南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素

戚金花

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南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素

戚金花

(大慶油田有限責(zé)任公司 第三采油廠，黑龍江 大慶 163113 )

為研究南堡凹陷天然氣成藏分布規(guī)律，在天然氣藏類型及分布特征研究的基礎(chǔ)上，分析天然氣分布與成藏條件之間空間匹配關(guān)系，研究南堡凹陷天然氣成藏模式及其主控因素.結(jié)果表明：南堡凹陷天然氣存在4種成藏模式：源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導(dǎo)斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲(chǔ)層發(fā)育共同控制；源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導(dǎo)斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制；源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制；源外邊部斷裂輸導(dǎo)深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制.該結(jié)論對(duì)指導(dǎo)南堡凹陷天然氣勘探具有指導(dǎo)意義.

成藏模式； 主控因素； 天然氣； 聚集； 南堡凹陷

0 引言

南堡凹陷是渤海灣盆地北部的一個(gè)新生代斷陷，總體上具有北斷南超的箕狀斷陷特征，凹陷面積為1 920 km2.該凹陷由下至上發(fā)育古近系沙河街組(Es)、東營組(Ed)、新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)及第四系.目前，南堡凹陷已有數(shù)口井見到天然氣顯示，天然氣從下伏基巖至上覆明化鎮(zhèn)組有分布；但天然氣富集程度相對(duì)較低，并且不同構(gòu)造天然氣分布層位和富集數(shù)量明顯存在差異，除與它所處構(gòu)造天然氣本身成藏條件不同有關(guān)外，還與不同構(gòu)造天然氣成藏模式及主控因素也不同有關(guān).

人們對(duì)南堡凹陷油氣成藏條件及主控因素進(jìn)行研究和探討，主要是從源巖、斷裂、運(yùn)移路徑、斷蓋配置和成藏主控因素及模式等方面.根據(jù)烴源巖地球化學(xué)特征，在南堡凹陷由下至上發(fā)現(xiàn)沙河街組三段和一段兩套烴源巖[1-4]，生烴能力較強(qiáng).研究區(qū)共發(fā)育6套斷裂系統(tǒng)[5-7]，在成藏關(guān)鍵期，活動(dòng)的長期斷裂(Ⅴ型和Ⅵ型斷裂)對(duì)油氣起到垂向輸導(dǎo)通道作用，其他類型斷裂起側(cè)向遮擋作用；在斷裂靜止期，所有斷裂起側(cè)向遮擋作用.在油氣運(yùn)移過程中，油源、正向構(gòu)造、高砂地比地層是油氣運(yùn)移的有利區(qū)[8-10]；同時(shí)，還要受到斷裂斷距和被斷裂破壞蓋層的共同控制[11-14].付廣等[13]提出斷接厚度的概念，當(dāng)某一套蓋層的斷接厚度大于其封氣下限時(shí)，油氣在蓋層下部分布；當(dāng)斷接厚度小于其封氣下限時(shí)，油氣在蓋層上下分布.羅群等[15]提出南堡凹陷隱蔽圈閉為隱蔽油氣藏形成提供空間，輸導(dǎo)體系溝通油源和隱蔽圈閉并為隱蔽圈閉輸送油氣，烴源巖供給成熟油氣，3個(gè)基本要素在時(shí)空上形成有利的三維一體關(guān)系，導(dǎo)致隱蔽油氣藏的形成.朱光有等[16]提出烴源巖、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、輸導(dǎo)斷裂、圈閉類型和蓋層等成藏要素匹配較好，成藏期較晚是南堡凹陷油氣富集的關(guān)鍵因素.付廣等[17]提出南堡凹陷東一段油氣成藏主要受油源斷裂、蓋層匹配關(guān)系、砂地比和有效圈閉等4個(gè)因素的控制；源巖生成的油氣沿輸導(dǎo)斷裂向上運(yùn)移，穿過東營組二段泥巖蓋層且被館陶組三段火山巖蓋層封閉，向砂地比大于20%的地層中運(yùn)移，并且在油源斷裂附近的正向圈閉中聚集成藏.

針對(duì)天然氣成藏規(guī)律的研究相對(duì)較少，對(duì)天然氣成藏模式及主控因素研究相對(duì)薄弱，不利于南堡凹陷天然氣勘探.在天然氣藏類型及分布特征研究的基礎(chǔ)上，筆者分析天然氣分布與成藏條件之間空間匹配關(guān)系，開展南堡凹陷天然氣成藏模式及主控因素的研究，為認(rèn)識(shí)天然氣分布規(guī)律和油氣勘探提供指導(dǎo).

1 天然氣藏類型及分布規(guī)律

南堡凹陷西部的天然氣明顯較東部的富集，西部的南堡1號(hào)、5號(hào)、老爺廟和高尚堡構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的氣流井?dāng)?shù)，明顯較東部的南堡2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的氣流井?dāng)?shù)多(見圖1).南堡凹陷天然氣藏的類型主要是斷層遮擋形成的斷層氣藏.天然氣在縱向上從下伏基巖至上覆明化鎮(zhèn)組分布，其中以東營組含氣層位最多，其次是沙河街組和館陶組，再次是基巖，最少為明化鎮(zhèn)組(見圖2).不同構(gòu)造天然氣分布層位和含氣層數(shù)是不同的，基巖天然氣主要分布于南堡1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)構(gòu)造，其中以南堡2號(hào)構(gòu)造天然氣含氣層數(shù)相對(duì)較多，南堡1號(hào)和3號(hào)構(gòu)造含氣層數(shù)相對(duì)較少.沙河街組天然氣主要分布于南堡3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和高尚堡構(gòu)造，其中以高尚堡構(gòu)造含氣層數(shù)相對(duì)較多，其次是南堡3號(hào)和5號(hào)構(gòu)造，最少為南堡4號(hào)構(gòu)造.東營組天然氣主要分布于南堡1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、老爺廟和高尚堡構(gòu)造，其中1號(hào)、5號(hào)和老爺廟構(gòu)造含氣層數(shù)相對(duì)較多，其次是南堡2號(hào)構(gòu)造和高尚堡構(gòu)造.館陶組天然氣主要分布于南堡1號(hào)、2號(hào)、老爺廟和高尚堡構(gòu)造，其中以南堡1號(hào)構(gòu)造含氣層數(shù)相對(duì)較多，其次是老爺廟構(gòu)造、南堡2號(hào)，高尚堡構(gòu)造含氣層數(shù)相對(duì)較少.明化鎮(zhèn)組天然氣主要分布于南堡1號(hào)、老爺廟和高尚堡構(gòu)造，含氣層數(shù)較少(見圖2).

圖1 南堡凹陷源巖、輸導(dǎo)斷裂和天然氣分布關(guān)系

圖2 南堡凹陷不同構(gòu)造天然氣分布層位Fig.2 Distribution layers of natural gas in different structures of Nanpu depression

2 天然氣成藏模式及其主控因素

雖然南堡凹陷不同構(gòu)造天然氣分布層位和含氣層數(shù)不同，但是天然氣來自沙河街組三段或一段源巖.由于不同構(gòu)造、不同層位天然氣聚集的斷層圈閉與沙河街組三段或一段氣源巖之間的空間位置關(guān)系不同，天然氣在不同構(gòu)造聚集層位也不同，天然氣成藏模式及主控因素也不同.研究已知?dú)饩馄屎筒煌瑯?gòu)造、不同層位天然氣藏，以及與沙河街組三段或一段源巖之間空間位置關(guān)系，南堡凹陷天然氣成藏存在4種模式.

2.1 源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—淺層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡1號(hào)構(gòu)造中—淺層(見圖3).南堡1號(hào)構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于館陶組四段—東營組一段.由圖1可以看出，南堡1號(hào)構(gòu)造位于沙河街組三段或一段源巖區(qū)；目的儲(chǔ)層與下伏沙河街組三段或一段源巖之間被多套泥巖層相隔，沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣無法通過地層孔隙，不能直接向上覆館陶組四段—東營組一段目的層中運(yùn)移，只能通過斷裂，才能使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣運(yùn)移至上覆館陶組三段—東營組一段目的儲(chǔ)層.三維地震資料解釋成果表明，南堡1號(hào)構(gòu)造館陶組四段—東營組一段斷裂發(fā)育，但不是均可成為沙河街組三段或一段源巖生成天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運(yùn)移的輸導(dǎo)斷裂；只有連接沙河街組三段或一段源巖和館陶組四段—東營組一段目的儲(chǔ)層，且在沙河街組三段或一段源巖大量排烴期—東營組沉積末期或明化鎮(zhèn)組沉積中期活動(dòng)的斷裂[18]，才能成為沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運(yùn)移的輸導(dǎo)斷裂.只有早期伸展—中期伸展走滑—晚期反轉(zhuǎn)和中期伸展走滑—晚期反轉(zhuǎn)兩類斷裂,才能成為沙河街組三段或一段源巖生成天然氣向上覆館陶組四段—東營組一段運(yùn)移的輸導(dǎo)斷裂[7].由圖3(a)可以看出，南堡1號(hào)構(gòu)造發(fā)育2條輸導(dǎo)斷裂，下伏沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿著2條輸導(dǎo)斷裂向上覆地層運(yùn)移.由于其上東營組泥巖蓋層斷接厚度小于其封氣下限，天然氣將穿過東營組泥巖蓋層繼續(xù)向上運(yùn)移[13]，當(dāng)遇到館陶組三段火山巖蓋層時(shí)，館陶組三段火山巖蓋層厚度相對(duì)較大，斷接厚度為208 m，大于其封氣下限——150～180 m，天然氣不能穿過館陶組三段火山巖蓋層向上運(yùn)移，主要在其下發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，即館陶組三段火山巖蓋層斷接厚度大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

圖3 南堡凹陷天然氣成藏模式Fig.3 Modes of natural gas accumulation in Nanpu depression

南堡1號(hào)構(gòu)造東營組二段—沙河街組儲(chǔ)層發(fā)育，砂地比大于20%(見圖4(a))[10]，有利于天然氣側(cè)向分流聚集.天然氣只能在館陶組四段—東營組一段儲(chǔ)層發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，在輸導(dǎo)斷裂附近的斷裂遮擋圈閉中聚集成藏(見圖3(a)).分析南堡1號(hào)構(gòu)造天然氣成藏過程，源內(nèi)中—淺層斷裂輸導(dǎo)斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：輸導(dǎo)斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲(chǔ)層發(fā)育共同控制天然氣聚集層位；輸導(dǎo)斷裂附近斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.2 源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—深層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡5號(hào)構(gòu)造中—深層(見圖3(b)).南堡5號(hào)構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于東營組二段—沙河街組.由圖1可以看出，南堡5號(hào)構(gòu)造也位于沙河街組三段或一段源巖區(qū)；目的儲(chǔ)層與下伏沙河街組三段或一段源巖之間也被多套泥巖層相隔，沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣也只能通過輸導(dǎo)斷裂，才能向目的層運(yùn)移.由圖3(b)可以看出，南堡5號(hào)構(gòu)造發(fā)育5條輸導(dǎo)斷裂，下伏沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿著5條輸導(dǎo)斷裂向上覆地層運(yùn)移.由于其上東營組三段泥巖蓋層斷接厚度小于其封氣下限，東營組二段泥巖蓋層厚度相對(duì)較大，斷接厚度為165 m，大于其封氣下限——120～140 m，天然氣難以穿過東營組二段泥巖蓋層向上運(yùn)移，主要在其下發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，即東營組二段泥巖蓋層斷接厚度大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之,上下有天然氣分布.

圖4 南堡凹陷不同構(gòu)造、不同層位地層砂地比分布Fig.4 Distribution of sandstone ratio in different layers of different structures in Nanpu depression

南堡5號(hào)構(gòu)造東營組二段—沙河街組儲(chǔ)層發(fā)育，砂地比大于20%(見圖4(b))，有利于天然氣分流聚集.天然氣可以在東營組二段—沙河街組儲(chǔ)層發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，在輸導(dǎo)斷裂附近的斷裂遮擋形成的圈閉中聚集成藏(見圖3(b)).分析南堡5號(hào)構(gòu)造天然氣成藏過程，源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：輸導(dǎo)斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制天然氣聚集層位；輸導(dǎo)斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.3 源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)深—淺層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于老爺廟構(gòu)造(見圖3(c))，老爺廟構(gòu)造發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于中淺層，其深層不是沒有氣，而是目前井尚未鉆到.由圖1可以看出，老爺廟構(gòu)造也位于沙河街組三段或一段源巖區(qū)的邊部；目的層儲(chǔ)層與沙河街組三段或一段源巖不能直接接觸，只能通過輸導(dǎo)斷裂錯(cuò)斷，才能連接沙河街組三段或一段源巖與目的儲(chǔ)層，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導(dǎo)斷裂運(yùn)移至上覆目的儲(chǔ)層.由圖3(c)可以看出，老爺廟構(gòu)造發(fā)育2條輸導(dǎo)斷裂，連接目的儲(chǔ)層與下伏沙河街組三段或一段源巖，使沙河街組三段或一段生成的天然氣沿輸導(dǎo)斷裂向老爺廟構(gòu)造目的儲(chǔ)層運(yùn)移.由于老爺廟構(gòu)造3套蓋層厚度相對(duì)較小，東營組三段、二段和館陶組三段蓋層的斷接厚度分別為41、79、13 m，分別小于其封氣下限——90～120、120～150、150～180 m，天然氣將穿過3套蓋層向上運(yùn)移，可以在3套蓋層上下發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，即東營組三段、二段泥巖蓋層和館陶組三段火山巖蓋層斷接厚度分別大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

老爺廟構(gòu)造上下儲(chǔ)層發(fā)育，砂地比大于20%(見圖4(c))，有利于天然氣側(cè)向分流運(yùn)移聚集.天然氣可以在3套蓋層上下儲(chǔ)層中發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，在輸導(dǎo)斷裂附近的斷層遮擋圈閉中聚集成藏.分析老爺廟構(gòu)造天然氣成藏過程，源內(nèi)斷裂深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制天然氣聚集層位；輸導(dǎo)斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

2.4 源外邊部斷裂輸導(dǎo)深層斷層圈閉

該天然氣成藏模式主要分布于南堡2號(hào)、3號(hào)和高尚堡構(gòu)造深層(見圖3(d))，南堡2號(hào)、3號(hào)和高尚堡構(gòu)造已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于沙河街組—基巖，并且3個(gè)構(gòu)造位于沙河街組三段或一段源巖區(qū)外的邊部.由圖1可以看出，目的儲(chǔ)層與沙河街組三段或一段源巖不能直接連接，只能通過輸導(dǎo)斷裂錯(cuò)斷，才能使沙河街組三段或一段源巖與目的儲(chǔ)層側(cè)接，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導(dǎo)斷裂運(yùn)移至目的儲(chǔ)層.由圖3(d)可以看出，南堡3號(hào)構(gòu)造發(fā)育1條輸導(dǎo)斷裂，連接南堡3號(hào)構(gòu)造基巖、沙河街組目的儲(chǔ)層與沙河街組三段或一段源巖，使沙河街組三段或一段源巖生成的天然氣沿輸導(dǎo)斷裂向南堡3號(hào)構(gòu)造目的儲(chǔ)層中運(yùn)移.由于南堡3號(hào)構(gòu)造4套蓋層厚度相對(duì)較小，沙河街組二三段、一段、東營組三段和二段蓋層的斷接厚度分別為268、125、110、136 m，分別小于其封氣下限——470～480、130～150、90～120、120～140 m，天然氣將穿過4套蓋層向上運(yùn)移，在4套蓋層上下發(fā)生側(cè)向分流運(yùn)移，即沙河街組二三段、一段、東營組三段和二段泥巖蓋層斷接厚度分別大于封氣下限，其上無天然氣分布；反之，上下有天然氣分布.

南堡3號(hào)構(gòu)造位于源巖邊部，源巖供氣能力相對(duì)不足，南堡3號(hào)構(gòu)造各套儲(chǔ)層均發(fā)育，砂地比大于20%(見圖4(d))，有利于天然氣側(cè)向分流運(yùn)移聚集.天然氣只在距源最近的深部沙河街組和基巖儲(chǔ)層中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，在輸導(dǎo)斷裂附近的斷層遮擋圈閉中聚集成藏(見圖3(d)).南堡2號(hào)和高尚堡構(gòu)造天然氣成藏模式與南堡3號(hào)構(gòu)造相同.分析南堡3號(hào)構(gòu)造深層天然氣成藏過程，源外邊部斷裂輸導(dǎo)深層斷層圈閉天然氣成藏模式的主控因素包括：儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制天然氣聚集層位；輸導(dǎo)斷裂附近的斷層遮擋為天然氣聚集提供圈閉.

3 結(jié)論

(1)南堡凹陷天然氣成藏存在4種模式，分別為源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—淺層斷層圈閉、源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—深層斷層圈閉、源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)深—淺斷層圈閉和源外邊部斷裂輸導(dǎo)深層斷層圈閉天然氣成藏模式，各種成藏模式分別分布于南堡1號(hào)、5號(hào)和老爺廟構(gòu)造，以及南堡3號(hào)、2號(hào)和高尚堡構(gòu)造.

(2)南堡凹陷天然氣成藏模式不同，天然氣成藏的主控因素不同：1)源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導(dǎo)斷裂與館陶組三段火山巖蓋層配置和儲(chǔ)層發(fā)育共同控制；2)源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)中—深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受輸導(dǎo)斷裂與東營組二段泥巖蓋層配置控制；3)源內(nèi)斷裂輸導(dǎo)深—淺層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制；4)源外邊部斷裂輸導(dǎo)深層斷層圈閉天然氣成藏模式，天然氣聚集層位受儲(chǔ)層發(fā)育和源巖供給程度共同控制.

(3)所建立的4種天然氣成藏模式，對(duì)天然氣成藏有重要影響的源巖區(qū)位置及供氣特征、儲(chǔ)集層位和發(fā)育程度、輸導(dǎo)斷裂與蓋層空間配置已考慮在內(nèi)，但沒有考慮對(duì)天然氣成藏與分布有重要影響的圈閉位置與數(shù)量的影響.

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2015-06-05；編輯：劉麗麗

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372153)

戚金花(1963-)，女，工程師，主要從事油田開發(fā)地質(zhì)方面的研究.

TE122.1

A

2095-4107(2015)04-0031-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.04.004