遼河坳陷陸上深層天然氣勘探潛力研究

周旭紅，李 軍，王延山，趙 佳，李德星

（中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院）

遼河坳陷陸上深層天然氣勘探潛力研究

周旭紅，李 軍，王延山，趙 佳，李德星

（中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院）

對遼河坳陷不同類型烴源巖有機質豐度、類型、成熟度、生氣性能和生氣強度進行研究后認為，區內已探明的天然氣主要為生物熱催化過渡帶氣和低溫熱解氣，而高溫熱解氣和裂解氣很少，這與遼河坳陷烴源巖熱演化程度不相稱；熱演化程度高、生烴強度大的洼陷帶深層應該蘊藏著豐富的、成熟度相對較高的天然氣。在分析了幾個重點地區深層構造背景、儲集條件的基礎上，認為這些地區或處于氣源灶內或與氣源巖直接接觸，成藏條件優越，是下一步勘探的重要領域。

深層天然氣；天然氣勘探；烴源巖；儲集條件；遼河坳陷

1 遼河坳陷天然氣勘探概況

遼河坳陷新生代沉積厚度超過10 000 m，構造演化經歷了古新世斷陷、始新世—漸新世沉陷和新近紀至今的坳陷3個階段。構造上由凸起和凹陷共7個二級構造單元組成，呈“四凹三凸”的構造格局[1］。本文研究范圍為遼河坳陷陸上東部凹陷、西部凹陷和大民屯凹陷。截至2009年底，研究區探明天然氣地質儲量占遼河坳陷天然氣資源量的50.4%，探明天然氣資源90%以上分布在3 000 m以上（圖1）。中深層氣藏僅在西部凹陷有部分探明儲量，勘探程度極低，是今后勘探的重要領域。

西部、東部和大民屯三大凹陷氣藏成因類型（圖2）主要為生物熱催化過渡帶氣和低溫熱解氣[1］。成熟度較高的天然氣僅在遼河坳陷深層見到個別出氣點，如馬古6井和雙225井等。

遼河坳陷中深層繼承性發育了多個洼陷，勘探面積廣，約3 308 km2，勘探程度較低。近年來國內深層勘探取得了較大的進展，例如在塔里木盆地油氣藏的保存深度可達6 200 m[2］；遼河坳陷深層碎屑巖氣藏勘探也取得了一定成果，在西部凹陷南部雙臺子地區發現油氣顯示，預示著遼河深層氣藏良好的勘探前景。

圖1 遼河坳陷陸上探明天然氣儲量縱向分布情況Fig.1 Vertical distribution of proved onshore natural gas reserves in Liaohe Depression

2 深層天然氣成藏有利條件分析

2.1 氣源條件

區域地質研究表明，遼河坳陷是在近東西向古生代向斜背景上發育起來的中新生代疊合盆地，發育古生界、中生界和新生界古近系3套潛在烴源巖。其中古生界、中生界烴源巖主要分布在遼河坳陷東部凸起，西部、東部和大民屯三大凹陷內不發育或分布很局限。新生界古近系烴源巖在上述三大凹陷內分布廣、厚度大，是主要烴源巖。

圖2 遼河坳陷陸上天然氣成因類型分析圖Fig.2 Origin analysis of onshore natural gas in Liaohe Depression

2.1.1 烴源巖生氣性能

不同類型烴源巖生氣能力差異較大[3-5］。熱模擬結果表明，該區三大凹陷古近系泥質烴源巖生氣較晚（生物氣產率高峰Ro值位于0.3%左右，所采樣品都過了生物氣階段），一般Ro值在0.8%左右開始生氣（熱解氣），不同類型烴源巖氣產率差別明顯（表1）。其中泥質烴源巖Ⅰ型有機質產氣率最高，ⅡA型、ⅡB型次之，Ⅲ型有機質產氣率最低。

表1 不同階段有機質累積生氣量比較數據表Table 1 Comparison of cumulative gas from organic matter in different stages

2.1.2 烴源巖有機質豐度特征

遼河坳陷西部、東部和大民屯三大凹陷烴源巖有機質豐度統計（表2）表明：西部凹陷發育沙四段，沙三段，沙一、二段和東營組4套烴源巖；東部凹陷發育沙三段、沙一段和東營組3套烴源巖；大民屯凹陷發育沙四上段下部、沙四段下部和沙三段3套烴源巖。其中，西部凹陷沙四段，沙三段，沙一、二段烴源巖和東部凹陷沙三段烴源巖以及大民屯凹陷沙四段下部烴源巖，有機質豐度高，達到好烴源巖標準。這充分說明遼河坳陷3個凹陷深層均具有豐富的物質基礎，具備有利的生烴條件。

表2 遼河坳陷陸上烴源巖有機質豐度統計表Table 2 Statistics of organic matter abundance of onshore source rocks in Liaohe Depression

2.1.3 烴源巖有機質類型及成熟度特征

遼河坳陷各凹陷烴源巖有機質類型分析（圖3）表明：①西部凹陷沙四段烴源巖有機質類型好，以Ⅰ型為主，ⅡA型為輔；沙三段和沙一段烴源巖有機質類型相似，以ⅡA型為主；東營組烴源巖有機質類型較差，以ⅡB型為主。②東部凹陷沙三段烴源巖有機質類型絕大部分為ⅡA—ⅡB型，少數為Ⅰ型和Ⅲ型；沙一段烴源巖有機質類型與沙三段相似，以ⅡA—ⅡB型為主；東營組烴源巖有機質類型較差，以ⅡB型和Ⅲ型為主。③大民屯凹陷沙四段下部烴源巖主要分布在安福屯洼陷和勝東洼陷，以油頁巖為主，厚度200～300 m，有機質類型為Ⅰ—ⅡA型；沙四上段下部烴源巖幾乎覆蓋了整個凹陷，沙三段烴源巖主要分布在榮勝堡洼陷及其周邊，二者有機質類型均為ⅡB型和Ⅲ型?？傮w上看，西部、東部和大民屯三大凹陷深層烴源巖有機質類型好于中淺層，生氣潛力大。

另外，烴源巖鏡質體反射率資料顯示，隨著埋藏深度增加，成熟度增加。西部、東部和大民屯三大凹陷的清水、牛居—長灘、二界溝、榮勝堡洼陷深層古近系底界埋深在7 000～9 000 m，烴源巖熱演化程度相對較高，Ro值一般大于0.8%，最高達2.0%以上，進入高成熟—過成熟階段[1］，處于生氣高峰期。

綜合上述烴源巖有機質豐度、類型、成熟度和烴源巖產氣性能資料來看，遼河坳陷深層具備優越的生氣條件。盆地模擬成果顯示，深層烴源巖生氣強度為（40～80）×108m3/km2，洼陷中心部位生氣強度較大，最大可達480×108m3/km2。西部凹陷南部的清水洼陷和東部凹陷牛居—長灘洼陷、二界溝洼陷生氣條件好，尤以清水洼陷最佳。這些領域是深層天然氣勘探的首選地區。

圖3 遼河坳陷陸上烴源巖干酪根元素組成圖Fig.3 Paradigm showing kerogen elements of onshore source rocks in Liaohe Depression

2.2 構造及沉積背景

2.2.1 構造背景

遼河坳陷新近系發育近東西走向和北東走向的2組斷裂系統（圖4）。早期有4條控盆斷裂，即東部凹陷的營口—佟二堡斷裂、西部凹陷的臺安—大洼斷裂、大民屯凹陷的大民屯斷裂和法哈牛斷裂。深層主要為沙四段至沙二段地層單元，其中東部凹陷深層為沙三段地層單元。深層油氣藏主要發育于大斷裂下降盤、各凹陷沉降與沉積中心周邊。

深層構造演化經歷了早期的伸展、晚期的走滑壓扭[6］。如西部凹陷坡洼過渡帶、雷家—冷東地區和東部凹陷牛居—長灘濁積巖發育區，形成了一系列滑脫正斷層組合和正反轉構造。埋藏淺的、儲層物性相對較好的目標（雷家—冷東地區）已發現了規模油氣儲量；埋藏較深的目標，儲層物性相對較差，尤其是深水濁積巖[7］，與烴源巖直接接觸，將成為勘探重點。如西部凹陷由于臺安—大洼斷裂強烈活動，使其成為一個不對稱的箕狀深水湖盆。深陷初期階段，以北部高升東側斷層最活躍，相對而言南部西八千、歡喜嶺、齊家和曙光地區較穩定。高升、冷家地區物源來自東側中央凸起，大量的碎屑物沿邊界斷層陡坡下滑進入湖盆，形成近岸水下扇，扇體走向和分布與古地形形態十分吻合，分布在北東走向的狹長洼槽內。該套濁積體沉積后，高升地區趨于穩定，南部地區西側東掉斷層頻繁活動，沉積作用活躍，在西八千、歡喜嶺、齊家和曙光地區發育了緩坡型濁積砂體。埋藏較淺的高升、雷家和冷東濁積砂體已發現了規模石油地質儲量，而埋藏較深的濁積砂體含油氣性認識不清，是深化勘探的重要領域。

2.2.2 沉積體系

受構造演化控制，深層主要發育湖底扇、扇三角洲和泛濫平原3種沉積體系類型。其中，西部凹陷沙三期湖底扇沉積最典型，在東陡西緩的不對稱湖底地貌背景上形成了緩坡型湖底扇和陡坡型湖底扇2種湖底扇體系。緩坡型湖底扇體規模較大，為深層主要油氣儲集體。湖底扇可進一步分為內扇、中扇、外扇3種亞相。內扇亞相在濁積扇體中距離物源最近，可分為斜坡根部、補給水道、溢岸沉積3種微相，主要巖性為角礫狀或礫狀砂礫巖、含礫粗砂巖、砂巖。中扇亞相可分為辮狀水道、辮狀水道間、中扇前緣，其底部見短距離的再搬運辮狀河沉積的角礫巖。外扇為近岸水下扇的末端或越過陡坡沉積在低洼處的深水濁積體，是構造活動強烈時期的深水、半深水沉積，與水下扇前緣滑塌或軸向重力流水道滑塌有關，表現為砂泥互層狀產出，單層厚度小于1 m，主要見于近洼陷中心地區。

東部凹陷發育演化比西部凹陷遲緩，于沙三期首次擴張，且由于主干斷裂南北兩端活動的不均衡性，沙三中、下亞段在凹陷北段東側（牛居、青龍臺地區）斷階下形成具有一定面積的深水湖盆。碎屑物沿岸邊滑入水體后，基本不受湖水改造而快速堆積在斷階帶的狹槽內，發育了湖底扇沉積體系。受基底結構、水動力條件等因素控制，扇體規模較西部凹陷小。

扇三角洲沉積體系與沙四段和沙一、二段沉積期相對應。深層區主要為扇三角洲前緣和前扇三角洲亞相。西部凹陷沙四期以西側的物源注入為主，扇三角洲砂體規模較小，主要分布于曙光及其以南的斜坡區。而沙二段沉積期，西側河流沖刷能力強、水流規模大，東側中央凸起也有物源供給，因而曙光—興隆臺以南地區發育了較為廣泛的緩坡型和陡坡型扇三角洲砂體。東部凹陷僅在北部牛居—長灘及南部黃于熱地區發育了小范圍的沖積扇—扇三角洲沉積體系。泛濫平原沉積體系僅在東部凹陷沙三上亞段發育。

2.3 儲集條件

深層天然氣儲層可分為沉積巖、火成巖和變質巖儲層?；鸪蓭r儲層在東部凹陷有所分布，如紅星地區紅23井區玄武巖、黃沙坨地區的粗面巖，是深層氣藏勘探的重要領域；變質巖儲層為潛山，目前形成規模儲量的主要有西部凹陷的興隆臺潛山和大民屯凹陷的前進潛山等；沉積巖儲層中的碳酸鹽巖儲層在東部凸起等地區有所分布。本文重點探討沉積巖中的碎屑巖儲層。

深層碎屑巖儲層多處于中—強壓實帶及強壓實帶內，機械壓實作用可使其砂巖變得致密，但也有部分地區發育次生孔隙帶，如東部凹陷牛居地區等，仍能形成較好的天然氣儲集層。湖底扇碎屑巖多為快速堆積，碎屑顆粒粗、分選差，成分成熟度和結構成熟度均較低，受壓實作用影響明顯，原生孔隙比例很小，以微孔為主，次生溶蝕孔隙發育。致密儲層在高壓條件下可產生顆?？p、礦物解理縫，在晚期構造應力作用下可產生構造裂縫，使深層孔、滲性能得到明顯改善。如雙臺子地區顆粒多呈點—線接觸、線接觸，部分呈縫合狀接觸，以次生孔隙為主。

研究過程中建立了碎屑巖類儲層孔隙度、滲透率評價標準，輔助評價參數選用孔隙組合類型、突破壓力、突破半徑、中值壓力、中值半徑、分選系數等。分析認為，研究區深層主要為低孔、低滲型儲層，其次為特低孔、特低滲型儲層，見少量中—低孔、低滲型儲層。根據儲層物性優劣主要分為以下3類：

Ⅰ類儲層：儲層物性好，孔隙度大于15%，滲透率大于50 mD，屬中產能以上儲層。孔隙較發育，孔隙類型主要為粒間溶蝕孔，其次為粒內溶孔，孔隙結構為中—低滲中孔較細喉型，壓汞曲線為Ⅰ、Ⅱ型，埋深3 500～3 700 m，主要發育于深層沙一、二段。

Ⅱ類儲層：儲層物性中等，孔隙度為10%～15%，滲透率為5～50 mD，屬中—低產能儲層?？紫额愋椭饕獮榱热芸缀土ｉg溶蝕孔，孔隙結構為低滲中—小孔細喉型，壓汞曲線為Ⅲ型，埋深一般大于3 700 m，在4 500 m左右也有發育。主要發育于西部凹陷沙二段和部分沙三段、東部凹陷沙三段。

Ⅲ類儲層：儲層物性較差，孔隙度小于10%，滲透率小于5 mD。孔隙發育較差，孔隙類型主要為微孔及部分粒內溶蝕孔，孔隙結構為Ⅳ型，屬特低滲小孔微細喉不均勻型，壓汞曲線為Ⅳ型。主要發育于4 500 m以下或4 500 m以上的扇三角洲水下分支流河道間以及湖底扇扇端等相帶。

此外，不同沉積相帶的砂巖其儲集性能差異顯著。就湖底扇而言，砂體由中扇辮狀溝道→扇中前緣→外扇亞相，儲集性能由好變差。西部凹陷雙臺子—雙南地區濁積巖儲層物性統計資料（表3）和薄片資料表明，孔隙度、滲透率大小差異比較明顯，多屬于低滲—特低滲儲層，具備儲氣能力。該區沙三段砂巖孔隙類型主要以粒內溶孔、顆粒骨架溶孔及晶間微孔組成，其次為部分粒間擴大孔，原生粒間孔隙少見。深層儲層中巖石裂縫和顆粒裂縫常見，且可作為主要的流體滲流通道。

表3 西部凹陷雙臺子—雙南地區濁積巖儲層物性統計表Table 3 Statistics of turbidite reservoir properties in Shuangtaizi-Shuangnan area in Western Sag

3 深層天然氣勘探前景

遼河坳陷繼承性地發育了多個洼陷，如東部凹陷的二界溝—駕掌寺洼陷、牛居—長灘洼陷，西部凹陷的清水洼陷、陳家洼陷，大民屯凹陷的榮勝堡洼陷。這些洼陷都沉積了厚度大于1 000 m的烴源巖，同時洼陷區生氣強度高，發育多種圈閉類型和多期具一定規模的有利儲集砂體（圖5），是尋找深層氣藏的有利場所?？拷畲髷嗔训臒N源巖，巖漿的局部高熱可使其熱演化條件更為優越，有望發現無機成因氣藏。

圖5 遼河坳陷古近系深層烴源巖與儲層配置關系圖Fig.5 Relationship between deep source rocks and reservoir of Paleogene in Liaohe Depression

深層天然氣勘探對象可分為常規圈閉氣藏和非常規圈閉氣藏（如根緣和頁巖氣藏[8-10］）。常規圈閉氣藏主要集中分布于西部凹陷沙三段、沙四段，東部凹陷沙三段，大民屯凹陷沙四段；油藏深度在3 300～4 200 m，主要位于洼陷圍斜部位低位、湖侵及高位域砂體中；勘探領域主要有鴛鴦溝—清水洼陷周邊、陳家洼陷周邊[11-14］、二界溝洼陷、牛居—長灘洼陷及榮勝堡洼陷周邊地區。這些區帶具有埋藏較深、熱演化程度高的特點，并且多數地區在淺層發現了規模儲量。如西部凹陷鴛鴦溝—雙南地區位于西部凹陷最大的生油氣洼陷清水洼陷西側，西鄰歡喜嶺億噸級油田，近幾年在清水凹陷實施的雙225井于3 823～4 470 m井段見到了良好的氣層顯示，解釋氣層245 m/27層；雙227井在沙三段3 940～4 110 m井段見到了良好的氣層顯示，解釋氣層57.5 m/11層。東部凹陷牛居—長灘洼陷牛深2井在4 160～4 165 m鉆井過程中發生了嚴重的氣侵和井涌，可在該井區尋找中深層異常孔隙發育帶。大民屯凹陷榮勝堡洼陷沙四段西、南、東側發育多個短軸方向的扇三角洲—湖泊沉積體系，以濁積水道的形式向榮勝堡洼陷中心推進，有利于構造-巖性油氣藏的發育，加之其靠近邊界大斷層并伴有泥丘活動，有利于烴類的運移和聚集。上述地區均為有利的勘探區。

4 結論

（1）烴源巖有機質豐度、類型、成熟度指標揭示，遼河坳陷深層有機質豐度高、類型好，處于成熟—過成熟演化階段，能夠生成大量的成熟—高成熟天然氣。目前已探明的天然氣主要為生物熱催化過渡帶氣和低溫熱解氣，而高溫熱解氣和裂解氣很少。熱演化程度高、生烴強度大的洼陷帶中深層應該蘊藏著豐富的、成熟度相對較高的天然氣。

（2）西部凹陷鴛鴦溝—清水洼陷周邊、東部凹陷的牛居—長灘洼陷、大民屯凹陷的榮勝堡洼陷周邊地區深層具備天然氣成藏的優越條件：①具有豐富的氣源條件。②發育了一系列滑脫正斷層組合和正反轉構造，具有較好的構造背景。③湖底扇和扇三角洲砂體發育。④具有較好的儲集條件，深層碎屑巖儲層多處于中—強壓實帶及強壓實帶內，機械壓實作用可使其變為致密砂巖，部分地區發育次生孔隙帶；同時，致密儲層在高壓條件下可產生顆?？p、礦物解理縫，在晚期構造應力作用下可產生構造裂縫，明顯改善了深層孔、滲性能。⑤儲集體與源巖直接接觸，輸導條件優越。上述地區均為深層天然氣勘探的有利目標區。

[1]張占文，陳振巖，郭克園，等.遼河盆地天然氣地質[M］.北京：地質出版社，2002：1－10.

[2]田春志，盧雙舫，李啟明，等.塔里木盆地原油高壓條件下裂解成氣的化學動力學模型及其意義[J］.沉積學報，2002，20（3）：487－492.

[3]陳明，萬方，蒲心純，等.深水濁積巖層序地層學研究中碳氧同位素的應用——以湖南大庸田坪剖面為例[J］.沉積與特提斯地質，2002，22（4）：55－59.

[4]戴金星，丁巍偉，侯路，等.松遼盆地深層氣勘探和研究[C］∥賈承造.松遼盆地深層天然氣勘探研討會報告集.北京：石油工業出版社，2004：27-44.

[5]趙文智，李建忠，鄒才能，等.松遼盆地深層基本地質特征與勘探方向[C］∥賈承造.松遼盆地深層天然氣勘探研討會報告集.北京：石油工業出版社，2004：45-51.

[6]甄鵬.遼河斷陷深層油氣形成條件及勘探建議[J］.石油勘探與開發，1997，24（6）：8-11.

[7]霍秋立.松遼盆地徐家圍子斷陷深層天然氣來源與成藏研究[D］.大慶：大慶石油學院，2007：21-26.

[8]張金川，徐波，聶海寬，等.中國頁巖氣資源勘探潛力[J］.天然氣工業，2008，28（6）：135-140.

[9]趙澄林，陳麗華，途強，等.中國天然氣儲層[M］.北京：石油工業出版社，1999：6-13.

[10]龔大興，林金輝，唐云鳳，等.上揚子地臺北緣古生界海相烴源巖有機地球化學特征[J］.巖性油氣藏，2010，22（3）：31-37.

[11]李曉光，張金川，陳振巖，等.遼河坳陷西部凹陷油氣成藏體系及天然氣分布[J］.天然氣工業，2007，27（5）：39-43.

[12]孫洪斌，張鳳蓮.斷陷盆地優質儲層的成因——以遼河坳陷古近系沙河街組儲層為例[J］.巖性油氣藏，2009，21（1）：51-54.

[13]孫洪斌，張鳳蓮.遼河坳陷古近系構造-沉積演化特征[J］.巖性油氣藏，2008，20（2）：60-65.

[14]謝武仁，牛嘉玉，王洪亮，等.遼河西斜坡鴛鴦溝地區巖性油氣藏研究[J］.巖性油氣藏，2008，20（4）：75-79.

Study on exploration potential of deep natural gas in Liaohe Depression

ZHOU Xu-hong，LI Jun，WANG Yan-shan，ZHAO Jia，LI De-xing
（Research Institute of Exploration and Development， Liaohe Oilfield Company， PetroChina， Panjin 124010， China）

The organic matter abundance,type,maturity,gas generation propertyand intensityofdifferent source rocks in Liaohe Depression are studied.The result shows that the types ofproved natural gas are mainly bio-thermo-catalytic transitional zone gas and lowtemperature pyrolysis gas,while pyrolysis gas and high temperature pyrolysis gas rarely exist,which is not consistent with the thermal evolution degree of source rocks in Liaohe Depression.The depressions where exist high thermal evolution and high hydrocarbon generation intensity should be rich in natural gas with relativelyhigher maturity.Based on the analysis ofdeep tectonic settings and reservoir conditions ofseveral important regions,it is supposed that these regions should be in the interior ofgas kitchen or directlycontact with gas source rocks,thus,theyhas excellent conditions for reservoir formingand will be the target areas for the further exploration.

deepnaturalgas；naturalgasexploration；hydrocarbonsourcerocks；reservoircondition；LiaoheDepression

TE122.2

A

1673-8926（2011）03-0023-06

2010-10-20；

2011-01-07

周旭紅，1963年生，女，高級工程師，主要從事綜合地質油氣勘探工作。地址：（124010）遼寧省盤錦市遼河油田研究院盆地勘探研究所東區室。 電話：（0427）7821535。 E-mail：zhou-xh123@163.com

于惠宇）