南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素

戚金花

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南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素

戚金花

(大慶油田有限責任公司 第三采油廠，黑龍江 大慶 163113 )

為研究南堡凹陷天然氣成藏分布規律，在天然氣藏類型及分布特征研究的基礎上，分析天然氣分布與成藏條件之間空間匹配關系，研究南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素.結果表明：南堡凹陷天然氣存在4種成藏模式：源內斷裂輸導中—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲層發育共同控制；源內斷裂輸導中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制；源內斷裂輸導深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲層發育和源巖供給程度共同控制；源外邊部斷裂輸導深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲層發育和源巖供給程度共同控制.該結論對指導南堡凹陷天然氣勘探具有指導意義.

成藏模式； 主控因素； 天然氣； 聚集； 南堡凹陷

0 引言

南堡凹陷是渤海灣盆地北部的一個新生代斷陷，總體上具有北斷南超的箕狀斷陷特征，凹陷面積為1 920 km2.該凹陷由下至上發育古近系沙河街組(Es)、東營組(Ed)、新近系館陶組(Ng)、明化鎮組(Nm)及第四系.目前，南堡凹陷已有數口井見到天然氣顯示，天然氣從下伏基巖至上覆明化鎮組有分布；但天然氣富集程度相對較低，并且不同構造天然氣分布層位和富集數量明顯存在差異，除與它所處構造天然氣本身成藏條件不同有關外，還與不同構造天然氣成藏模式及主控因素也不同有關.

人們對南堡凹陷油氣成藏條件及主控因素進行研究和探討，主要是從源巖、斷裂、運移路徑、斷蓋配置和成藏主控因素及模式等方面.根據烴源巖地球化學特征，在南堡凹陷由下至上發現沙河街組三段和一段兩套烴源巖[1-4]，生烴能力較強.研究區共發育6套斷裂系統[5-7]，在成藏關鍵期，活動的長期斷裂(Ⅴ型和Ⅵ型斷裂)對油氣起到垂向輸導通道作用，其他類型斷裂起側向遮擋作用；在斷裂靜止期，所有斷裂起側向遮擋作用.在油氣運移過程中，油源、正向構造、高砂地比地層是油氣運移的有利區[8-10]；同時，還要受到斷裂斷距和被斷裂破壞蓋層的共同控制[11-14].付廣等[13]提出斷接厚度的概念，當某一套蓋層的斷接厚度大于其封氣下限時，油氣在蓋層下部分布；當斷接厚度小于其封氣下限時，油氣在蓋層上下分布.羅群等[15]提出南堡凹陷隱蔽圈閉為隱蔽油氣藏形成提供空間，輸導體系溝通油源和隱蔽圈閉并為隱蔽圈閉輸送油氣，烴源巖供給成熟油氣，3個基本要素在時空上形成有利的三維一體關系，導致隱蔽油氣藏的形成.朱光有等[16]提出烴源巖、優質儲層、輸導斷裂、圈閉類型和蓋層等成藏要素匹配較好，成藏期較晚是南堡凹陷油氣富集的關鍵因素.付廣等[17]提出南堡凹陷東一段油氣成藏主要受油源斷裂、蓋層匹配關系、砂地比和有效圈閉等4個因素的控制；源巖生成的油氣沿輸導斷裂向上運移，穿過東營組二段泥巖蓋層且被館陶組三段火山巖蓋層封閉，向砂地比大于20%的地層中運移，并且在油源斷裂附近的正向圈閉中聚集成藏.

針對天然氣成藏規律的研究相對較少，對天然氣成藏模式及主控因素研究相對薄弱，不利于南堡凹陷天然氣勘探.在天然氣藏類型及分布特征研究的基礎上，筆者分析天然氣分布與成藏條件之間空間匹配關系，開展南堡凹陷天然氣成藏模式及主控因素的研究，為認識天然氣分布規律和油氣勘探提供指導.

1 天然氣藏類型及分布規律

南堡凹陷西部的天然氣明顯較東部的富集，西部的南堡1號、5號、老爺廟和高尚堡構造已發現的氣流井數，明顯較東部的南堡2號、3號、4號構造已發現的氣流井數多(見圖1).南堡凹陷天然氣藏的類型主要是斷層遮擋形成的斷層氣藏.天然氣在縱向上從下伏基巖至上覆明化鎮組分布，其中以東營組含氣層位最多，其次是沙河街組和館陶組，再次是基巖，最少為明化鎮組(見圖2).不同構造天然氣分布層位和含氣層數是不同的，基巖天然氣主要分布于南堡1號、2號和3號構造，其中以南堡2號構造天然氣含氣層數相對較多，南堡1號和3號構造含氣層數相對較少.沙河街組天然氣主要分布于南堡3號、4號、5號和高尚堡構造，其中以高尚堡構造含氣層數相對較多，其次是南堡3號和5號構造，最少為南堡4號構造.東營組天然氣主要分布于南堡1號、2號、4號、5號、老爺廟和高尚堡構造，其中1號、5號和老爺廟構造含氣層數相對較多，其次是南堡2號構造和高尚堡構造.館陶組天然氣主要分布于南堡1號、2號、老爺廟和高尚堡構造，其中以南堡1號構造含氣層數相對較多，其次是老爺廟構造、南堡2號，高尚堡構造含氣層數相對較少.明化鎮組天然氣主要分布于南堡1號、老爺廟和高尚堡構造，含氣層數較少(見圖2).

圖1 南堡凹陷源巖、輸導斷裂和天然氣分布關系

圖2 南堡凹陷不同構造天然氣分布層位Fig.2 Distribution layers of natural gas in different structures of Nanpu depression

2 天然氣成藏模式及其主控因素

雖然南堡凹陷不同構造天然氣分布層位和含氣層數不同，但是天然氣來自沙河街組三段或一段源巖.由于不同構造、不同層位天然氣聚集的斷層圈閉與沙河街組三段或一段氣源巖之間的空間位置關系不同，天然氣在不同構造聚集層位也不同，天然氣成藏模式及主控因素也不同.研究已知氣井解剖和不同構造、不同層位天然氣藏，以及與沙河街組三段或一段源巖之間空間位置關系，南堡凹陷天然氣成藏存在4種模式.

2.1 源內斷裂輸導中—淺層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡1號構造中—淺層(見圖3).南堡1號構造已發現的天然氣主要分布于館陶組四段—東營組一段.由圖1可以看出，南堡1號構造位于沙河街組三段或一段源巖區；目的儲層與下伏沙河街組三段或一段源巖之間被多套泥巖層相隔，沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣無法通過地層孔隙，不能直接向上覆館陶組四段—東營組一段目的層中運移，只能通過斷裂，才能使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣運移至上覆館陶組三段—東營組一段目的儲層.三維地震資料解釋成果表明，南堡1號構造館陶組四段—東營組一段斷裂發育，但不是均可成為沙河街組三段或一段源巖生成天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運移的輸導斷裂；只有連接沙河街組三段或一段源巖和館陶組四段—東營組一段目的儲層，且在沙河街組三段或一段源巖大量排烴期—東營組沉積末期或明化鎮組沉積中期活動的斷裂[18]，才能成為沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運移的輸導斷裂.只有早期伸展—中期伸展走滑—晚期反轉和中期伸展走滑—晚期反轉兩類斷裂,才能成為沙河街組三段或一段源巖生成天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運移的輸導斷裂[7].由圖3(a)可以看出，南堡1號構造發育2條輸導斷裂，下伏沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿著2條輸導斷裂向上覆地層運移.由于其上東營組泥巖蓋層斷接厚度小于其封氣下限，天然氣將穿過東營組泥巖蓋層繼續向上運移[13]，當遇到館陶組三段火山巖蓋層時，館陶組三段火山巖蓋層厚度相對較大，斷接厚度為208 m，大于其封氣下限——150～180 m，天然氣不能穿過館陶組三段火山巖蓋層向上運移，主要在其下發生側向分流運移，即館陶組三段火山巖蓋層斷接厚度大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

圖3 南堡凹陷天然氣成藏模式Fig.3 Modes of natural gas accumulation in Nanpu depression

南堡1號構造東營組二段—沙河街組儲層發育，砂地比大于20%(見圖4(a))[10]，有利于天然氣側向分流聚集.天然氣只能在館陶組四段—東營組一段儲層發生側向分流運移，在輸導斷裂附近的斷裂遮擋圈閉中聚集成藏(見圖3(a)).分析南堡1號構造天然氣成藏過程，源內中—淺層斷裂輸導斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：輸導斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲層發育共同控制天然氣聚集層位；輸導斷裂附近斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.2 源內斷裂輸導中—深層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡5號構造中—深層(見圖3(b)).南堡5號構造已發現的天然氣主要分布于東營組二段—沙河街組.由圖1可以看出，南堡5號構造也位于沙河街組三段或一段源巖區；目的儲層與下伏沙河街組三段或一段源巖之間也被多套泥巖層相隔，沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣也只能通過輸導斷裂，才能向目的層運移.由圖3(b)可以看出，南堡5號構造發育5條輸導斷裂，下伏沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿著5條輸導斷裂向上覆地層運移.由于其上東營組三段泥巖蓋層斷接厚度小于其封氣下限，東營組二段泥巖蓋層厚度相對較大，斷接厚度為165 m，大于其封氣下限——120～140 m，天然氣難以穿過東營組二段泥巖蓋層向上運移，主要在其下發生側向分流運移，即東營組二段泥巖蓋層斷接厚度大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之,上下有天然氣分布.

圖4 南堡凹陷不同構造、不同層位地層砂地比分布Fig.4 Distribution of sandstone ratio in different layers of different structures in Nanpu depression

南堡5號構造東營組二段—沙河街組儲層發育，砂地比大于20%(見圖4(b))，有利于天然氣分流聚集.天然氣可以在東營組二段—沙河街組儲層發生側向分流運移，在輸導斷裂附近的斷裂遮擋形成的圈閉中聚集成藏(見圖3(b)).分析南堡5號構造天然氣成藏過程，源內斷裂輸導中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：輸導斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制天然氣聚集層位；輸導斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.3 源內斷裂輸導深—淺層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于老爺廟構造(見圖3(c))，老爺廟構造發現的天然氣主要分布于中淺層，其深層不是沒有氣，而是目前井尚未鉆到.由圖1可以看出，老爺廟構造也位于沙河街組三段或一段源巖區的邊部；目的層儲層與沙河街組三段或一段源巖不能直接接觸，只能通過輸導斷裂錯斷，才能連接沙河街組三段或一段源巖與目的儲層，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導斷裂運移至上覆目的儲層.由圖3(c)可以看出，老爺廟構造發育2條輸導斷裂，連接目的儲層與下伏沙河街組三段或一段源巖，使沙河街組三段或一段生成的天然氣沿輸導斷裂向老爺廟構造目的儲層運移.由于老爺廟構造3套蓋層厚度相對較小，東營組三段、二段和館陶組三段蓋層的斷接厚度分別為41、79、13 m，分別小于其封氣下限——90～120、120～150、150～180 m，天然氣將穿過3套蓋層向上運移，可以在3套蓋層上下發生側向分流運移，即東營組三段、二段泥巖蓋層和館陶組三段火山巖蓋層斷接厚度分別大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

老爺廟構造上下儲層發育，砂地比大于20%(見圖4(c))，有利于天然氣側向分流運移聚集.天然氣可以在3套蓋層上下儲層中發生側向分流運移，在輸導斷裂附近的斷層遮擋圈閉中聚集成藏.分析老爺廟構造天然氣成藏過程，源內斷裂深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：儲層發育和源巖供給程度共同控制天然氣聚集層位；輸導斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.4 源外邊部斷裂輸導深層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡2號、3號和高尚堡構造深層(見圖3(d))，南堡2號、3號和高尚堡構造已發現的天然氣主要分布于沙河街組—基巖，并且3個構造位于沙河街組三段或一段源巖區外的邊部.由圖1可以看出，目的儲層與沙河街組三段或一段源巖不能直接連接，只能通過輸導斷裂錯斷，才能使沙河街組三段或一段源巖與目的儲層側接，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導斷裂運移至目的儲層.由圖3(d)可以看出，南堡3號構造發育1條輸導斷裂，連接南堡3號構造基巖、沙河街組目的儲層與沙河街組三段或一段源巖，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導斷裂向南堡3號構造目的儲層中運移.由于南堡3號構造4套蓋層厚度相對較小，沙河街組二三段、一段、東營組三段和二段蓋層的斷接厚度分別為268、125、110、136 m，分別小于其封氣下限——470～480、130～150、90～120、120～140 m，天然氣將穿過4套蓋層向上運移，在4套蓋層上下發生側向分流運移，即沙河街組二三段、一段、東營組三段和二段泥巖蓋層斷接厚度分別大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

南堡3號構造位于源巖邊部，源巖供氣能力相對不足，南堡3號構造各套儲層均發育，砂地比大于20%(見圖4(d))，有利于天然氣側向分流運移聚集.天然氣只在距源最近的深部沙河街組和基巖儲層中發生側向運移，在輸導斷裂附近的斷層遮擋圈閉中聚集成藏(見圖3(d)).南堡2號和高尚堡構造天然氣成藏模式與南堡3號構造相同.分析南堡3號構造深層天然氣成藏過程，源外邊部斷裂輸導深層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：儲層發育和源巖供給程度共同控制天然氣聚集層位；輸導斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

3 結論

(1)南堡凹陷天然氣成藏存在4種模式，分別為源內斷裂輸導中—淺層斷層圈閉、源內斷裂輸導中—深層斷層圈閉、源內斷裂輸導深—淺斷層圈閉和源外邊部斷裂輸導深層斷層圈閉天然氣成藏模式，各種成藏模式分別分布于南堡1號、5號和老爺廟構造，以及南堡3號、2號和高尚堡構造.

(2)南堡凹陷天然氣成藏模式不同，天然氣成藏的主控因素不同：1)源內斷裂輸導中—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲層發育共同控制；2)源內斷裂輸導中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制；3)源內斷裂輸導深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲層發育和源巖供給程度共同控制；4)源外邊部斷裂輸導深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲層發育和源巖供給程度共同控制.

(3)所建立的4種天然氣成藏模式，對天然氣成藏有重要影響的源巖區位置及供氣特征、儲集層位和發育程度、輸導斷裂與蓋層空間配置已考慮在內，但沒有考慮對天然氣成藏與分布有重要影響的圈閉位置與數量的影響.

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2015-06-05；編輯：劉麗麗

國家自然科學基金項目(41372153)

戚金花(1963-)，女，工程師，主要從事油田開發地質方面的研究.

TE122.1

A

2095-4107(2015)04-0031-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.004