松南長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)氣成因類(lèi)型及分布特征

陳杰，徐翰，汪新文，劉劍平

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

0 引言

長(zhǎng)嶺斷陷位于松遼盆地中央拗陷區(qū)南部，在其常規(guī)油氣勘探過(guò)程中，斷陷內(nèi)已探獲許多無(wú)機(jī)成因的CO2、高含CO2或較純CO2氣藏，如早期發(fā)現(xiàn)的紅崗、乾安氣藏，近期發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)深2，4，6井區(qū)氣藏，長(zhǎng)深7、孤6、孤7、孤9、孤12井區(qū)氣藏等。這些氣藏的發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)松南及長(zhǎng)嶺斷陷內(nèi)烴類(lèi)氣藏中CO2氣含量變化及對(duì)烴類(lèi)氣勘探開(kāi)發(fā)的作用和影響，及對(duì)CO2氣體(可能伴生的He氣等)的成藏越來(lái)越關(guān)注。長(zhǎng)嶺斷陷是形成CO2氣藏，開(kāi)展相應(yīng)研究的有利地區(qū)之一。但總體來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)嶺斷陷地區(qū)對(duì)無(wú)機(jī)成因氣的研究起步較晚，勘探研究程度較低，對(duì)其成藏規(guī)律了解較少，限制了長(zhǎng)嶺斷陷油氣勘探的部署。該文分析了長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)氣成因類(lèi)型及分布特征，可為該區(qū)塊下一步勘探方向提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域概況

長(zhǎng)嶺斷陷位于松遼盆地中央拗陷區(qū)南部，向北為常家圍子-古龍斷陷，向南為西南隆起區(qū)，向西為西部斜坡帶，向東為東南隆起區(qū)。平面上呈“U”字型向北延伸，其他3個(gè)方向均為隆起區(qū)(圖1)。區(qū)內(nèi)發(fā)育有若干組不同方向斷層，其中斷陷南北兩側(cè)邊界受NW向斷層控制，中部也發(fā)育NW向斷層(或構(gòu)造)；NNE—NE向斷層控制了斷陷的展布、沉積-沉降中心。深大斷裂在該區(qū)也非常發(fā)育，主要包括北部乾安次凹中的乾安深斷層、大安深斷層，南部長(zhǎng)嶺次凹中的長(zhǎng)嶺深斷層、達(dá)爾罕深斷層等，其對(duì)淺部及后期的構(gòu)造、沉積、變形等起控制作用。

基底具雙層基底,下部為前寒武系中深度變質(zhì)巖系和片麻狀花崗巖,上部由古生代淺變質(zhì)巖系和花崗巖構(gòu)成。長(zhǎng)嶺斷陷發(fā)育斷陷構(gòu)造-沉積和坳陷構(gòu)造-沉積雙層結(jié)構(gòu)，下部為受斷層控制比較顯著的斷陷結(jié)構(gòu)，上部為受熱沉降控制、斷層不太發(fā)育的凹陷性結(jié)構(gòu)，其中斷陷層系厚度約5000m，坳陷層系厚度約3000m，局部沉積中心的斷-坳蓋層沉積厚度大于10000m。斷陷層由上到下包括登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組和火石嶺組地層，坳陷層為泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組及其上的古近紀(jì)、新近紀(jì)地層等。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖(據(jù)逄海明，2007年)

區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)十分強(qiáng)烈，發(fā)育了大量的火山巖，早期火山巖主要包括火石嶺組、營(yíng)城組火山巖，新近紀(jì)在部分鉆井中發(fā)現(xiàn)一些火山巖(如乾124井)?；鹕交顒?dòng)可劃分為7個(gè)火山噴發(fā)旋回、若干活動(dòng)期次?；鹕綆r以高鉀-中鉀鈣堿性為主，其次為中鉀鈣堿性系列和鉀玄武巖系列。該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)也十分強(qiáng)烈，發(fā)育大量深源玄武巖(帶)、地震活動(dòng)比較強(qiáng)烈。

2 無(wú)機(jī)氣成因類(lèi)型

對(duì)于無(wú)機(jī)成因和有機(jī)成因氣的鑒別研究，我國(guó)走在世界前列[4-11]。CO2碳同位素特征是判別CO2氣成因的最重要證據(jù)之一。戴金星等在綜合了大量國(guó)內(nèi)外二氧化碳有關(guān)鑒別的數(shù)據(jù)后，得出無(wú)機(jī)成因δ13Cco2值大于-8×10-3，主要分布于(-8～3)×10-3。而有機(jī)成因的CO2的δ13Cco2值小于-10×10-3，有機(jī)和無(wú)機(jī)的CO2的δ13Cco2值的重疊區(qū)域?yàn)?-10～-8)×10-3，氣體組分中CO2含量達(dá)60%以上的氣體均為無(wú)機(jī)成因。

無(wú)機(jī)成因CO2又可分為碳酸鹽巖熱分解形成的CO2和巖漿-幔源成因的CO2。無(wú)機(jī)成因CO2中，碳酸鹽巖受熱分解形成的CO2的δ13Cco2值大多在(0～3)×10-3，而巖漿-幔源成因的CO2的δ13Cco2值多在(-8～2)×10-3[6]。由于這2種成因CO2的碳同位素值互相重疊，利用CO2的碳同位素不能區(qū)分這2種無(wú)機(jī)成因的CO2，但利用與CO2伴生的稀有氣體氦同位素可以區(qū)分這2種成因，碳酸鹽巖熱分解成因中伴生的氦表現(xiàn)出殼源氦的同位素特征，

其中，α、β是方程一和方差二的待估計(jì)系數(shù)．i=1，2，3…N表示銀行數(shù)目，t=1，2，3…T表示時(shí)間，ε為隨機(jī)干擾項(xiàng)．

R/Ra<0.1，而幔源氦的同位素非常重，其R/Ra>1。

據(jù)對(duì)長(zhǎng)嶺斷陷CO2氣分析(表1)，松南氣田的YS1，YS101，YP1，YP7，YS2，CS1，CS1-1，CS1-2，CS2，CS6井的δ13Cco2值均大于-8×10-3，均為無(wú)機(jī)成因，而東嶺氣田的SN101，SN180井的13Cco2值均小于-10×10-3，屬于有機(jī)成因。在區(qū)分無(wú)機(jī)成因類(lèi)型時(shí)，長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)成因CO2氣體中R/Ra值均大于1，因此長(zhǎng)嶺斷陷的無(wú)機(jī)成因CO2應(yīng)都屬于巖漿-幔源成因。

表1 長(zhǎng)嶺斷陷CO2氣地化參數(shù)

3 無(wú)機(jī)成因氣分布特征

該文綜合收集長(zhǎng)嶺斷陷地區(qū)鉆井氣測(cè)資料，對(duì)涉及無(wú)機(jī)成因CO2氣含量的分布進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)(圖2)，可以大致看到長(zhǎng)嶺斷陷目前為止在油氣勘探中測(cè)定的無(wú)機(jī)成因CO2氣的平面展布特征。

圖2 長(zhǎng)嶺斷陷不同含量CO2氣分布圖

3.1 長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)成因氣平面展布特征

根據(jù)CO2氣百分含量的大小，長(zhǎng)嶺斷陷可劃分為以下分布區(qū)：

(1)高含CO2氣區(qū)。其百分含量在90%以上，主要包括：乾安次凹北部長(zhǎng)山鎮(zhèn)以北地區(qū)，以古深1井、新2井為代表。其中古深1井中測(cè)得CO2為94%，新2井中測(cè)得CO2含量為93.1%；大情字井地區(qū)，以長(zhǎng)深6井、長(zhǎng)深4井、長(zhǎng)深2井等為代表，平均CO2含量都在90%以上，總體表現(xiàn)有NNE—NE向展布的趨勢(shì)；孤店地區(qū)，以長(zhǎng)深7井、孤6井、孤9井為代表，CO2含量分別為98%，90.2%和89.73%。

(2)中高含CO2氣區(qū)。其百分含量在70%～90%之間。長(zhǎng)嶺斷陷內(nèi)僅一個(gè)地區(qū)表現(xiàn)為比較顯著的該區(qū)段的CO2含量，即乾安地區(qū)，以乾深1(75.5%～80.73%)、乾深2(78.5%)、乾深8(82.5%)、乾深10(80.73%)、乾深11(95.73%)、乾198(95.39%)和乾199井(70.4%)等為代表，主要位于乾安次凹南部，總體表現(xiàn)出NNW至近SN向展布。

(3)中低含CO2氣區(qū)。其百分含量一般在20%～50%之間，而以20%～30%為多。長(zhǎng)嶺斷陷內(nèi)主要發(fā)育在2個(gè)地區(qū)：①紅崗地區(qū)，以紅119井(17.61%)、紅7井(15%～35%)、紅150井(16%)、紅75井(60.5%)等為代表。該區(qū)井位點(diǎn)較少，從區(qū)域展布趨勢(shì)上看可能與紅崗-大安次凹展布方向一致，以NNE向?yàn)橹?；②腰英臺(tái)-達(dá)爾罕地區(qū)，以長(zhǎng)深1(27.2%)、長(zhǎng)深1-1(16.06%～23.05%)、長(zhǎng)深103(12%～31%)、腰深1(20.74%)、腰深2(27.96%)、腰深101(24.21%)、腰深102(24.99%～33.9%)、腰平1(24.64%)、DB11井(26.95%)等為代表，該地區(qū)尤以20%～30%的含量為主。其展布方向以近SN向?yàn)橹鳌?/p>

(4)低含CO2氣區(qū)。其百分含量一般在百分之幾至百分之零點(diǎn)幾。主要包括：①長(zhǎng)嶺縣附近及以南的龍鳳構(gòu)造、雙龍構(gòu)造及東嶺構(gòu)造區(qū)等，以龍深1(1.2%)、雙深1(1.07%)、SN182(0.18%)、SN101(0.46%)、SN115(0.5%)等井為代表，總體也表現(xiàn)為近SN向展布，與構(gòu)造線方向一致。②化昌-前七號(hào)地區(qū)，以SN302，DB10井等為代表；③長(zhǎng)嶺斷陷西部的華興鎮(zhèn)-楊家店(Ⅱ)區(qū)，以SN190、長(zhǎng)深3井等為代表。

整體來(lái)講，上述CO2含量分區(qū)的劃分只是按照趨勢(shì)大致劃分的，而且在整個(gè)含量區(qū)內(nèi)也有一些例外情況，如在孤店高含量區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)深7井(10%～60%)、中高含量乾安地區(qū)的乾198井(95.39%)、低含量地區(qū)的SN109井(25.94%)等，因此除上述CO2含量所表現(xiàn)出的一定規(guī)律特征外，其展布還表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。

3.2 長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)成因氣縱向分布特征

長(zhǎng)嶺斷陷無(wú)機(jī)成因氣主體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)地層中，巖性有火山巖和碎屑巖。

(1)長(zhǎng)嶺斷陷北部次凹(乾安次凹)內(nèi)的產(chǎn)出層位較高，主要以泉頭組及其上的青山口組為主。如，乾安次凹北部的紅崗地區(qū)CO2氣的產(chǎn)出層位為青山口組二、三段碎屑巖，層位最高；大安地區(qū)、乾安地區(qū)和孤店地區(qū)的產(chǎn)出層位為泉頭組四段碎屑巖。總體來(lái)看，長(zhǎng)嶺斷陷北部乾安次凹內(nèi)的二氧化碳?xì)猱a(chǎn)出層位以較高、較新的坳陷期沉積地層(泉頭組、青山口組等)為主，且以碎屑巖儲(chǔ)集層為主。

(2)長(zhǎng)嶺斷陷南部的長(zhǎng)嶺子次凹內(nèi)的無(wú)機(jī)二氧化碳?xì)猱a(chǎn)出層位以斷陷期營(yíng)城組火山巖為主，少量為登婁庫(kù)組。如高含CO2氣的中石油大情字井地區(qū)，產(chǎn)出層位基本上為下白堊統(tǒng)營(yíng)城組，以火山巖為主，如長(zhǎng)深2井、長(zhǎng)深4井、長(zhǎng)深6井等；中低含CO2氣的中石油、中石化腰英臺(tái)地區(qū)，產(chǎn)出層位也是營(yíng)城組火山巖，如長(zhǎng)深1井、腰深1井、腰深2井、腰深101井、DB11井等。另外部分井中也看到了少量登婁庫(kù)組的產(chǎn)出層位，如長(zhǎng)深2井、長(zhǎng)深4井、長(zhǎng)深103井和長(zhǎng)深1-3井等，但這些井也是下部為營(yíng)城組火山巖產(chǎn)出層位，上部為登婁庫(kù)組碎屑巖產(chǎn)出層位，而且，登婁庫(kù)組內(nèi)的二氧化碳含量相當(dāng)?shù)停话悴怀^(guò)1%。

腰英臺(tái)附近的油氣井中，如CS1-3,營(yíng)城組的CO2含量高達(dá)97.4%，而登婁庫(kù)組的CO2含量?jī)H為0.37%，再如YS102，營(yíng)城組的CO2含量也達(dá)到了24.75%，但是登婁庫(kù)組的CO2含量?jī)H為2.17%，分析認(rèn)為可能是營(yíng)城組之上的蓋層有效的封蓋了后期充注的無(wú)機(jī)成因CO2，使其不能進(jìn)入登婁庫(kù)組。但是YS101井登婁庫(kù)組CO2含量為18.78%，而其營(yíng)城組CO2含量是24.21%，還有CS2井兩者CO2含量也比較接近，分析可能是YS101井靠近達(dá)爾罕斷裂，分支斷裂比較發(fā)育，CS2井靠近乾安大斷裂，聯(lián)通了營(yíng)城組和登婁庫(kù)組，使得兩者CO2含量相差不大，但是登婁庫(kù)組的CO2含量要比營(yíng)城組低一點(diǎn)，說(shuō)明CO2在沿著斷裂往上沖的過(guò)程中逐漸被消耗，所以越高部位含量越少。

總體來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)嶺斷陷南部的長(zhǎng)嶺次凹的產(chǎn)出層位以較低、較老的斷陷期(營(yíng)城組)儲(chǔ)層為主，且以火山巖儲(chǔ)層為主。通過(guò)以上比較可以看出，長(zhǎng)嶺次凹南北2個(gè)次凹中CO2產(chǎn)出層位顯著不同。

(3)從CO2含氣量沿縱向不同井段的變化情況來(lái)看，也表現(xiàn)出一定的規(guī)律性?？傮w來(lái)看，各井中CO2含量從上向下逐漸(或突然)呈增加趨勢(shì)。如長(zhǎng)深1-2井，121井段的CO2含量為21%～28%，而126井段為59%～73%；長(zhǎng)深2,4,6井等高含CO2氣的井中也表現(xiàn)出這樣特征。

但也有部分井段例外，如長(zhǎng)深1井，65-66井段為27%左右，而在72井段處變成了百分之十幾到零點(diǎn)幾。因此可以看出，二氧化碳在縱向分布除上述一定規(guī)律外也表現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。

4 結(jié)論

(1)地化參數(shù)分析表明，松南氣田的YS1，YS101，YP1，YP7，YS2，CS1，CS1-1，CS1-2，CS2，CS6井的δ13Cco2值均大于-8×10-3，且CO2氣體中R/Ra值均大于1，均為無(wú)機(jī)成因，且都屬于巖漿-幔源成因。而東嶺氣田的SN101，SN180井的δ13Cco2值均小于-10×10-3，屬于有機(jī)成因。

(2)長(zhǎng)嶺斷陷高含CO2氣區(qū)包括乾安次凹北部長(zhǎng)山鎮(zhèn)以北地區(qū)、大情字井地區(qū)和孤店地區(qū)，其中百分含量在90%以上。中高含CO2氣區(qū)僅包括乾安地區(qū)，其百分含量在70%～90%之間，主要位于乾安次凹南部，總體表現(xiàn)出NNW—近SN向展布。中低含CO2氣區(qū)包括有紅崗地區(qū)和腰英臺(tái)-達(dá)爾罕地區(qū)為主，其百分含量一般在20%～50%之間，其展布方向以近SN向?yàn)橹?。低含CO2氣區(qū)，主要包括:①長(zhǎng)嶺縣附近及以南的龍鳳構(gòu)造、雙龍構(gòu)造及東嶺構(gòu)造區(qū)等，總體也表現(xiàn)為近SN向展布，與構(gòu)造線方向一致；②化昌-前七號(hào)地區(qū)；③長(zhǎng)嶺斷陷西部的華興鎮(zhèn)-楊家店(Ⅱ)區(qū)。

(3)長(zhǎng)嶺斷陷北部次凹(乾安次凹)內(nèi)的產(chǎn)出層位較高，主要以泉頭組及其上的青山口組為主。南部的長(zhǎng)嶺次凹內(nèi)的無(wú)機(jī)二氧化碳?xì)猱a(chǎn)出層位以斷陷期營(yíng)城組火山巖為主，少量為登婁庫(kù)組。南北2個(gè)次凹中的CO2產(chǎn)出層位顯著不同。

(4)總體來(lái)看，多數(shù)井中CO2含量從上向下逐漸(或突然)呈增加趨勢(shì)。

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