徐家圍子斷陷火山巖氣藏主控因素及有利區(qū)

王文廣，鄭 民，盧雙舫，王 民，陳樹民，吳曉智，李建忠，李吉君

(1.中國石油大學(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院,山東 青島 266580；2.中國石油勘探開發(fā)研究院 油氣資源規(guī)劃所,北京 100083；3.大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712 )

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徐家圍子斷陷火山巖氣藏主控因素及有利區(qū)

王文廣1,2，鄭 民2，盧雙舫1，王 民1，陳樹民3，吳曉智2，李建忠2，李吉君1

(1.中國石油大學(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院,山東 青島 266580；2.中國石油勘探開發(fā)研究院 油氣資源規(guī)劃所,北京 100083；3.大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712 )

徐家圍子斷陷是我國東部富含火山巖天然氣藏的重點斷陷.探討徐家圍子斷陷火山巖氣藏基礎地質條件和火山巖含氣系統(tǒng)，分析火山巖氣藏主控因素及耦合關系，揭示火山巖天然氣成藏規(guī)律.結果表明：徐家圍子斷陷火山巖氣藏控制因素包括優(yōu)質、成熟的氣源巖為火山巖氣藏提供充足的氣源條件；原生和后期改造型火山巖體為火山巖氣藏提供有利的儲集空間；基底斷裂控制火山巖體的分布并提供天然氣高效運移的疏導通道；火山巖氣藏成藏主控因素、時空匹配關系控制天然氣富集.火山巖氣藏主要分布于構造高部位和斜坡帶，全區(qū)發(fā)育原生型火山巖氣藏，徐中地區(qū)和安達地區(qū)發(fā)育后期改造型火山巖(風化殼)天然氣藏.徐家圍子地區(qū)存在一定范圍的風化殼，厚度在100 m左右，主要分布于安達地區(qū)和徐中地區(qū)；距火山巖風化殼頂面由近及遠，單井日產氣量從26×104m3降至8×104m3，火山巖孔隙度從26%降至8%，風化剝蝕改善火山巖儲集性能.

火山巖； 風化殼； 含氣系統(tǒng)； 天然氣； 主控因素； 徐家圍子斷陷； 松遼盆地

0 引言

火山巖作為烘烤層，能夠促進烴源層的生烴演化；作為儲集層，能夠形成一種特殊的火山巖油氣藏.火山巖的成藏條件和成藏主控因素與常規(guī)碎屑巖的不同，火山巖儲層分布具有跨越地質時代長、受埋深壓實作用影響小和后期改造作用強等特征.目前，世界范圍已發(fā)現300余個與火山巖有關的油氣藏[1]，其中169個火山巖油氣田(藏)主要富集在原生型火山巖和后期改造型火山巖地層中，并且以中新生界原狀火山巖油氣田(藏)居多[2]，如中國西部三塘湖盆地馬郎凹陷牛東卡拉崗組火山巖風化殼油藏——牛東油田，以及準噶爾盆地石炭系頂部火山巖風化殼氣藏——克拉美麗氣田.火山巖油氣田(藏)作為一個油氣勘探領域，已開展的針對性研究包括4個方面：(1)火山巖基礎地質特征[3-4]，如火山巖體、火山巖相、火山巖性和火山機構模型等；(2)火山巖儲集層發(fā)育特征[5-8]，如火山巖儲層和氣孔杏仁構造等，具備形成優(yōu)質儲層的特征；(3)火山巖油氣藏成藏主控因素[9-11]，如東部火山巖氣藏成藏主控因素為巖相巖性、源巖和斷裂，西部火山巖油氣藏成藏主控因素為不整合面、巖相、構造環(huán)境和源巖；(4)火山巖油氣運移聚集特征[12-14]，如原生型火山口—近火山口相帶和后期改造型火山巖風化殼是火山巖油氣運移聚集的指向區(qū).

針對徐家圍子斷陷基巖風化殼、營城組一段和三段原生火山巖體、營四段砂礫巖、登婁庫組和泉一、二段砂巖體等儲集空間[13,15-20]，人們研究天然氣藏的烴源巖、斷裂、古隆起、蓋層、火山巖相/巖性等主控因素及其時空匹配關系.隨著我國東部火山巖類天然氣勘探程度的提高，地質認識程度逐漸增強，發(fā)現徐家圍子斷陷火山巖氣藏還與火山巖噴發(fā)旋回、間斷風化剝蝕等因素有關[21]，營城組一段和三段火山巖體形成時期存在多期噴發(fā)和短暫抬升剝蝕現象，噴發(fā)旋回頂部發(fā)育一定厚度火山巖風化殼，而火山巖風化殼是非常好的火山巖天然氣儲集空間.因此，基于徐家圍子斷陷內火山巖勘探概況、火山巖氣藏基礎地質條件和含油氣系統(tǒng)研究，筆者梳理火山巖天然氣成藏主控因素及其耦合關系，開展火山巖氣藏成藏規(guī)律及有利區(qū)評價，為徐家圍子斷陷深層火山巖氣藏勘探開發(fā)提供參考.

圖1 徐家圍子斷陷深層火山巖氣藏概況Fig.1 The deep volcanic rocks part natural gas accumulation factors congruent map in Xujiaweizi fault depression

1 勘探概況

徐家圍子斷陷位于松遼盆地北部古中央隆起帶的東側[7]，是一個近北北西向展布的低角度單斷型箕狀斷陷；斷陷內發(fā)育徐西、徐中和徐東繼承性基底斷裂[22]，控制深層天然氣的運聚成藏(見圖1).研究區(qū)火山巖天然氣勘探經歷天然氣勘探發(fā)現階段、深層天然氣探索階段、深層天然氣重大發(fā)現階段和深層天然氣勘探大發(fā)展階段.2002年，在徐深1井營城組火山巖中獲得日產百萬立方米的高產無阻工業(yè)氣流，截至2014年，徐家圍子斷陷深層已提交天然氣探明地質儲量超過2.0×1011m3，展示徐家圍子深層火山巖天然氣藏的巨大勘探潛力.

2 基礎地質條件

2.1 氣源巖發(fā)育特征

烴源巖發(fā)育特征主要指烴源巖的分布、厚度、巖性、有機質豐度、類型和成熟度等參數分布規(guī)律.徐家圍子斷陷深層烴源巖分布于沙河子組和火石嶺組；沙河子組暗色泥巖全區(qū)發(fā)育，一般厚度為50～650 m，最大厚度為1 000 m；沙河子組煤巖主要分布于斷陷的中部和北部，一般厚度為2～50 m，最大厚度為120 m；火石嶺組暗色泥巖分布較為零散，最大厚度為900 m；火石嶺組煤巖主要分布于斷陷的中西部[23]，一般厚度小于36 m.

沙河子組和火石嶺組2套暗色泥巖平均有機碳質量分數分別為1.94%和1.83%，煤巖平均有機碳質量分數分別為44.00%和32.8.00%[24]；沙河子組和火石嶺組2套暗色泥巖的有機質類型是Ⅱ2或Ⅲ型，Ro普遍大于2%，達到過成熟階段.徐家圍子斷陷深層烴源巖分布范圍大、層系多、豐度高、類型較好、成熟度高，為上覆營城組火山巖氣藏提供充足的物質基礎.

2.2 火山巖巖性/巖相

徐家圍子斷陷發(fā)育營城組一段和營城組三段2套火山巖儲集層.其中，營城組一段火山巖主要為酸性火山巖；營城組三段火山巖主要為中、基性火山巖，局部存在酸性火山巖.

基于27口井產工業(yè)氣流層位的火山巖巖性/巖相統(tǒng)計結果(見表1)，分析賦存天然氣的火山巖巖性/巖相特征：徐家圍子斷陷火山巖氣藏主要分布于侵出相的內帶亞相、火山通道相的火山頸亞相、爆發(fā)相的熱碎屑流亞相和溢流相的上部亞相[25-27]，在溢流相的中下部亞相、爆發(fā)相的熱基浪亞相、爆發(fā)相的空落亞相也有分布.

表1 徐家圍子斷陷27口井產工業(yè)氣流層位的火山巖巖性/巖相統(tǒng)計結果Table 1 The volcanic lithfacies/ subfacies statistical table of 27 wells industrial gas flow of Xujiaweizi fault depression

2.3 火山巖風化殼

有關中國西部火山巖風化殼的研究，主要涉及火山巖風化殼孔隙成因及分布、儲集層有效厚度、火山巖風化殼分布規(guī)律、火山巖風化殼的識別方法及模式，指出火山巖風化殼油氣地質條件及意義[2,8,28-29].有關中國東部火山巖風化殼的研究，主要涉及火山巖頂面風化帶淋濾現象及風化殼內火山巖儲集性能等方面.

基于測井、錄井和巖心資料，根據紅色黏土層、鐵染及測井響應特征，識別營城組一段火山巖風化殼，風化殼主要發(fā)育于安達地區(qū)和徐中地區(qū)，主要分布在火山機構的構造高部位和斜坡帶上(見圖2)，且火山巖風化殼發(fā)育處天然氣井日產氣量高.

圖2 營城組一段頂面火山巖風化殼發(fā)育構造Fig.2 The tetonic gragh of K1yc top surface volcanic rock weathering crust

徐家圍子斷陷深層營城組一段火山巖地層存在差異性抬升作用，局部地區(qū)遭受風化剝蝕[30]，改善火山巖儲集性能；由于營城組火山巖風化淋濾時間較短，火山巖風化殼改善儲層厚度在100 m左右，為天然氣聚集成藏提供有利的儲集空間.隨著與火山巖風化殼頂面的距離增大，日產氣量從26×104m3降至8×104m3(見圖3(a))，火山巖孔隙度從26%降至8%(見圖3(b)).

2.4 蓋層發(fā)育特征

蓋層發(fā)育特征主要指蓋層的分布、巖性、厚度、砂泥巖比率和單層厚度等分布規(guī)律[31].徐家圍子斷陷內發(fā)育3套蓋層(見表2)、2套區(qū)域蓋層和1套局部蓋層.其中，泉頭組一、二段泥巖蓋層厚度大，封閉能力強，橫向分布穩(wěn)定，是營城組的區(qū)域蓋層；登婁庫組二段泥巖蓋層普遍發(fā)育，巖石粒度細，封閉能力強，是營城組直接區(qū)域蓋層.營城組一段頂部沉凝灰?guī)r蓋層，總體表現為東北部厚、南部薄的特點，是一套良好的局部蓋層[23].徐家圍子斷陷蓋層封閉能力較強，蓋層品質好(見表2).

表2 徐家圍子斷陷天然氣蓋層綜合評價結果Table 2 The cap-rock comprehensive evaluation of deep zone gas reservoir in Xujiaweizi fault depression

3 深層火山巖含氣系統(tǒng)

含氣系統(tǒng)是指盆地中一個自然的烴類流體系統(tǒng)，包括形成天然氣藏所必需的一切地質要素(如烴源巖、儲集層、蓋層及上覆巖層)及地質作用(如烴源巖成熟、排烴、二次運移、聚集和保存)，并要求要素和作用在時間上相互配合.徐家圍子斷陷深層火山巖含氣系統(tǒng)[32]自上而下包括下白堊統(tǒng)泉頭組(K1q)一、二段、登婁庫組(K1d)、營城組(K1y)、沙河子組(K1sh)，以及上侏羅統(tǒng)火石嶺組(K1h).其中，營城組一段和三段是2套火山巖儲集層；泉頭組一、二段和登婁庫組二段是2套區(qū)域蓋層，營城組一段頂部沉凝灰?guī)r是局部蓋層；沙河子組和火石嶺組煤巖和泥巖是烴源巖.

徐家圍子斷陷深層天然氣成藏時間主要為泉頭組沉積末期到明水組沉積末期，火山巖含氣系統(tǒng)的關鍵時刻為泉頭組沉積末期—青山口組沉積初期和明水組沉積末期.深層火山巖含氣系統(tǒng)各成藏要素時空匹配關系較好，營城組一段頂部凝灰?guī)r、登婁庫組一段泥巖和泉頭組一、二段泥巖對天然氣保存極為有利(見圖4).

圖4 松遼盆地徐家圍子斷陷火山巖含氣系統(tǒng)成藏事件

4 主控因素及耦合關系

基于徐家圍子斷陷火山巖成藏基礎地質條件和火山巖含油氣系統(tǒng)研究，確定徐家圍子斷陷深層火山巖天然氣成藏主控因素及其時空匹配關系為：優(yōu)質、成熟的氣源巖為火山巖氣藏提供充足的氣源條件；原生和后期改造型火山巖體為火山巖氣藏提供有利的儲集空間；基底斷裂控制火山巖體的分布并提供天然氣高效運移的疏導通道；火山巖氣藏成藏主控因素時空匹配關系控制天然氣富集.

4.1 氣源條件

徐家圍子斷陷內優(yōu)質、成熟的氣源巖為深層火山巖氣藏形成提供充足的氣源條件.徐家圍子斷陷沙河子組和火石嶺組內暗色泥巖和煤巖為優(yōu)質的氣源巖，為天然氣形成提供物質基礎；基于氣藏日產量和2D盆地模擬研究，確定營城組火山巖氣藏的日產氣量受下伏沙河子組和火石嶺組生烴強度中心控制，距離生烴強度中心由近及遠，日產氣量逐漸減少(見圖5(a))；烴源巖在登婁庫組沉積末期(113 Ma)具備一定生烴規(guī)模，泉頭組沉積末期(100 Ma)—青山口組沉積初期大量生排氣，且與斷裂活動時期(火石嶺組沉積時期、營城組一段和三段沉積時期、青山口組沉積時期)匹配(見圖5(b)).

圖5 徐家圍子深層烴源巖生烴強度特征及生烴史Fig.5 The hydrocarbon-generation intensity characteristics and hydrocarbon generation history of the deep source rock in Xujiaweizi fault depression

4.2 儲集空間

徐家圍子斷陷營城組一段酸性火山巖物性好，如火山通道相的火山頸亞相、爆發(fā)相的熱碎屑流亞相和噴溢相的上部亞相，有利于天然氣聚集成藏.安達地區(qū)和徐中地區(qū)火山巖頂面經歷短暫抬升剝蝕，特別是在火山機構的構造高部位和斜坡帶，發(fā)育次生孔隙和裂縫，儲集性能得到改善，有利于形成后期改造型火山巖氣藏.

徐家圍子斷陷深層已發(fā)現的火山巖天然氣藏主要分布于原生型火山巖巖性/巖相和混合型火山巖(后期改造型火山巖體和原生型火山巖巖性/巖相)儲集體，2類儲集空間在平面上具有很好的分布規(guī)律性，火山巖風化殼主要分布于安達地區(qū)和徐中地區(qū)，原生火山巖性/巖相儲集體在徐家圍子深層營城組均有分布(見圖1).

4.3 疏導通道

基底斷裂控制火山巖體分布及促進天然氣高效運移.徐家圍子深層斷裂主要分為氣源斷裂和非氣源斷裂[33]，氣源斷裂是火山巖氣藏形成的主要輸導通道，溝通下伏沙河子組、火石嶺組烴源巖和上覆營城組火山巖儲層，促進天然氣的運移聚集(見圖6)，在斷裂附近形成原生型火山巖氣藏或后期改造型火山巖氣藏；后期改造型火山巖氣藏受氣源斷裂、優(yōu)勢巖相和火山巖風化殼多重疏導因素控制，原生火山巖氣藏受氣源斷裂或優(yōu)勢巖相疏導因素控制，揭示深層火山巖氣藏具備“整體規(guī)律性、局部復雜性”的分布特征；同時，斷裂控制火山巖體的分布，斷陷內徐中和徐東基底斷裂是地下巖漿向地殼上侵的主要通道，控制徐家圍子斷陷火山巖體的分布(見圖6)，即徐中斷裂活動時期形成營城組一段火山巖體，徐東斷裂活動時期形成于營城組三段火山巖體[34-35].

圖6 徐家圍子斷陷深層火山巖儲集層和氣源斷裂匹配關系

4.4 時空匹配關系

成藏主控因素空間匹配關系控制天然氣空間富集位置.沙河子組和火石嶺組氣源巖達到成熟—過成熟階段，提供充足氣源條件；氣源斷裂是沙河子組和火石嶺組烴源巖生成的天然氣運移至營城組火山巖圈閉的運移通道(見圖6)；營城組一段、三段火山巖巖相/巖性體和火山巖風化殼為天然氣聚集提供儲集空間，火山巖風化殼為天然氣在火山巖儲集層中側向運移聚集提供疏導通道和聚集場所；氣源條件、氣源斷裂及儲集空間的耦合關系控制天然氣富集的空間位置.

成藏主控因素時間匹配關系控制天然氣聚集量.營城組火山巖在登婁庫組沉積末期前具備儲集性能；沙河子組和火石嶺組氣源巖在營城組(K2yc)沉積末期開始生氣，在泉頭組(K2q)沉積末期—青山口組(K2qn)沉積初期達到生排氣高峰(見圖5)；與斷裂開啟時期(火石嶺組沉積時期、營城組一段和三段沉積時期、青山口組沉積時期)匹配；良好的成藏主控因素時間匹配關系有助于天然氣在營城組火山巖儲層中大量聚集成藏[32].

已發(fā)現火山巖氣藏多位于烴源巖、斷裂、火山巖巖相/巖性(火山機構)和風化殼時空匹配關系較好的位置(見圖5和圖6).這是研究區(qū)在火山巖中找到徐深大氣田(徐深1井區(qū)、徐深7井區(qū)、徐深8井區(qū)、徐深13井區(qū)、徐深12井區(qū)、徐深9井區(qū)、徐深903井區(qū)、徐深23井區(qū)、徐深21井區(qū)、徐深28井區(qū))、豐樂、升平、汪家屯和安達氣田中型氣田的根本原因.

5 成藏規(guī)律與有利區(qū)評價

基于徐家圍子斷陷火山巖氣藏基礎地質條件和火山巖含氣系統(tǒng)研究，確定火山巖氣藏成藏主控因素及耦合關系，總結火山巖氣藏成藏規(guī)律：(1)徐中地區(qū)和安達地區(qū)營城組火山巖氣藏主要是由烴源巖、斷裂、巖性/巖相和火山巖風化殼4種成藏主控因素共同控制；(2)其他地區(qū)主要由烴源巖、斷裂、巖性/巖相3種成藏主控因素共同控制；(3)火山巖氣藏主要分布在構造高部位和斜坡帶上，具有全區(qū)發(fā)育原生型火山巖氣藏、局部發(fā)育后期改造型火山巖(風化殼)天然氣藏.基于徐家圍子深層烴源巖條件、蓋層封閉條件、儲集條件和運移條件等成藏條件，優(yōu)選3個有利區(qū)(目標位置見圖1，構造特征見圖7和表3).其中，預測1區(qū)塊、3區(qū)塊是斜坡帶上微幅度構造型氣藏中的有利區(qū)；預測2區(qū)塊是斜坡帶巖性(地層尖滅)氣藏中的有利區(qū).

表3 徐深圍子斷陷深層營城組一段火山巖3個有利區(qū)成藏條件Table 3 Five favorable exploration block of K1yc1 volcanic rock of Xujiaweizi fault depression

圖7 徐家圍子斷陷深層營城組一段火山巖3個有利區(qū)(位置見圖1)Fig.7 Three favorable exploration block of K1yc1 volcanic rock of Xujiaweizi fault depression(Location seen from Fig.1)

6 結論

(1)基于徐家圍子斷陷烴源巖、蓋層、風化殼和巖相/巖性基礎地質條件，確定徐家圍子深層火山巖含氣系統(tǒng)：營城組一段和三段是火山巖儲集層；泉頭組一、二段和登婁庫組二段是2套區(qū)域蓋層，營城組一段頂部沉凝灰?guī)r是局部蓋層；沙河子組和火石嶺組煤巖和泥巖是烴源巖；天然氣大量生排烴期(泉頭組末期—青山口組初期)、儲集層具備儲集性能時期和斷裂活動期相互匹配，確保天然氣有效聚集成藏.

(2)火山巖天然氣成藏主控因素及其耦合關系：優(yōu)質、成熟的氣源巖為火山巖氣藏提供充足的氣源條件；原生和后期改造型火山巖體為火山巖氣藏提供有利的儲集空間；基底斷裂控制火山巖體的分布并提供天然氣高效運移的疏導通道；火山巖氣藏成藏主控因素時空匹配關系控制天然氣富集.

(3)確定徐家圍子深層火山巖氣藏成藏規(guī)律：1)徐中地區(qū)和安達地區(qū)營城組火山巖氣藏主要是由烴源巖、斷裂、巖性/巖相和火山巖風化殼4種成藏主控因素共同控制；2)其他地區(qū)多為烴源巖、斷裂、巖性/巖相3種成藏主控因素共同控制；3)火山巖氣藏主要分布在構造高部位和斜坡帶上，具有全區(qū)發(fā)育原生型火山巖氣藏、局部發(fā)育后期改造型火山巖(風化殼)氣藏成藏規(guī)律.

(4)徐家圍子地區(qū)存在一定范圍的風化殼，厚度在100 m左右，主要分布于安達地區(qū)和徐中地區(qū)，距火山巖風化殼頂面由近及遠，單井日產氣量從26×104m3降至8×104m3，火山巖孔隙度從26%降至8%，風化剝蝕改善火山巖儲集性能.

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2015-01-06；編輯：任志平

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2009CB219300)；中國石油天然氣集團公司重大科技專項(2013E0502)；國家自然科學基金項目(41002044)；黑龍江省高校青年學術骨干支持計劃項目(1251G003)

王文廣(1988-)，男，碩士，主要從事有機質生烴、常規(guī)與非常規(guī)油氣成藏機理方面的研究.

TE122.1

A

2095-4107(2015)04-0045-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.006