板橋凹陷深層天然氣成藏機理分析

劉萍，馬建英 （中石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院，天津300280）

羅濤 （中石油大港油田分公司原油運銷公司，天津300280）

任仕超，王昌麗，白晶 （中石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院，天津300280）

通過對板橋凹陷油氣富集規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)縱向上，沙三段上部 （）以油藏為主，中下部（）為氣藏，出現(xiàn) “上油下氣”的油氣倒置分布的特征。筆者主要針對板橋次凹成藏研究存在的復雜問題，展開成藏機理分析。明確油氣來源，確定油氣充注時期，建立源儲關(guān)系及輸導體系，總結(jié)成藏模式，指導該區(qū)的評價。

1 勘探現(xiàn)狀及天然氣分布特征

板橋凹陷北起塘沽－長蘆潛山，南至沈青莊，西自滄東斷裂，東至濱海斷裂系，勘探面積700km2。整體上板橋次凹形態(tài)呈長條狀，與滄東斷裂平行，凹陷以北為陡坡，以南為凹陷向正向構(gòu)造單元過渡的大型斜坡構(gòu)造，砂體與斜坡背景相配置，形成了多種類型的巖性油氣藏。截止目前累計探明石油儲量4066×104t，天然氣儲量218．08×108m3，依據(jù)第3次資源評價結(jié)果，板橋次凹計算天然氣總資源量為1038．8×108m3，已探明儲量僅占21．06%，由此可見，該區(qū)深層還蘊藏著豐富的天然氣資源。

板橋次凹整體上被滄東斷層與大張坨斷層所夾持，依附于大張坨斷層下降盤的大型鼻狀構(gòu)造，東西向以增福臺淺鞍相隔，西側(cè)為沈青莊構(gòu)造，東側(cè)為大張坨斷鼻構(gòu)造，并沿斷層伸向歧口主凹，完整的構(gòu)造背景利于天然氣成藏。

從宏觀沉積環(huán)境來看，研究區(qū)發(fā)育以小站物源為主的扇三角洲砂體，C5井鉆遇扇三角洲根部，砂層厚度達80m，主體A3井僅揭開Es3頂部，就見到35m厚油層，并且發(fā)育裂縫、粒間、粒內(nèi)等多種孔隙類型，孔隙度達13%～16%。位于三角洲前緣的C1井，砂層變薄，巖性變細，顆粒之間充填大量泥質(zhì)。板橋次凹主體北側(cè)為長蘆油田，南側(cè)為板南含油氣構(gòu)造，均發(fā)育大套厚油層，油層厚度達20～40m，產(chǎn)量10～30t，那么該區(qū)則位于2大含油區(qū)之間，沉積相帶有利，進一步證實了深層具有一定勘探潛力。

2 氣源巖特征及評價

2．1 有機質(zhì)類型

根據(jù)干酪根H／C和O／C原子比的統(tǒng)計，板橋次凹烴源巖干酪根主要以Ⅱ－Ⅲ型為主，Es3熱解資料統(tǒng)計看出，Es13烴源巖干酪根以Ⅱ1－Ⅱ2型，偏腐泥型為主；而Es23、Es33烴源巖干酪根以Ⅱ2－Ⅲ型為主，偏腐殖型，有利于天然氣藏的形成 （圖1）。

2．2 有機質(zhì)豐度及演化程度

通過對板橋次凹暗色泥巖有機碳質(zhì)量分數(shù)w（TOC）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明［1］，板橋凹陷沙一段 （Es1）w （TOC）主要 集 中 在 0．5% ～1．5%，平 均 為 0．9%；氯仿瀝青 “A”質(zhì)量分數(shù)大于0．1%僅占13%。沙二段 （Es2）w （TOC）偏低，平均為0．75%，主要集中分布在0．5%～1．0%區(qū)域；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)大于0．1%占44%；Es3烴源巖w（TOC）平均值為1．15%， 大 于 1．0% 的樣品達54%；氯仿瀝青 “A”質(zhì)量分數(shù)大于0．1%達到58%。綜合認為，Es3烴源巖為板橋主力烴源層，而Es1、Es2具備了生烴能力的良好烴源層。

在有機質(zhì)豐度和類型確定之后，有機質(zhì)成熟度就成為烴源巖能否生成大量石油或天然氣的關(guān)鍵［2］。從分析情況來看，研究區(qū)烴源巖埋深在3000m左右，鏡質(zhì)體反射率Ro達到0．5%，烴源巖開始進入生烴門限；當埋深近4000m時，Ro超過0．7%，源巖進入成熟階段，達到生油高峰期；在深度大于4800m時，烴源巖進入高成熟階段，有機質(zhì)進入熱裂解生濕氣階段，并伴生凝析油；埋深超過5500m時，Ro大于2．0%，有機質(zhì)演化進入過成熟階段，開始高溫生成干氣。

圖1 干酪根母質(zhì)類型評價

3 油氣來源與成藏期次分析

3．1 油氣來源

1）原油類型劃分及油－源對比 該區(qū)天然氣主要為油溶氣 （原油伴生氣），油溶氣遍布各個含油層位。為了確切了解油氣來源，必須進行油－油、油－巖對比，確定它們之間的親緣關(guān)系。綜合運用板橋地區(qū)原油生物標志物特征，將該區(qū)原油劃分為2大類——低成熟型 （B1）、成熟型 （B2），其中B1類原油Pr／Ph值一般大于1．5；一般Ts豐度低于Tm；伽馬蠟烷含量較低；規(guī)則甾烷呈 “L”形；C29規(guī)則甾烷的異構(gòu)化指數(shù)低。說明其對應源巖沉積時的環(huán)境偏氧化，水體較淡，原油成熟度較B2類原油低。B2類原油Pr／Ph值一般大于1．5；一般Ts豐度高于Tm；伽馬蠟烷含量較低；規(guī)則甾烷呈 “L”形；C29規(guī)則甾烷的異構(gòu)化指數(shù)高，原油成熟度較B1類原油高 （圖2）。B1、B2類原油生標參數(shù)差異較小，二者僅在成熟度上差異明顯，B1類原油C29甾烷ααα－20S／（20S＋20R）小于0．4，B2類原油該值大于0．4，表明二者同源不同期。

圖2 原油類型劃分及油－源對比

從坐標特征來看，B1、B2類原油的生標特征和Es3源巖的生標特征相似，與沙一下亞段 （EsL1）的源巖差別很大，應該來自于Es3源巖 （圖2），B2類原油的成熟度比B1類原油的高，說明B1類原油是Es3源巖早期生成的原油，在構(gòu)造演化過程中沿著斷層向上運移在上覆地層中成藏；而B2類原油生成時間比B1原油晚，為Es3晚期所生。

2）天然氣成因類型及氣－源對比 利用碳同位素與氣源巖成熟度關(guān)系對比 （表1），進行氣源對比。依據(jù)戴金星、國建英等不同類型天然氣回歸方程計算相應烴源巖的Ro值。油型氣：δ13C1＝15．8×lgRo－42．2；混合氣和煤型氣：δ13C1＝18．009×lgRo－44．36。

通過計算結(jié)果表明：板橋凹陷混合型氣、油型氣Ro值為0．68%～1．22%，較板橋凹陷Es1烴源巖成熟度稍高，與板橋凹陷Es3源巖Ro相近，為成熟階段原油伴生氣 （圖3）。

表1 板橋次凹天然氣成因類型劃分

圖3 實測烴源巖Ro與計算Ro比較

3．2 天然氣充注期次

A7井為板橋次凹鉆遇Es33的唯一重要的深探井，通過對A7井Es33細砂巖儲層樣品，進行包裹體的測溫實驗［3～5］，流體包裹體的均一溫度主要分布在115～155℃，大部分在125～155℃之間。均一溫度的分布主要有2個峰值區(qū)，一個是130～135℃，另一個是145～155℃，說明油氣流體具有2期充注的特征。根據(jù)已測定的流體包裹體數(shù)據(jù)，結(jié)合沉積埋藏史、熱史資料，初步認為油氣充注有2期：第1期是沙河街組－東營組 （Es1－Ed）沉積時期，對應的流體包裹體均一溫度為125～140℃；第2期為明化鎮(zhèn)組 （Nm）沉積時期至現(xiàn)今，對應的流體包裹體均一溫度為145～155℃ （圖4）。

圖4 A7井埋藏史與熱史模擬

從A7井的壓力演化可以看出，存在2個超壓區(qū)域，一是Es3地層在Es1－Ed沉積末期出現(xiàn)超壓。二是深層Es3和Es2在Nm開始沉積時期，產(chǎn)生超壓，壓力系數(shù)較大。超壓的形成推測與烴源巖生烴導致的流體熱增壓有關(guān)，2期超壓分別對應2次生排烴過程，其中Nm沉積初期產(chǎn)生的超壓對應著生排烴高峰期。

圖5 板橋次凹成藏模式

3．3 成藏模式

綜合利用相關(guān)資料，建立近源－斷裂輸導－多期充注成藏模式［6，7］。Es1－Ed沉積時期Es3烴源巖開始排烴，導致的流體熱增壓，此時大張坨及板橋斷裂活動較強，在超壓動力下沿斷裂垂向運移至Es1、Ed成藏只在自身形成小規(guī)模油氣聚集；Nm沉積時期，該區(qū)接受沉積并快速埋深，Es3烴源巖在主凹帶進入生氣門限，生成大量油氣導致地層普遍出現(xiàn)超壓，此時大張坨、板橋斷裂不活動，存在流體壓力封存系統(tǒng)，促使天然氣進入巖性砂體內(nèi)，形成晚期的天然氣藏，早期形成巖性油藏發(fā)生氣侵，形成凝析氣藏。

4 天然氣成藏主控因素及有利區(qū)帶優(yōu)選

在建立板橋凹陷成藏模式基礎上，總結(jié)出了該區(qū)油氣富集三大主控因素［8］：近源、優(yōu)相、超壓。①近源：靠近烴源巖生烴中心，Ro大于1．2%烴源巖進入高成熟演化階段，開始大量生氣，天然氣短距離運移就近成藏。②優(yōu)相：有利的沉積相帶控制著儲層的物性。③超壓：油氣運聚動力，同時Es3的超壓形成流體封存箱。而板橋次凹Es3烴源巖演化程度高，具有超壓特點，發(fā)育扇三角洲大型砂體，疊合3種控制因素，因此板橋凹陷Es3可作為勘探有利區(qū)帶。

結(jié)合油氣富集主控因素分析，證實板橋次凹深層還蘊藏著豐富天然氣資源，通過地震剖面砂體識別，明確了受控于小站物源，3支砂體帶相互疊置，東部主砂體帶分布穩(wěn)定，面積大。沿板橋次凹長軸方向地震剖面表現(xiàn)出，Es2＋33內(nèi)幕反射西部沈青莊向凹陷區(qū)逐漸呈楔形收斂特征，在板橋東翼沿滄東斷層發(fā)育多個具有丘狀反射外形的異常體，相位不連續(xù)，為低頻強振幅特征，優(yōu)選板橋凹陷東部主砂體區(qū)為首選目標。

5 結(jié) 論

1）母質(zhì)類型好，Es2＋33以腐植型有機質(zhì)為主，對天然氣的形成有利，并且Es3烴源巖有機質(zhì)豐度高，演化程度高，資源豐富。

2）該區(qū)油氣主要來自Es3烴源巖，分2期充注，早期以低熟油為主，在中淺層富集成藏，晚期以成熟－高熟天然氣為主，在深層巖性圈閉聚集成藏。

3）建立近源－斷裂疏導－多期充注成藏模式，為深層天然氣勘探提供部署依據(jù)。

4）疊合近源、優(yōu)相、超壓3種控制因素，優(yōu)選板橋凹陷Es2＋33深層天然氣作為勘探有利區(qū)帶。

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