松遼盆地南部淺層氣成因類型及有利目標區

王建強

（1.中國地質調查局青島海洋地質研究所，山東青島 266071； 2.青島海洋科學與技術國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室，山東青島 266071）

淺層氣是地層中埋藏深度相對較淺的一種天然氣，較易在淺層沉積物中富集并且成藏，但是也易于散失。國內學者對于淺層氣的定義和分類做過詳細的研究[1–3]，淺層氣主要含兩層含義：一是天然氣賦存在主力含油層系之上；二是埋藏深度淺，一般把埋藏深度小于1 500.00 m 的氣藏稱為淺層氣。全球范圍內淺層氣分布廣泛。其中，我國境內的沉積盆地中資源量大，如柴達木盆地、松遼盆地、四川盆地、塔里木盆地、鄂爾多斯盆地等。松遼盆地作為中國最重要的含油氣盆地，隨著勘探程度的加深，已形成了以中淺層找油、深層找氣為主的二元格局。長期以來，對埋藏較深的天然氣比較重視，對淺層氣忽略而造成大量資源浪費。

近年來，對于淺層氣的關注度逐漸加大，但是主要集中在盆地北部大慶長垣，并且在大慶長垣南部見多口工業氣流井。目前，松遼盆地南部已被證實存在多個淺層氣產區，對于盆地南部淺層氣成因類型、圈閉類型等方面已有研究，景成杰等利用淺層氣組分和碳同位素特征分析了松遼盆地紅崗地區淺層氣成因類型[4]；胡望水等分析研究了松遼盆地南部淺層氣藏圈閉類型和特征，認為圈閉主要形成于坳陷–反轉時期，發現了4 種類型的構造圈閉[5–7]；孫浩等利用松遼盆地伏龍泉地區天然氣樣品，分析該地區地球化學特征和天然氣成因類型[8]。因此，在總結前人研究的基礎上，利用最新研究成果，系統地闡述松遼盆地南部淺層氣成因類型及其分布規律，表明其成因機制，并對研究區淺層氣成藏規律進行探討，為盆地淺層氣進一步勘探提供依據。

1 地質概況

松遼盆地位于中國東北部，是世界上油氣資源豐富且主要以中新生代為主的陸相含油氣盆地，是古生代基底之上發育的具有斷坳雙重結構克拉通裂谷盆地，歐亞板塊與太平洋板塊碰撞，形成了大規模斷陷盆地群，呈北東向及近南北向展布，早白堊世晚期盆地進入坳陷階段，形成巨厚的碎屑巖沉積，盆地經歷青山口組和嫩江組兩次大規模的湖泛期，發育了兩套區域性烴源巖，到晚白堊晚期盆地抬升進入萎縮階段，代表盆地發展的一個旋回結束。

松遼盆地南部由中央坳陷區、西部斜坡區、東南隆起區、西南隆起區4 個一級構造單元組成，其基底之上主要發育的區域地層為上侏羅統、白堊系、古近系、新近系和第四系，自下而上為上侏羅統火石嶺組（J3hs）；下白堊統沙河子組（K1sh）、營城組（K1yc）、登婁庫組（K1d）、泉頭組（K1q）；上白堊統青山口組（K2qn）、姚家組（K2y）、嫩江組（K2n）、四方臺組（K2s）和明水組（K2m）；以及新近系（Q）沉積地層。白堊紀–新近紀沉積的各種湖相碎屑巖是其主要的含油層系，自下而上可以劃分為楊大成子油層、扶余油層、高臺子油層、葡萄花油層、薩爾圖油層、黑帝廟油層及明水油層。本次研究目的層深度為小于1 300.00 m 的淺層地層，主要包括下白堊統泉頭組、登婁庫組及其以上地層（圖1）。

2 淺層氣成因類型

目前，松遼盆地南部的布海和小合隆是兩個主要的淺層氣產區，并已經在海坨子、紅崗、大安、新立、木頭、前郭、大老爺、雙坨子、農安等地區發現多口工業氣流井，表明松遼盆地南部淺層氣資源豐富、分布廣泛。縱向上，松遼盆地南部主要存在3 個組合的油氣聚集帶即上部組合、中部組合及下部組合。在以上基礎上認為，松遼盆地南部淺層天然氣存在平面成帶、縱向分層的分布規律，平面上主要集中在中央坳陷區紅崗階地、扶新隆起帶、華子井階地，東南隆起區登婁庫背斜帶以及德惠凹陷。

松遼盆地南部淺層天然氣組成成分在不同構造及不同組合中具有很大的差異（表2），烴類氣體含量較高，甲烷含量為69.25%～95.32%，重烴含量為1.60%～11.55%，干燥系數為0.87～0.99，以干氣為主，非烴氣體主要為N2和CO2，含量都較低。

天然氣碳同位素是評價天然氣成熟度和類型的重要參考指標。根據碳同位素是否發生倒轉，可以推測其成因類型，正碳序列為有機成因烷烴氣，倒轉序列為無機成因烷烴氣。研究區天然氣甲烷碳同位素系列主要為正碳系列，表明天然氣主要為有機成因類型。另外，甲烷碳同位素隨熱演化程度增加逐漸變重，因此可依據甲烷碳同位素推測成熟度。乙烷碳同位素具有良好的母質繼承性，受成熟度影響較小，主要與烴源巖母質類型有關，通常認為δ13C2值小于-28.8‰為油型氣，δ13C2值大于-28.8‰為煤型氣。

研究區乙烷碳同位素分布特征顯示，德惠凹陷乙烷碳同位素δ13C2值為-27.85‰～-21.26‰，其大于-28.8‰，推測為煤型氣；紅崗階地、扶新隆起帶及華子井階地乙烷碳同位素δ13C2值小于-28.8‰，推測為油型氣（表1）。根據油型氣或煤型氣成熟度回歸方程計算結果顯示，研究區內成熟度（Ro）較低，基本上都小于0.5%，表明天然氣主要是一種未熟–低熟、生物和熱力相互作用的有機成因的低溫混合烷烴氣。

圖1 松遼盆地南部地層柱狀圖

表1 松遼盆地南部淺層天然氣成分及同位素特征

由于研究區內天然氣成因類型復雜，為了進一步區分其類型，利用C1/C1+–δ13C1分類圖版加以區別。由圖2 可知，天然氣主要以生物氣為主，典型生物氣主要存在于紅崗階地（大安、紅崗）和扶新隆起帶上（前郭、新立–新北），C1/C1+一般大于0.98，甲烷碳同位素一般小于–50‰。成熟度較低的熱成因氣（一般為油伴生氣）主要存在于扶新隆起帶（木頭）和東南隆起區的德惠凹陷（農安），C1/C1+一般大于0.96，甲烷碳同位素在–42.0‰～–50.0‰。成熟度較高的熱成因氣位于東南部德惠凹陷，C1/C1+一般大于0.96，甲烷碳同位素一般大于–42.0‰。

圖2 天然氣成因類型分類

3 淺層氣主控因素

由于含油氣盆地在形成時受構造作用及沉積環境變換等因素影響，盆地演化的不同階段控制油氣生成到聚集成藏的整個過程。從松遼盆地南部淺層天然氣聚集條件來看，氣藏埋藏淺，早期形成的巖性、構造等圈閉，斷層的封堵性以及蓋層條件、烴源巖的生排烴能力都影響控制著淺層氣的聚集[9–14]。

3.1 淺層氣氣源

在陸相沉積盆地中，油氣分布主要受生烴凹陷控制，并且會在儲集物性條件好的有利區帶內聚集成藏。因此，烴源巖是天然氣成藏的物質基礎和前提條件，其類型、有機質豐度及有效烴源巖分布是影響不同成因類型的淺層氣成藏的關鍵因素[14]。松遼盆地南部的中央坳陷區和東南隆起區有大量的淺層天然氣產出，存在淺部、中部和深部三套烴源巖。

3.1.1 淺部烴源巖

淺部烴源巖成熟度較低，主要分布在明水組一段、嫩江組四段、嫩江組五段沉積時期。嫩江組四段、嫩江組五段沉積相主要為三角洲相及半深湖相，沉積中心位于大安、海坨子、讓字井一帶，沉積的暗色泥巖厚度為100.00～250.00 m。明水組沉積時期，沉積范圍主要分布在中央坳陷及西部，向東逐漸尖滅。明水組一段地層主要沉積在中央坳陷的中西部，以濱淺湖相沉積為主。在紅崗和大安地區，以沖積扇、扇三角洲相沉積為主，僅局部發育濱淺湖相。明水組沉積時期，沉積的暗色泥巖約為30.00～70.00 m，大安地區嫩江組一段暗色泥巖厚度60.00～100.00 m，是松遼盆地淺部生物氣和低熟氣（生物–熱催化過渡帶氣）的主要氣源。根據生烴模擬結果，認為生氣階段從沉積開始持續至今。嫩江組現今埋深 3 00.00～2 200.00 m，Ro為0.2%～0.7%，成熟度低，是較好的生物氣或低熟氣源巖。紅崗階地天然氣類型主要為生物氣，成熟度較低的淺部烴源巖為其提供氣源巖。

3.1.2 中部烴源巖

中部氣源巖主要是低成熟演化階段嫩江組一段、嫩江組二段烴源巖和青山口組暗色泥巖烴源巖。青山口組和嫩江組沉積時期，經歷了兩次湖盆興盛期，湖盆內生物繁盛，為油氣生成提供了豐富的物質基礎。青山口組烴源巖分布范圍廣，厚度大，青山口一段烴源巖厚度30.00～70.00 m，大安凹陷厚度達80.00～90.00 m。青山口組二段、青山口組三段烴源巖分布有限，主要分布于中央坳陷內，厚度一般為40.00～50.00 m，大安凹陷厚度最大，達250.00～320.00 m。青山口組Ro為0.4%～1.3%。嫩江組有效烴源巖主要分布在古龍–大安凹陷、乾安–長嶺凹陷，其中大安、乾安凹陷嫩江組一段厚度達60.00～90.00 m，大安、乾安凹陷嫩江組二段厚度達80.00～180.00 m。嫩江組一段、嫩江組二段演化程度相對較低，Ro為0.8%～0.9%。

綜上可以看出，青山口組氣源巖熱演化程度強于嫩江組氣源巖。青山口一段烴源巖主要為華字井階地提供氣源；青山口組一段及嫩江組一段烴源巖為大安凹陷和乾安–長嶺凹陷提供氣源。

3.1.3 深部烴源巖

深部烴源巖為沙河子組、營城組和登婁庫組，主要分布在深部彼此分割的斷陷內，為德惠凹陷提供氣源。由于周邊凸起物源供給充足，形成充填巨厚的砂泥巖沉積（夾有火山巖或煤層沉積）。在這三套烴源巖中，沙河子組和營城組深湖–半深湖相暗色泥巖發育，但不同烴源巖和不同的斷陷烴源巖存在差異，沙河子組和營城組烴源巖在德惠和小合隆斷陷最好。其中，沙河子組烴源巖有機碳（TOC）含量為2.1%，氯仿瀝青“A”為0.14%，生烴潛量為2.4 mg/g。營城組烴源巖TOC 含量為2.0%，氯仿瀝青“A”為0.15%，生烴潛量為2.1 mg/g。

3.2 巖性、構造圈閉的形成

松遼盆地南部的淺層天然氣縱向上由西向東含氣層位變低，即由紅崗階地上部的明水氣藏降到德惠凹陷的農安氣藏。平面上均分布在階地與隆起帶上，主要形成背斜、巖性、背斜–巖性和斷裂–巖性四種類型氣藏，但以巖性–構造復合氣藏為主要類型（表3）。盆地內主要反轉構造在明水組沉積后定型，在空間上限定了天然氣的分布格局。構造行跡分析表明，明水組沉積后，在北西向強大擠壓應力作用下，扶余Ⅲ號斷層成為強烈擠壓前進的突破口，自東向西，依次形成扶余Ⅲ號、新立–新北構造、大安–紅崗階地等大型反轉構造，變形程度逐漸減弱。構造演化分析認為，紅崗階地淺層天然氣藏在明水–古近紀時期形成。而扶新隆起帶和華字井階地上的淺層天然氣藏從嫩江組沉積末期開始形成，至明水組沉積期–古近紀時期最終成藏。

表3 松遼盆地南部淺層氣藏類型

3.3 斷層對天然氣成藏的作用

松遼盆地經歷了多期構造活動，區內斷裂發育。早期形成的斷裂系統，由于受到嫩江末和明水末構造運動影響重新活動，成為溝通氣源與圈閉的主要通道。另外，形成于基底的大斷裂由于受到左旋拉張作用的影響，自泉頭組頂向上至嫩江組二段頂均有發育，與褶皺期同期形成的近北東向斷裂，是天然氣運聚的主要輸導體系之一，如長嶺凹陷的東嶺構造淺層氣藏[15]（圖3）。

另一類斷裂受到嫩江末構造運動的影響，區域蓋層部分保存完好，形成的晚期斷裂大而多，從地表斷穿至基底。該類斷層具有溝通氣源與天然氣散失的雙重作用，早期斷裂造成天然氣散失，晚期斷裂起封閉作用。在斷層與背斜、斷層與巖性復合圈閉的地區形成淺層次生氣藏，如德惠凹陷的農安構造、登婁庫背斜的伏龍泉構造。

3.4 蓋層對成藏的控制作用

圖3 東嶺構造天然氣藏剖面[16]

蓋層是形成天然氣藏的重要條件之一[17–19]。松遼盆地南部青山口組、嫩江組沉積時期為盆地擴張期，在大安–古龍凹陷、乾安–長嶺凹陷，沉積了巨厚的暗色泥巖，生烴強度大，具有物性、烴濃度和超壓三種封閉機理。

根據鉆井資料統計，青山口組泥巖厚度為300.00～500.00 m，嫩江組泥巖厚度為50.00～650.00 m，姚家組純泥巖厚度為100.00～180.00 m。由坳陷中心向邊緣逐漸變薄，湖相泥巖對三角洲（扇三角洲）前緣亞相砂體形成良好的蓋層條件。

另外，對中部組合產氣層的直接蓋層厚度統計，最薄1.00 m，最厚75.00 m。理論上講，只需1 cm 厚的壓差屏蔽，足以阻止天然氣滲漏，構成所謂薄膜封蓋，但實際上因巖性的橫向變化需要1.00 m 至數米的厚度才能有效地封蓋住整個圈閉。對英臺、四方坨子等構造中部組合的泥巖測定，突破壓力均小于5.00 MPa，一般為2.60～3.70 MPa，中值半徑多小于5.0 nm，一般為3.5～5.5 nm。縱向上比較，青山口組泥巖封蓋性能好，突破壓力為1.4～3.7 MPa，儲層孔喉比達111～138，臨界氣柱高度2.30～41.62 m，其次為姚家組，突破壓力為0.59～3.80 MPa，臨界氣柱0.40～47.50 m，說明中部組合的泥巖具有較強的封閉能力。

4 淺層氣有利目標區

松遼盆地主要為陸相湖盆沉積，相對于海相地層而言，沉積相帶變化較快，延伸不遠。因此，天然氣藏的分布受控于生烴源區，淺層有利勘探區優選應以源控區找氣為主要勘探目標。根據天然氣成藏條件、主控因素等優選出了以下有利目標區（圖4）：

（1）德惠凹陷的農安構造和扶新隆起帶的伏龍泉構造：這兩個構造含天然氣的共性是均含油型氣、油型氣與煤型氣的混合天然氣，為下部組合產氣。氣源主要是斷陷期的烴源巖，氣源巖種類多（腐泥型和腐殖型烴源巖），演化程度為成熟到高成熟，在不同的演化階段均有烴類氣體生成，斷裂是氣體運移的主要通道。因為本身是氣藏，對儲集條件要求并不是很高，關鍵的是青山口組泥巖作為區域蓋層，對天然氣的封蓋非常有利。氣藏形成的時間較早，持續時間長。

（2）華字井階地的雙坨子構造：該區帶的油氣勘探程度較高，主要為油型天然氣。該構造帶中部組合各含氣層均有烴類氣體產出。主要氣源是松遼盆地烴源巖青山口組地層，氣源巖種類為腐泥型（I型）和腐殖腐泥型（II1型），演化程度為成熟，處在生油氣階段。在有機質演化過程中有大量的烴類氣體伴生，儲層和圈閉距離烴源巖很近，屬于自生自儲上蓋式氣藏。嫩江組泥巖作為區域蓋層，有利于對天然氣的封蓋。雙坨子構造產氣層主要為薩爾圖氣層。該構造是北東向長期發育的繼承性構造，西翼是長嶺凹陷油氣向華字井階地運移的必經之路，可以隨時捕獲來自坳陷新生成的油氣，成為天然氣聚集的有利地區。

（3）紅崗階地上的大安構造：該構造是明化鎮組沉積末期形成的反轉構造，以產生物氣、產氣層位淺（深度小于530.00 m）、產氣量小為特征。主要產氣層是嫩江組四、五段的黑帝廟氣層。由于含氣層段埋藏較淺，輕微的構造運動就會對已形成的天然氣藏會造成破壞。因此，在該地區尋找淺層生物氣，要考慮到氣藏的封蓋條件，包括蓋層的厚度、泥巖的排替壓力、斷裂與儲層的配置關系等控制因素。

圖4 松遼盆地南部淺層天然氣有利目標區

5 結論

（1）松遼盆地南部淺層氣可以劃分為兩個含氣區：中央坳陷區淺層氣類型主要為生物氣、低熟熱成因氣；東南隆起區淺層氣類型主要為成熟度較高的熱成因氣。

（2）松遼盆地南部淺層氣成藏的主控因素主要有4 個方面：淺部、中部、深部三套烴源巖為不同區帶的淺層氣藏提供了氣源；以構造–巖性為主的圈閉為淺層氣藏提供了有利場所；青山口組和嫩江組兩次大規模的湖泛期，沉積連續大套的泥巖層，為淺層氣成藏提供了良好的蓋層條件；斷層對淺層氣不僅起輸導作用，還有遮擋作用。

（3）根據生烴條件、成藏主控因素優選出德惠凹陷的農安構造、扶新隆起帶上的伏龍泉構造、華字井階地雙坨子構造和大老爺府構造及紅崗階地上的大安構造等為淺層氣藏的有利目標區。