廊固凹陷中西部天然氣成因類型及富集規(guī)律

龐愛(ài)興

（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

（中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

馬玉芝，竇連彬，付亮亮

王愛(ài)麗，齊秋紅，胡美玲 （中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

新生代的喜山運(yùn)動(dòng)，使廊固凹陷大興凸起持續(xù)抬升，河西務(wù)古隆起也隨之抬升。在區(qū)域右旋張應(yīng)力場(chǎng)的作用下，大興凸起抬升并相對(duì)西移，造成大興斷層上陡下緩的鏟形結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，由于牛駝鎮(zhèn)凸起的劇烈抬升也使得河西務(wù)東主斷層活動(dòng)，致使沿牛駝鎮(zhèn)凸起北坡－河西務(wù)產(chǎn)生了牛北斷層－河西務(wù)西斷層［1］。由于局部應(yīng)力場(chǎng)及重力作用，地層順大興斷層、牛北斷層－河西務(wù)西斷層嚴(yán)重向下順地層不整合界面附近產(chǎn)生滑脫，造成凹陷中部地層腫脹擠壓上拱，而形成大型擠壓背斜構(gòu)造帶。因斷層切割作用，將背斜構(gòu)造帶分為西翼、核部和東翼，背斜的核部是柳泉－曹家務(wù)構(gòu)造帶，西翼就是舊州－固安構(gòu)造帶。

1 天然氣成因類型

由于廊固凹陷地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造多期發(fā)育、熱演化程度不同等特點(diǎn)，造就了廊固凹陷天然氣具有多元化的成因類型，欲尋找統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)識(shí)別不同類型的天然氣還很難。目前在天然氣成因類型劃分上還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)外多家分類原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合廊固凹陷天然氣形成的實(shí)際，根據(jù)氣源巖、天然氣地球化學(xué)特、母質(zhì)成熟度等因素將廊固凹陷中西部天然氣成因類型劃分為生物氣和油型氣2種類型，其中生物氣又分為原生生物氣、后生生物氣和原油降解生物氣；油型氣又劃分為低熟氣和高熟氣［2］。廊固凹陷中西部主要以后生生物氣和低熟氣和高熟氣為主。

圖1 中西部油氣藏原油比重與氣油比關(guān)系

1）后生生物氣 由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，烴源巖被抬升到生物化學(xué)帶而生成的天然氣，后生生物氣埋深一般小于1750m。①甲烷含量高、碳同位素分布范圍較寬。后生生物氣氣組分特征與原生生物氣相近，甲烷含量大于95%，濕氣含量較低，小于5%；其甲烷碳同位素比原生生物氣重為－35‰～－51‰，大多數(shù)位于－41‰～－45‰之間。②氣油比較大，具反常的油氣演化趨勢(shì)。后生生物氣藏中氣油比常常很大，達(dá)2000～10000m3／m3。它與正常演化油氣的趨勢(shì)不同，隨著氣油比的增加，油的比重不降反增［3］（見(jiàn)圖1）。

2）低熟氣 烴源巖在低熟階段，鏡質(zhì)體反射率Ro＜0.9%時(shí)生產(chǎn)的天然氣。廊固中西部低熟氣大多在2000～3000m。①甲烷碳同位素、氫同位素較輕。δ13C1較輕，在－42‰－～55‰之間，氫同位素一般小于－200‰。②組分中甲烷含量相對(duì)低，濕氣含量較高，這是低熟氣的重要特征。甲烷含量比其他各類天然氣一般都低，甲烷含量小于77%，濕氣含量平均在20%～30%。C1／（C1－C5）分布范圍大，為0.7～0.9。③常與輕質(zhì)油或凝析油伴生。

3）成熟氣 烴源巖在成熟－高熟階段，Ro＞0.9%時(shí)生成的天然氣，氣藏埋深位于3000～5000m。①甲烷碳同位素相對(duì)較重，在大于42‰，氫同位素大于－200‰。②濕氣含量較低，大部分為5%～20%。甲烷含量相對(duì)較高，大于70%，C1／ （C1－C5）為0.6～0.9。

圖2 廊固凹陷后生生物氣成藏模式圖

2 成藏模式

廊固凹陷中西部主要有2套不同性質(zhì)的天然氣成藏系統(tǒng)，它們控制了中西部天然氣的類型、成藏和分布，也決定了天然氣的勘探和評(píng)價(jià)建產(chǎn)方向。第1套成藏系統(tǒng)是廊固凹陷淺層天然氣成藏系統(tǒng)，特點(diǎn)是：氣源巖為中淺層下第三系烴源巖，氣源巖低熟，以后生生物氣和低熟氣為主，產(chǎn)氣層位為下第三系中淺層砂巖，氣藏類型為構(gòu)造氣藏和構(gòu)造－巖性氣藏，氣藏?cái)?shù)量多、分布廣、規(guī)模小，主要分布在中淺層。第2套成藏系統(tǒng)是廊固凹陷深層天然氣成藏系統(tǒng)，特點(diǎn)是：氣源巖為深層下第三系烴源巖，氣源巖高熟，以成熟－高熟氣為主，產(chǎn)氣層位主要為下第三系大興斷層下降盤礫巖體。

1）后生生物氣成藏模式 漸新世末期，廊固凹陷強(qiáng)烈抬升并遭受剝蝕，舊州斷層與地表水溝通，地表水?dāng)y帶微生物沿舊州斷層2側(cè)向烴源巖侵入并發(fā)生生物化學(xué)作用，形成后生生物氣 （見(jiàn)圖2）。這種氣藏主要形成在中西部的舊州斷層2側(cè)的沙三段 （Es3），具有自生自儲(chǔ)的有利成藏條件，形成了重要的天然氣富集。在平面上主要分布在舊州斷層2側(cè)，分布范圍較廣，固安背斜的固41氣藏，柳泉背斜的泉81氣藏是此類氣藏的典型。

2）中淺層低熟氣成藏模式 廊固凹陷中西部中淺層存在較厚的Es3低熟氣源巖，沉積類型以湖相為主，氣源巖母質(zhì)類型主要為以Ⅱ2型和Ⅲ型，這種母質(zhì)類型的氣源巖在低成熟階段形成了大量的低熟氣，在高壓異常的驅(qū)使下，天然氣向低壓的Es3和沙一段 （Es1）、沙二段 （Es2）砂巖運(yùn)移，并在各種圈閉中富集成藏，低熟氣是中西部重要的天然氣成藏模式，這種氣藏埋藏淺，分布廣。斷層是這種成藏模式不可缺少的重要因素，它不但是形成圈閉的重要條件，而且還是主要的運(yùn)移通道。中西部的舊州斷層和王居斷層附近是此類氣藏的主要發(fā)育區(qū) （如王居斷層附近的泉29氣藏）。

3）中深層近岸水下扇礫巖體成藏模式 由于下第三系大興斷層的強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)，致使大興凸起長(zhǎng)期繼承性抬升并遭受剝蝕，大量礫石從凸起上崩落或垮塌下來(lái)，經(jīng)風(fēng)化剝蝕的巖體，被來(lái)自凹陷西北側(cè)的水流搬運(yùn)至湖盆中，沿盆地邊緣呈扇形堆積，形成多個(gè)扇狀礫巖體，礫巖體延伸到沙三下亞段高熟的氣源巖中，形成自生自儲(chǔ)近岸水下扇礫巖體氣藏 （見(jiàn)圖3），如興9井、興10井、固15井等礫巖體氣藏。

3 富集規(guī)律

1）烴源巖控制了氣藏的平面展布 從目前廊固凹陷中西部已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏來(lái)看，氣藏主要分布在生氣中心及其周圍地區(qū)，氣源巖控制了天然氣藏的平面展布。處于生氣中心及其周圍，不僅氣源充足，而且運(yùn)移距離短，避免長(zhǎng)途運(yùn)移的大量散失，易富集成藏。中西部的固安－舊州構(gòu)造帶和柳泉－曹家務(wù)都處于烴源巖有效厚度最大的地區(qū)，生氣強(qiáng)度大，是中西部天然氣藏的主要富集區(qū)。

2）大斷裂控制了氣藏的縱向分布 長(zhǎng)期繼承性活動(dòng)的深大斷裂是天然氣縱向運(yùn)移的良好通道，它使深部生成的天然氣沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移并在淺部沿?cái)鄬?側(cè)聚集成藏。同時(shí)深大斷裂在圈閉形成過(guò)程中也起到重要作用，其上升盤和下降盤往往有逆牽引背斜存在，有利于天然氣的聚集。并且深大斷裂可使深部?jī)?chǔ)層和上部的蓋層形成對(duì)接，提高圈閉的有效性，同時(shí)也可使烴源巖和儲(chǔ)集層側(cè)向?qū)樱傻挠蜌饽苤苯舆\(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層聚集成藏。例如中西部的舊州斷層為該區(qū)最主要的氣源斷層，大部分氣藏都沿舊州斷層及其分支斷層2側(cè)上下分布，柳泉－曹家務(wù)構(gòu)造帶的天然氣主要富集在舊州斷層下降盤的逆牽引背斜上。固安－舊州構(gòu)造帶的天然氣則主要分布在舊州斷層上升盤的斷塊和巖性圈閉上。

圖3 近岸水下扇礫巖體成藏模式圖

3）儲(chǔ)層和蓋層控制了天然氣的富集程度 ①儲(chǔ)層。廊固中西部主要有3類儲(chǔ)集體：砂巖、礫巖、火成巖。儲(chǔ)集條件受相帶、埋深、巖石成份、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素的影響，差異較大。一般來(lái)說(shuō)，中淺層砂巖儲(chǔ)集物性較好，所形成的氣藏最為富集，深層砂巖受壓實(shí)作用影響較大，儲(chǔ)集物性較差。礫巖和火成巖主要以裂縫為主要儲(chǔ)集空間，但經(jīng)過(guò)后期構(gòu)造、搬運(yùn)等作用，巖石的儲(chǔ)集性能會(huì)得到明顯的改善。如大興斷層下降盤的興9井礫巖體，由于搬運(yùn)以及后期構(gòu)造作用，礫巖體內(nèi)構(gòu)造裂縫發(fā)育，凡是裂縫發(fā)育的地方，儲(chǔ)集物性就很好，氣藏富集程度就高，例如興9－9井裂縫最為發(fā)育，產(chǎn)氣量也最高。②蓋層。蓋層對(duì)天然氣的聚集也起很重要的作用，由于天然氣具有分子直徑小、粘度低、擴(kuò)散性強(qiáng)的特點(diǎn)，與石油相比，天然氣對(duì)蓋層的要求更為嚴(yán)格。蓋層質(zhì)量的好壞不僅影響到天然氣的富集程度，而且直接影響到該區(qū)天然氣的保存。蓋層對(duì)天然氣的封閉機(jī)理主要有3種：毛細(xì)封閉、超壓封閉和烴濃度封閉。中西部主要以前2種封閉機(jī)理為主。毛細(xì)封閉能力的好壞體現(xiàn)在排替壓力的大小，排替壓力數(shù)值上等于巖石中潤(rùn)濕流體被非潤(rùn)濕流體排替所需要的最小壓力。該種封閉在中西部普遍分布。超壓封閉是指依靠欠壓實(shí)泥巖蓋層中的異常高的孔隙流體壓力來(lái)封堵下部?jī)?chǔ)層中流體。研究表明，廊固中西部縱向上存在2個(gè)欠壓實(shí)帶，一個(gè)埋深1400～2100m，欠壓實(shí)厚度200～400m；另一個(gè)分布于3000～3900m，分布范圍較大。欠壓實(shí)帶的存在提高了蓋層的封閉能力，在欠壓實(shí)帶下部和中部均發(fā)現(xiàn)了油氣藏，如固安地區(qū)的固13氣藏產(chǎn)層就分布在欠壓實(shí)帶內(nèi)。

4 結(jié) 論

（1）廊固中西部的天然氣主要以后生生氣、低熟氣和高熟氣為主，但由于廊固凹陷經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，天然氣藏也經(jīng)歷了多次運(yùn)移，造成了實(shí)際還存在后生生物氣－低熟氣混合氣和低熟氣－高熟氣混合氣。但無(wú)論哪種氣藏，其富集規(guī)律都受烴源巖、斷層以及儲(chǔ)蓋組合的控制。

（2）舊州斷層2側(cè)的固安背斜、柳泉背斜、王居背斜、大興斷層下降盤礫巖體是中西部天然氣的主要富集區(qū)帶，是下一步天然氣勘探和評(píng)價(jià)建產(chǎn)的主要方向。