湯原斷陷達連河組生物氣儲層成藏模式及特征

柯 欽, 王 雷, 孟慶巖, 王 潘, 袁立川,程 杰, 丁朝龍, 閆巧潔

(1.東方地球物理公司研究院地質研究中心,涿州 072750；2.中國石油集團 東方地球物理勘探有限責任公司 大慶物探二公司，松原 138000)

0 引言

湯原斷陷在20世紀90年代中后期取得了天然氣勘探的突破，發(fā)現了佳木斯氣田。任軍虎等[1]從天然氣組分、同位素分布、儲層流體包裹體及自生伊利石定年等方面分析了湯原斷陷的天然氣特征，認為斷陷的西部和中部以生物氣和生物熱催化過渡帶氣為主。生物氣是一種非常規(guī)的天然氣資源，是在一系列生物化學作用下由沉積有機質演化而成的。生物氣藏一般埋藏淺，是一種易開發(fā)的清潔能源，具有很好的勘探前景[2-5]。

前期認為生物氣氣藏受構造控制，勘探突破后多口井卻失利，對湯原斷陷生物氣成藏模式及生物氣氣藏地震響應特征少有系統地研究。這里以區(qū)域構造運動背景為基礎，通過對斷層走滑性質、走滑斷層之間地塊運動的研究，分析后認為翹傾斷塊后期改造后的斷背斜圈閉為生物氣成藏有效圈閉，是生物氣的成藏的主控因素。在明確生物氣成藏規(guī)律后，結合已鉆井明確了生物氣藏在地震剖面上具有低頻強振幅的“亮點”地震反射特征，優(yōu)選“甜心體”屬性進行預測，取得了較好的效果[6-7]，為下一步生物氣的井位部署提供了支撐。

1 研究區(qū)概況

湯原斷陷構造位于依舒地塹最北端，其北側為鶴崗盆地，南為佳木斯盆地。湯原斷陷是在前中生界變質巖、花崗巖基底之上發(fā)育起來的受控于兩條北東向邊界大斷裂F1和F2的狹長型地塹式斷陷盆地，發(fā)育四套沉積地層，即中生界白堊系、新生界古近系、新近系和第四系，其中古近系是主要勘探目的層，自下而上包括新安村+烏云組、達連河組及寶泉嶺組。張永豐[8]對湯原斷陷構造特征、沉積特征及油氣富集條件做了多方面研究，在構造上將湯原斷陷劃分為東部凹陷帶、中央凸起帶、西部凹陷帶、西部斜坡帶等4個構造單元(圖1)，經歷了復雜的構造演化形成了現今“東西分帶、南北分塊”的構造格局。目前斷陷內多口井見油氣顯示，5口井獲工業(yè)氣流，為達連河組自生自儲生物氣，達連河組一段為生烴層，達連河組二段為儲集層，寶泉嶺一段泥巖發(fā)育為區(qū)域蓋層，工業(yè)氣流井主要集中分布在中部凸起帶上。

圖1 湯原斷陷構造單元劃分Fig.1 Division of Tectonic Units in Tangyuan Fault Depression(a)湯原斷陷T4地震反射層時間構造三維可視化圖;(b)湯原斷陷構造單元

2 翹傾斷塊特征

2.1 構造運動背景

湯原斷陷在大地構造上處于郯廬斷裂帶北段分支依舒地塹內，郯廬斷裂帶的演化對于斷陷的形成有密切關系。進入新生代古近紀，板塊之間發(fā)生運動，太平洋板塊北西向高角度正向俯沖歐亞大陸，使得郯廬斷裂帶北段兩側塊體相對運動方向改變?yōu)橛倚?。在郯廬斷裂右行走滑過程中，盆地在張剪應力下逐漸拉開，使斷裂間小塊體裂陷沉降形成盆地，湯原斷陷為當時形成斷陷盆地之一。新生代新近紀末期，西太平洋弧后擴張向西推擠著歐亞板塊，反生大規(guī)模擠壓[8-10]。

2.2 翹傾斷塊形成機制

翹傾斷塊的產生、活動和發(fā)展是張應力和由其引起的重力二者聯合作用的結果。初始斷裂期，由于受到伸展作用力影響，地層產生一系列近平行分布的勢斷裂(圖2(a))，當伸展作用力超過巖石的抗張極限后，巖石發(fā)生破裂，形成階梯式正斷層，斷面平直。隨著伸展拉張的作用持續(xù)增強，平直斷面開始彎曲，形成上陡下緩的鏟式正斷層，由于鏟式斷層下降盤不同位置下降幅度不同，以及下降盤沉降過程中的重力不均衡，迫使斷層上盤發(fā)生翹傾旋轉(或稱掀斜作用)，地層掀斜過程中形成了一系列上傾方向,具有反向正斷層遮擋的“屋脊斷塊”(圖2(b))。由于郯廬斷裂帶北段的應力環(huán)境后期轉變?yōu)閴号?，在擠壓應力的作用下先前形成的翹傾斷塊翹起端具有了擠壓特征，形成了具有鼻狀構造背景的斷塊圈閉，也就是說先前形成的上傾方向具有反向正斷層遮擋的“屋脊斷塊”,進一步演化成為頂部具有鼻狀構造的斷塊圈閉(圖2(c))[11-12]。

在郯廬斷裂右行走滑作用下，在湯原斷陷發(fā)育的兩條斷層F3和F4，都具有右行走滑性質。從T3地震反射層主要斷裂綱要圖(圖3(e))看，F3斷層具有張扭性質，并控制了西邊鶴立次洼的形成演化。F3斷層東側和北側派生出一系列斷層(地震剖面見圖3(d)，剖面位置見圖3(e)中L4標示位置)，傾向朝南，平面上主要以近東西向為主，呈反S型。F4斷層在新安村-烏云組沉積時期表現為伸展正斷層，后期發(fā)生大規(guī)模壓扭走滑作用，平面延伸距離達30 km以上。F4斷層擠壓強度具有南強北弱的特點，從斷陷不同位置地震剖面(圖3(e))可以看出：L3線地震剖面F4斷層東西兩側地層產狀稍有變化，斷距不大，表現弱擠壓特征(圖3(a))；L2線地震剖面F4斷層明顯表現為逆沖特征，具有較大的逆斷距，斷層的上盤地層形成背斜形態(tài)(圖3(b))；L1線地震剖面F4斷層擠壓強度更大，斷層上盤表現為雜亂反射特征，推測為中生界花崗巖逆沖到下盤古近-新近系沉積地層之上(圖3(c))。

圖3 湯原斷陷走滑作用的構造特征Fig.3 Structural features of strike-slip action in Tangyuan fault depression(a)L1地震剖面;(b)L2地震剖面;(c)L3地震剖面;(d)L4地震剖面;(e)湯原斷陷達連河二組斷裂展布

F3和F4斷層均具有右行走滑性質，導致兩條斷層相夾持的地塊宏觀上呈左旋狀態(tài)。在F3斷層的北側主要以拉張伸展為主，伴隨著地塊整體的旋轉，斷層面及兩盤同時旋轉，形成一系列的翹傾斷塊(圖3(d)，剖面位置(圖3(e))中L4標示位置)。在F4斷層南側由于地塊宏觀左旋，主要以擠壓為主，由南向北擠壓力度逐漸減弱，這也是導致F4斷層擠壓強度為南強北弱的重要原因。

湯原斷陷烏云組-達連河組沉積時期斷層F3、F4,在張扭應力環(huán)境作用下形成了一系列翹傾斷塊，后期(達連河-寶泉嶺組沉積時期)由于郯廬斷裂帶北段的應力環(huán)境轉變?yōu)閴号?，在擠壓應力的作用下先前形成的翹傾斷塊翹起端具有了擠壓特征，形成了具有鼻狀構造背景的斷塊圈閉。隨著斷塊的翹傾活動，對油氣的運移、聚集起著重要作用，影響油氣的分布。

2.3 發(fā)育多種構造圈閉類型

在F3、F4斷層右行走滑作用下，伴隨著中間地塊左旋運動，形成了多個翹傾斷塊，在F3斷層的東側及北側形成一系列構造圈閉，構造圈閉類型以斷塊、背斜、斷鼻為主，這些構造圈閉為油氣的成藏提供了有利條件，目前吉祥屯-互助村構造帶達連河組二段出氣井均位于構造圈閉內(圖4)。

圖4 T3地震反射層構造圖Fig.4 T3 seismic reflection layer structure map

3 生物氣成藏

3.1 生物氣成藏地質條件

湯原斷陷達連河二段天然氣，主要為生物氣成因，氣源為達連河一段烴源巖，達一段全區(qū)發(fā)育厚層連續(xù)泥巖，一般為50 m～150 m，TOC一般大于1%，為好烴源巖，Ro一般為0.4%～0.6%，具備形成生物氣的物質基礎。天然氣通過斷裂或砂體向上運移至達連河組二段有效圈閉內，達連河組二段目的層埋深淺，埋深為500 m～1 200 m，砂巖儲層物性好，孔隙度為10%～30%，滲透率為10 mD～200 mD。寶泉嶺一段泥巖全區(qū)分布，累計最大厚度達1 300 m，為區(qū)域性蓋層，有良好的蓋層條件[13-14](圖5(b))。

圖5 生物氣預測圖Fig.5 Biogas prediction map(a)生物氣氣層頂面地震反射特征;(b)生物氣預測“甜點”屬性圖

3.2 生物氣藏地震反射特征

目前吉祥屯村構造上獲得工業(yè)氣流井有四口，互1井、吉1井、湯3井、湯參2井，試氣分別獲得日產1.77×104m3、9.41×104m3、7.92×104m3、7.97×104m3的工業(yè)氣流，另有多口井獲得低產氣流。從目前已鉆的吉1井、湯3井、湯參2井三口高產井來看，通過井震精細標定，氣層頂面在地震上為低頻強振幅反射特征，表現為“亮點”反射(圖6(a))。基于氣層在地震上的低頻強反射的特征，利用“甜心體”屬性(均方根振幅屬性與瞬時主頻的比值)進行預測，預測結果與實鉆井符合率較為吻合，符合率為81.25%(圖6(b))。

圖6 湯原斷陷氣藏模式圖Fig.6 Tangyuan fault depression gas reservoir model map(a)湯原斷陷湯3-吉201-湯參2井連井地震剖面;(b)氣藏剖面示意圖

3.3 生物氣成藏模式

對于石油的成藏，儲層的儲集性能和滲透能力是油氣賦存的重要因素之一，而對于天然氣的成藏而言，蓋層的封蓋能力則是更需考慮的因素。從湯原斷陷的勘探實例來看，目前達連河組生物氣達到工業(yè)氣流的4口探井中，4口位于具有斷鼻圈閉控制的翹傾斷塊頂部，斷鼻的頂部和側向由于泥巖遮擋成為有效圈閉，相較于普通斷塊圈閉而言更加有利于生物氣的富集與保存。

翹傾斷塊活動形成一系列的構造圈閉，但從達連河組勘探成果(圖4)看，并非所有構造圈閉內的井都獲得了氣流，這與構造圈閉的有效性有直接關系。構造圈閉主要以斷塊為主，在斷塊圈閉內形成多個獨立的斷鼻(圖4)，在翹傾斷塊的頂部和側向上，生物氣被寶泉嶺一段泥巖封堵，形成有效圈閉，有利生物氣成藏。湯3井和湯參2井分別位于獨立的斷鼻圈閉內，獲得7.92×104m3和7.97×104m3的工業(yè)氣流，湯3井和吉201井位于同一個斷鼻內，吉201井位于斷鼻的低部位，獲得低產氣流118 m3(圖5)。吉102井位于斷塊圈閉內，但不位于斷塊里的斷鼻內，未見油氣顯示。

4 結論及認識

利用測井及地震資料，針對湯原斷餡達連河組生物氣構造、儲層及成藏的研究具有以下結論及認識。

1)湯原斷陷F3和F4斷層均具有右行走滑性質，之間的地塊宏觀上為左旋性質，共同作用造成地層的傾斜，形成一系列的翹傾斷塊，后期擠壓作用形成具有鼻狀構造背景的斷塊圈閉。

2)湯原斷陷達連河組二段生物氣在地震上特征明顯，表現為低頻強振幅特征，利用“甜點”屬性能較好地預測。

3)湯原斷陷達連河二段生物氣主要受翹傾斷塊頂部的斷鼻圈閉控制，斷鼻的頂部和側向受到寶泉嶺一段泥巖的遮擋，形成有效圈閉，有利生物氣成藏。