長嶺斷陷深層天然氣蓋層特征研究

黃蘭

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長嶺斷陷深層天然氣蓋層特征研究

黃蘭

（中石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，長春 130062）

蓋層作為天然氣藏的重要組成部分，不僅控制著天然氣在空間上的分布，而且控制著天然氣的富集。此前關于深層天然氣蓋層的研究主要側重于對區(qū)域性泥巖蓋層，但長嶺斷陷深層天然氣除了被泥巖封蓋外，還有一部分被火山巖自身封蓋，火山巖蓋層還沒有被全面系統地認識。前人對長嶺斷陷天然氣藏封蓋保存條件的研究工作開展的甚少。本研究通過對該蓋層類型及分布特征、微觀封閉能力以及封蓋能力綜合評價及研究，探討長嶺斷陷深層蓋層發(fā)育特征及對天然氣空間分布與富集的控制關系。

天然氣；火山巖蓋層；泥巖蓋層；長嶺斷陷

長嶺斷陷位于松遼盆地南部中央凹陷帶，是松遼盆地南部規(guī)模較大的斷陷之一，面積約為7 240km2，而基底最大埋深超過8 000m。長嶺地區(qū)自下而上發(fā)育的地層主要有：火石嶺組（K1h）、沙河子組（K1sh）、營城組（K1yc）、登婁庫組（K1d）、泉頭組（K1q）、青山口組（K2qn）、姚家組（K2y）、嫩江組（K2n）和四方臺組（K2s）。2006年以來，針對長嶺斷陷天然氣勘探獲得重大突破，達爾罕斷凸帶、查干花次凹多口探井在營城組火山巖中獲得高產烴類氣流（CH4含量80%以上），位于達爾罕凸起帶北部的YS1井區(qū)營城組火山巖已探明天然氣儲量433.6×108m3，而中部的DB11、南部的LS1井也不同程度地獲得低產氣流，展示了該區(qū)良好的勘探潛力（圖1）。

圖1 長嶺斷陷營城組構造區(qū)劃圖

表1 長嶺斷陷深層天然氣泥巖蓋層發(fā)育特征表

表1 長嶺斷陷深層天然氣泥巖蓋層發(fā)育特征表 蓋層層位累計厚度(m)平均厚度(m)單層厚度(m)泥地比分布區(qū)域 泉四段22~388921~2822%~76%全區(qū)分布 泉三段51~2921811~2936%~72%全區(qū)分布 泉二段101~2441751~3045%~73%全區(qū)分布 泉一段43~3321241~3124%~64%全區(qū)分布 登婁庫組21~3521231~3214%~53%全區(qū)分布 營城組4~952~151%~17%局部分布

前人研究表明，長嶺斷陷沙河子組發(fā)育優(yōu)質烴源巖，青山口組和泉頭組泥巖作為區(qū)域蓋層，穩(wěn)定分布全區(qū)，登婁庫組底部泥巖作為直接蓋層，可對營城組火山巖起到直接封蓋作用。長嶺斷陷目前已發(fā)現的天然氣主要儲集于營城組火山巖地層中，少量儲集于登婁庫組和泉頭組一段的砂巖、砂礫巖中。由于天然氣散失性較強，因此，封蓋保存條件的優(yōu)劣是決定長嶺斷陷天然氣成藏與分布的一個重要條件。前人關于深層天然氣蓋層的研究要側重于對區(qū)域性泥巖蓋層的分析上，而忽略了火山巖自身的封蓋能力。

1 蓋層類型及分布特征

通過對長嶺斷陷現有20余口鉆井的地質資料和蓋層樣品分析測試資料綜合分析，長嶺斷陷深層天然氣主要有泥巖和火山巖兩種類型的封蓋層。泥巖蓋層主要發(fā)育于登婁庫組及泉頭組地層中，不僅厚度大，而且在全區(qū)均有分布；營城組中下部也有泥巖分布，但厚度薄，僅在部分地區(qū)分布。火山巖蓋層主要發(fā)育在營城組中上部地層中，營城組內部的火山巖封蓋層對天然氣起到了不同程度的局部性封蓋作用。

1.1 泥巖蓋層

表2 長嶺斷陷營城組火山巖蓋層發(fā)育特征表

表2 長嶺斷陷營城組火山巖蓋層發(fā)育特征表 構造帶井區(qū)火山巖蓋層火山旋回 巖性層數單層厚度累計厚度旋回期次 達爾罕斷凸帶YS1凝灰?guī)r155一1 YS101凝灰?guī)r32~815一1 流紋巖23~20232 YS102凝灰?guī)r25~1722一1 流紋巖22~31332 DB11流紋巖34~2538一2 凝灰?guī)r139393 英安巖1224 流紋質英安巖1445 凝灰?guī)r12121 玄武巖23~69二1 輝綠巖122三1 安山巖188四2 玄武巖146463 查干花次凹YS2流紋巖72~1938一1 流紋巖62~411062 凝灰?guī)r1553 玄武巖155 YS201熔結凝灰?guī)r34~2840一1 流紋巖112~401272 流紋巖39~22444 凝灰?guī)r199 YS202晶屑凝灰?guī)r13535一1 凝灰?guī)r13232 流紋巖11721732 凝灰?guī)r199 流紋巖114143 YS3角礫凝灰?guī)r52~932一1 角礫凝灰?guī)r72~13342 角礫凝灰?guī)r16161二1 YS5凝灰?guī)r24~711一1 流紋巖121~461532 流紋質火山角礫巖155 凝灰?guī)r11616 凝灰?guī)r43~24643 凝灰?guī)r41~264

表1的深層泥巖蓋層統計結果顯示：除營城組泥巖僅局部地區(qū)發(fā)育外，登婁庫組和泉頭組泥巖蓋層在全區(qū)均有分布，泉二段和泉三段泥巖蓋層發(fā)育特征明顯優(yōu)于其它層段。登婁庫組沉積時期，長嶺地區(qū)表現為由存在一定量的斷陷向坳陷過渡期，斷裂對沉積的控制作用減弱，火山噴發(fā)活動基本停止。湖盆水體較淺，沉降速率低，主要為扇三角洲相、濱淺湖相、河流相沉積。泉頭組沉積時期，長嶺地區(qū)為穩(wěn)定坳陷階段，主要為一套氧化環(huán)境下河流相沉積。雖然這套泥巖蓋層單層厚度變化較大，單層厚度多分布在2～6m區(qū)間范圍，橫向分布的穩(wěn)定性一般，不能像青山口組那樣形成非常優(yōu)質的蓋層，但對于“深層”地層而言，泉二、三段泥巖仍是長嶺斷陷深層天然氣重要的區(qū)域性蓋層。

目前鉆井揭示營城組泥巖蓋層僅在局部發(fā)育，YS202井泥巖蓋層累計最厚為95m，這種泥質巖類相對集中段可以作為其下部儲層的局部蓋層。登婁庫組泥巖在全區(qū)均有分布，由于受斷陷分布及沉積環(huán)境和物源供給條件的影響，登婁庫組泥巖蓋層厚度變化很大，最厚的LS1井厚度可達332m，最薄的YS102井只有38m。登婁庫組泥巖在南部的DB11-YS202井一帶最為發(fā)育，泥巖累計厚度超過200m，由中間向四周逐漸減薄，由南向北也呈逐漸減薄趨勢；低值區(qū)主要分布在YS101-YS102井一帶及以西地區(qū)，泥巖累計厚度小于50m。相對于泉二、三段泥巖蓋層來講，登婁庫組這套泥巖其區(qū)域封蓋能力明顯要差些，但作為其下部營城組火山巖氣藏最直接的一套蓋層，尤其是登婁庫組上部泥質巖類相對集中發(fā)育段，泥巖交叉疊置，仍能夠形成相對較好的蓋層，其封蓋能力不容忽視。

1.2 火山巖蓋層

近些年的天然氣勘探實踐認為，一般情況下火山巖的孔隙度大于3 %時才具有儲集工業(yè)價值天然氣的能力，當火山巖孔隙度小于3% 時就有可能成為天然氣的封蓋層[2-3]。通過解剖研究長嶺斷陷已發(fā)現的火山巖氣藏，綜合考慮了測井、孔滲和油氣顯示等資料，對長嶺斷陷近10口鉆井火山巖蓋層進行統計分析（表2）認為，目前鉆井揭示的火山巖蓋層主要發(fā)育在營城組中上部地層中，鉆井所揭示的各種巖性的火山巖（凝灰?guī)r、流紋巖、安山巖、玄武巖等）對深層天然氣都能起到一定的封蓋作用。火山巖蓋層不僅巖性不同，厚度和分布規(guī)律也有很大差異。營城組目前鉆井揭示火山巖蓋層厚度最薄僅5m，最厚可達173m。相對而言，查干花地區(qū)火山巖蓋層厚度要大于松南地區(qū)。在松南和查干花地區(qū)營城組火山巖氣藏（YS1、YS101、YS102、YS2和YS3等井）之上，都發(fā)育有一套幾米到幾十米厚的火山巖蓋層（圖2），巖性主要為凝灰?guī)r和流紋巖，營城組頂部這套火山巖對下部氣藏起到了局部封蓋作用。但總體而言，由于受斷裂和火山機構的控制，火山巖蓋層平面分布范圍較小，連續(xù)性及穩(wěn)定性很差，局部隔層分布于火山巖機構內部。

圖2 長嶺斷陷YS102井營城組火山巖儲蓋組合綜合柱狀圖

圖3 火山巖頂面風化殼野外剖面

1.3 火山巖風化殼蓋層

火山機構頂面長期處于暴露狀態(tài)時，接受風化作用，表面形成一套風化層（圖3）。風化面之下的巖層顏色往往發(fā)紅、發(fā)紫，巖石的化學成分的變化；風化過程中放射性物質吸附能力強，測井曲線上表現為高伽瑪、低電阻、低密度特征；由于埋藏深，時間長，處于晚期成巖階段。因此，風化面往往能形成一套致密層，可作為好的局部蓋層，這種情況在達爾罕地區(qū)存在，一般存在于古構造處于高點的火山機構。YS1井（圖4）、YS102、YS3等井發(fā)育，是這些井區(qū)形成天然氣局部富集的重要條件之一。

圖4 YS1井火山巖頂面風化殼發(fā)育位置圖

2 蓋層微觀封閉能力評價

蓋層微觀封閉的核心為毛細管封閉[4]，評價毛細管封閉能力的主要指標有排替壓力、孔隙率、滲透率、比表面積、孔隙中值半徑、擴散系數等[5]。排替壓力是影響蓋層本身封蓋天然氣能力的最根本參數，排替壓力越大，氣藏封蓋保存天然氣能力越強，越有利于天然氣的聚集與保存；反之則不利于天然氣的聚集與保存[5]。蓋層排替壓力大小除了受到蓋層巖性影響外，對泥巖蓋層來講，其自身礦物類型及含量、壓實成巖程度、流體性質等均會對其產生影響[6-11]。

表3 長嶺斷陷深層蓋層樣品實測數據表

圖5 長嶺斷陷蓋層樣品毛細管壓力曲線和孔徑分布圖

（左：登婁庫組泥巖，YS101，3527.5m 右：營城組火山巖，LS1，4219.7m）

由于受長嶺斷陷深層取心的限制，所采集的蓋層樣品較少，但從實測數據（表3）總體來看，登婁庫組泥巖蓋層突破壓力較大，三個泥巖樣品的突破壓力均大于20MPa；具有很大的比表面，平均在15m2/g以上，微孔特別發(fā)育（圖5左），封閉能力較好，都是優(yōu)質蓋層，且登婁庫組上部泥巖的封閉能力要優(yōu)于下部。4個火山巖蓋層樣品突破壓力都很大，大都可達30 MPa以上，其微觀封閉性很好（圖5右），也是優(yōu)質蓋層。由于實驗室測試的壓力數據只是少數一些點，在評價蓋層平面上封閉能力的變化時難免存在局限性，許多學者（付廣、呂延防等）提出了用聲波時差測井法來評價蓋層的微觀封閉性[12-20]。借用徐家圍子斷陷泥巖排替壓力與聲波時差之間的關系式[2]（于丹等，2009）對長嶺斷陷YS102、YS201、YS301、DB11、LS1等井泥巖蓋層的排替壓力進行了統計分析和初步評價。認為登婁庫組和泉頭組一段-四段泥質巖蓋層均具有較高的排替壓力， 壓力值多分布在25～35 MPa。 相對而言，登婁庫組泥巖蓋層排替壓力略高于泉頭組，登婁庫組泥巖蓋層的微觀封閉能力要略強于泉頭組。

圖6 長嶺斷陷深層天然氣分布與蓋層關系示意圖

3 蓋層封蓋能力綜合評價

通過對長嶺斷陷深層天然氣蓋層類型、分布特征、封閉能力及與斷裂關系的綜合分析（表4），結合本區(qū)蓋層與油氣關系（圖6），泉頭組二、三段泥巖蓋層厚度大、分布范圍廣、排替壓力較高、封氣能力強，受斷裂影響小，控制著長嶺斷陷深層天然氣的區(qū)域聚集與分布，是長嶺斷陷深層天然氣最重要的區(qū)域性蓋層；長嶺斷陷主力氣藏分布于營城組上部的大套酸性火山巖優(yōu)質儲層中，該套儲層之上的登婁庫組泥巖集中段成為該氣藏最直接的良好封蓋層系；營城組頂部一套厚度不均的火山巖蓋層封氣能力相對較弱，對氣藏起到局部封蓋作用；營城組中下部泥巖以及營城組內部存在一定量火山巖隔層，由于分布范圍小，連續(xù)性及穩(wěn)定性很差，僅有少部分天然氣被其封閉聚集。正是由于局部性蓋層和隔層之間的分布、位置和能力的差異，造成了長嶺斷陷營城組火山巖中天然氣主要分布于火山巖頂部。

表4 長嶺斷陷深層天然氣蓋層綜合評價表

4 結論

1）長嶺斷陷深層天然氣發(fā)育泉頭組二段、三段兩套區(qū)域性蓋層；登婁庫組泥巖和營城組頂部火山巖蓋層為局部性蓋層，且營城組中下部泥巖及內部火山巖隔層，也能起到一定封蓋作用。

2）泉頭組二、三段泥巖蓋層厚度大、分布范圍廣、排替壓力較高、封氣能力強，受斷裂影響小，控制著長嶺斷陷深層天然氣的區(qū)域聚集與分布；隔夾層分布范圍小，厚度小，連續(xù)性和穩(wěn)定性差，封閉能力弱，僅有少部分天然氣被其封閉聚集。

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Cap-Rock Characteristics of Deep Gas in the Changling Fault Depression

HUANG Lan

(Research Institute of Exploration and Development, Northeast Division, SINOPEC Group, Changchun 130062)

The practice of gas exploration shows that cap-rock, as an important component of natural gas reservoir, is in control of not only the distribution of natural gas in space, but also the accumulation of natural gas. The previous research on deep natural gas cap-rock is mainly focused on the analysis of the regional mudstone cap-rock, but Changling rift deep natural gas is capped by not only mudstone capping, but also volcanic rock which has not been systematically understanding. Lacking in previous research work on the Changling fault depression gas sealing preservation conditions of development, this paper has a discussion on the Changling fault depression deep reservoir characteristics and its control over the relationship between spatial distribution and enrichment of natural gas from the aspects of types and distribution of the cover, as well as comprehensive evaluation of micro sealing capacity and sealing capacity.

Changling depression; deep gas; cap-volcanic rock; cap-mudstone

2017-08-25

黃蘭（1983-），女，湖北天門人，工程師，碩士研究生，現主要從事石油地質研究工作

P618.13

A

1006-0995（2018）02-0231-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.011