臨興地區(qū)砂巖含氣特征及其主控因素

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(山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590)

臨興地區(qū)砂巖含氣特征及其主控因素

李夏，林玉祥，趙承錦，邢永生，舒永

(山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590)

鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)致密砂巖氣資源豐富。為了明確該區(qū)砂巖含氣量的主要控制因素，針對砂巖孔隙度、含氣飽和度、砂巖埋深、蓋層排替壓力、泥質(zhì)含量、儲層壓力等6個影響因素，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示：臨興地區(qū)砂巖含氣量影響因素與含氣量之間的關(guān)聯(lián)度變化在0.245 2～0.788 8，表明上述影響因素對含氣量均有一定程度影響；其中砂巖孔隙度與含氣量之間的關(guān)聯(lián)度最大(0.788 8)，其次為含氣飽和度(關(guān)聯(lián)度0.577 9)，表明該區(qū)砂巖含氣量主要受砂巖孔隙度和砂巖含氣飽和度的影響。據(jù)此優(yōu)選出3個天然氣成藏有利區(qū)：趙家坪鄉(xiāng)LX4-LX7井區(qū)、圪垯上鄉(xiāng)LX2-LX8以西區(qū)域和兔坂鎮(zhèn)LX1-TB05周邊區(qū)域。

主控因素；砂巖含氣量；灰色關(guān)聯(lián)分析；臨興地區(qū)；鄂爾多斯盆地東緣

含煤地層生成的烴類氣體，除一部分被煤巖本身吸附形成煤層氣以外，大部分運移出來，或溶于水形成水溶氣，或游離于儲層的儲集空間形成常規(guī)氣藏[1-4]。非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)已受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[5]，在鄂爾多斯盆地、沁水盆地、渤海灣盆地均已發(fā)現(xiàn)上述古生界含煤地層為烴源巖的游離氣藏，含煤地層游離氣理論的發(fā)展已使其成為我國天然氣勘探研究的重要領(lǐng)域。臨興地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶的北部(圖1)，在二疊紀(jì)含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層，太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測試均見工業(yè)氣流[6]。臨興地區(qū)致密砂巖天然氣勘探程度較低，目前對于其砂巖氣藏分布規(guī)律及主控因素尚不明確。本文引入灰色關(guān)聯(lián)分析法實現(xiàn)了對砂巖含氣量影響因素的定量評價，明確了主控因素，并據(jù)此劃分了該區(qū)砂巖氣藏勘探有利區(qū)，對該區(qū)致密砂巖氣成藏機(jī)理與模式的建立具有重要的參考價值。

圖1 臨興地區(qū)地質(zhì)綜合圖Fig.1 Comprehensive geological map of Linxing area

1 成藏地質(zhì)背景

臨興地區(qū)構(gòu)造相對簡單，總體為西傾單斜，局部有低幅度構(gòu)造，東側(cè)中部受紫金山構(gòu)造巖漿作用形成隆起區(qū)，斷裂發(fā)育，呈環(huán)形放射狀展布(圖1)。研究區(qū)繼承了鄂爾多斯盆地的構(gòu)造演化特征[7]，中晚元古代―古生代處于相對隆起狀態(tài)，構(gòu)造平緩；中晚寒武世、早奧陶世、晚石炭世及早二疊世發(fā)育海陸過渡相-陸相沉積物[8-10]；中生代侏羅紀(jì)末隆起，與華北地臺分離，形成鄂爾多斯盆地東部邊緣，其中晉西撓褶帶成形于燕山運動時期[11]。

鉆井及野外露頭揭示，研究區(qū)晚古生代地層自上而下依次為：上二疊統(tǒng)石千峰組、中二疊統(tǒng)石盒子組、下二疊統(tǒng)山西組和太原組、上石炭統(tǒng)本溪組，基底為中奧陶統(tǒng)馬家溝組。其中區(qū)內(nèi)的上石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)為主要煤系地層，地層從東向西埋深逐漸加大，至區(qū)塊西南側(cè)埋深大于2 000 m。區(qū)內(nèi)含煤地層主要發(fā)育于海陸過渡相沉積環(huán)境，其中，山西組發(fā)育于曲流河三角洲相，巖性以深灰色至灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層以及淺灰色、灰色砂巖夾少量灰?guī)r和粉砂質(zhì)泥巖為主[12]；本溪組―太原組發(fā)育潮坪相，巖性以砂泥巖為主，夾有泥灰?guī)r和薄煤層，太原組下部發(fā)育穩(wěn)定煤層。晚三疊世末期該區(qū)為第1個成藏期，含煤地層烴源巖生成的天然氣進(jìn)入砂體后進(jìn)行側(cè)向運移，聚集在煤系砂巖中，聚集層位主要為太原組和山西組；晚侏羅世到早白堊世，大規(guī)模生氣、運聚過程開始，天然氣通過斷裂、裂隙向上運移，進(jìn)入下石盒子組、上石盒子組和石千峰組；晚白堊世以來持續(xù)抬升，原先形成的氣藏進(jìn)一步調(diào)整、逸散，形成現(xiàn)今的天然氣分布狀態(tài)。

2 砂巖含氣特征

LX-3井位于紫金山鼻狀構(gòu)造部位，通過測井解釋與砂巖含氣量計算發(fā)現(xiàn)，LX-3井僅在本溪組存在兩層薄氣層，含氣量分別為3.06和4.58 m3/t，太原組―石千峰組的砂體儲層中幾乎全為水層和干層，含水飽和度多在80%以上，部分接近100%。同樣地，在LX13、LX14、LX22等井區(qū)也發(fā)現(xiàn)類似情況，以上結(jié)果表明，臨興地區(qū)存在一個繞紫金山巖體呈環(huán)狀的低含氣-不含氣帶(圖2)。

盒八段砂巖含氣帶在平面上繞紫金山巖體附近，砂巖含氣量小于0.5 m3/t(圖2(a))，向西向北逐漸增大，總體規(guī)律是西高東低，北高南低。除賀家會和紫金山鼻狀隆起外，其他地區(qū)含氣量均在2.5 m3/t以上，LX4井附近含氣量最大，最高可達(dá)6 m3/t以上。

山一段砂巖含氣量依然是繼承盒八段的“西高東低、北高南低”的分布規(guī)律(圖2(b))，砂巖含氣量在平面上繞紫金山巖體呈環(huán)帶狀分布，靠近紫金山的含氣量小于0.5 m3/t，向四周逐漸增大。蔡家會以南的地區(qū)含氣量低于北部地區(qū)，砂巖含氣量較低的地區(qū)分布在LX5-LX2-LX1以東地區(qū)，LX9、LX20、LX22-LX23以東的地區(qū)為含氣量的高值區(qū)。

山二段砂巖含氣量整體較低(圖2(c))，大部分地區(qū)的砂巖含氣量在2.5 m3/t以下，僅在北部地區(qū)趙家坪附近含氣量較大，最大可達(dá)4.0 m3/t。

太二段砂巖含氣量(圖2(d))分布除了靠近東部邊界小于0.5 m3/t之外，西北部地區(qū)含氣量整體較高，平均含氣量大于 2.5 m3/t，局部地區(qū)可達(dá)6.5 m3/t，南部LX7附近也存在一個含氣中心，含氣量大于5.0 m3/t，但整體上，北部高含氣面積要大于南部。

因此，各層段的含氣量分布規(guī)律為：①由于受到東部紫金山巖體的底辟和烘烤作用，含氣量分布呈環(huán)繞紫金山巖體帶狀展布特征，靠近東部邊界存在含氣量小于0.5 m3/t的區(qū)域；②臨興地區(qū)北部砂巖氣含量高于南部，工區(qū)西部砂巖含氣量高于東部，整體上呈現(xiàn)“北高南低、西高東低”的分布規(guī)律；③東部賀家會和紫金山鼻狀構(gòu)造帶受巖漿底辟和通天正斷裂破壞作用，含氣性較差，北部趙家坪地區(qū)各層段砂巖含氣量均較高。

3 成藏主控因素

灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用廣泛，常用來分析影響系統(tǒng)主行為的作用因素，根據(jù)各因素之間發(fā)展態(tài)勢的相似或相異程度來衡量因素之間的關(guān)聯(lián)程度[13-15]。砂巖含氣量是一個受到多種因素影響的參數(shù)，既有已知的，也有未知的。這些影響因素是一個系統(tǒng)變化的過程，共同組成了砂巖含氣量的灰色系統(tǒng)。在單因素分析的基礎(chǔ)上，選取砂巖埋深、孔隙度、含氣飽和度、泥質(zhì)含量、蓋層排替壓力和儲層壓力等線性相關(guān)系數(shù)>0.1的6個因素作為影響砂巖含氣量灰色系統(tǒng)的子因素，并選取臨興地區(qū)19口井作為樣本。

采用灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行分析[16]，選取盒8、山1、山2、太2段砂巖含氣量數(shù)據(jù)作為參考序列，將影響砂巖含氣量的各個因素的數(shù)據(jù)組成比較序列，采用極差變換的方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，然后求取砂巖含氣量各影響因素與含氣量在不同取樣點的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表1)。取分辨系數(shù)ρ=0.05[17]，得到各影響因素與含氣量的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序(表2)。

由表2可以看出，臨興地區(qū)石炭―二疊系砂巖含氣量影響因素與含氣量之間的關(guān)聯(lián)度為0.245 2～0.788 8，關(guān)聯(lián)度均大于0.2，表明上述定量分析所選取的地質(zhì)因素對含氣量均有一定程度的影響；其中，影響含氣量的主要因素為砂巖孔隙度；其次為含氣飽和度；儲層埋深與含氣量的關(guān)聯(lián)度也較高，可能是計算砂巖含氣量是采用將地下含氣量轉(zhuǎn)換到地表之上、再利用灰色關(guān)聯(lián)法分析所導(dǎo)致的結(jié)果；再次，蓋層排替壓力關(guān)聯(lián)度為0.427 2，說明蓋層保存條件對于砂巖的含氣量也有一定程度影響，排替壓力越大，氣體越難逸散，相同條件下含氣量越高。從以上主控因素分析結(jié)果來看，該區(qū)砂巖含氣量主要受儲層控制，其次受蓋層控制。而深層太原組—下石盒子組氣層分布主要受儲層控制；中淺層上石盒子組—石千峰組和三疊系氣層主要受儲層和斷層雙重控制[18]，與沁水盆地煤層氣與砂巖氣共生成藏的情況有所不同[19]。

圖2 臨興地區(qū)主要砂巖含氣量等值線圖Fig.2 Contour map of gas content of the main sandstones in Linxing area

井號D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)井號D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)LX?11．0921．0481．0611．0331．0631．0331．0041．092LX?71．1381．4343．7360．9880．8341．3773．1841．045LX?40．9043．9222．5642．7541．1431．3081．8712．376LX?100．9471．2132．5081．0630．7671．3310．7790．829LX?50．9414．0162．5301．1190．9630．9601．7761．076LX?151．0802．1226．4000．7460．4521．2771．6270．108LX?60．9854．5471．8501．5250．8650．9990．7341．327LX?171．0062．5773．7450．9801．2321．2142．5540．834LX?71．0463．1552．6471．5110．4201．2882．0061．439LX?181．0246．1855．4021．1481．0111．1031．7461．018LX?91．0124．3240．0211．7571．2181．0292．3821．614LX?11．1662．5771．4851．0920．7721．1521．7421．139LX?100．85710．2583．0122．0421．0521．3890．5201．705LX?21．0506．1382．7200．4370．4931．0780．6090．754LX?121．0923．6210．7281．6851．1291．2231．0711．697LX?41．08211．2322．2071．6891．2882．3103．2311．757LX?150．8907．9733．4931．6611．0020．8722．7201．470LX?71．1131．4041．4921．7111．2081．2231．6611．874LX?170．9611．6232．0811．1901．3260．9940．9861．137LX?81．0545．7334．7600．2410．5340．9841．5631．070LX?180．9864．4272．1332．1290．8540．8293．5121．961LX?91．1310．8656．1160．2310．3430．8621．2770．649LX?281．0173．3941．9132．0501．3401．2462．2012．037LX?100．9232．2780．8611．8191．2371．3070．9361．333LX?40．9474．2242．0181．4190．9991．8842．4411．326LX?121．1597．1715．6420．2310．3211．1570．9570．221LX?60．9811．5163．0800．9731．0461．1170．9570．865LX?131．1495．7666．3900．1750．1741．2171．9870．189LX?71．0721．5194．1480．9230．5501．3682．6330．827LX?151．2104．0923．1591．5110．2230．8962．0261．546LX?91．0302．2631．5791．4411．4821．1242．5011．622LX?171．10210．1823．9860．8070．3431．4742．9811．802LX?100．9271．8101．4591．2820．9791．4951．4691．131LX?201．0112．5951．0630．8200．7791．2090．7620．786LX?150．9456．9206．5500．5740．5701．3601．0270．324LX?211．2091．6594．3920．1160．1740．9391．4500．379LX?171．0274．9920．9201．0691．2831．1823．0441．094LX?221．0814．5243．7650．2180．4761．6482．8450．754LX?181．0074．1321．6522．4661．1441．1752．2782．496LX?261．1491．6702．0291．6381．0801．3382．3301．834LX?220．9457．9690．9412．0651．1180．9682．3821．989LX?281．1062．8831．4291．3921．3591．4793．3251．333LX?281．0788．4885．4580．5611．1411．4472．4520．226LX?1011．0724．7222．9902．8651．2451．3843．0442．392LX?21．1001．2480．1371．0171．0630．9180．6251．053LX?1031．0137．1711．9371．2070．9031．3962．9762．028LX?40．9912．4145．5220．3650．5661．3581．4840．258LX?1051．0978．4881．4700．8980．8401．3532．9962．145LX?50．9312．3061．0121．4530．9910．9653．1651．482

注：D-砂巖埋深，H-孔隙度，Vsh-泥質(zhì)含量，φ-孔隙度，Sg-含氣飽和度，P-蓋層排替壓力，Pa-儲層壓力。

表2 臨興地區(qū)砂巖含氣量與其影響因素之間的關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)序

4 有利區(qū)預(yù)測

上述研究表明，砂巖儲層的孔隙度和含氣飽和度是該區(qū)致密砂巖含氣量的主控因素。因此，對該區(qū)砂巖成藏有利區(qū)進(jìn)行評價時主要考慮砂巖孔隙度和含氣飽和度兩個因素。將砂巖儲層孔隙度相對較大(圖3)及含氣飽和度較高(圖4)的區(qū)域，劃分為該區(qū)砂巖游離氣藏勘探的有利區(qū)域。有利區(qū)的評價標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)每口井位的關(guān)聯(lián)度值，作出其頻率的近似正態(tài)分布圖，再將圖中近似正態(tài)分布的拐點作為劃分有利區(qū)的主要依據(jù)[20]，計算得出砂巖孔隙度>7%，含氣飽和度>70%。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)共優(yōu)選出3塊砂巖含氣量有利區(qū)，分別為：趙家坪鄉(xiāng)周邊的LX4-LX7井區(qū)域、圪垯上鄉(xiāng)周邊LX2-LX8以西區(qū)域和兔坂鎮(zhèn)LX1-TB05周邊區(qū)域(圖5)。

圖3 臨興地區(qū)砂巖孔隙度Fig. 3 Porosity of sandstone in Linxing area

圖5 臨興地區(qū)砂巖氣藏有利區(qū)預(yù)測Fig. 5 Prediction of favorable zone of sandstone gas reservoir in Linxing area

5 結(jié)論

1) 由于受到東部紫金山巖體的底辟和烘烤作用，臨興地區(qū)砂巖含氣量呈環(huán)繞紫金山巖體展布的特征，靠近東部邊界存在含氣量小于0.5 m3/t的地帶。東部賀家會和紫金山鼻狀構(gòu)造帶受巖漿底辟和通天正斷裂破壞作用，含氣性較差，北部趙家坪地區(qū)附近砂巖含氣量較高。工區(qū)北部砂巖含氣量普遍高于南部，工區(qū)西部砂巖含氣量高于東部，呈“北高南低、西高東低”的分布規(guī)律。

2) 砂巖含氣量是一個受到多種因素影響的參數(shù)，這些影響因素與砂巖含氣量共同組成了一個灰色系統(tǒng)。利用灰色關(guān)聯(lián)法分析得出影響砂巖含氣量的主控因素為砂巖孔隙度和砂巖含氣飽和度，其次為蓋層的排替壓力，因此該區(qū)砂巖含氣量主要受儲層控制，其次受蓋層控制。

3) 根據(jù)砂巖含氣量主控因素分析結(jié)果，將砂巖儲層孔隙度大于7%及含氣飽和度大于70%的區(qū)域，優(yōu)選出3塊砂巖含氣量有利區(qū)，分別為：趙家坪鄉(xiāng)周邊的LX4-LX7井區(qū)域、圪垯上鄉(xiāng)周邊LX2-LX8以西區(qū)域和兔坂鎮(zhèn)LX1-TB05周邊區(qū)域。

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CharacteristicsandItsMainControllingFactorsofSandstoneGasContentinLinxingArea

LI Xia, LIN Yuxiang, ZHAO Chengjin, XING Yongsheng, SHU Yong

(College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

The tight sandstone gas resources are abundant in Linxing area of the eastern margin of Ordos Basin. In order to pinpoint the main controlling factors of sandstone gas content in this area, six influence factors were analyzed by Grey correlation analysis, including sandstone porosity, gas saturation, buried depth of sandstone, displacement pressure of caprock, shale content and reservoir pressure. The results show that the correlation between sandstone gas content and its influence factors vary from 0.245 2 to 0.788 8 in Linxing area, indicating that all the above factors have a certain impact on gas content. The correlation between sandstone porosity and gas content is the highest (0.788 8)，followed by gas saturation (correlation degree 0.577 9). This means that the sandstone gas content in this area is mainly affected by sandstone porosity and sandstone gas saturation. Based on these results, three favorable areas for gas accumulation were optimized: The LX4-LX7 well area in Zhaojiaping town, the LX2-LX8 well area in the west of Gedashang town and the LX1-TB05 well area in the surrounding areas of Tuban town.

main controlling factors; gas content of sandstone; Grey correlation analysis; Linxing area；the eastern margin of Ordos basin

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LI Xia, LIN Yuxiang, ZHAO Chengjin,et al. Characteristics and its main controlling factors of sandstone gas content in Linxing area[J].Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2018,37(1):111-118.

2017-01-05

國家自然科學(xué)基金項目 (41172108); 國家油氣重大專項(2016ZX05041005; 2016ZX05001003)

李 夏(1993—)，男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要從事天然氣成藏機(jī)理與模式方面的研究.

林玉祥(1963—)，男，山東臨清人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣地質(zhì)勘探研究工作，本文通信作者.

E-mail: sdkdlyx@126.com

P618

A

1672-3767(2018)01-0111-08

10.16452/j.cnki.sdkjzk.2018.01.011

呂海亮)