徐家圍子斷陷氣藏成藏過程及成藏壓力研究

吳玉明，閆偉賀，云建兵，張 帆

（1.大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712；2.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江大慶163712；3.大慶油田有限責任公司勘探事業部，黑龍江大慶163712）

1 地質背景

徐家圍子斷陷位于松遼盆地北部，近南北向展布，是古中央隆起帶以東的東南斷陷區，為目前勘探程度最高、發現天然氣儲量最大的深部斷陷盆地[2]。徐家圍子斷陷從下至上發育白堊系的沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組和明水組，漸新統的依安組。營城組總體可劃分為四段：營二段和營四段則主要為碎屑巖，而研究主體營一段和營三段為火山巖，是氣藏主要的儲層。營一段巖性主要為酸性火山巖，包括晶屑凝灰巖、流紋巖、凝灰質熔結角礫巖等；營三段則包括玄武巖、安山玄武巖、英安巖、安山巖、流紋巖、凝灰巖等[3]。隨著松遼盆地深層火山巖氣和致密砂礫巖氣勘探不斷取得新突破，天然氣成藏研究的不斷深入，需要搞清無機二氧化碳和烴類氣的成藏次序，恢復深層超高壓天然氣藏成藏時的古壓力和古溫度，推斷天然氣氣成藏過程、機理，對松遼盆地深層天然氣勘探具有重要意義。

2 研究方法

2.1 流體包裹體分析

通過對徐家圍子斷陷流體包裹體樣品分析，確定了徐家圍子斷陷主要的次生成巖礦物為石英次生加大邊（微裂隙）、方解石膠結物。以XS801井為例，鏡下可見2 期次次生成巖序次：在沙河子組4027.82m 薄片中可見早期石英顆粒周邊的方解石膠結+石英膠結，在營城組3754m薄片中可見晚期方解石膠結。該區包裹體類型為深灰色氣烴包裹體和無色鹽水包裹體，其分布特征為環石英加大邊、沿切穿石英顆粒及其次生加大邊的微裂隙以及方解石膠結物中成帶分布，其形態有橢圓形、長條形、半圓形及不規則形，其大小為直徑2～20μm，氣液比一般不大于5%。該區在火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組都發現了油氣包裹體，營城組和沙河子組最為發育。同時，對與油氣包裹體同期次的鹽水包裹體進行了均一溫度分析，部分統計數據見表1、表2、表3。

2.2 顯微激光拉曼光譜分析

多數情況下，在烴類氣體和二氧化碳氣體的充注過程中，會被儲層中同期形成的次生包裹體所捕獲。如果能夠鑒定出包裹體中氣體成分，并確定不同成分的氣體包裹體形成次序，就能分析并得出烴類氣和二氧化碳氣的成藏先后順序，再通過顯微激光拉曼技術可以直接對不同包裹體進行定性分析。對徐家圍子斷陷的流體包裹體樣品進行了顯微激光拉曼光譜分析，獲得相應的包裹體拉曼光譜譜圖，并確定了包裹體內主要的氣體成分（見表1、表2、表3），以及相應氣體的拉曼特征峰峰位移。徐家圍子斷陷儲層中常見的氣包裹體成分主要為純CO2氣體、CH4和CO2混合氣體以及純CH4氣體三種。

表1 深層沙河子組包裹體成藏參數表

表2 深層營城組包裹體成藏參數表

表3 深層登婁庫組包裹體成藏參數表

3 氣藏成藏期次研究

結合流體包裹體特征和激光拉曼光譜特征可以看出，徐家圍子斷陷反映出氣藏為2～3 期的充注過程。以XS801 井為例，通過營城組和沙河子組包裹體鏡下觀察，在火山巖和砂礫巖中發現有系列氣包裹體，通過成巖序次和拉曼成分分析，可以得出該井氣包裹體的充注過程主要可以分為三個序次：首先充注純二氧化碳氣體，沙三段4026.32m氣包裹體中對應的拉曼位移為1283.97cm-1，1387.66cm-1（圖1）；然后充注二氧化碳和甲烷的混合氣體，營城組3754.7m 氣包裹體中對應的拉曼位移為1283.97cm-1、1387.66cm-1和2914.98cm-1（圖2）；最后充注純甲烷氣體，營城組3754.7m 氣包裹體對應的拉曼位移為2917.1cm-1（圖3）。

圖1 XS801井沙三段4026.32m第一期氣包裹體激光拉曼譜圖

圖2 XS801井營城組3754.7m第二期氣包裹體激光拉曼譜圖

圖3 XS801井營城組3754.7m第三期氣包裹體激光拉曼譜圖

通過以上流體包裹體分析和激光拉曼光譜分析可以看出，徐家圍子斷陷在平面和縱向都表現出多組分動態成藏過程，持續充注的CH4是形成工業氣流的重要條件。從深層沙河子組包裹體成藏參數表（表1）可以看出，沙河子組包裹體顯示為CO2和CH4混合充注，后期為純CH4，反映了源巖持續供氣；有利于氣藏形成和保存。從深層營城組和登婁庫組包裹體成藏參數表（表2、表3）可以看出，營城組包裹體主要為CH4充注，登婁庫組包裹體CO2充注比例高，反映了營城組成藏時氣源充足，圈閉及保存條件好。

4 氣藏成藏壓力

國外學者的實驗表明（Jeffery 等，1996），激光拉曼譜圖上的特征峰峰位置隨著壓力的變化而變化[1]，因此可以利用拉曼特征峰與壓力的關系獲取了單個包裹體的內壓。再本研究中，首先建立了氣體拉曼特征峰位移與壓力關系圖版來表征氣體壓力和拉曼峰位移的關系圖版；然后，利用上述2.2 中獲得的該區不同氣包裹體的拉曼峰位移，在關系圖版中獲得相應的包裹體內壓；最后，通過上述2.1 中獲得的與氣包裹體同期的鹽水包裹體的均一溫度，經過熱史和埋藏史的恢復，最終可以得到該地層的成藏古壓力。

以SS201 井為例：通過流體包裹體鏡下特征及激光拉曼光譜數據可以看出，其成藏過程可以分為3期。通過分析SS201井埋藏史和熱史圖（圖4），結合均一化溫度直方圖（圖5），利用之前建立的氣體特征峰拉曼位移與壓力關系圖版，可以得出3期成藏過程的古壓力和壓力系數等參數：其中，石英加大邊早期包裹體的內壓為14+3MPa，同期鹽水包裹體均一溫度為123℃～133℃，則該深度地層古壓力為22.97～24.42MPa，包裹體形成時的深度為2106～2366m，氣充注時的壓力系數為1.09～1.03。石英加大邊中期包裹體的內壓為17MPa，同期鹽水包裹體均一溫度為126.4℃～138.2℃，則該深度地層古壓力為23.17～23.85MPa，包裹體形成時的深度為2181～2457m，氣充注時的壓力系數為1.06～0.97。石英加大晚期包裹體的內壓為17+2.8MPa，同期鹽水包裹體均一溫度為140.3℃～154.7℃，則該深度地層古壓力為27.92～28.89MPa，包裹體形成時的深度為2487～2733m，氣充注時的壓力系數為1.12～1.06。升深201 井沙河子組儲層三期氣體充注均為常壓—弱超壓。通過上述方法對徐家圍子斷陷的成藏壓力進行全區范圍內的擬合分析，確定該區的成藏壓力主要表現為常壓—弱超壓模式。

圖4 SS201井埋藏史和熱史圖

圖5 SS201井包裹體均一化溫度直方圖

5 結論

（1）徐家圍子斷陷主要的次生成巖礦物為石英次生加大邊（微裂隙）、方解石膠結物，包裹體類型為深灰色氣烴包裹體和無色鹽水包裹體，氣包裹體成分主要為純CO2氣體、CH4和CO2混合氣體以及純CH4氣體三種。

（2）通過流體包裹體分析和激光拉曼光譜分析可以看出，徐家圍子斷陷在平面和縱向都表現出多組分動態成藏過程，持續充注的CH4是形成工業氣流的重要條件。

（3）徐家圍子斷陷的成藏壓力主要表現為常壓—弱超壓模式。