松遼盆地北部中央古隆起帶基巖風化殼氣藏富集規律

摘要：

為明確松遼盆地北部中央古隆起帶基巖風化殼氣藏分布規律及主控因素，利用巖心、測井及地震等油氣勘探資料，探討了研究區天然氣成藏的烴源巖、儲層及蓋層條件及氣藏形成的地質背景。結果表明：主力烴源巖以徐家圍子斷陷沙河子組為主，儲層以花崗巖類風化殼為主，區域蓋層為登婁庫組泥巖；早期區域隆升、晚期差異沉降形成近SN向的中央古隆起帶。基巖風化殼具有新生古儲、側向運移的成藏模式，富集規律分析結果表明：基巖與泥巖對接、供烴窗口大的地區是天然氣藏富集的平面有利區；縱向上，風化淋濾作用控制著天然氣藏在基巖風化殼內富集；花崗巖類為優勢巖性，是天然氣富集高產的重要因素之一。

關鍵詞：

松遼盆地；中央古隆起帶；基巖；風化殼氣藏；富集規律

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220029

中圖分類號：P618.12

文獻標志碼：A

收稿日期：2022-01-21

作者簡介：白雪峰（1979—），男，高級工程師，主要從事油氣勘探部署與地質綜合方面的研究，E-mail：bxf@petrochina.com.cn

通信作者：劉家軍（1983—），男，高級工程師，主要從事深層天然氣勘探部署與地質綜合方面的研究，E-mail：liujj123@petrochina.com.cn

基金項目：中國石油天然氣股份有限公司前瞻性與基礎性重大科技項目（2021DJ0205）

Supported by the Forward Looking and Basic Major Scientific and Technological Project of CNPC （2021DJ0205）

Gas Enrichment in Basement Weathering Crust in the Central Paleouplift Belt in Northern Songliao Basin

Bai Xuefeng，Liu Jiajun，Lu Jiamin，Sun Lidong，Li Junhui，Li Xiaomei，Di Jiaxiang，Liu Lijuan，Dai Shili，Yang Liang

Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Co.， Ltd.， Daqing 163712，Heilongjiang， China

Abstract：

In order to investigate the distribution principles and main controlling factors of the basement weathering crust gas accumulations in the central paleouplift belt in the northern Songliao basin， the conditions of hydrocarbon source rock， reservoir and cap rock， and the geological background of gas reservoir formation in the study area are discussed based on core， logging， seismic， and other oil and gas exploration data. The results show that the main source rock is Shahezi Formation in Xujiaweizi fault depression， the reservoir is mainly granite weathering crust， and the regional caprock is the mudstone of Denglouku Formation. The early regional uplift and late differential subsidence formed a central paleouplift belt in nearly SN direction. The weathering crust of bedrock has a hydrocarbon accumulation model of lateral migration of hydrocarbon from young sources to old reservoirs. The analysis of gas enrichment show the following principles. The favorable area for gas accumulation in basement weathering crust is benefitted from the direct contact of the bedrock to the mudstone and a large hydrocarbon supply window laterally， and weathering and leaching vertically. The granite as dominant lithology is one of the essential factors for gas enrichment and high yield.

Key words：

Songliao basin; central paleouplift belt; bedrock; weathering crust gas accumulation; enrichment principles

0 引言

松遼盆地北部中央古隆起帶為一基巖古隆起，21世紀以來，在其兩側斷陷內發現了營城組火山巖［1-6］和沙河子組致密砂礫巖等多類型氣藏［7-11］，證實斷陷內發育優質烴源巖。進入“十三五”以來，對松遼盆地中央古隆起開展了系統的成藏條件再認識和工程技術攻關，部署風險探井取得了重大發現，證實中央古隆起具備油氣成藏的基本地質條件，并具有良好的天然氣勘探前景［12-15］。松遼盆地深層基巖勘探雖然取得重大突破，但與火山巖和致密砂礫巖的多類型氣藏相比，油氣富集規律尚未開展系統研究，制約著下步勘探的快速展開。

本文通過大量巖心、測井及地震等油氣勘探資料分析，探究天然氣成藏和基巖風化殼氣藏的富集因素，以期為大慶油田其他地區基巖勘探提供借鑒和依據。

1 地質背景

松遼盆地北部中央古隆起帶東鄰徐家圍子斷陷，西部與古龍斷陷相連，整體為一SN向展布的古隆起，面積達1 038 km2。

西側發育西部斷階帶，東側自S向N發育永樂、肇州、昌德、升平、衛星和汪家屯6個凸起（圖1）。

松遼盆地基底主要由石炭系和二疊系構成，晚二疊世以來至侏羅紀，受SE—NW向強烈擠壓作用的影響，中國東北地區發生整體區域隆升，三疊紀和侏羅紀除局部區域外，整體未接受沉積。早中侏羅世—早白堊世時期，由于伊澤奈奇板塊的SN向俯沖作用，地幔發生上隆作用，地殼強烈伸展，深部巖漿多期侵入，同時兩側斷陷盆地開始規模發育，中央古隆起帶開始形成。受巖漿多期侵入的影響，中央古隆起帶巖性整體表現為以花崗巖等侵入巖類和淺變質巖為主，部分區域石炭系—二疊系殘留分布。在登婁庫組沉積前，由于長期受風化淋濾作用影響，在中央古隆起帶基巖頂部形成了大面積分布的風化殼，與斷陷期烴源巖形成良好的側生側儲組合，基巖風化

殼是松遼盆地北部深層勘探的重要對象。

2 成藏地質條件

2.1 多期構造運動控制了中央古隆起帶的構造格局

早白堊世以來，受EW向持續拉張作用的影響，中國東北地區形成了大規模分布的斷陷群。構造演化史分析表明：火石嶺組—營城組時期，隨著斷陷的持續沉降，中央古隆起帶開始形成，這一階段東側徐家圍子斷陷沉降幅度明顯大于西側古龍斷陷；登婁庫組—泉頭組時期，西側古龍開始快速沉降，東側徐家圍子沉降變慢，從沉降幅度看，東西兩側沉降幅度都比較大；嫩江組開始，歷經四方臺組至現今，盆地整體沉降，中央古隆起帶停止發育（圖2）。

中央古隆起帶受晚二疊世至侏羅紀區域隆升、白堊紀差異沉降作用的影響，自S向N發育永樂、肇州、昌德、升平、衛星和汪家屯6個凸起，其中，肇州凸起及汪家屯凸起埋藏深度較淺；昌德凸起埋藏深度較大，整體上形成南北高中間低、起伏不平的潛山頂面構造。受早白堊紀控陷斷層的影響，中央古隆起帶6個凸起上發育背斜、斷背斜、斷鼻和斷塊等多種不同類型的圈閉，其中超過10 km2的圈閉有13個，圈閉縱向幅度在100～900 m之間，為基巖風化殼氣藏的形成奠定了基礎。早期區域隆升、晚期差異沉降構造背景下形成的一系列大型構造在登婁庫組沉積之前一直處于持續風化剝蝕階段，形成了大面積分布的基巖風化殼，其兩側的斷陷期烴源巖持續生烴，為天然氣運聚的有利成藏區。

2.2 多套烴源巖及主力烴源巖

盆地基底中廣泛發育石炭系—二疊系烴源巖，且烴源巖具有有機質豐度高（w（TOC）平均為1.2%）、普遍過成熟（ Ro平均為4.4%）的特點；但由于巖漿侵入影響，石炭系—二疊系在中央古隆起帶殘留較少，僅Lt1井揭示存在石炭系—二疊系，有機碳質量分數一般在0.017%～0.634%之間，平均為0.135%，品質較差。

基巖風化殼氣藏主要來自于古隆起帶兩側斷陷期烴源巖的貢獻，其中：東側徐家圍子斷陷為一個統一的斷陷，烴源巖生烴強度大，距離中央古隆起帶較近，為主要的烴源巖；西側古龍斷陷與徐家圍子斷陷相比，發育多個洼槽，烴源巖規模小，生烴中心不集中，為次要氣源。

徐家圍子斷陷發育沙河子組深湖、半深湖相沉積的暗色泥巖和煤層兩類烴源巖，以Ⅲ型干酪根為主。該斷陷內沙河子組暗色泥巖廣泛發育，斷陷邊部暗色泥巖較薄，一般在50～100 m之間，斷陷中部暗色泥巖較厚，一般大于200 m，地震預測最大厚度大于2 000 m；煤層主要分布在斷陷東部，在斷陷西部僅局部發育，鉆遇煤層厚度一般在30～100 m之間，僅局部厚度大于100 m。暗色泥巖處于高—過成熟階段，有機質豐度較高，w（TOC）平均為1.5% 左右，Ro平均2.9%左右，為優質烴源巖。徐家圍子斷陷自S向N發育徐南、徐西—徐東、安達3個生烴中心，各生烴中心可為鄰近基巖凸起供烴，其中徐南生烴中心鄰近肇州凸起，徐西—徐東生烴中心鄰近衛星和昌德凸起，安達生烴中心鄰近汪家屯和升平凸起。

古龍斷陷沉積環境與徐家圍子斷陷類似，但受斷陷格局影響，沙河子組烴源巖分布在15個洼槽內。在緊鄰中央古隆起帶的洼槽中，敖南洼槽生烴中心鄰近永樂凸起，其烴源巖已被鉆井證實，推測其可為永樂凸起供氣；其余洼槽均以地震預測為主，分布面積小，厚度薄，同時距離中央古隆起帶距離較遠，可作為中央古隆起帶次要的烴源巖。通過系統對比分析中央古隆起帶周圍烴源巖發育情況，認為基巖風化殼氣藏存在石炭系—二疊系烴源巖、古隆起帶兩側斷陷期沙河子組烴源巖共同供烴，其中以東側徐家圍子斷陷沙河子組烴源巖供烴為主［16-18］。

2.3 基巖巖石儲層類型

中央古隆起帶基巖儲層致密，物性較差，去除非儲層段取心數據，儲層段取心實測孔隙度一般在1.7％～5.3％之間，平均為2.2％，滲透率一般在（0.01～5.81）×10-3μm2之間，為低孔特低滲儲層（圖3）。中央古隆起帶花崗巖類儲層物性較好，儲層段取心孔隙度一般在1.7%～5.3%之間，平均為2.8%，滲透率在（0.01～5.81）×10-3μm2之間。巖心實測物性數據一般低于地層條件下實際數據，主要原因為巖心裂縫非常發育，無法取完整樣分析，而實際能測量的巖心數據往往裂縫發育較少，因此不能完全代表地下的實際情況。依據測井資料計算，測井孔隙度在1.9%～6.1%之間，裂縫密度在2.0～6.8條/m之間，遠遠高于實測的巖心物性數據。

基巖造巖礦物分為淺色礦物和暗色礦物兩類，其中淺色礦物體積分數越高，其性越脆，遭受構造運動時越容易產生大量裂縫，因此孔隙度與滲透率越高;而且在淺色礦物高體積分數區，有效孔隙度、滲透率值域變化范圍大。根據研究區17口井123塊全巖樣品分析結果（圖4）可知：其花崗巖、花崗質構造角礫巖暗色礦物體積分數較低，孔隙度較高；淺變質安山巖及淺變質沉積巖暗色礦物體積分數較高，孔隙度較低。產生這一現象的原因是花崗巖、花崗質構造角礫巖為酸性巖類，其中的長石和石英等淺色礦物體積分數高，這些巖石都具有很大的脆性，容易受后期構造作用影響，發育較多的裂縫，而裂縫的存在同時又加劇了風化淋濾等次生改造作用的影響，從而能夠形成優質的孔縫儲層。

2.4 登婁庫組泥巖蓋層

中央古隆起帶基巖氣藏區域性蓋層是登婁庫組二段和三段，其厚度大，分布范圍廣，突破壓力大，封蓋性能好。中央古隆起帶之上蓋層泥巖厚度分布穩定，一般在80～200 m之間。雖然與斷陷之上蓋層（大于200 m）相比厚度略薄，但整體連續，分布穩定（圖5），且整體無斷穿登婁庫組的斷層，蓋層效果好。

蓋層封閉性受微觀封閉能力控制，因此，與微觀封閉能力關系密切的突破壓力可作為衡量蓋層質量的指標，較高的突破壓力是蓋層能封閉油氣的重要原因。登婁庫組蓋層泥巖樣品顆粒比表面積在1.00～27.99 m2/g之間，突破壓力在2.70～8.91 MPa之間，可作為中央古隆起帶基巖風化殼氣藏的區域性蓋層。

3 氣藏富集規律

3.1 源儲對接關系影響著天然氣的平面分布范圍

基巖氣藏的主力烴源巖為徐家圍子斷陷白堊系沙河子組烴源巖，西側古龍斷陷白堊系沙河子組烴源巖為次要氣源［24-29］，儲層巖性為石炭系—二疊系花崗巖及淺變質巖。因此中央古隆起帶基巖油氣藏屬于典型的新生古儲型油氣藏，按照烴源巖和儲層的空間對應關系，應屬于源外型新生古儲氣藏，因此源儲對接關系影響著天然氣的平面分布格局（圖6）。

中央古隆起帶與泥巖的對接關系（圖6b）是影響天然氣平面分布格局的重要因素之一，其供烴窗口大，在750～3 200 m之間，斷層與不整合面為主要的疏導體系，是天然氣運移的通道。基底發育一系列NE—SW走向低角度疊瓦狀逆沖斷層和SN向高角度斷層，這些斷層是溝通源儲的關鍵。東部長期繼承性發育的徐家圍子控陷斷裂，控制著沙河子組地層的厚度及烴源巖的發育，且直接溝通源巖和儲層，對天然氣運移貢獻作用大，起主導作用；同時斷層附近裂縫非常發育，也可成為天然氣運移的通道。另外，天然氣首先沿溝通沙河子組源巖與登婁庫組不整合面的斷層垂向運移，然后沿不整合面側向運移至隆起帶高部位成藏。

依據中央古隆起帶基巖鄰近東側徐家圍子斷陷沙河子組泥巖對接關系及供烴窗口范圍，將中央古隆起帶劃分為3個有利區（圖6a），其中：一類區主要分布在升平凸起、昌德和肇州凸起大部，鄰近主力烴源巖，主要與泥巖直接對接（圖6b）；二類區主要分布在衛星、汪家屯凸起及肇州凸起局部，臨近主力烴源巖，主要與砂巖直接對接（圖6c）；三類區主要分布在永樂凸起和西部斷階帶，遠離主力烴源巖，間接接觸（圖6d）。

從已鉆井分析看，見氣顯示的13口井主要分布在近源帶的汪家屯、昌德和肇州凸起，且靠近東側徐西斷裂帶。以上分析表明，沙河子組烴源巖與基巖的對接關系影響著基巖氣藏天然氣的平面分布范圍。

3.2 風化淋濾作用控制著天然氣富集的層位

基巖儲層本身不發育原生孔隙，儲集空間類型主要為風化淋濾作用形成的溶蝕孔隙。中央古隆起帶基巖自三疊紀到早白堊世末期1.5億a的時間內，一直暴露在地表環境中，遭受風化剝蝕作用，基巖發生碎裂，后期經過淡水淋濾作用形成了大面積分布的風化殼。中央古隆起帶的基巖風化殼厚度一般為60～325 ｍ，風化殼內巖心裂縫非常發育，整體較破碎，可見鐵質氧化物和溶蝕現象。已鉆井氣層發育位置分析表明，氣層集中段分布在距離基巖頂面300 m以內，內幕中偶見裂縫性儲層，淋濾作用不明顯，溶蝕孔縫不發育，含氣性差（圖7）;因此，縱向上風化淋濾作用控制著天然氣藏在基巖風化殼內富集。

3.3 優勢巖性是天然氣富集高產的重要因素

如前所述，花崗巖類由于暗色礦物體積分數低、脆性大，有助于裂縫的形成，因此形成的儲層厚度大，分布連續，含氣性好，富集高產，是優勢巖性。20口直井統計表明，花崗巖的儲層厚度最大，為329.8 m，占比達60%（圖8），其他巖性如糜棱巖、千枚巖等，儲層厚度在10.0～60.0 m之間，儲層厚度占比較小。取得工業突破的兩口探井Lt2、Lp1均鉆遇花崗巖優質儲層。如圖7所示，儲層橫向上非均質性強，變化較快，揭示儲層的探井大多以花崗巖為主，表明優勢巖性是油氣富集高產的重要因素，巖性是造成儲層非均質性分布的原因。“十三五”以來部署的7口探井中，有4口探井鉆遇花崗巖儲層，其中2口花崗巖探井獲得工業氣流，2口花崗巖探井鉆遇厚儲層，目前待試;另外3口鉆遇糜棱巖等巖性，儲層不發育，產量低;因此花崗巖為優勢巖性，是天然氣富集高產的重要因素之一。

4 氣藏成藏模式

中央古隆起帶基巖風化殼氣藏成藏模式為新生古儲側向運移，隆起帶兩側斷陷期烴源巖通過斷裂及不整合疏導體系為基巖風化殼氣藏供烴，源儲對接關系影響天然氣平面分布范圍，疏導體系是核心關鍵，優勢巖性是油氣富集高產的重要因素。除基巖風化殼氣藏外，天然氣也可通過早期內幕斷裂運移，在基巖內幕中形成裂縫型氣藏。由于鉆井進尺所限，目前該類氣藏鉆遇較少，僅Lt2揭示發育內幕氣藏，目前鉆井揭示以風化殼氣藏為主（圖9），但內幕氣藏具有成藏的可能性，值得下一步研究。中央古隆起基巖風化殼氣藏與構造關系密切，凸起上成藏條件好，氣藏富集主要受優勢巖性與晚期高角度斷層控制。晚期高角度斷裂形成的立體縫網體系，既可改善儲集能力，又可提高滲流能力。勘探實踐證明，相對穩定的塊體構造、儲層發育且具有斷裂及不整合疏導時，基巖風化殼含氣性好，在構造高點富集成藏。

5 有利勘探區帶

中央古隆起帶鄰近烴源巖具有良好的生-儲-蓋匹配關系，成藏條件好。按照“構造背景優越、毗鄰烴源巖、具備優勢巖性、風化殼儲層發育、保存條件良好”等有利條件對中央古隆起帶基巖風化殼開展有利區帶劃分，結果（圖10）表明：中南部肇州凸起為勘探有利Ⅰ-1類區帶，凸起周圍構造低部位為勘探有利Ⅰ-2類區帶，北部衛星、昌德、汪家屯衛星、等凸起及南部永樂凸起為勘探有利Ⅱ-1類區帶，這些凸起周圍構造低部位為勘探有利Ⅱ-2類區帶。

勘探有利Ⅰ-1類區帶為肇州凸起，肇州凸起與徐西、徐南生烴中心相鄰，源儲對接關系好。肇州凸起已鉆井揭示以花崗巖優勢巖性為主，風化殼儲層及裂縫發育。肇州凸起內鉆遇工業氣流井2口、低產氣流井2口，證實氣藏成藏條件好。肇州凸起下步勘探重點在于儲層的預測和氣藏邊界的確定。

勘探有利Ⅱ-1類區帶包括衛星、昌德、汪家屯Ⅱ-2和永樂凸起。其中，昌德和汪家凸起均具有良好的源儲對接關系，烴源巖供烴條件好。2個凸起巖性均比較復雜，發育花崗巖、糜棱巖、淺變質巖等多種巖性，儲層發育程度不一。鉆遇花崗巖類的探井揭示大多具有較好的含氣顯示，如昌德凸起揭示2口低產氣流井。衛星、昌德和汪家屯凸起下步勘探的重點是優勢巖性花崗巖的發育規律及預測。

永樂凸起位于肇州凸起的西南側，無井揭示基巖地層，重磁及地震資料預測該區發育一大型花崗巖體，按照優勢巖性認識推測該區基巖風化殼儲層發育。永樂凸起距離徐家圍子徐南生烴中心較遠，其烴源巖以西側古龍斷陷敖南洼槽為主，推測其具有較好的源儲對接關系，下步勘探重點為源儲對接關系及疏導體系的研究及刻畫。

6 結論

1）早期區域隆升、晚期差異沉降形成的近SN向的中央古隆起帶是天然氣運聚的有利指向區，主力烴源巖以徐家圍子斷陷沙河子組為主，儲層以花崗巖類風化殼為主，區域蓋層為登婁庫組泥巖蓋層。

2）基巖與泥巖對接、供烴窗口大的地區是天然氣藏富集的平面有利區；風化淋濾作用控制著天然氣縱向上主要富集在風化殼內；花崗巖類為優勢巖性，是天然氣富集高產的重要因素；基巖風化殼具有新生古儲、側向運移的成藏模式。

3）中央古隆起帶南部肇州凸起為Ⅰ-1類勘探有利區帶，凸起周圍構造低部位為Ⅰ-2類勘探有利區帶；北部衛星、昌德等凸起及西南部永樂凸起為Ⅱ-1類勘探有利區帶，凸起周圍構造低部位為Ⅱ-2類勘探有利區帶。

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