洞庭盆地淺層生物氣成藏條件及潛力圈閉評價

朱 偉，曹子劍，王紅云，景寶國

(1.湖南科技大學，湖南 湘潭 211401;2.中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

圖1 洞庭盆地邊界示意位置

洞庭盆地屬中新生代含油氣盆地，面積約19 000 km2(圖1)，與江漢盆地分處華容隆起南北，兩者具相同沉降背景，油氣地質條件極為接近:地層層序保存完整，古近紀均為生油坳陷。1971年，在盆地開展了地震勘探、鉆探為主的油氣勘查。完成中、深井及淺井109口，總進尺130 306 m。在沅江凹陷下第三系，獲得原油約20 m3。在岳陽、南縣、安鄉、常德、漢壽、沅江等地地面及鉆孔見大量第四系淺層氣顯示，一般深3～50 m左右，氣井壓力一般為10～100 kPa，少數大于 100 kPa，日產氣為 1 ～100 m3/d。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江組與江漢油田主力產油層新溝咀組層序位置相當，含一套連續沉積暗色泥巖[1-7]，且單層厚度更大，顏色更深。隨著華容隆起以北一系列油氣突破和松滋油田的發現，極大提升了洞庭盆地油田發現的預期。在前期研究的基礎上，通過地質、地球物理相結合來探討氣藏形成的有利地質條件，為中國南方陸相沉積盆地第四系沖積平原的淺層氣勘探提供數據和參考依據。

1 構造沉積演化

洞庭盆地是中國中部元古代基底上發育的中新生代陸相斷陷型盆地(圖2)，第四紀沉積地層以砂泥巖為主，在縱向上形成了2套整體表現為下粗上細的正向沉積旋回。

1.1 更新世沉積期

早更新世早期，本區開始接受一套泥沙充填。主要以陸相河流相礫石層、砂層為主，在低洼地帶沉積湖相的雜色黏土。隨后地殼持續沉降，湖盆面積不斷擴大。中更新世受走向NNE、NW、EW和SN向等正斷裂控制發生強烈沉降，形成澧縣凹陷、沅江凹陷、赤山隆起、安鄉凹陷等隆凹相間的穩定格局。洞庭湖盆由于水量大，物源補給充足，湖面擴大形成寬廣的補償型湖盆，西部、北部一直延伸到江漢平原，區內廣泛發育大套湖泊相黏土。晚更新世遭受抬升，湖盆萎縮，盆地大部分成為陸地而未接受沉積。此時的湖盆僅在安鄉—沅江一帶，發育薄層淺湖湘的土黃、灰綠、灰黃、淺黃色黏土、粉砂質黏土及少量粉細砂夾砂礫沉積，更新世沉積厚度一般達230 m。

圖2 第四紀構造沉積演化

1.2 全新世沉積期

全新世盆地構造總體穩定，周緣部分地區存在小幅抬升。此期為亞熱帶氣候，生物極為繁盛，沉積物中含豐富的螺蚌殼及植物碎屑，物源充足，形成現今洞庭湖盆地河湖充填區(圖1)。沉積物主要為深灰、灰褐、灰綠、棕黃、黃褐等顏色黏土，少量粉砂和粉砂質黏土。除臨澄凹陷外，廣泛分布于各凹陷區內，厚為5～10 m，局部可達40 m左右，湖盆邊部夾砂礫層。

2 生物氣成藏有利地質條件

2.1 廣泛發育氣源層

盆地覆蓋區發育2套氣源層。第四系全新統含生物碎屑黏土層為第1套氣源層。主要發育一套以灰色、灰黑色為主的黏土、砂質黏土、暗灰色淤泥質黏土、粉砂，淤泥質黏土。含豐富的螺蚌及植物碎屑，一般厚5～10 m，主要為湖泊沼澤相沉積。在湖盆中部層厚達10～35 m。層中所含的螺蚌及植物碎屑部分或大部分呈半碳化疏松狀態，是主力生氣層。

更新統的暗色黏土層是第2套氣源層。更新世湖盆沉積期，漢壽—安鄉、沅江—湘陰一帶的湖盆中心發育的暗色沉積物厚度較大，暗色富含有機質的沉積物厚50～70 m，在南縣肖家灣更新世時見一層厚度達4.4 m的泥炭層;沅江—湘陰一帶發育的暗色沉積物厚度達40～60 m，在沅江幸福港一帶見厚約0.2～0.5 m的泥炭層，為深湖相沉積。這些暗色黏土層是較好的氣源層。

2.2 多類型儲集砂體發育

第四系沉積物埋藏淺，松散多孔且未成巖，物性條件較好，發育以下多種類型的砂體。

(1)淺湖相儲層為近岸淺湖淤泥質黏土所包圍的砂礫、砂、粉砂、黏土質粉砂透鏡體或沿岸砂壩。呈頂凸底平狀，厚度一般為0.3～1.0 m，面積小。與氣源巖呈現指狀交互沉積，易于聚集生物氣。當蓋層厚度小時，聚集的生物氣向地表逸散。因其厚度小、面積小，預測其形成氣藏規模小、產能較低。

(2)河床相儲層由砂礫、含礫及粗中砂層構成，縱向上粒度自下而上逐漸由粗變細，具備典型正粒序，氣源為上覆的漫灘—沼澤相氣源巖。由于其在河谷內橫向連通性好，常含水，且多直接覆于不具生烴條件的基巖、紅層黏土之上，其圈閉的側向封堵性較差。如果具備局部的構造圈閉或地層圈閉條件、氣源充足時，可以成藏。

(3)扇三角洲相儲層巖性縱向上為砂礫、粉砂層、薄層砂疊置，橫向上沿物緣方向前積沉積。其前沿可以推進到深湖區域，發育串珠狀、條帶狀的濁積砂體，是該區的主力儲層。這些儲層砂體通常分選和磨圓較好，孔滲條件佳，被相對非滲透性的黏土所包圍，從圖3可見其厚度和大小不等，但在發育方向上延伸較遠，是氣源區內重要的巖性圈閉，均可聚集生物氣，其中多個含氣砂體如果在平面上疊合連片可以形成一定規模的淺層氣田。

圖3 地層剖面

2.3 生儲蓋配置良好、巖性-構造圈閉發育

洞庭盆地生物氣的生、儲、蓋組合大致可分為自生自儲式和互層式2種組合類型。

2.3.1 自生自儲式組合類型

下更新統及全新統大部分砂質土、粉砂、細砂層孔滲性好，又富含豐富的螺蚌殼及植物碎屑，是良好的生氣層與儲氣層，從全新統眾多的生物氣顯示看，這種組合類型在洞庭盆地較為廣泛[9]。

2.3.2 互層式正向組合類型

此種組合類型為生氣層、儲氣層在縱向上間互出現。下更新統及全新統廣泛發育多套黏土—砂質黏土—粉、細砂巖層這種上細下粗的反韻律沉積，其中黏土、砂質黏土既是生氣層也可作為蓋層，粉、細砂及砂礫層為儲氣層。

2.3.3 圈閉發育情況

早更新世—中更新世中期盆地處于強烈斷陷階段，沅江凹陷北東部廣興洲—君山一帶因早更新世末期構造抬升而缺失中更新世和晚更新世沉積，全新統沉積地層直接與汨羅組地層接觸[10]。

中更新世晚期洞庭盆地主體安鄉凹陷和沅江凹陷沉積厚度大，往邊緣沉降幅度減小或無沉降。受公安—監利斷裂、洪湖—湘陽斷裂、磚橋斷裂影響，淺層圈閉基本上以巖性、背斜、斷背斜為主，斷層側向封堵在構造發育帶較為普遍。

3 生物氣藏潛力圈閉評價

前期研究表明，在岳陽市北西部，淺層生物氣廣泛賦存于第四系全新統富含有機質的黏土和淤泥質黏土層中，在40多口淺井中不同程度地發現氣顯示。通過對出氣點的統計和現場采樣化驗分析(表1)，結果顯示為很好的甲烷氣顯示。由于地處華容隆起東側和連接江漢盆地與洞庭盆地的中間位置，2個盆地具相同沉降背景，成油氣地質條件極為接近:地層層序保存完整，古近紀—第四紀均為生油拗陷。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江組與江漢油田主力產油層新溝咀組層序位置相當，含一套連續沉積暗色泥巖，且單層厚度更大顏色更深。華容隆起以北已知一系列油氣突破和松滋油田的最新油氣發現，因此選擇華容隆起南緣的廣興洲地塹中岳陽市北西普興—廣興洲—北州村一帶 作重點評價。

表1 洞庭盆地生物氣組分

3.1 巖性沉積特征及生儲蓋組合

生物氣的生成依賴于微生物尤其是產甲烷菌的生物化學作用，而微生物的存在及生理活性受沉積環境的制約。研究區由上向下地層依次為全新統、上更新統，研究區主要目的層段是全新統及其下部的汨羅組。由巖心資料可以看出，巖性主要為黏土、砂質黏土、砂及砂礫。其中粉砂、黏土中常見植物根系和生物擾動構造具有明顯的漫灘沼澤微相沉積特征，泥質含量不僅是區分砂、泥巖和劃分儲、蓋層的重要參數，還是影響地層孔滲性的重要因素。泥質含量越高，地層孔滲性越差，封蓋性越好;反之封蓋性越差。大套黏土可作為良好的生氣層和蓋層，暗色的前三角洲泥可作為次要生氣層。礫巖、砂礫巖呈次棱角至次圓狀，長軸一般為幾厘米并成疊瓦狀排列，具有下粗上細的正韻律的扇三角洲辮狀分流河道沉積特征，可作為良好的儲集層。從工區鉆井巖心特征分析，可得到該區縱向上自上往下依次發育4套生儲蓋組合，即為扇三角洲沼澤相的自生自儲式和扇三角洲前緣分流河道和前三角洲泥匹配的互層式組合 (圖4)。

圖4 縱向沉積相及生儲蓋組合

3.2 典型圈閉特征描述及評價

經實地調研、現場采樣后，認為廣興洲地塹北洲村一帶位于洞庭盆地與江漢含油氣盆地之間，構造位置優越，鉆井氣顯示情況好，沉積厚度適中，作為成氣藏潛力評價區域，開展了二維地震勘探數據采集。地震剖面顯示凹陷內目的層斷裂發育且清晰，相位錯斷明顯，斷裂解釋可靠，斷背斜在幾個方向剖面上隆起幅度較為明顯，經過數據處理解釋后在T2反射層得到一個斷背斜構造。斷背斜發育位置較好，發育于深洼帶向東南上傾方向的斜坡上，在其東南的一口鉆井S6井已見生物氣流。從斷裂形成和發育期分析，構造的形成時間應該在更新統華田組沉積后到全新統沉積期之間產生，因此圈閉形成時間早于全新統主力生氣層沉積，圈閉是有利于生物氣聚集的。構造等深圖顯示:全新統下部發育的生物氣藏圈閉，其閉合面積約為4.5 km2，閉合高度約10 m。圈閉由斷層與鼻狀構造組合而成，圈閉類型屬于斷鼻構造，即在區域傾斜的背景上，鼻狀構造的上傾方向被斷層所封閉，形成構造圈閉。由于構造上本區全新世受磚橋斷裂的控制，在總體坳陷體制下仍存在正斷裂活動，因此這種圈閉在該區十分普遍。此外，該區沉積處于扇三角洲前緣區域，河道砂體、濁積砂體發育，極可能與局部斷塊有效配置形成斷層-巖性圈閉。

3.3 生物氣特征

區內生物氣是沉積物內大量的螺蚌、藻類及植物碎屑等有機質在泥炭化和未成熟成巖階段，通過甲烷菌的生物化學作用而形成的自然氣體，氣體的化學組分以甲烷為主(表1)。

從眾多的氣顯示看，含氣層的氣量與有機碳含量、沉積物厚度成正比。近代低洼的河湖密布地區，氣顯示較普遍，顯然這些區域為昔日河流彎曲處或湖泊滯流地帶，水生植物及藻類茂盛，并接受了大量外來植物碎屑的堆積，有利于生物氣的形成。

生物氣主要儲集于粉—細砂、中、粗砂及砂礫層中，其次為砂質黏土層，儲集類型主要為孔隙型，此外生物氣只有在有致密的黏土層作為蓋層的條件下才能得以保存。

4 結論

(1)研究區淺層具有良好的生物氣成藏條件。生物氣主要分布在上新統以上地層，其沉積相為黏土、砂質黏土相對發育的扇三角洲辮狀分流河道、漫灘沼澤微相帶內，縱向上具備自生自儲式和互層式2套成藏組合。

(2)淺層生物氣藏主要集中發育在廣興洲地塹西北靠近陡坡帶一側。該區域緊鄰生氣凹陷，發育斷背斜、斷層-巖性等圈閉類型，是下一步研究區淺層生物氣的主要勘探區域。

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