松南長嶺斷陷無機氣成因類型及分布特征

陳杰，徐翰，汪新文，劉劍平

(中國地質(zhì)大學，北京 100083)

0 引言

長嶺斷陷位于松遼盆地中央拗陷區(qū)南部，在其常規(guī)油氣勘探過程中，斷陷內(nèi)已探獲許多無機成因的CO2、高含CO2或較純CO2氣藏，如早期發(fā)現(xiàn)的紅崗、乾安氣藏，近期發(fā)現(xiàn)的長深2，4，6井區(qū)氣藏，長深7、孤6、孤7、孤9、孤12井區(qū)氣藏等。這些氣藏的發(fā)現(xiàn)，使人們對松南及長嶺斷陷內(nèi)烴類氣藏中CO2氣含量變化及對烴類氣勘探開發(fā)的作用和影響，及對CO2氣體(可能伴生的He氣等)的成藏越來越關(guān)注。長嶺斷陷是形成CO2氣藏，開展相應研究的有利地區(qū)之一。但總體來說，長嶺斷陷地區(qū)對無機成因氣的研究起步較晚，勘探研究程度較低，對其成藏規(guī)律了解較少，限制了長嶺斷陷油氣勘探的部署。該文分析了長嶺斷陷無機氣成因類型及分布特征，可為該區(qū)塊下一步勘探方向提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域概況

長嶺斷陷位于松遼盆地中央拗陷區(qū)南部，向北為常家圍子-古龍斷陷，向南為西南隆起區(qū)，向西為西部斜坡帶，向東為東南隆起區(qū)。平面上呈“U”字型向北延伸，其他3個方向均為隆起區(qū)(圖1)。區(qū)內(nèi)發(fā)育有若干組不同方向斷層，其中斷陷南北兩側(cè)邊界受NW向斷層控制，中部也發(fā)育NW向斷層(或構(gòu)造)；NNE—NE向斷層控制了斷陷的展布、沉積-沉降中心。深大斷裂在該區(qū)也非常發(fā)育，主要包括北部乾安次凹中的乾安深斷層、大安深斷層，南部長嶺次凹中的長嶺深斷層、達爾罕深斷層等，其對淺部及后期的構(gòu)造、沉積、變形等起控制作用。

基底具雙層基底,下部為前寒武系中深度變質(zhì)巖系和片麻狀花崗巖,上部由古生代淺變質(zhì)巖系和花崗巖構(gòu)成。長嶺斷陷發(fā)育斷陷構(gòu)造-沉積和坳陷構(gòu)造-沉積雙層結(jié)構(gòu)，下部為受斷層控制比較顯著的斷陷結(jié)構(gòu)，上部為受熱沉降控制、斷層不太發(fā)育的凹陷性結(jié)構(gòu)，其中斷陷層系厚度約5000m，坳陷層系厚度約3000m，局部沉積中心的斷-坳蓋層沉積厚度大于10000m。斷陷層由上到下包括登婁庫組、營城組、沙河子組和火石嶺組地層，坳陷層為泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組及其上的古近紀、新近紀地層等。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖(據(jù)逄海明，2007年)

區(qū)內(nèi)火山活動十分強烈，發(fā)育了大量的火山巖，早期火山巖主要包括火石嶺組、營城組火山巖，新近紀在部分鉆井中發(fā)現(xiàn)一些火山巖(如乾124井)。火山活動可劃分為7個火山噴發(fā)旋回、若干活動期次。火山巖以高鉀-中鉀鈣堿性為主，其次為中鉀鈣堿性系列和鉀玄武巖系列。該區(qū)新構(gòu)造活動也十分強烈，發(fā)育大量深源玄武巖(帶)、地震活動比較強烈。

2 無機氣成因類型

對于無機成因和有機成因氣的鑒別研究，我國走在世界前列[4-11]。CO2碳同位素特征是判別CO2氣成因的最重要證據(jù)之一。戴金星等在綜合了大量國內(nèi)外二氧化碳有關(guān)鑒別的數(shù)據(jù)后，得出無機成因δ13Cco2值大于-8×10-3，主要分布于(-8～3)×10-3。而有機成因的CO2的δ13Cco2值小于-10×10-3，有機和無機的CO2的δ13Cco2值的重疊區(qū)域為(-10～-8)×10-3，氣體組分中CO2含量達60%以上的氣體均為無機成因。

無機成因CO2又可分為碳酸鹽巖熱分解形成的CO2和巖漿-幔源成因的CO2。無機成因CO2中，碳酸鹽巖受熱分解形成的CO2的δ13Cco2值大多在(0～3)×10-3，而巖漿-幔源成因的CO2的δ13Cco2值多在(-8～2)×10-3[6]。由于這2種成因CO2的碳同位素值互相重疊，利用CO2的碳同位素不能區(qū)分這2種無機成因的CO2，但利用與CO2伴生的稀有氣體氦同位素可以區(qū)分這2種成因，碳酸鹽巖熱分解成因中伴生的氦表現(xiàn)出殼源氦的同位素特征，

其中，α、β是方程一和方差二的待估計系數(shù)．i=1，2，3…N表示銀行數(shù)目，t=1，2，3…T表示時間，ε為隨機干擾項．

R/Ra<0.1，而幔源氦的同位素非常重，其R/Ra>1。

據(jù)對長嶺斷陷CO2氣分析(表1)，松南氣田的YS1，YS101，YP1，YP7，YS2，CS1，CS1-1，CS1-2，CS2，CS6井的δ13Cco2值均大于-8×10-3，均為無機成因，而東嶺氣田的SN101，SN180井的13Cco2值均小于-10×10-3，屬于有機成因。在區(qū)分無機成因類型時，長嶺斷陷無機成因CO2氣體中R/Ra值均大于1，因此長嶺斷陷的無機成因CO2應都屬于巖漿-幔源成因。

表1 長嶺斷陷CO2氣地化參數(shù)

3 無機成因氣分布特征

該文綜合收集長嶺斷陷地區(qū)鉆井氣測資料，對涉及無機成因CO2氣含量的分布進行了詳細統(tǒng)計(圖2)，可以大致看到長嶺斷陷目前為止在油氣勘探中測定的無機成因CO2氣的平面展布特征。

圖2 長嶺斷陷不同含量CO2氣分布圖

3.1 長嶺斷陷無機成因氣平面展布特征

根據(jù)CO2氣百分含量的大小，長嶺斷陷可劃分為以下分布區(qū)：

(1)高含CO2氣區(qū)。其百分含量在90%以上，主要包括：乾安次凹北部長山鎮(zhèn)以北地區(qū)，以古深1井、新2井為代表。其中古深1井中測得CO2為94%，新2井中測得CO2含量為93.1%；大情字井地區(qū)，以長深6井、長深4井、長深2井等為代表，平均CO2含量都在90%以上，總體表現(xiàn)有NNE—NE向展布的趨勢；孤店地區(qū)，以長深7井、孤6井、孤9井為代表，CO2含量分別為98%，90.2%和89.73%。

(2)中高含CO2氣區(qū)。其百分含量在70%～90%之間。長嶺斷陷內(nèi)僅一個地區(qū)表現(xiàn)為比較顯著的該區(qū)段的CO2含量，即乾安地區(qū)，以乾深1(75.5%～80.73%)、乾深2(78.5%)、乾深8(82.5%)、乾深10(80.73%)、乾深11(95.73%)、乾198(95.39%)和乾199井(70.4%)等為代表，主要位于乾安次凹南部，總體表現(xiàn)出NNW至近SN向展布。

(3)中低含CO2氣區(qū)。其百分含量一般在20%～50%之間，而以20%～30%為多。長嶺斷陷內(nèi)主要發(fā)育在2個地區(qū)：①紅崗地區(qū)，以紅119井(17.61%)、紅7井(15%～35%)、紅150井(16%)、紅75井(60.5%)等為代表。該區(qū)井位點較少，從區(qū)域展布趨勢上看可能與紅崗-大安次凹展布方向一致，以NNE向為主；②腰英臺-達爾罕地區(qū)，以長深1(27.2%)、長深1-1(16.06%～23.05%)、長深103(12%～31%)、腰深1(20.74%)、腰深2(27.96%)、腰深101(24.21%)、腰深102(24.99%～33.9%)、腰平1(24.64%)、DB11井(26.95%)等為代表，該地區(qū)尤以20%～30%的含量為主。其展布方向以近SN向為主。

(4)低含CO2氣區(qū)。其百分含量一般在百分之幾至百分之零點幾。主要包括：①長嶺縣附近及以南的龍鳳構(gòu)造、雙龍構(gòu)造及東嶺構(gòu)造區(qū)等，以龍深1(1.2%)、雙深1(1.07%)、SN182(0.18%)、SN101(0.46%)、SN115(0.5%)等井為代表，總體也表現(xiàn)為近SN向展布，與構(gòu)造線方向一致。②化昌-前七號地區(qū)，以SN302，DB10井等為代表；③長嶺斷陷西部的華興鎮(zhèn)-楊家店(Ⅱ)區(qū)，以SN190、長深3井等為代表。

整體來講，上述CO2含量分區(qū)的劃分只是按照趨勢大致劃分的，而且在整個含量區(qū)內(nèi)也有一些例外情況，如在孤店高含量區(qū)內(nèi)的長深7井(10%～60%)、中高含量乾安地區(qū)的乾198井(95.39%)、低含量地區(qū)的SN109井(25.94%)等，因此除上述CO2含量所表現(xiàn)出的一定規(guī)律特征外，其展布還表現(xiàn)出相當?shù)膹碗s性。

3.2 長嶺斷陷無機成因氣縱向分布特征

長嶺斷陷無機成因氣主體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)地層中，巖性有火山巖和碎屑巖。

(1)長嶺斷陷北部次凹(乾安次凹)內(nèi)的產(chǎn)出層位較高，主要以泉頭組及其上的青山口組為主。如，乾安次凹北部的紅崗地區(qū)CO2氣的產(chǎn)出層位為青山口組二、三段碎屑巖，層位最高；大安地區(qū)、乾安地區(qū)和孤店地區(qū)的產(chǎn)出層位為泉頭組四段碎屑巖。總體來看，長嶺斷陷北部乾安次凹內(nèi)的二氧化碳氣產(chǎn)出層位以較高、較新的坳陷期沉積地層(泉頭組、青山口組等)為主，且以碎屑巖儲集層為主。

(2)長嶺斷陷南部的長嶺子次凹內(nèi)的無機二氧化碳氣產(chǎn)出層位以斷陷期營城組火山巖為主，少量為登婁庫組。如高含CO2氣的中石油大情字井地區(qū)，產(chǎn)出層位基本上為下白堊統(tǒng)營城組，以火山巖為主，如長深2井、長深4井、長深6井等；中低含CO2氣的中石油、中石化腰英臺地區(qū)，產(chǎn)出層位也是營城組火山巖，如長深1井、腰深1井、腰深2井、腰深101井、DB11井等。另外部分井中也看到了少量登婁庫組的產(chǎn)出層位，如長深2井、長深4井、長深103井和長深1-3井等，但這些井也是下部為營城組火山巖產(chǎn)出層位，上部為登婁庫組碎屑巖產(chǎn)出層位，而且，登婁庫組內(nèi)的二氧化碳含量相當?shù)停话悴怀^1%。

腰英臺附近的油氣井中，如CS1-3,營城組的CO2含量高達97.4%，而登婁庫組的CO2含量僅為0.37%，再如YS102，營城組的CO2含量也達到了24.75%，但是登婁庫組的CO2含量僅為2.17%，分析認為可能是營城組之上的蓋層有效的封蓋了后期充注的無機成因CO2，使其不能進入登婁庫組。但是YS101井登婁庫組CO2含量為18.78%，而其營城組CO2含量是24.21%，還有CS2井兩者CO2含量也比較接近，分析可能是YS101井靠近達爾罕斷裂，分支斷裂比較發(fā)育，CS2井靠近乾安大斷裂，聯(lián)通了營城組和登婁庫組，使得兩者CO2含量相差不大，但是登婁庫組的CO2含量要比營城組低一點，說明CO2在沿著斷裂往上沖的過程中逐漸被消耗，所以越高部位含量越少。

總體來說，長嶺斷陷南部的長嶺次凹的產(chǎn)出層位以較低、較老的斷陷期(營城組)儲層為主，且以火山巖儲層為主。通過以上比較可以看出，長嶺次凹南北2個次凹中CO2產(chǎn)出層位顯著不同。

(3)從CO2含氣量沿縱向不同井段的變化情況來看，也表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。總體來看，各井中CO2含量從上向下逐漸(或突然)呈增加趨勢。如長深1-2井，121井段的CO2含量為21%～28%，而126井段為59%～73%；長深2,4,6井等高含CO2氣的井中也表現(xiàn)出這樣特征。

但也有部分井段例外，如長深1井，65-66井段為27%左右，而在72井段處變成了百分之十幾到零點幾。因此可以看出，二氧化碳在縱向分布除上述一定規(guī)律外也表現(xiàn)出了相當?shù)膹碗s性。

4 結(jié)論

(1)地化參數(shù)分析表明，松南氣田的YS1，YS101，YP1，YP7，YS2，CS1，CS1-1，CS1-2，CS2，CS6井的δ13Cco2值均大于-8×10-3，且CO2氣體中R/Ra值均大于1，均為無機成因，且都屬于巖漿-幔源成因。而東嶺氣田的SN101，SN180井的δ13Cco2值均小于-10×10-3，屬于有機成因。

(2)長嶺斷陷高含CO2氣區(qū)包括乾安次凹北部長山鎮(zhèn)以北地區(qū)、大情字井地區(qū)和孤店地區(qū)，其中百分含量在90%以上。中高含CO2氣區(qū)僅包括乾安地區(qū)，其百分含量在70%～90%之間，主要位于乾安次凹南部，總體表現(xiàn)出NNW—近SN向展布。中低含CO2氣區(qū)包括有紅崗地區(qū)和腰英臺-達爾罕地區(qū)為主，其百分含量一般在20%～50%之間，其展布方向以近SN向為主。低含CO2氣區(qū)，主要包括:①長嶺縣附近及以南的龍鳳構(gòu)造、雙龍構(gòu)造及東嶺構(gòu)造區(qū)等，總體也表現(xiàn)為近SN向展布，與構(gòu)造線方向一致；②化昌-前七號地區(qū)；③長嶺斷陷西部的華興鎮(zhèn)-楊家店(Ⅱ)區(qū)。

(3)長嶺斷陷北部次凹(乾安次凹)內(nèi)的產(chǎn)出層位較高，主要以泉頭組及其上的青山口組為主。南部的長嶺次凹內(nèi)的無機二氧化碳氣產(chǎn)出層位以斷陷期營城組火山巖為主，少量為登婁庫組。南北2個次凹中的CO2產(chǎn)出層位顯著不同。

(4)總體來看，多數(shù)井中CO2含量從上向下逐漸(或突然)呈增加趨勢。

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