陽(yáng)信洼陷生物氣成藏主控因素分析與氣藏描述

甘志紅

(中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)

0 引言

陽(yáng)信洼陷位于惠民凹陷東北部，隸屬于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷次一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，北靠無(wú)棣凸起，東鄰沾化凹陷的流鐘洼陷，南接林樊家構(gòu)造北緣，呈典型的北斷南超的箕狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，面積約1290 km2(圖1)。陽(yáng)信洼陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷含油氣較為豐富的構(gòu)造單元，目前已完鉆的46口探井中有14口井在沙一段共解釋氣層42層78.4 m，有3口井獲得工業(yè)氣流，展示了該區(qū)良好的勘探潛力。

圖1 陽(yáng)信洼陷構(gòu)造位置圖

1 氣藏特征及地化性質(zhì)

1.1 氣藏特征

陽(yáng)信洼陷發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于沙一段，氣藏埋藏淺，氣藏埋深一般為1309.38～1520.4 m。單層厚度小，厚度為0.8～5.5 m，平均單層厚度為1.9 m，平面上疊合連片，單井產(chǎn)能較高，產(chǎn)能為 9498～23910 m3，經(jīng)濟(jì)效益較好。天然氣主要分布于惠城鼻狀構(gòu)造帶和東部的商店披覆構(gòu)造帶?？v向上，天然氣集中分布于沙一段中、下亞段，氣藏類(lèi)型包括構(gòu)造氣藏、構(gòu)造-巖性氣藏、巖性氣藏(圖2)。

圖2 陽(yáng)信洼陷沙一段東西向氣藏剖面圖

1.2 氣藏地化性質(zhì)

通過(guò)本地區(qū)陽(yáng)101井等5口井沙一段天然氣組分分析(表1)，甲烷含量一般在95.00%～98.49%，平均值為97.30%；重?zé)N(C2+)含量平均值0.14%；天然氣相對(duì)密度平均0.5711；甲烷系數(shù)(C1/C1-C5)平均值0.9986；說(shuō)明沙一段天然氣具有富甲烷、貧重?zé)N、低密度，呈典型的干氣特征。

陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣δ13C1介于-56.46‰～-60.88‰之間，平均值為-59.31‰(表1)，與國(guó)內(nèi)典型生物氣田甲烷碳同素具有相似的地化特征。碳同位素是鑒定天然氣成因的重要指標(biāo)[1]，微生物成因氣CH4碳同位素的δ13C1值一般位于-55‰～-100‰，δ13C1值大于-55‰屬于熱成因氣，因此δ13C1值-55‰成為生物氣區(qū)別于熱解成因氣和深源氣的重要鑒別指標(biāo)之一[2]。再結(jié)合陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣埋深淺、富甲烷、貧重?zé)N、低密度的特點(diǎn)，因此陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣屬于生物氣成因。

表1 陽(yáng)信洼陷生物氣地化特征一覽表

1.3 氣源對(duì)比

陽(yáng)信洼陷東部陽(yáng)24井沙一段泥巖吸附氣甲烷碳同位素介于-51.91‰～-61.6‰，平均為-55.30‰；而沙三段泥巖吸附氣甲烷碳同位素介于-47.94‰～-51.04‰，平均為-49.7‰，沙一段生物氣甲烷碳同位素與沙一段泥巖吸附氣甲烷碳同位素接近，說(shuō)明沙一段天然氣來(lái)自沙一段烴源巖。

2 儲(chǔ)層特征與儲(chǔ)蓋組合

陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣主要賦存于沙一段濱淺湖亞相生物灘微相生物灰?guī)r或白云巖儲(chǔ)層及砂壩微相砂巖儲(chǔ)層中(圖3)，尤其是以碳酸鹽巖儲(chǔ)層為主，沙一段含氣儲(chǔ)層 82%為碳酸鹽巖儲(chǔ)層，28%為粉砂巖儲(chǔ)層。

2.1 儲(chǔ)層分析

生物灘微相儲(chǔ)層為水下高地上發(fā)育的以生物碎屑為主的顆粒碳酸鹽巖，巖性主要為生物灰?guī)r和生物白云巖。主要分布于沙一中與沙一下亞段，尤其是沙一中亞段，東部商店披覆構(gòu)造帶及中部惠城鼻狀構(gòu)造帶發(fā)育分布面積較大的介形蟲(chóng)和藻類(lèi)生物灰?guī)r，單層厚度0.5～2 m，最厚6 m，局部有生物礁發(fā)育，造礁生物為中國(guó)枝管藻，組成抗浪骨架。生物礁主要分布于商店披覆構(gòu)造帶構(gòu)造高部位，水體清澈、透明，陽(yáng)光充足，礁體發(fā)育成層狀，單層1.5 m左右。陽(yáng)16井沙一段1287.94 m生物白云巖，鏡下可見(jiàn)大量完整的螺、介形蟲(chóng)及其碎片充填管間，并保留部分原生骨架孔隙。次生溶孔發(fā)育。實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)8塊樣品物性分析發(fā)現(xiàn)，沙一段碳酸鹽巖孔隙度為4.6%～31.5%，平均16.7%，滲透率為0.21～236 mD，屬于較好的儲(chǔ)集層，是生物氣的主要儲(chǔ)層。

圖3 陽(yáng)101井沙一段單井相圖

砂壩微相儲(chǔ)層主要形成于湖盆邊部淺水地帶和水下高地周?chē)瑤r性為灰色、灰白色粉砂巖和少量細(xì)砂巖。礦物成分較純，分選和磨圓較好，泥質(zhì)含量較少，波浪層理明顯。單層厚度一般1～2 m，最大3 m，自然電位曲線(xiàn)為漏斗狀、箱狀。以陽(yáng)101氣藏為例，通過(guò)測(cè)井解釋?zhuān)?yáng)101沙一上亞段粉砂巖含氣儲(chǔ)層，孔隙度為25.7%，滲透率為137.4 mD，具有很好的儲(chǔ)集性能。

2.2 蓋層評(píng)價(jià)

天然氣能否聚集成藏的一個(gè)必要條件是具有穩(wěn)定分布的蓋層。通過(guò)單井相分析，沙一段生物氣藏的直接蓋層為濱淺湖亞相及深湖相泥巖、油泥巖及油頁(yè)巖，同時(shí)沙一上亞段廣泛分布有一套穩(wěn)定沉積的厚達(dá)20～60 m的濱淺湖相及深湖相的深灰色、灰色泥巖，作為沙一段天然氣聚集的有效的區(qū)域蓋層。

蓋層的毛細(xì)管力、孔隙流體異常壓力和蓋層與儲(chǔ)集層中氣體的濃度差，是阻止天然氣逸散的三種主要封閉機(jī)制。由于沙一段為常壓系統(tǒng)，毛細(xì)管作用是主要的封閉機(jī)制，即蓋層與下伏儲(chǔ)集層的排驅(qū)壓力之差必須大于或等于天然氣向上逸散的的各種動(dòng)力之和(浮力、水動(dòng)力等)，才能封閉油氣。陽(yáng)信沙一段含氣粉砂巖排驅(qū)壓力約為0.12 MPa。沙一段氣藏的高度均小于20 m，其浮力為0.05～0.2 MPa，這是天然氣向上運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力，也是儲(chǔ)氣層的剩余壓力。由于陽(yáng)信沙一段地層起伏不大，水動(dòng)力的影響遠(yuǎn)小于毛細(xì)管力作用，可以忽略不計(jì)。因此，沙一段生物氣聚集的一個(gè)必要條件是蓋層的突破壓力必須大于或等于下伏儲(chǔ)集層的剩余壓力。也就是說(shuō)，當(dāng)蓋層突破壓力達(dá)到或大于0.05～0.2 MPa，就能構(gòu)成有效的遮擋。

陽(yáng)信沙一段地層埋深1100～1750 m，泥巖突破壓力約為2～3.5 MPa[3]，另外，由于沙一段泥巖中不同程度的飽含水，飽和水的泥巖排驅(qū)壓力遠(yuǎn)大于飽和空氣的排驅(qū)壓力[4]。因此，沙一段泥巖直接蓋層及沙一上穩(wěn)定分布的區(qū)域蓋層突破壓力遠(yuǎn)大于氣藏剩余壓力，具備了有效蓋層的條件。

2.3 儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型

陽(yáng)信沙一段斷層不發(fā)育，沙一上亞段暗色泥巖廣泛分布，構(gòu)成了沙一段生物氣藏的重要區(qū)域蓋層，生物氣在沙一段聚集形成自?xún)?chǔ)自蓋型。根據(jù)儲(chǔ)層巖性劃分為碳酸鹽巖儲(chǔ)蓋組合和砂泥巖儲(chǔ)蓋組合兩種類(lèi)型。

3 生物氣成藏主控因素

陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣成藏主控因素有氣源、構(gòu)造、巖性以及保存條件。氣源是生物氣成藏和富集的物質(zhì)基礎(chǔ)；大型構(gòu)造背景有利于生物氣運(yùn)聚形成氣藏，儲(chǔ)層厚度、展布面積決定生物氣藏規(guī)模大小，保存條件是生物氣成藏的關(guān)鍵。

3.1 烴源巖

(1)地溫

生物氣是指烴源巖有機(jī)質(zhì)通過(guò)微生物的生物化學(xué)作用分解有機(jī)質(zhì)形成的以甲烷為主的天然氣[5]。在生物氣的形成過(guò)程中，甲烷菌等微生物起到了重要的作用?？刂萍淄榫L(zhǎng)的因素有地溫、氧化還原性、酸堿性等，適宜的地溫條件是甲烷菌生存的基礎(chǔ)，對(duì)生物氣的形成起到主要的控制作用[6]。

甲烷菌生存溫度范圍一般在0～75 ℃，具有較大生理活性是35 ～65 ℃[7]。通過(guò)7口井的測(cè)試分析，沙一段地溫值介于54.0 ～63.0 ℃，平均56.9 ℃，處于生物氣生烴高峰時(shí)期，即沙一段烴源巖仍處于生烴階段，屬于晚期大量生成，有利于晚期成藏。

溫度條件也決定了烴源巖的埋深，若將75 ℃作為甲烷菌生存的下限，按平均地溫梯度3.3 ℃/100 m計(jì)算，則生物氣生成深度下限值為1850 m，而洼陷沙一段烴源巖最大埋深僅1760 m，因此，沙一段烴源巖處于生物氣窗。

(2)烴源巖品質(zhì)

沙一段沉積時(shí)期，陽(yáng)信洼陷為斷陷活動(dòng)晚期，接受淺湖或半深湖相沉積，形成了廣泛分布的深灰色、灰色的油頁(yè)巖、泥巖，構(gòu)成了沙一段重要的氣源巖。源巖有機(jī)碳平均值4.24%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為I型；國(guó)內(nèi)其它一些生物氣田如柴達(dá)木盆地第四系、鶯歌海盆地第四系樂(lè)東組、浙江沿海第四系濱海組氣源巖有機(jī)碳介于0.3%～0.61%之間，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為II型和III型。李明宅等認(rèn)為，甲烷產(chǎn)率與有機(jī)質(zhì)類(lèi)型有關(guān)，有機(jī)質(zhì)的生氣率主要受有機(jī)質(zhì)類(lèi)型中可降解物含量控制，母質(zhì)類(lèi)型愈好，總生氣量就愈大[8]。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)I型干酪根70 ℃累計(jì)生氣率可達(dá)115 m3/t，II型和III型干酪根70 ℃累計(jì)生氣率為85 m3/t與50 m3/t。因此，陽(yáng)信洼陷湖相氣源巖品質(zhì)較好，具有較高產(chǎn)氣率和較大生氣量，彌補(bǔ)了洼陷氣源巖厚度和分布面積相對(duì)較小的弱點(diǎn)，為沙一段生物氣成藏提供了充足的氣源條件。3.2構(gòu)造巖性因素

在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和火成巖作用下，形成了陽(yáng)信洼陷沙一段東高西低、北斷南超的構(gòu)造格局。東部為沙三段火成巖噴發(fā)背景上的商店披覆構(gòu)造，中部為一個(gè)由南向北延伸入洼的大型惠城鼻狀構(gòu)造，構(gòu)成了沙一段湖相沉積的水下高地，并發(fā)育了濱淺湖亞相生物灘、砂壩、席狀砂等，沉積了生物灰?guī)r和砂巖等儲(chǔ)層，構(gòu)成了構(gòu)造-巖性、巖性等多種有利圈閉類(lèi)型，為生物氣成藏創(chuàng)造了較好的條件。

(1)構(gòu)造背景

陽(yáng)信洼陷生物氣主要富集于東部的商店披覆構(gòu)造和中部的惠城鼻狀構(gòu)造。這些構(gòu)造不僅為古沉積環(huán)境的高點(diǎn)，而且還具有良好的繼承性發(fā)育特點(diǎn)，為生物氣運(yùn)聚成藏提供了有利場(chǎng)所。如惠城鼻狀構(gòu)造帶位于洼陷中部，呈近南北向展布，為寬緩低幅度的隆起構(gòu)造。古隆起構(gòu)造是濱淺湖亞相的生物灘、砂壩、席狀砂等多種微相的生物灰?guī)r和砂巖儲(chǔ)層發(fā)育帶，同時(shí)古隆起構(gòu)造背景還處于低流體勢(shì)區(qū)，為生物氣運(yùn)移的有利指向[9]。隆起構(gòu)造較深洼陷區(qū)埋藏淺，地層溫度、壓力降低，為生物氣運(yùn)移、分異和聚集提供了優(yōu)越的地質(zhì)條件，成為生物氣富集的主要場(chǎng)所，古構(gòu)造背景控制儲(chǔ)層分布、生物氣運(yùn)移方向和聚集程度。

(2)巖性因素

陽(yáng)信洼陷含氣儲(chǔ)層單層厚度較小，但層數(shù)多、疊合面積較大。洼陷東部商店披覆構(gòu)造廣泛分布的生物灰?guī)r或生物白云巖，碳酸鹽巖分布面積達(dá)100 km2以上，生物灰?guī)r發(fā)育中心為陽(yáng)16井附近，沉積厚度最大，累計(jì)達(dá)11 m，向西生物灰?guī)r厚度逐漸減薄至1 m，氣層厚度也相應(yīng)減薄，說(shuō)明巖性因素控制了生物氣的富集程度。

3.3 保存條件

(1)快速沉積

生物氣通常發(fā)現(xiàn)于沉積速率大于0.05 mm/a地區(qū)，陽(yáng)信洼陷沙一段沉積速率達(dá)0.60 mm/a。快速沉積有利于早期生成的生物氣保存下來(lái)，同時(shí)也有利于沉積物有機(jī)質(zhì)的堆積、埋藏和保存，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)不斷進(jìn)入生物氣主生氣帶，并減少了生物氣的散失[10]。

(2)斷裂作用弱

沙一段沉積期，洼陷邊界斷層-陽(yáng)信斷層活動(dòng)減弱，洼陷內(nèi)部二級(jí)及三級(jí)斷層不發(fā)育。東營(yíng)組沉積時(shí)期，受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，洼陷整體抬升，洼陷內(nèi)為河流相沉積；東營(yíng)組沉積以后進(jìn)入拗陷期。因此形成陽(yáng)信洼陷沙一段、東營(yíng)組以及上第三系斷層不發(fā)育、形態(tài)呈“平底鍋”的構(gòu)造特征，減少生物氣沿縱向的散失量，有利于生物氣的大量保存。

陽(yáng)信大斷層作為洼陷的邊界斷層，斷裂附近地表水較為豐富，水質(zhì)較淡，甲烷菌異?；钴S，促使有機(jī)質(zhì)早期分解，不利于有機(jī)質(zhì)保存和生物氣成藏的形成，同時(shí)斷裂活動(dòng)易導(dǎo)致生物氣擴(kuò)散，對(duì)生物氣藏有一定程度的破壞作用，因此生物氣主要富集在遠(yuǎn)離大斷裂的圈閉。

4 氣藏描述與勘探潛力評(píng)價(jià)

陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣單層厚度較小、層數(shù)多、平面上疊合連片，含氣儲(chǔ)層大數(shù)為碳酸鹽巖儲(chǔ)層類(lèi)型，而碳酸鹽巖具有密度大、聲波時(shí)差較小，含氣之后碳酸鹽物理?xiàng)l件變化較小，常規(guī)的測(cè)井約束反演或者屬性提取等方法很難取得滿(mǎn)意的效果，因此在陽(yáng)信地區(qū)應(yīng)用了COBEN氣藏描述技術(shù)。

4.1 COBEN氣藏描述技術(shù)

COBEN儲(chǔ)層反演及氣藏?zé)N類(lèi)檢測(cè)技術(shù)利用AVD異常及PR等參數(shù)開(kāi)展氣藏富集區(qū)的預(yù)測(cè)。儲(chǔ)層實(shí)際是多相介質(zhì)，儲(chǔ)層的各項(xiàng)異性會(huì)導(dǎo)致地震波動(dòng)存在差異。通過(guò)使用地震、區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)反演地層的物性參數(shù)，能細(xì)致地反映地下各種地質(zhì)現(xiàn)象，從不同側(cè)面反映地質(zhì)體的巖性及所含流體的變化。

COBEN氣藏描述技術(shù)包括AVD反演油氣技術(shù)和PR異常特殊處理技術(shù)兩項(xiàng)技術(shù)：

AVD代表地震波吸收參數(shù)的異常及速度的發(fā)散，由于地震波是在非彈性介質(zhì)中傳播的，當(dāng)儲(chǔ)層富含天然氣時(shí)，地震波在其中傳播將引起速度變化，分析提取速度的變化率即速度發(fā)散參數(shù)與地震波的吸收特性有助于宏觀上提高分辨高滲儲(chǔ)層及氣藏的能力，最終利用吸收特性及速度發(fā)散曲線(xiàn)在儲(chǔ)層上的異常來(lái)預(yù)測(cè)油氣藏，AVD最大值反映油氣富集異常區(qū)。

PR異常處理技術(shù)就是利用二維或三維地震資料計(jì)算主頻衰減異?！鱂(dF/dt)、速度異常△V (dV/dt)、振幅異常△A (dA/dt)、極化率變化，將以上參數(shù)校正后合成為PR參數(shù)，PR高異常值代表著主頻衰減率高、速度異常值大等信息，代表著儲(chǔ)層存在富含天然氣的可能性。

4.2 COBEN氣藏描述技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)在陽(yáng)信洼陷應(yīng)用COBEN氣藏描述技術(shù)，預(yù)測(cè)結(jié)果與已知?dú)獠鼗疚呛?，并?duì)無(wú)井鉆遇區(qū)做出了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。以惠城鼻狀構(gòu)造帶的陽(yáng)101塊為例，陽(yáng)101塊已鉆有陽(yáng)1、陽(yáng)101、陽(yáng)21等氣井，含氣儲(chǔ)層主要生物灰?guī)r和砂巖，單層厚度較小，但層數(shù)多且儲(chǔ)層物性較好。陽(yáng)101井沙一段1504.2～1529.6 m氣層共有5層厚7.7 m，進(jìn)行常規(guī)試氣，5 mm油嘴日產(chǎn)天然氣12250 m3。通過(guò)陽(yáng)101井與陽(yáng)1井、陽(yáng)21井儲(chǔ)層對(duì)比，氣藏基本疊合連片。PR反演及AVD反演表明，在陽(yáng)101、陽(yáng)1、陽(yáng)21等井處由于儲(chǔ)層含氣，反演顯示為連續(xù)強(qiáng)異常。另外124.4測(cè)線(xiàn)AVD反演剖面表明，洼陷中部背斜帶有明顯高異常，構(gòu)造高點(diǎn)AVD異常最強(qiáng)，而鞍部AVD異常減弱乃至消失，反映出氣藏及儲(chǔ)層的分布受構(gòu)造因素影響較大。而未鉆遇氣層的井PR反演與AVD反演為弱異常。分析發(fā)現(xiàn)試氣獲工業(yè)氣流或測(cè)井解釋氣層的井其AVD異常值均大于1180，而測(cè)井未解釋氣層的井其AVD異常值均小于1180，因此將1180作為是否含氣的分界值：>1180計(jì)算含氣范圍之內(nèi)，<1180排除在含氣范圍之外。運(yùn)用AVD及PR反演，可以較有效地反映氣藏及儲(chǔ)層的空間展布。

由于陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣儲(chǔ)層主要為生物灰?guī)r，氣藏富集于生物灰?guī)r較為發(fā)育的水小隆起及斜坡，通過(guò)將氣藏AVD反演與生物灰?guī)r厚度疊合，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)生物氣的展布(圖4)。陽(yáng)信洼陷沙一段生物氣不僅具有氣藏東西連片、整盆含氣的局面，而且尚有不少生物灰?guī)r、砂巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，且構(gòu)造有利地區(qū)仍具有較大的天然氣勘探潛力。

圖4陽(yáng)信洼陷AVD反演疊合生物灰?guī)r厚度平面圖

4.3 勘探潛力評(píng)價(jià)

陽(yáng)信洼陷生物氣富集區(qū)塊如惠城鼻狀構(gòu)造帶傾沒(méi)端的陽(yáng)101 塊及商店披覆構(gòu)造帶的陽(yáng)16塊具有有利的構(gòu)造背景，發(fā)育了生物灘、砂壩等微相的良好儲(chǔ)層，并位于油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū)，已有多口井鉆遇氣層，并有3口井試氣獲得工業(yè)氣流，運(yùn)用COBEN氣藏描述技術(shù)及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分析，描述與預(yù)測(cè)了氣藏的展布，陽(yáng)信洼陷預(yù)測(cè)生物氣含氣面積164.5 km2，預(yù)測(cè)生物氣地質(zhì)儲(chǔ)量146.2×108m3，顯示了該區(qū)具有較大的勘探潛力。

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