洞庭盆地浅层生物气成藏条件及潜力圈闭评价

朱 伟，曹子剑，王红云，景宝国

(1.湖南科技大学，湖南 湘潭 211401;2.中油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

图1 洞庭盆地边界示意位置

洞庭盆地属中新生代含油气盆地，面积约19 000 km2(图1)，与江汉盆地分处华容隆起南北，两者具相同沉降背景，油气地质条件极为接近:地层层序保存完整，古近纪均为生油坳陷。1971年，在盆地开展了地震勘探、钻探为主的油气勘查。完成中、深井及浅井109口，总进尺130 306 m。在沅江凹陷下第三系，获得原油约20 m3。在岳阳、南县、安乡、常德、汉寿、沅江等地地面及钻孔见大量第四系浅层气显示，一般深3～50 m左右，气井压力一般为10～100 kPa，少数大于 100 kPa，日产气为 1 ～100 m3/d。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江组与江汉油田主力产油层新沟咀组层序位置相当，含一套连续沉积暗色泥岩[1-7]，且单层厚度更大，颜色更深。随着华容隆起以北一系列油气突破和松滋油田的发现，极大提升了洞庭盆地油田发现的预期。在前期研究的基础上，通过地质、地球物理相结合来探讨气藏形成的有利地质条件，为中国南方陆相沉积盆地第四系冲积平原的浅层气勘探提供数据和参考依据。

1 构造沉积演化

洞庭盆地是中国中部元古代基底上发育的中新生代陆相断陷型盆地(图2)，第四纪沉积地层以砂泥岩为主，在纵向上形成了2套整体表现为下粗上细的正向沉积旋回。

1.1 更新世沉积期

早更新世早期，本区开始接受一套泥沙充填。主要以陆相河流相砾石层、砂层为主，在低洼地带沉积湖相的杂色黏土。随后地壳持续沉降，湖盆面积不断扩大。中更新世受走向NNE、NW、EW和SN向等正断裂控制发生强烈沉降，形成澧县凹陷、沅江凹陷、赤山隆起、安乡凹陷等隆凹相间的稳定格局。洞庭湖盆由于水量大，物源补给充足，湖面扩大形成宽广的补偿型湖盆，西部、北部一直延伸到江汉平原，区内广泛发育大套湖泊相黏土。晚更新世遭受抬升，湖盆萎缩，盆地大部分成为陆地而未接受沉积。此时的湖盆仅在安乡—沅江一带，发育薄层浅湖湘的土黄、灰绿、灰黄、浅黄色黏土、粉砂质黏土及少量粉细砂夹砂砾沉积，更新世沉积厚度一般达230 m。

图2 第四纪构造沉积演化

1.2 全新世沉积期

全新世盆地构造总体稳定，周缘部分地区存在小幅抬升。此期为亚热带气候，生物极为繁盛，沉积物中含丰富的螺蚌壳及植物碎屑，物源充足，形成现今洞庭湖盆地河湖充填区(图1)。沉积物主要为深灰、灰褐、灰绿、棕黄、黄褐等颜色黏土，少量粉砂和粉砂质黏土。除临澄凹陷外，广泛分布于各凹陷区内，厚为5～10 m，局部可达40 m左右，湖盆边部夹砂砾层。

2 生物气成藏有利地质条件

2.1 广泛发育气源层

盆地覆盖区发育2套气源层。第四系全新统含生物碎屑黏土层为第1套气源层。主要发育一套以灰色、灰黑色为主的黏土、砂质黏土、暗灰色淤泥质黏土、粉砂，淤泥质黏土。含丰富的螺蚌及植物碎屑，一般厚5～10 m，主要为湖泊沼泽相沉积。在湖盆中部层厚达10～35 m。层中所含的螺蚌及植物碎屑部分或大部分呈半碳化疏松状态，是主力生气层。

更新统的暗色黏土层是第2套气源层。更新世湖盆沉积期，汉寿—安乡、沅江—湘阴一带的湖盆中心发育的暗色沉积物厚度较大，暗色富含有机质的沉积物厚50～70 m，在南县肖家湾更新世时见一层厚度达4.4 m的泥炭层;沅江—湘阴一带发育的暗色沉积物厚度达40～60 m，在沅江幸福港一带见厚约0.2～0.5 m的泥炭层，为深湖相沉积。这些暗色黏土层是较好的气源层。

2.2 多类型储集砂体发育

第四系沉积物埋藏浅，松散多孔且未成岩，物性条件较好，发育以下多种类型的砂体。

(1)浅湖相储层为近岸浅湖淤泥质黏土所包围的砂砾、砂、粉砂、黏土质粉砂透镜体或沿岸砂坝。呈顶凸底平状，厚度一般为0.3～1.0 m，面积小。与气源岩呈现指状交互沉积，易于聚集生物气。当盖层厚度小时，聚集的生物气向地表逸散。因其厚度小、面积小，预测其形成气藏规模小、产能较低。

(2)河床相储层由砂砾、含砾及粗中砂层构成，纵向上粒度自下而上逐渐由粗变细，具备典型正粒序，气源为上覆的漫滩—沼泽相气源岩。由于其在河谷内横向连通性好，常含水，且多直接覆于不具生烃条件的基岩、红层黏土之上，其圈闭的侧向封堵性较差。如果具备局部的构造圈闭或地层圈闭条件、气源充足时，可以成藏。

(3)扇三角洲相储层岩性纵向上为砂砾、粉砂层、薄层砂叠置，横向上沿物缘方向前积沉积。其前沿可以推进到深湖区域，发育串珠状、条带状的浊积砂体，是该区的主力储层。这些储层砂体通常分选和磨圆较好，孔渗条件佳，被相对非渗透性的黏土所包围，从图3可见其厚度和大小不等，但在发育方向上延伸较远，是气源区内重要的岩性圈闭，均可聚集生物气，其中多个含气砂体如果在平面上叠合连片可以形成一定规模的浅层气田。

图3 地层剖面

2.3 生储盖配置良好、岩性-构造圈闭发育

洞庭盆地生物气的生、储、盖组合大致可分为自生自储式和互层式2种组合类型。

2.3.1 自生自储式组合类型

下更新统及全新统大部分砂质土、粉砂、细砂层孔渗性好，又富含丰富的螺蚌壳及植物碎屑，是良好的生气层与储气层，从全新统众多的生物气显示看，这种组合类型在洞庭盆地较为广泛[9]。

2.3.2 互层式正向组合类型

此种组合类型为生气层、储气层在纵向上间互出现。下更新统及全新统广泛发育多套黏土—砂质黏土—粉、细砂岩层这种上细下粗的反韵律沉积，其中黏土、砂质黏土既是生气层也可作为盖层，粉、细砂及砂砾层为储气层。

2.3.3 圈闭发育情况

早更新世—中更新世中期盆地处于强烈断陷阶段，沅江凹陷北东部广兴洲—君山一带因早更新世末期构造抬升而缺失中更新世和晚更新世沉积，全新统沉积地层直接与汨罗组地层接触[10]。

中更新世晚期洞庭盆地主体安乡凹陷和沅江凹陷沉积厚度大，往边缘沉降幅度减小或无沉降。受公安—监利断裂、洪湖—湘阳断裂、砖桥断裂影响，浅层圈闭基本上以岩性、背斜、断背斜为主，断层侧向封堵在构造发育带较为普遍。

3 生物气藏潜力圈闭评价

前期研究表明，在岳阳市北西部，浅层生物气广泛赋存于第四系全新统富含有机质的黏土和淤泥质黏土层中，在40多口浅井中不同程度地发现气显示。通过对出气点的统计和现场采样化验分析(表1)，结果显示为很好的甲烷气显示。由于地处华容隆起东侧和连接江汉盆地与洞庭盆地的中间位置，2个盆地具相同沉降背景，成油气地质条件极为接近:地层层序保存完整，古近纪—第四纪均为生油拗陷。沅深11井等揭示洞庭盆地沅江组与江汉油田主力产油层新沟咀组层序位置相当，含一套连续沉积暗色泥岩，且单层厚度更大颜色更深。华容隆起以北已知一系列油气突破和松滋油田的最新油气发现，因此选择华容隆起南缘的广兴洲地堑中岳阳市北西普兴—广兴洲—北州村一带 作重点评价。

表1 洞庭盆地生物气组分

3.1 岩性沉积特征及生储盖组合

生物气的生成依赖于微生物尤其是产甲烷菌的生物化学作用，而微生物的存在及生理活性受沉积环境的制约。研究区由上向下地层依次为全新统、上更新统，研究区主要目的层段是全新统及其下部的汨罗组。由岩心资料可以看出，岩性主要为黏土、砂质黏土、砂及砂砾。其中粉砂、黏土中常见植物根系和生物扰动构造具有明显的漫滩沼泽微相沉积特征，泥质含量不仅是区分砂、泥岩和划分储、盖层的重要参数，还是影响地层孔渗性的重要因素。泥质含量越高，地层孔渗性越差，封盖性越好;反之封盖性越差。大套黏土可作为良好的生气层和盖层，暗色的前三角洲泥可作为次要生气层。砾岩、砂砾岩呈次棱角至次圆状，长轴一般为几厘米并成叠瓦状排列，具有下粗上细的正韵律的扇三角洲辫状分流河道沉积特征，可作为良好的储集层。从工区钻井岩心特征分析，可得到该区纵向上自上往下依次发育4套生储盖组合，即为扇三角洲沼泽相的自生自储式和扇三角洲前缘分流河道和前三角洲泥匹配的互层式组合 (图4)。

图4 纵向沉积相及生储盖组合

3.2 典型圈闭特征描述及评价

经实地调研、现场采样后，认为广兴洲地堑北洲村一带位于洞庭盆地与江汉含油气盆地之间，构造位置优越，钻井气显示情况好，沉积厚度适中，作为成气藏潜力评价区域，开展了二维地震勘探数据采集。地震剖面显示凹陷内目的层断裂发育且清晰，相位错断明显，断裂解释可靠，断背斜在几个方向剖面上隆起幅度较为明显，经过数据处理解释后在T2反射层得到一个断背斜构造。断背斜发育位置较好，发育于深洼带向东南上倾方向的斜坡上，在其东南的一口钻井S6井已见生物气流。从断裂形成和发育期分析，构造的形成时间应该在更新统华田组沉积后到全新统沉积期之间产生，因此圈闭形成时间早于全新统主力生气层沉积，圈闭是有利于生物气聚集的。构造等深图显示:全新统下部发育的生物气藏圈闭，其闭合面积约为4.5 km2，闭合高度约10 m。圈闭由断层与鼻状构造组合而成，圈闭类型属于断鼻构造，即在区域倾斜的背景上，鼻状构造的上倾方向被断层所封闭，形成构造圈闭。由于构造上本区全新世受砖桥断裂的控制，在总体坳陷体制下仍存在正断裂活动，因此这种圈闭在该区十分普遍。此外，该区沉积处于扇三角洲前缘区域，河道砂体、浊积砂体发育，极可能与局部断块有效配置形成断层-岩性圈闭。

3.3 生物气特征

区内生物气是沉积物内大量的螺蚌、藻类及植物碎屑等有机质在泥炭化和未成熟成岩阶段，通过甲烷菌的生物化学作用而形成的自然气体，气体的化学组分以甲烷为主(表1)。

从众多的气显示看，含气层的气量与有机碳含量、沉积物厚度成正比。近代低洼的河湖密布地区，气显示较普遍，显然这些区域为昔日河流弯曲处或湖泊滞流地带，水生植物及藻类茂盛，并接受了大量外来植物碎屑的堆积，有利于生物气的形成。

生物气主要储集于粉—细砂、中、粗砂及砂砾层中，其次为砂质黏土层，储集类型主要为孔隙型，此外生物气只有在有致密的黏土层作为盖层的条件下才能得以保存。

4 结论

(1)研究区浅层具有良好的生物气成藏条件。生物气主要分布在上新统以上地层，其沉积相为黏土、砂质黏土相对发育的扇三角洲辫状分流河道、漫滩沼泽微相带内，纵向上具备自生自储式和互层式2套成藏组合。

(2)浅层生物气藏主要集中发育在广兴洲地堑西北靠近陡坡带一侧。该区域紧邻生气凹陷，发育断背斜、断层-岩性等圈闭类型，是下一步研究区浅层生物气的主要勘探区域。

[1]杨显成，隋风贵.济阳断陷盆地生物气藏形成及分布的地质条件[J].大庆石油地质与开发，2008，27(1):43-45，50.

[2]宋兰斌，李景坤，刘伟莺.山—庙台子地区天然气地球化学特征及成因类型[J].大庆石油地质与开发，2004，24(3):6-7，40.

[3]单婷婷，张敏，马立协.柴达木盆地三湖地区第四系生物气藏地震响应特征及应用[J].特种油气藏，2011，18(2):48-52.

[4]Garcia-Gil S，Vilas F，Garcia-Garcia A Shallow gas feature in incised-valley fills(Ria de Vigo，NW Spain):a calve[J].Continental Shelf Research，2002，22(16):2303-2315.

[5]刘成林，范柏江，葛岩，等.中国非常规天然气资源前景[J]. 油气地质与采收率，2009，16(5):26-29.

[6]甘志红.沉积环境对阳信洼陷生物气成藏的控制作用[J]. 油气地质与采收率，2006，13(6):46-48.

[7]王金鹏，彭仕宓，姜桂凤，等.柴达木盆地第四系生物气资源量预测[J].油气地质与采收率，2008，13(2):27-30.

[8]高阳，金强，王浩.应用统计法预测济阳坳陷生物气资源量[J]. 特种油气藏，2010，17(6):25-28.

[9]黄泽新，罗小平.洞庭盆地第四系生物气地质特征及远景分析[J].石油天然气与地质，1996，17(1):62-67.

[10]柏道远，等.洞庭盆地第四纪构造演化特征[J].地质论评，2011，57(2):261-276.