斷陷盆地次生氣藏成藏主控因素及成藏模式
——以王府斷陷泉一段—登婁庫組碎屑巖氣藏為例

孫文鐵，李忠慧，李忠誠，樓一珊，黃玉欣

( 1.長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100； 2.中國石油吉林油田分公司 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138000； 3.廣東石油化工學院 石油工程學院，廣東 茂名 525000 )

0 引言

斷陷盆地是松遼盆地南部主要的含油氣盆地類型，發(fā)育多個單斷或雙斷的箕狀凹陷，斜坡區(qū)是其主要構造單元，也是油氣運移的主要指向區(qū)，Cs2、Fu2等探井在斜坡區(qū)碎屑巖試氣獲得突破。碎屑巖次生氣藏成為松遼盆地南部王府、伏龍泉等多個斷陷重點攻關領域，取得較好開發(fā)效果，形成一系列小型氣田。隨投產井不斷增多，多個斷陷在電性、氣測等指標較好的前提下出現(xiàn)投產井少量出氣或大量出液現(xiàn)象，原因主要是對成藏主控因素及成藏模式認識不清。

人們對次生氣藏的成藏特征及潛力進行研究。陶士振等[1]、UNDERDOWN R等[2]、HORSTAD I[3]等分析68個中小型盆地遠源—次生油氣藏型地質特點、成藏條件、資源潛力、分布規(guī)律和勘探前景，從宏觀角度指出次生型油氣藏研究的重要性；周廣軍[4]、付秀麗等[5]分析斷陷型盆地油氣藏成藏特點及次生氣的成藏特征，認為烴源巖、儲層、儲蓋組合特征，以及成藏要素的時空配置關系是次生氣藏形成的四要素；張偉忠等[6]研究稠油生物降解而形成的伴生型次生氣藏輸導模式，明確側向和垂向2種類型的輸導模式。

對王府斷陷地質特征的研究多集中于下部火山巖儲層的發(fā)育特征和成藏富集規(guī)律等方面[7-11]，對淺層碎屑巖次生氣藏的成藏主控因素和模式的研究較少。開展王府斷陷成藏主控因素及成藏模式研究，對正確認識天然氣成藏特征、指導區(qū)塊效益開發(fā)具有重要意義。

1 地質概況

王府斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)的西北部(見圖1)，其構造演化經歷斷陷期、坳陷期和萎縮期三個階段。斷陷期發(fā)育火山巖及致密砂巖地層，以火山巖相、湖泊相、扇三角洲相充填為主，形成多機構、多期次相互疊置火山巖臺地及沉積巖建造，儲層巖性以粗安巖、流紋巖及火山碎屑巖為主。坳陷期以填平補齊為主，主要發(fā)育登婁庫組、泉頭組一段(泉一段)地層，以辮狀河、曲流河沉積為主；儲層巖性相對較細，以粗砂巖、細砂巖、粉砂巖為主。萎縮期，嫩江組地層遭受剝蝕，大部分地區(qū)缺失四方臺至明水組地層。

圖1 松遼盆地王府斷陷構造位置Fig.1 Map of Wangfu Fault Depression location in Songliao Basin

泉頭組沉積末期，王府斷陷底部沙河子、火石嶺組的烴源巖進入大量生排烴期[12]，火山巖構造圈閉形成于火石嶺組末期[13]，源巖生排烴期早于構造圈閉形成期，故形成混源型原生的火山巖氣藏，成藏模式以側生側儲、上生下儲為主。王玉學等[14]、陳方文等[15]研究斷層發(fā)育特征及對油氣控制作用，認為區(qū)域構造運動形成的斷層促進油氣的運移、調整。泉頭組沉積末期—青山口組沉積早期，王府斷陷受區(qū)域拉張應力影響而形成一系列近南北向的斷層，早期繼承型和中期派生型、補償型斷層向上未穿入泉二段蓋層，天然氣在縱向上進行二次調整，底部的原生火山巖氣藏遭到破壞，部分氣源通過斷層及不整合面等疏導體系向上部有利圈閉二次聚集成藏，在泉頭組—登婁庫組碎屑巖儲層聚集成藏，形成次生氣藏。目前，泉一段、登婁庫組地層為該區(qū)重要的效益建產層位(見圖2)。

圖2 王府斷陷區(qū)域成藏模式Fig.2 Map of reservoir-forming pattern in Wangfu Fault Depression Area

2 成藏主控因素

2.1 原生氣藏

王府斷陷構造演化史分析(見圖3)顯示，全區(qū)構造形態(tài)具有較好的繼承性?；鹗瘞X組沉積時期形成的山東屯、小城子兩個構造帶至泉頭組沉積時期構造形態(tài)依然存在，為有利的油氣運移指向區(qū)。底部原生火山巖氣藏分布特征為單體控藏，氣層發(fā)育于火山巖體的頂部，低部位含氣性變差，含水特征明顯。成藏期后，受區(qū)域拉張應力影響，早、中、晚三期斷層開展活動，原生氣藏遭到破壞，進行二次調整，一部分原地調整聚集，另一部分氣源以火山巖體頂部為起點，通過斷層及不整合面向上運移，在山東屯、小城子兩個構造帶的泉一段—登婁庫組碎屑巖儲層聚集成藏；次生氣藏主要分布于山東屯、小城子兩個構造帶。

圖3 王府斷陷過578測線構造演化史Fig.3 Historical map of structural development of line 578 in Wangfu Fault Depression

2.2 天然氣運移模式

武衛(wèi)峰[16]、姜振海[17]研究斷層類型與砂體運移關系、油氣運移聚集特征，認為該區(qū)主要發(fā)育近源反向斷—砂垂向運移輸導和遠源不整合面?zhèn)认蜻\移輸導兩種運聚方式。距離洼槽沉積中心較遠的小城子構造帶(C9井區(qū))，主要以遠源不整合面?zhèn)认蜻\移輸導為主，底部火石嶺組火山巖臺地內天然氣通過斷層溝通至T42(火石嶺組頂面)不整合面(見圖4)，氣源以不整合面為優(yōu)勢路徑向東側圈閉長距離側向運移，最終在C9井區(qū)聚集成藏且多口井投產效果較好。近源反向斷—砂垂向運移輸導主要是天然氣以中期、晚期油源斷裂為通道先發(fā)生垂向運移，后再沿反向斷層上盤砂體發(fā)生側向運移，在淺層斷階、斷鼻等有利圈閉內聚集成藏,故Cs11、Wf1井區(qū)多口井在局部構造高點處含氣性較好。

鉆探結果證實，具有一定構造幅度的斷階、斷鼻等構造圈閉群為天然氣有利區(qū)。全區(qū)油氣有利區(qū)主要集中于工區(qū)的北部Wf1井區(qū)和北東—南西走向的小城子構造帶上(見圖5)。

2.3 源巖、斷層、儲層及蓋層的時空匹配關系

源巖、斷層、儲層及蓋層的時空匹配關系對泉一段—登婁庫組碎屑巖的成藏具有較好控制作用[18-21]，氣藏的分布因源巖、斷層類型、儲層發(fā)育程度及蓋層分布特征而存在差異。

泉一段時期儲層以曲流河沉積為主，上部泥多砂少，層間蓋層發(fā)育，底部砂巖分選好；源巖二次調整期，底部的源巖以中期或晚期形成的斷層為通道向上運移，反向斷層東側泥巖與砂巖側向對接形成有效側向封堵，導致油氣在斷層西側聚集成藏，同時，供烴能力的強弱也對含氣性具有影響，具體表現(xiàn)在氣層集中段位于下部Ⅲ—Ⅳ砂組。底部氣源向上運移要經歷多期次調整，克服多種未知的封堵條件，導致氣源不足；同時，反向斷層錯斷使砂泥側向對接，形成層間蓋層，阻擋源巖持續(xù)向上運移，而向下部的儲層聚集成藏。

登婁庫組沉積時期，頂部Ⅰ砂組以辮狀河沉積為主，巖性組合具有“砂泥互層”的特點，層間蓋層局部發(fā)育，形成砂泥對接；同時，斷壘、斷鼻等有利圈閉與中、晚期反向斷層匹配，導致氣藏在局部圈閉內聚集成藏。Ⅱ砂組儲層具有砂礫巖夾雜薄層泥巖的特征，層間蓋層不發(fā)育，不易形成好的遮擋條件，故測井解釋及試氣結果以氣水同層和水層為主(見圖6)。

圖6 王府斷陷過Cs7—Cs6—Cs11—Cs604—C207—Cs203—Cs2—C9—C204—C205井泉一段、登婁庫組層間蓋層及局部蓋層分布Fig.6 Distribution map of interlayer caprock and local caprock in Wangfu Fault Depression through well Cs7-Cs6-Cs11-Cs604-C207-Cs203-Cs2-C9-C204-C205 of Quan 1 Member section and Denglouku Formation

2.4 儲層層內及層間非均質性

研究區(qū)儲層主要發(fā)育層內和層間兩種非均質性類型，其發(fā)育程度直接影響儲層的物性條件，間接控制氣水層分布[22-25]。泉一段、登婁庫組沉積時期，受近源、強水體能量影響，儲層變化快，橫向可追蹤性差；成藏期，天然氣在儲層內部選擇性充注，物性好的儲層率先捕獲天然氣，物性差的儲層難以聚集，儲層內部非均質性使氣水關系進一步復雜。

層間非均質性受相帶類型影響。泉一段沉積時期，河道窄，砂體橫向變化快，砂巖呈疊瓦狀分布，儲層連通性差，物性條件存在差異，導致氣水同層分布存在差異，多數含氣層呈透鏡狀分布，進而導致局部區(qū)域層間水較發(fā)育。

層內非均質性受儲層內部沉積微相影響。泉一段、登婁庫組沉積時期，儲層快速堆積，導致有效儲層內部顯示較強的非均質性，受湖盆變小、水體能量變大等因素影響，儲層內部存在漸變、突變等多種類型。研究區(qū)存在3種儲層變化模式(見圖7)：

圖7 王府斷陷三種層內非均質性儲層典型特征Fig.7 Typical characteristics of inhomogeneous reservoirs in three layers of Wangfu Fault Depression

(1)向上變差型。主要發(fā)育于泉一段、登婁庫組心灘、邊灘等正韻律砂體，向上泥質含量增加，巖性不純，物性變差；中部巖性分選好，物性好，含氣性較好，測井解釋多為氣層；底部發(fā)育小段的河床滯留沉積，巖性較粗，分選差，儲層致密，以干層為主。

(2)向下變差型。主要發(fā)育于登婁庫組Ⅱ—Ⅲ砂組扇三角洲前緣或平原反韻律砂體，向下巖性和物性逐漸變差，測井解釋上部為氣層，下部為氣水同層或差氣層。

(3)內部夾層型。主要發(fā)育于登婁庫組Ⅰ砂組辮狀河道厚層砂巖夾薄層泥巖儲層，儲層物性偏差，氣水分異較差，以氣水同層為主，存在局部甜點區(qū)。

3 成藏富集模式

3.1 斷階—背斜型

該類成藏模式構造形態(tài)為背斜構造下、兩翼發(fā)育一系列呈階梯狀下傾的正斷層，源巖以火石嶺組頂部的不整合面為主要運移通道，以側向運移的方式向泉一段—登婁庫組背斜構造運移，優(yōu)質儲層率先捕獲油氣聚集成藏。由于斷層未斷穿頂面泉二段蓋層且有局部的層間蓋層封擋，天然氣不能繼續(xù)向上部運移，轉而向下傾方向兩側斷階運移。距源較近的儲層含氣性較好，天然氣主要聚集于一系列斷階帶之上。Wf1、C9等井區(qū)屬于該類模式，Wf1井區(qū)處于環(huán)保區(qū)而未開發(fā)，C9井區(qū)多口投產井投產效果較好(見圖8)。

圖8 王府斷陷次生氣藏斷階—背斜型地層成藏模式Fig.8 Reservoir-forming model map of faulted-step-anticline type strata in Wangfu Fault Depression secondary gas reservoir

3.2 斷鼻—復合型

斷鼻—復合型成藏模式主要是原生氣藏形成后，受區(qū)域構造運動影響，原生氣藏遭受破壞，源巖通過中晚期形成的斷層以垂向運移的方式向上運移，在泉一段底部、登婁庫組頂部一系列小型斷鼻構造圈閉內聚集成藏。受反向斷層控制形成的斷鼻構造側向封堵有利、儲層物性好、層間蓋層發(fā)育等成藏條件限制，氣藏分布具有數量多、儲量規(guī)模小、局部富集的特點。該區(qū)Cs615、C11、Cs11、Cs35及Cs128等井區(qū)屬于該類成藏模式(見圖9)。

圖9 王府斷陷次生氣藏斷鼻—復合型地層成藏模式Fig.9 Reservoir-forming model map of faulted-nose-complex formation in Wangfu Fault Depression secondary gas reservoir

4 結論

(1)泉頭組沉積末期—青山口組沉積早期，受區(qū)域構造運動影響，王府斷陷底部原生的火山巖氣藏被破壞而形成次生碎屑巖氣藏。王府斷陷次生碎屑巖氣藏成為目前開發(fā)的重點領域。

(2) 宏觀上，王府斷陷次生氣藏的形成受原生氣藏的形成與分布、天然氣優(yōu)勢運移路徑的控制；微觀上，烴源巖、斷層、儲層及蓋層的時空匹配關系，以及儲層層間、層內非均質性等因素制約其是否富集。由于受多種因素影響，導致次生氣藏從成因到分布存在一定的多解性。

(3) 王府斷陷次生氣藏主要分布于山東屯、小城子兩個構造帶上，發(fā)育斷鼻—復合型、斷階—背斜型兩類成藏模式。其中，斷鼻—復合型成藏模式具有數量多、儲量規(guī)模小、局部富集的特點；斷階—背斜型氣藏儲量規(guī)模較大、富集高產，主要分布于WF1、C9井區(qū)。