洞庭盆地淺層生物氣成藏條件及潛力圈閉評(píng)價(jià)

朱 偉，曹子劍，王紅云，景寶國(guó)

(1.湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭 211401;2.中油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

引 言

圖1 洞庭盆地邊界示意位置

洞庭盆地屬中新生代含油氣盆地，面積約19 000 km2(圖1)，與江漢盆地分處華容隆起南北，兩者具相同沉降背景，油氣地質(zhì)條件極為接近:地層層序保存完整，古近紀(jì)均為生油坳陷。1971年，在盆地開(kāi)展了地震勘探、鉆探為主的油氣勘查。完成中、深井及淺井109口，總進(jìn)尺130 306 m。在沅江凹陷下第三系，獲得原油約20 m3。在岳陽(yáng)、南縣、安鄉(xiāng)、常德、漢壽、沅江等地地面及鉆孔見(jiàn)大量第四系淺層氣顯示，一般深3～50 m左右，氣井壓力一般為10～100 kPa，少數(shù)大于 100 kPa，日產(chǎn)氣為 1 ～100 m3/d。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江組與江漢油田主力產(chǎn)油層新溝咀組層序位置相當(dāng)，含一套連續(xù)沉積暗色泥巖[1-7]，且單層厚度更大，顏色更深。隨著華容隆起以北一系列油氣突破和松滋油田的發(fā)現(xiàn)，極大提升了洞庭盆地油田發(fā)現(xiàn)的預(yù)期。在前期研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)地質(zhì)、地球物理相結(jié)合來(lái)探討氣藏形成的有利地質(zhì)條件，為中國(guó)南方陸相沉積盆地第四系沖積平原的淺層氣勘探提供數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

1 構(gòu)造沉積演化

洞庭盆地是中國(guó)中部元古代基底上發(fā)育的中新生代陸相斷陷型盆地(圖2)，第四紀(jì)沉積地層以砂泥巖為主，在縱向上形成了2套整體表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正向沉積旋回。

1.1 更新世沉積期

早更新世早期，本區(qū)開(kāi)始接受一套泥沙充填。主要以陸相河流相礫石層、砂層為主，在低洼地帶沉積湖相的雜色黏土。隨后地殼持續(xù)沉降，湖盆面積不斷擴(kuò)大。中更新世受走向NNE、NW、EW和SN向等正斷裂控制發(fā)生強(qiáng)烈沉降，形成澧縣凹陷、沅江凹陷、赤山隆起、安鄉(xiāng)凹陷等隆凹相間的穩(wěn)定格局。洞庭湖盆由于水量大，物源補(bǔ)給充足，湖面擴(kuò)大形成寬廣的補(bǔ)償型湖盆，西部、北部一直延伸到江漢平原，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育大套湖泊相黏土。晚更新世遭受抬升，湖盆萎縮，盆地大部分成為陸地而未接受沉積。此時(shí)的湖盆僅在安鄉(xiāng)—沅江一帶，發(fā)育薄層淺湖湘的土黃、灰綠、灰黃、淺黃色黏土、粉砂質(zhì)黏土及少量粉細(xì)砂夾砂礫沉積，更新世沉積厚度一般達(dá)230 m。

圖2 第四紀(jì)構(gòu)造沉積演化

1.2 全新世沉積期

全新世盆地構(gòu)造總體穩(wěn)定，周緣部分地區(qū)存在小幅抬升。此期為亞熱帶氣候，生物極為繁盛，沉積物中含豐富的螺蚌殼及植物碎屑，物源充足，形成現(xiàn)今洞庭湖盆地河湖充填區(qū)(圖1)。沉積物主要為深灰、灰褐、灰綠、棕黃、黃褐等顏色黏土，少量粉砂和粉砂質(zhì)黏土。除臨澄凹陷外，廣泛分布于各凹陷區(qū)內(nèi)，厚為5～10 m，局部可達(dá)40 m左右，湖盆邊部夾砂礫層。

2 生物氣成藏有利地質(zhì)條件

2.1 廣泛發(fā)育氣源層

盆地覆蓋區(qū)發(fā)育2套氣源層。第四系全新統(tǒng)含生物碎屑黏土層為第1套氣源層。主要發(fā)育一套以灰色、灰黑色為主的黏土、砂質(zhì)黏土、暗灰色淤泥質(zhì)黏土、粉砂，淤泥質(zhì)黏土。含豐富的螺蚌及植物碎屑，一般厚5～10 m，主要為湖泊沼澤相沉積。在湖盆中部層厚達(dá)10～35 m。層中所含的螺蚌及植物碎屑部分或大部分呈半碳化疏松狀態(tài)，是主力生氣層。

更新統(tǒng)的暗色黏土層是第2套氣源層。更新世湖盆沉積期，漢壽—安鄉(xiāng)、沅江—湘陰一帶的湖盆中心發(fā)育的暗色沉積物厚度較大，暗色富含有機(jī)質(zhì)的沉積物厚50～70 m，在南縣肖家灣更新世時(shí)見(jiàn)一層厚度達(dá)4.4 m的泥炭層;沅江—湘陰一帶發(fā)育的暗色沉積物厚度達(dá)40～60 m，在沅江幸福港一帶見(jiàn)厚約0.2～0.5 m的泥炭層，為深湖相沉積。這些暗色黏土層是較好的氣源層。

2.2 多類型儲(chǔ)集砂體發(fā)育

第四系沉積物埋藏淺，松散多孔且未成巖，物性條件較好，發(fā)育以下多種類型的砂體。

(1)淺湖相儲(chǔ)層為近岸淺湖淤泥質(zhì)黏土所包圍的砂礫、砂、粉砂、黏土質(zhì)粉砂透鏡體或沿岸砂壩。呈頂凸底平狀，厚度一般為0.3～1.0 m，面積小。與氣源巖呈現(xiàn)指狀交互沉積，易于聚集生物氣。當(dāng)蓋層厚度小時(shí)，聚集的生物氣向地表逸散。因其厚度小、面積小，預(yù)測(cè)其形成氣藏規(guī)模小、產(chǎn)能較低。

(2)河床相儲(chǔ)層由砂礫、含礫及粗中砂層構(gòu)成，縱向上粒度自下而上逐漸由粗變細(xì)，具備典型正粒序，氣源為上覆的漫灘—沼澤相氣源巖。由于其在河谷內(nèi)橫向連通性好，常含水，且多直接覆于不具生烴條件的基巖、紅層黏土之上，其圈閉的側(cè)向封堵性較差。如果具備局部的構(gòu)造圈閉或地層圈閉條件、氣源充足時(shí)，可以成藏。

(3)扇三角洲相儲(chǔ)層巖性縱向上為砂礫、粉砂層、薄層砂疊置，橫向上沿物緣方向前積沉積。其前沿可以推進(jìn)到深湖區(qū)域，發(fā)育串珠狀、條帶狀的濁積砂體，是該區(qū)的主力儲(chǔ)層。這些儲(chǔ)層砂體通常分選和磨圓較好，孔滲條件佳，被相對(duì)非滲透性的黏土所包圍，從圖3可見(jiàn)其厚度和大小不等，但在發(fā)育方向上延伸較遠(yuǎn)，是氣源區(qū)內(nèi)重要的巖性圈閉，均可聚集生物氣，其中多個(gè)含氣砂體如果在平面上疊合連片可以形成一定規(guī)模的淺層氣田。

圖3 地層剖面

2.3 生儲(chǔ)蓋配置良好、巖性-構(gòu)造圈閉發(fā)育

洞庭盆地生物氣的生、儲(chǔ)、蓋組合大致可分為自生自儲(chǔ)式和互層式2種組合類型。

2.3.1 自生自儲(chǔ)式組合類型

下更新統(tǒng)及全新統(tǒng)大部分砂質(zhì)土、粉砂、細(xì)砂層孔滲性好，又富含豐富的螺蚌殼及植物碎屑，是良好的生氣層與儲(chǔ)氣層，從全新統(tǒng)眾多的生物氣顯示看，這種組合類型在洞庭盆地較為廣泛[9]。

2.3.2 互層式正向組合類型

此種組合類型為生氣層、儲(chǔ)氣層在縱向上間互出現(xiàn)。下更新統(tǒng)及全新統(tǒng)廣泛發(fā)育多套黏土—砂質(zhì)黏土—粉、細(xì)砂巖層這種上細(xì)下粗的反韻律沉積，其中黏土、砂質(zhì)黏土既是生氣層也可作為蓋層，粉、細(xì)砂及砂礫層為儲(chǔ)氣層。

2.3.3 圈閉發(fā)育情況

早更新世—中更新世中期盆地處于強(qiáng)烈斷陷階段，沅江凹陷北東部廣興洲—君山一帶因早更新世末期構(gòu)造抬升而缺失中更新世和晚更新世沉積，全新統(tǒng)沉積地層直接與汨羅組地層接觸[10]。

中更新世晚期洞庭盆地主體安鄉(xiāng)凹陷和沅江凹陷沉積厚度大，往邊緣沉降幅度減小或無(wú)沉降。受公安—監(jiān)利斷裂、洪湖—湘陽(yáng)斷裂、磚橋斷裂影響，淺層圈閉基本上以巖性、背斜、斷背斜為主，斷層側(cè)向封堵在構(gòu)造發(fā)育帶較為普遍。

3 生物氣藏潛力圈閉評(píng)價(jià)

前期研究表明，在岳陽(yáng)市北西部，淺層生物氣廣泛賦存于第四系全新統(tǒng)富含有機(jī)質(zhì)的黏土和淤泥質(zhì)黏土層中，在40多口淺井中不同程度地發(fā)現(xiàn)氣顯示。通過(guò)對(duì)出氣點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)采樣化驗(yàn)分析(表1)，結(jié)果顯示為很好的甲烷氣顯示。由于地處華容隆起東側(cè)和連接江漢盆地與洞庭盆地的中間位置，2個(gè)盆地具相同沉降背景，成油氣地質(zhì)條件極為接近:地層層序保存完整，古近紀(jì)—第四紀(jì)均為生油拗陷。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江組與江漢油田主力產(chǎn)油層新溝咀組層序位置相當(dāng)，含一套連續(xù)沉積暗色泥巖，且單層厚度更大顏色更深。華容隆起以北已知一系列油氣突破和松滋油田的最新油氣發(fā)現(xiàn)，因此選擇華容隆起南緣的廣興洲地塹中岳陽(yáng)市北西普興—廣興洲—北州村一帶 作重點(diǎn)評(píng)價(jià)。

表1 洞庭盆地生物氣組分

3.1 巖性沉積特征及生儲(chǔ)蓋組合

生物氣的生成依賴于微生物尤其是產(chǎn)甲烷菌的生物化學(xué)作用，而微生物的存在及生理活性受沉積環(huán)境的制約。研究區(qū)由上向下地層依次為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)，研究區(qū)主要目的層段是全新統(tǒng)及其下部的汨羅組。由巖心資料可以看出，巖性主要為黏土、砂質(zhì)黏土、砂及砂礫。其中粉砂、黏土中常見(jiàn)植物根系和生物擾動(dòng)構(gòu)造具有明顯的漫灘沼澤微相沉積特征，泥質(zhì)含量不僅是區(qū)分砂、泥巖和劃分儲(chǔ)、蓋層的重要參數(shù)，還是影響地層孔滲性的重要因素。泥質(zhì)含量越高，地層孔滲性越差，封蓋性越好;反之封蓋性越差。大套黏土可作為良好的生氣層和蓋層，暗色的前三角洲泥可作為次要生氣層。礫巖、砂礫巖呈次棱角至次圓狀，長(zhǎng)軸一般為幾厘米并成疊瓦狀排列，具有下粗上細(xì)的正韻律的扇三角洲辮狀分流河道沉積特征，可作為良好的儲(chǔ)集層。從工區(qū)鉆井巖心特征分析，可得到該區(qū)縱向上自上往下依次發(fā)育4套生儲(chǔ)蓋組合，即為扇三角洲沼澤相的自生自儲(chǔ)式和扇三角洲前緣分流河道和前三角洲泥匹配的互層式組合 (圖4)。

圖4 縱向沉積相及生儲(chǔ)蓋組合

3.2 典型圈閉特征描述及評(píng)價(jià)

經(jīng)實(shí)地調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)采樣后，認(rèn)為廣興洲地塹北洲村一帶位于洞庭盆地與江漢含油氣盆地之間，構(gòu)造位置優(yōu)越，鉆井氣顯示情況好，沉積厚度適中，作為成氣藏潛力評(píng)價(jià)區(qū)域，開(kāi)展了二維地震勘探數(shù)據(jù)采集。地震剖面顯示凹陷內(nèi)目的層斷裂發(fā)育且清晰，相位錯(cuò)斷明顯，斷裂解釋可靠，斷背斜在幾個(gè)方向剖面上隆起幅度較為明顯，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理解釋后在T2反射層得到一個(gè)斷背斜構(gòu)造。斷背斜發(fā)育位置較好，發(fā)育于深洼帶向東南上傾方向的斜坡上，在其東南的一口鉆井S6井已見(jiàn)生物氣流。從斷裂形成和發(fā)育期分析，構(gòu)造的形成時(shí)間應(yīng)該在更新統(tǒng)華田組沉積后到全新統(tǒng)沉積期之間產(chǎn)生，因此圈閉形成時(shí)間早于全新統(tǒng)主力生氣層沉積，圈閉是有利于生物氣聚集的。構(gòu)造等深圖顯示:全新統(tǒng)下部發(fā)育的生物氣藏圈閉，其閉合面積約為4.5 km2，閉合高度約10 m。圈閉由斷層與鼻狀構(gòu)造組合而成，圈閉類型屬于斷鼻構(gòu)造，即在區(qū)域傾斜的背景上，鼻狀構(gòu)造的上傾方向被斷層所封閉，形成構(gòu)造圈閉。由于構(gòu)造上本區(qū)全新世受磚橋斷裂的控制，在總體坳陷體制下仍存在正斷裂活動(dòng)，因此這種圈閉在該區(qū)十分普遍。此外，該區(qū)沉積處于扇三角洲前緣區(qū)域，河道砂體、濁積砂體發(fā)育，極可能與局部斷塊有效配置形成斷層-巖性圈閉。

3.3 生物氣特征

區(qū)內(nèi)生物氣是沉積物內(nèi)大量的螺蚌、藻類及植物碎屑等有機(jī)質(zhì)在泥炭化和未成熟成巖階段，通過(guò)甲烷菌的生物化學(xué)作用而形成的自然氣體，氣體的化學(xué)組分以甲烷為主(表1)。

從眾多的氣顯示看，含氣層的氣量與有機(jī)碳含量、沉積物厚度成正比。近代低洼的河湖密布地區(qū)，氣顯示較普遍，顯然這些區(qū)域?yàn)槲羧蘸恿鲝澢幓蚝礈鞯貛?，水生植物及藻類茂盛，并接受了大量外?lái)植物碎屑的堆積，有利于生物氣的形成。

生物氣主要儲(chǔ)集于粉—細(xì)砂、中、粗砂及砂礫層中，其次為砂質(zhì)黏土層，儲(chǔ)集類型主要為孔隙型，此外生物氣只有在有致密的黏土層作為蓋層的條件下才能得以保存。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)淺層具有良好的生物氣成藏條件。生物氣主要分布在上新統(tǒng)以上地層，其沉積相為黏土、砂質(zhì)黏土相對(duì)發(fā)育的扇三角洲辮狀分流河道、漫灘沼澤微相帶內(nèi)，縱向上具備自生自儲(chǔ)式和互層式2套成藏組合。

(2)淺層生物氣藏主要集中發(fā)育在廣興洲地塹西北靠近陡坡帶一側(cè)。該區(qū)域緊鄰生氣凹陷，發(fā)育斷背斜、斷層-巖性等圈閉類型，是下一步研究區(qū)淺層生物氣的主要勘探區(qū)域。

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