临兴地区砂岩含气特征及其主控因素

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(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛266590)

临兴地区砂岩含气特征及其主控因素

李夏，林玉祥，赵承锦，邢永生，舒永

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛266590)

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区致密砂岩气资源丰富。为了明确该区砂岩含气量的主要控制因素，针对砂岩孔隙度、含气饱和度、砂岩埋深、盖层排替压力、泥质含量、储层压力等6个影响因素，采用灰色关联分析法进行统计分析。结果显示：临兴地区砂岩含气量影响因素与含气量之间的关联度变化在0.245 2～0.788 8，表明上述影响因素对含气量均有一定程度影响；其中砂岩孔隙度与含气量之间的关联度最大(0.788 8)，其次为含气饱和度(关联度0.577 9)，表明该区砂岩含气量主要受砂岩孔隙度和砂岩含气饱和度的影响。据此优选出3个天然气成藏有利区：赵家坪乡LX4-LX7井区、圪垯上乡LX2-LX8以西区域和兔坂镇LX1-TB05周边区域。

主控因素；砂岩含气量；灰色关联分析；临兴地区；鄂尔多斯盆地东缘

含煤地层生成的烃类气体，除一部分被煤岩本身吸附形成煤层气以外，大部分运移出来，或溶于水形成水溶气，或游离于储层的储集空间形成常规气藏[1-4]。非常规天然气勘探开发已受到国内外学者的高度关注[5]，在鄂尔多斯盆地、沁水盆地、渤海湾盆地均已发现上述古生界含煤地层为烃源岩的游离气藏，含煤地层游离气理论的发展已使其成为我国天然气勘探研究的重要领域。临兴地区位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带的北部(图1)，在二叠纪含煤地层中已有多口探井钻遇致密砂岩气层，太原组及下石盒子组致密砂岩气层测试均见工业气流[6]。临兴地区致密砂岩天然气勘探程度较低，目前对于其砂岩气藏分布规律及主控因素尚不明确。本文引入灰色关联分析法实现了对砂岩含气量影响因素的定量评价，明确了主控因素，并据此划分了该区砂岩气藏勘探有利区，对该区致密砂岩气成藏机理与模式的建立具有重要的参考价值。

图1 临兴地区地质综合图Fig.1 Comprehensive geological map of Linxing area

1 成藏地质背景

临兴地区构造相对简单，总体为西倾单斜，局部有低幅度构造，东侧中部受紫金山构造岩浆作用形成隆起区，断裂发育，呈环形放射状展布(图1)。研究区继承了鄂尔多斯盆地的构造演化特征[7]，中晚元古代―古生代处于相对隆起状态，构造平缓；中晚寒武世、早奥陶世、晚石炭世及早二叠世发育海陆过渡相-陆相沉积物[8-10]；中生代侏罗纪末隆起，与华北地台分离，形成鄂尔多斯盆地东部边缘，其中晋西挠褶带成形于燕山运动时期[11]。

钻井及野外露头揭示，研究区晚古生代地层自上而下依次为：上二叠统石千峰组、中二叠统石盒子组、下二叠统山西组和太原组、上石炭统本溪组，基底为中奥陶统马家沟组。其中区内的上石炭统和下二叠统为主要煤系地层，地层从东向西埋深逐渐加大，至区块西南侧埋深大于2 000 m。区内含煤地层主要发育于海陆过渡相沉积环境，其中，山西组发育于曲流河三角洲相，岩性以深灰色至灰黑色泥岩、炭质泥岩、煤层以及浅灰色、灰色砂岩夹少量灰岩和粉砂质泥岩为主[12]；本溪组―太原组发育潮坪相，岩性以砂泥岩为主，夹有泥灰岩和薄煤层，太原组下部发育稳定煤层。晚三叠世末期该区为第1个成藏期，含煤地层烃源岩生成的天然气进入砂体后进行侧向运移，聚集在煤系砂岩中，聚集层位主要为太原组和山西组；晚侏罗世到早白垩世，大规模生气、运聚过程开始，天然气通过断裂、裂隙向上运移，进入下石盒子组、上石盒子组和石千峰组；晚白垩世以来持续抬升，原先形成的气藏进一步调整、逸散，形成现今的天然气分布状态。

2 砂岩含气特征

LX-3井位于紫金山鼻状构造部位，通过测井解释与砂岩含气量计算发现，LX-3井仅在本溪组存在两层薄气层，含气量分别为3.06和4.58 m3/t，太原组―石千峰组的砂体储层中几乎全为水层和干层，含水饱和度多在80%以上，部分接近100%。同样地，在LX13、LX14、LX22等井区也发现类似情况，以上结果表明，临兴地区存在一个绕紫金山岩体呈环状的低含气-不含气带(图2)。

盒八段砂岩含气带在平面上绕紫金山岩体附近，砂岩含气量小于0.5 m3/t(图2(a))，向西向北逐渐增大，总体规律是西高东低，北高南低。除贺家会和紫金山鼻状隆起外，其他地区含气量均在2.5 m3/t以上，LX4井附近含气量最大，最高可达6 m3/t以上。

山一段砂岩含气量依然是继承盒八段的“西高东低、北高南低”的分布规律(图2(b))，砂岩含气量在平面上绕紫金山岩体呈环带状分布，靠近紫金山的含气量小于0.5 m3/t，向四周逐渐增大。蔡家会以南的地区含气量低于北部地区，砂岩含气量较低的地区分布在LX5-LX2-LX1以东地区，LX9、LX20、LX22-LX23以东的地区为含气量的高值区。

山二段砂岩含气量整体较低(图2(c))，大部分地区的砂岩含气量在2.5 m3/t以下，仅在北部地区赵家坪附近含气量较大，最大可达4.0 m3/t。

太二段砂岩含气量(图2(d))分布除了靠近东部边界小于0.5 m3/t之外，西北部地区含气量整体较高，平均含气量大于 2.5 m3/t，局部地区可达6.5 m3/t，南部LX7附近也存在一个含气中心，含气量大于5.0 m3/t，但整体上，北部高含气面积要大于南部。

因此，各层段的含气量分布规律为：①由于受到东部紫金山岩体的底辟和烘烤作用，含气量分布呈环绕紫金山岩体带状展布特征，靠近东部边界存在含气量小于0.5 m3/t的区域；②临兴地区北部砂岩气含量高于南部，工区西部砂岩含气量高于东部，整体上呈现“北高南低、西高东低”的分布规律；③东部贺家会和紫金山鼻状构造带受岩浆底辟和通天正断裂破坏作用，含气性较差，北部赵家坪地区各层段砂岩含气量均较高。

3 成藏主控因素

灰色关联分析应用广泛，常用来分析影响系统主行为的作用因素，根据各因素之间发展态势的相似或相异程度来衡量因素之间的关联程度[13-15]。砂岩含气量是一个受到多种因素影响的参数，既有已知的，也有未知的。这些影响因素是一个系统变化的过程，共同组成了砂岩含气量的灰色系统。在单因素分析的基础上，选取砂岩埋深、孔隙度、含气饱和度、泥质含量、盖层排替压力和储层压力等线性相关系数>0.1的6个因素作为影响砂岩含气量灰色系统的子因素，并选取临兴地区19口井作为样本。

采用灰色关联法进行分析[16]，选取盒8、山1、山2、太2段砂岩含气量数据作为参考序列，将影响砂岩含气量的各个因素的数据组成比较序列，采用极差变换的方法对原始数据进行归一化处理，然后求取砂岩含气量各影响因素与含气量在不同取样点的关联系数(表1)。取分辨系数ρ=0.05[17]，得到各影响因素与含气量的关联度和关联序(表2)。

由表2可以看出，临兴地区石炭―二叠系砂岩含气量影响因素与含气量之间的关联度为0.245 2～0.788 8，关联度均大于0.2，表明上述定量分析所选取的地质因素对含气量均有一定程度的影响；其中，影响含气量的主要因素为砂岩孔隙度；其次为含气饱和度；储层埋深与含气量的关联度也较高，可能是计算砂岩含气量是采用将地下含气量转换到地表之上、再利用灰色关联法分析所导致的结果；再次，盖层排替压力关联度为0.427 2，说明盖层保存条件对于砂岩的含气量也有一定程度影响，排替压力越大，气体越难逸散，相同条件下含气量越高。从以上主控因素分析结果来看，该区砂岩含气量主要受储层控制，其次受盖层控制。而深层太原组—下石盒子组气层分布主要受储层控制；中浅层上石盒子组—石千峰组和三叠系气层主要受储层和断层双重控制[18]，与沁水盆地煤层气与砂岩气共生成藏的情况有所不同[19]。

图2 临兴地区主要砂岩含气量等值线图Fig.2 Contour map of gas content of the main sandstones in Linxing area

井号D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)井号D/mH/mVsh/%φ/%Sg/%P/MPaPa/MPaC/(m3/t)LX⁃11．0921．0481．0611．0331．0631．0331．0041．092LX⁃71．1381．4343．7360．9880．8341．3773．1841．045LX⁃40．9043．9222．5642．7541．1431．3081．8712．376LX⁃100．9471．2132．5081．0630．7671．3310．7790．829LX⁃50．9414．0162．5301．1190．9630．9601．7761．076LX⁃151．0802．1226．4000．7460．4521．2771．6270．108LX⁃60．9854．5471．8501．5250．8650．9990．7341．327LX⁃171．0062．5773．7450．9801．2321．2142．5540．834LX⁃71．0463．1552．6471．5110．4201．2882．0061．439LX⁃181．0246．1855．4021．1481．0111．1031．7461．018LX⁃91．0124．3240．0211．7571．2181．0292．3821．614LX⁃11．1662．5771．4851．0920．7721．1521．7421．139LX⁃100．85710．2583．0122．0421．0521．3890．5201．705LX⁃21．0506．1382．7200．4370．4931．0780．6090．754LX⁃121．0923．6210．7281．6851．1291．2231．0711．697LX⁃41．08211．2322．2071．6891．2882．3103．2311．757LX⁃150．8907．9733．4931．6611．0020．8722．7201．470LX⁃71．1131．4041．4921．7111．2081．2231．6611．874LX⁃170．9611．6232．0811．1901．3260．9940．9861．137LX⁃81．0545．7334．7600．2410．5340．9841．5631．070LX⁃180．9864．4272．1332．1290．8540．8293．5121．961LX⁃91．1310．8656．1160．2310．3430．8621．2770．649LX⁃281．0173．3941．9132．0501．3401．2462．2012．037LX⁃100．9232．2780．8611．8191．2371．3070．9361．333LX⁃40．9474．2242．0181．4190．9991．8842．4411．326LX⁃121．1597．1715．6420．2310．3211．1570．9570．221LX⁃60．9811．5163．0800．9731．0461．1170．9570．865LX⁃131．1495．7666．3900．1750．1741．2171．9870．189LX⁃71．0721．5194．1480．9230．5501．3682．6330．827LX⁃151．2104．0923．1591．5110．2230．8962．0261．546LX⁃91．0302．2631．5791．4411．4821．1242．5011．622LX⁃171．10210．1823．9860．8070．3431．4742．9811．802LX⁃100．9271．8101．4591．2820．9791．4951．4691．131LX⁃201．0112．5951．0630．8200．7791．2090．7620．786LX⁃150．9456．9206．5500．5740．5701．3601．0270．324LX⁃211．2091．6594．3920．1160．1740．9391．4500．379LX⁃171．0274．9920．9201．0691．2831．1823．0441．094LX⁃221．0814．5243．7650．2180．4761．6482．8450．754LX⁃181．0074．1321．6522．4661．1441．1752．2782．496LX⁃261．1491．6702．0291．6381．0801．3382．3301．834LX⁃220．9457．9690．9412．0651．1180．9682．3821．989LX⁃281．1062．8831．4291．3921．3591．4793．3251．333LX⁃281．0788．4885．4580．5611．1411．4472．4520．226LX⁃1011．0724．7222．9902．8651．2451．3843．0442．392LX⁃21．1001．2480．1371．0171．0630．9180．6251．053LX⁃1031．0137．1711．9371．2070．9031．3962．9762．028LX⁃40．9912．4145．5220．3650．5661．3581．4840．258LX⁃1051．0978．4881．4700．8980．8401．3532．9962．145LX⁃50．9312．3061．0121．4530．9910．9653．1651．482

注：D-砂岩埋深，H-孔隙度，Vsh-泥质含量，φ-孔隙度，Sg-含气饱和度，P-盖层排替压力，Pa-储层压力。

表2 临兴地区砂岩含气量与其影响因素之间的关联度与关联序

4 有利区预测

上述研究表明，砂岩储层的孔隙度和含气饱和度是该区致密砂岩含气量的主控因素。因此，对该区砂岩成藏有利区进行评价时主要考虑砂岩孔隙度和含气饱和度两个因素。将砂岩储层孔隙度相对较大(图3)及含气饱和度较高(图4)的区域，划分为该区砂岩游离气藏勘探的有利区域。有利区的评价标准主要依据每口井位的关联度值，作出其频率的近似正态分布图，再将图中近似正态分布的拐点作为划分有利区的主要依据[20]，计算得出砂岩孔隙度>7%，含气饱和度>70%。据此标准共优选出3块砂岩含气量有利区，分别为：赵家坪乡周边的LX4-LX7井区域、圪垯上乡周边LX2-LX8以西区域和兔坂镇LX1-TB05周边区域(图5)。

图3 临兴地区砂岩孔隙度Fig. 3 Porosity of sandstone in Linxing area

图5 临兴地区砂岩气藏有利区预测Fig. 5 Prediction of favorable zone of sandstone gas reservoir in Linxing area

5 结论

1) 由于受到东部紫金山岩体的底辟和烘烤作用，临兴地区砂岩含气量呈环绕紫金山岩体展布的特征，靠近东部边界存在含气量小于0.5 m3/t的地带。东部贺家会和紫金山鼻状构造带受岩浆底辟和通天正断裂破坏作用，含气性较差，北部赵家坪地区附近砂岩含气量较高。工区北部砂岩含气量普遍高于南部，工区西部砂岩含气量高于东部，呈“北高南低、西高东低”的分布规律。

2) 砂岩含气量是一个受到多种因素影响的参数，这些影响因素与砂岩含气量共同组成了一个灰色系统。利用灰色关联法分析得出影响砂岩含气量的主控因素为砂岩孔隙度和砂岩含气饱和度，其次为盖层的排替压力，因此该区砂岩含气量主要受储层控制，其次受盖层控制。

3) 根据砂岩含气量主控因素分析结果，将砂岩储层孔隙度大于7%及含气饱和度大于70%的区域，优选出3块砂岩含气量有利区，分别为：赵家坪乡周边的LX4-LX7井区域、圪垯上乡周边LX2-LX8以西区域和兔坂镇LX1-TB05周边区域。

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CharacteristicsandItsMainControllingFactorsofSandstoneGasContentinLinxingArea

LI Xia, LIN Yuxiang, ZHAO Chengjin, XING Yongsheng, SHU Yong

(College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

The tight sandstone gas resources are abundant in Linxing area of the eastern margin of Ordos Basin. In order to pinpoint the main controlling factors of sandstone gas content in this area, six influence factors were analyzed by Grey correlation analysis, including sandstone porosity, gas saturation, buried depth of sandstone, displacement pressure of caprock, shale content and reservoir pressure. The results show that the correlation between sandstone gas content and its influence factors vary from 0.245 2 to 0.788 8 in Linxing area, indicating that all the above factors have a certain impact on gas content. The correlation between sandstone porosity and gas content is the highest (0.788 8)，followed by gas saturation (correlation degree 0.577 9). This means that the sandstone gas content in this area is mainly affected by sandstone porosity and sandstone gas saturation. Based on these results, three favorable areas for gas accumulation were optimized: The LX4-LX7 well area in Zhaojiaping town, the LX2-LX8 well area in the west of Gedashang town and the LX1-TB05 well area in the surrounding areas of Tuban town.

main controlling factors; gas content of sandstone; Grey correlation analysis; Linxing area；the eastern margin of Ordos basin

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2017-01-05

国家自然科学基金项目 (41172108); 国家油气重大专项(2016ZX05041005; 2016ZX05001003)

李 夏(1993—)，男，湖北宜昌人，硕士研究生，主要从事天然气成藏机理与模式方面的研究.

林玉祥(1963—)，男，山东临清人，教授，博士生导师，主要从事油气地质勘探研究工作，本文通信作者.

E-mail: sdkdlyx@126.com

P618

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1672-3767(2018)01-0111-08

10.16452/j.cnki.sdkjzk.2018.01.011

吕海亮)