封闭能力和空间展布的因素进行盖层评价,除青冈—明水以北等盆地边缘地区外,在盆地大部分地区都为好盖层。以登二段、泉一+二段和青一段区域盖层为分隔,松辽盆地深层可划分为四套生储盖组合。深部含气组合储层为基岩,包括花岗岩风化壳和碎裂极低级变质岩,气源为断陷期烃源岩和石炭—二叠系,盖层为登二段。下部含气组合储层为火二段、营一、三段火山岩,营四段、登一段砾岩,烃源岩为断陷期生烃岩系,盖层为登二段泥岩。中部含气组合储层为登三、四段,烃源岩为断陷期生烃岩系和登二段,盖层为泉一+二段。上部含气组合储层为泉三、四段,气源岩为断陷期生烃岩系和登二段,油主要来自上覆青山口组一段,青山口组为扶杨油层有效的区域性盖层,可以封闭自身向下排出的油气以及深层古气藏破坏后运移上来的天然气。3气藏组合组合在登二段和泉一+二段区域盖层的封闭下,与断陷相邻的古隆起及生烃凹陷相邻的构造带上,形成多层位、多种类型气藏相伴生的、错叠分布的气藏组合。除上部含气组合小型构造气藏外,目前已发现的油气藏集中分布于古中央隆起和徐家围子断陷内的徐西、宋西断裂构造带和升平—兴城构造带等区带上,发现了多层位、多种类型的天然气藏,说明临近生烃凹陷的古隆起、控陷断裂带和断陷内的古构造是天然气聚集的有利区带。3.1天然气功能区古中央隆起带和徐西断裂构造带分别为油气运移的指向和路径,是有成因联系的天然气聚集区。古中央隆起带已发现登三段构造气藏(昌德气藏)和基岩风化壳气藏(肇州西气藏),此外,部分地区火石岭组和营城组地层上超到基底之上,形成火山岩岩性气藏(肇深10井)。3.2断陷边部气藏类型徐西、宋西断裂是控制徐家围子断陷的两条控陷断裂,断裂之上的断陷期地层处于古中央隆起和徐家围子断陷沉降中心间的斜坡位置,紧邻生烃中心,发育几条沟通烃源岩和储层的伴生断层,为油气沿不整合面和大断裂向构造高部位运移的必经之路。在断陷边部发育地层超覆、上倾尖灭和火山岩岩性等多种圈闭,有利于天然气聚集成藏。徐西断裂构造带主要有三种气藏类型,一是营一段火山岩岩性气藏,如昌德东气藏(图4);二是登娄库组底部地层超覆气藏,如卫深5井气藏;三是登三段上倾尖灭气藏,如芳深801井和卫深501气藏。宋西断裂构造带主要气藏类型为构造和岩性两种,构造气藏如达深2井气藏,位于小型反转构造上,汪903和升深2井气藏分别位于这两个调节构造的高部位。岩性气藏有汪深1气气藏,含气储层为厚层致密熔岩中夹持的薄层火山角砾岩。3.3气藏类型及类型升平—兴城构造带是多层位、多种储层类型、多种类型气藏空间上有机配置整体含气的区带。被生烃凹陷环绕,火石岭组、营一段火山岩以及营四段、登娄库组砂、砾岩为有利储层,形成了从火石岭组—登娄库组多层位、多种类型的复杂的气藏空间组合。主要气藏类型有:(1)升平、汪家屯登娄库组构造气藏;(2)升深101井以火石岭组安山岩为储层的构造气藏;(3)兴城构造—岩性复合气藏(图4)。此外还有基岩风化壳气藏和火石岭组砾岩高压气藏等。4勘探成果的获得下步应以徐家围子断陷为重点,在已有发现的区带实施战略展开勘探,扩大勘探成果。同时对宋站南、丰乐地区、榆西断展构造带等古构造带进行勘探,力争实现新突破,寻找储量后备接替区,作为战略准备。加强莺山—双城断陷和古中央隆起以西地区等勘探程度较低地区的探索,优选有利区带目标。4.1含气性及储层类型的把握问题古中央隆起—徐西伸展断裂构造带勘探程度较高,下步勘探工作将有两个重点,一是对已发现的气藏进行进一步解剖、评价,落实储量;二是精细刻画,深入挖潜,探索新的气藏。还有一些火山岩岩性圈闭、登娄库组地层超覆圈闭、砂岩上倾尖灭圈闭和火石岭组构造圈闭以及基岩风化壳圈闭等目标的含气性有待探索。升平—兴城断弯褶皱带呈现多层位、多种储层类型、多种类型气藏空间上有机配置的整体含气场面。除汪家屯、升平地区的小型气田外,估算兴城气田有1000×108m3的探明储量勘探前景,是下一步提交规模储量较现实的目标。宋西断裂构造带的南段仍是勘探空白区,宋西断裂上盘营一段和营三段两套火山岩储层存在一系列构造圈闭,具有得天独厚的成藏条件,与邻区升平—兴城构造带可能为整体含气区。4.2储层地质特征徐家围子断陷天然气资源丰富,目前的勘探主要集中在西北部,东部和南部地区勘探投入还很少。综合分析确认,榆西断展构造带、宋站低隆起和丰乐低隆起区以及安达凹陷也具有优越的成藏条件,是可能取得战略突破的新领域。榆西断展构造带向西紧邻榆西生烃凹陷,发育沙河子组和营二段两套烃源岩。营一、三段火山岩和登娄库组砾岩、砂岩可作为潜在储层,肇深5井于登娄库组底部砾岩获低产气流(图4)。局部在断展褶皱东西两翼均有一定倾角时可形成构造圈闭,可作为构造圈闭目标,参与褶皱的最新地层营一段火山岩可作为储层。向断展褶皱西翼上超的营三段火山岩和登娄库组底部砾岩形成的地层超覆圈闭,可作为岩性圈闭目标。宋站低隆起和丰乐低隆起区分隔生烃凹陷,是徐家围子断陷内两个东西向延展的天然气有利聚集区带。宋站低隆起带主要储层为营三段火山岩和登娄库组砂岩。发育营三段和登娄库组构造圈闭、营一段地层超覆圈闭和登娄库组上倾尖灭圈闭,是下步勘探的主要目标。丰乐低隆起区营一段发育火山岩,具丘形反射特征,预测以爆发相和溢流相为主,储层条件较好,有局部的构造圈闭。安达凹陷是徐家围子断陷的北端,具有良好的成藏条件。达深1井揭示断陷期地层暗色泥岩及煤层发育,为较好—好烃源岩,有机质演化程度低于徐家围子断陷南部。新钻达深2、汪深1井营三段火山岩获工业气流,达深1井在营城组获低产气流,揭示了本区具有较好的勘探前景。4.3需要探索的研究领域莺山—双城和古中央隆起以西地区等勘探程度较低,断陷规模较大,烃源岩条件较好,是值得探索的新领域。4.3.1深层烃源岩和地层气藏存在莺山和双城两个断陷,分别为近南北和北北东走向地堑式断陷,面积分别为约920km2和810km2,基底最大深度分别为6700m和4500m。钻井揭示具有断陷地层与石炭—二叠系两套烃源岩。莺山—