长岭断陷深层天然气盖层特征研究

黄兰



长岭断陷深层天然气盖层特征研究

黄兰

（中石化东北油气分公司勘探开发研究院，长春 130062）

盖层作为天然气藏的重要组成部分，不仅控制着天然气在空间上的分布，而且控制着天然气的富集。此前关于深层天然气盖层的研究主要侧重于对区域性泥岩盖层，但长岭断陷深层天然气除了被泥岩封盖外，还有一部分被火山岩自身封盖，火山岩盖层还没有被全面系统地认识。前人对长岭断陷天然气藏封盖保存条件的研究工作开展的甚少。本研究通过对该盖层类型及分布特征、微观封闭能力以及封盖能力综合评价及研究，探讨长岭断陷深层盖层发育特征及对天然气空间分布与富集的控制关系。

天然气；火山岩盖层；泥岩盖层；长岭断陷

长岭断陷位于松辽盆地南部中央凹陷带，是松辽盆地南部规模较大的断陷之一，面积约为7 240km2，而基底最大埋深超过8 000m。长岭地区自下而上发育的地层主要有：火石岭组（K1h）、沙河子组（K1sh）、营城组（K1yc）、登娄库组（K1d）、泉头组（K1q）、青山口组（K2qn）、姚家组（K2y）、嫩江组（K2n）和四方台组（K2s）。2006年以来，针对长岭断陷天然气勘探获得重大突破，达尔罕断凸带、查干花次凹多口探井在营城组火山岩中获得高产烃类气流（CH4含量80%以上），位于达尔罕凸起带北部的YS1井区营城组火山岩已探明天然气储量433.6×108m3，而中部的DB11、南部的LS1井也不同程度地获得低产气流，展示了该区良好的勘探潜力（图1）。

图1 长岭断陷营城组构造区划图

表1 长岭断陷深层天然气泥岩盖层发育特征表

表1 长岭断陷深层天然气泥岩盖层发育特征表 盖层层位累计厚度(m)平均厚度(m)单层厚度(m)泥地比分布区域 泉四段22~388921~2822%~76%全区分布 泉三段51~2921811~2936%~72%全区分布 泉二段101~2441751~3045%~73%全区分布 泉一段43~3321241~3124%~64%全区分布 登娄库组21~3521231~3214%~53%全区分布 营城组4~952~151%~17%局部分布

前人研究表明，长岭断陷沙河子组发育优质烃源岩，青山口组和泉头组泥岩作为区域盖层，稳定分布全区，登娄库组底部泥岩作为直接盖层，可对营城组火山岩起到直接封盖作用。长岭断陷目前已发现的天然气主要储集于营城组火山岩地层中，少量储集于登娄库组和泉头组一段的砂岩、砂砾岩中。由于天然气散失性较强，因此，封盖保存条件的优劣是决定长岭断陷天然气成藏与分布的一个重要条件。前人关于深层天然气盖层的研究要侧重于对区域性泥岩盖层的分析上，而忽略了火山岩自身的封盖能力。

1 盖层类型及分布特征

通过对长岭断陷现有20余口钻井的地质资料和盖层样品分析测试资料综合分析，长岭断陷深层天然气主要有泥岩和火山岩两种类型的封盖层。泥岩盖层主要发育于登娄库组及泉头组地层中，不仅厚度大，而且在全区均有分布；营城组中下部也有泥岩分布，但厚度薄，仅在部分地区分布。火山岩盖层主要发育在营城组中上部地层中，营城组内部的火山岩封盖层对天然气起到了不同程度的局部性封盖作用。

1.1 泥岩盖层

表2 长岭断陷营城组火山岩盖层发育特征表

表2 长岭断陷营城组火山岩盖层发育特征表 构造带井区火山岩盖层火山旋回 岩性层数单层厚度累计厚度旋回期次 达尔罕断凸带YS1凝灰岩155一1 YS101凝灰岩32~815一1 流纹岩23~20232 YS102凝灰岩25~1722一1 流纹岩22~31332 DB11流纹岩34~2538一2 凝灰岩139393 英安岩1224 流纹质英安岩1445 凝灰岩12121 玄武岩23~69二1 辉绿岩122三1 安山岩188四2 玄武岩146463 查干花次凹YS2流纹岩72~1938一1 流纹岩62~411062 凝灰岩1553 玄武岩155 YS201熔结凝灰岩34~2840一1 流纹岩112~401272 流纹岩39~22444 凝灰岩199 YS202晶屑凝灰岩13535一1 凝灰岩13232 流纹岩11721732 凝灰岩199 流纹岩114143 YS3角砾凝灰岩52~932一1 角砾凝灰岩72~13342 角砾凝灰岩16161二1 YS5凝灰岩24~711一1 流纹岩121~461532 流纹质火山角砾岩155 凝灰岩11616 凝灰岩43~24643 凝灰岩41~264

表1的深层泥岩盖层统计结果显示：除营城组泥岩仅局部地区发育外，登娄库组和泉头组泥岩盖层在全区均有分布，泉二段和泉三段泥岩盖层发育特征明显优于其它层段。登娄库组沉积时期，长岭地区表现为由存在一定量的断陷向坳陷过渡期，断裂对沉积的控制作用减弱，火山喷发活动基本停止。湖盆水体较浅，沉降速率低，主要为扇三角洲相、滨浅湖相、河流相沉积。泉头组沉积时期，长岭地区为稳定坳陷阶段，主要为一套氧化环境下河流相沉积。虽然这套泥岩盖层单层厚度变化较大，单层厚度多分布在2～6m区间范围，横向分布的稳定性一般，不能像青山口组那样形成非常优质的盖层，但对于“深层”地层而言，泉二、三段泥岩仍是长岭断陷深层天然气重要的区域性盖层。

目前钻井揭示营城组泥岩盖层仅在局部发育，YS202井泥岩盖层累计最厚为95m，这种泥质岩类相对集中段可以作为其下部储层的局部盖层。登娄库组泥岩在全区均有分布，由于受断陷分布及沉积环境和物源供给条件的影响，登娄库组泥岩盖层厚度变化很大，最厚的LS1井厚度可达332m，最薄的YS102井只有38m。登娄库组泥岩在南部的DB11-YS202井一带最为发育，泥岩累计厚度超过200m，由中间向四周逐渐减薄，由南向北也呈逐渐减薄趋势；低值区主要分布在YS101-YS102井一带及以西地区，泥岩累计厚度小于50m。相对于泉二、三段泥岩盖层来讲，登娄库组这套泥岩其区域封盖能力明显要差些，但作为其下部营城组火山岩气藏最直接的一套盖层，尤其是登娄库组上部泥质岩类相对集中发育段，泥岩交叉叠置，仍能够形成相对较好的盖层，其封盖能力不容忽视。

1.2 火山岩盖层

近些年的天然气勘探实践认为，一般情况下火山岩的孔隙度大于3 %时才具有储集工业价值天然气的能力，当火山岩孔隙度小于3% 时就有可能成为天然气的封盖层[2-3]。通过解剖研究长岭断陷已发现的火山岩气藏，综合考虑了测井、孔渗和油气显示等资料，对长岭断陷近10口钻井火山岩盖层进行统计分析（表2）认为，目前钻井揭示的火山岩盖层主要发育在营城组中上部地层中，钻井所揭示的各种岩性的火山岩（凝灰岩、流纹岩、安山岩、玄武岩等）对深层天然气都能起到一定的封盖作用。火山岩盖层不仅岩性不同，厚度和分布规律也有很大差异。营城组目前钻井揭示火山岩盖层厚度最薄仅5m，最厚可达173m。相对而言，查干花地区火山岩盖层厚度要大于松南地区。在松南和查干花地区营城组火山岩气藏（YS1、YS101、YS102、YS2和YS3等井）之上，都发育有一套几米到几十米厚的火山岩盖层（图2），岩性主要为凝灰岩和流纹岩，营城组顶部这套火山岩对下部气藏起到了局部封盖作用。但总体而言，由于受断裂和火山机构的控制，火山岩盖层平面分布范围较小，连续性及稳定性很差，局部隔层分布于火山岩机构内部。

图2 长岭断陷YS102井营城组火山岩储盖组合综合柱状图

图3 火山岩顶面风化壳野外剖面

1.3 火山岩风化壳盖层

火山机构顶面长期处于暴露状态时，接受风化作用，表面形成一套风化层（图3）。风化面之下的岩层颜色往往发红、发紫，岩石的化学成分的变化；风化过程中放射性物质吸附能力强，测井曲线上表现为高伽玛、低电阻、低密度特征；由于埋藏深，时间长，处于晚期成岩阶段。因此，风化面往往能形成一套致密层，可作为好的局部盖层，这种情况在达尔罕地区存在，一般存在于古构造处于高点的火山机构。YS1井（图4）、YS102、YS3等井发育，是这些井区形成天然气局部富集的重要条件之一。

图4 YS1井火山岩顶面风化壳发育位置图

2 盖层微观封闭能力评价

盖层微观封闭的核心为毛细管封闭[4]，评价毛细管封闭能力的主要指标有排替压力、孔隙率、渗透率、比表面积、孔隙中值半径、扩散系数等[5]。排替压力是影响盖层本身封盖天然气能力的最根本参数，排替压力越大，气藏封盖保存天然气能力越强，越有利于天然气的聚集与保存；反之则不利于天然气的聚集与保存[5]。盖层排替压力大小除了受到盖层岩性影响外，对泥岩盖层来讲，其自身矿物类型及含量、压实成岩程度、流体性质等均会对其产生影响[6-11]。

表3 长岭断陷深层盖层样品实测数据表

图5 长岭断陷盖层样品毛细管压力曲线和孔径分布图

（左：登娄库组泥岩，YS101，3527.5m 右：营城组火山岩，LS1，4219.7m）

由于受长岭断陷深层取心的限制，所采集的盖层样品较少，但从实测数据（表3）总体来看，登娄库组泥岩盖层突破压力较大，三个泥岩样品的突破压力均大于20MPa；具有很大的比表面，平均在15m2/g以上，微孔特别发育（图5左），封闭能力较好，都是优质盖层，且登娄库组上部泥岩的封闭能力要优于下部。4个火山岩盖层样品突破压力都很大，大都可达30 MPa以上，其微观封闭性很好（图5右），也是优质盖层。由于实验室测试的压力数据只是少数一些点，在评价盖层平面上封闭能力的变化时难免存在局限性，许多学者（付广、吕延防等）提出了用声波时差测井法来评价盖层的微观封闭性[12-20]。借用徐家围子断陷泥岩排替压力与声波时差之间的关系式[2]（于丹等，2009）对长岭断陷YS102、YS201、YS301、DB11、LS1等井泥岩盖层的排替压力进行了统计分析和初步评价。认为登娄库组和泉头组一段-四段泥质岩盖层均具有较高的排替压力， 压力值多分布在25～35 MPa。 相对而言，登娄库组泥岩盖层排替压力略高于泉头组，登娄库组泥岩盖层的微观封闭能力要略强于泉头组。

图6 长岭断陷深层天然气分布与盖层关系示意图

3 盖层封盖能力综合评价

通过对长岭断陷深层天然气盖层类型、分布特征、封闭能力及与断裂关系的综合分析（表4），结合本区盖层与油气关系（图6），泉头组二、三段泥岩盖层厚度大、分布范围广、排替压力较高、封气能力强，受断裂影响小，控制着长岭断陷深层天然气的区域聚集与分布，是长岭断陷深层天然气最重要的区域性盖层；长岭断陷主力气藏分布于营城组上部的大套酸性火山岩优质储层中，该套储层之上的登娄库组泥岩集中段成为该气藏最直接的良好封盖层系；营城组顶部一套厚度不均的火山岩盖层封气能力相对较弱，对气藏起到局部封盖作用；营城组中下部泥岩以及营城组内部存在一定量火山岩隔层，由于分布范围小，连续性及稳定性很差，仅有少部分天然气被其封闭聚集。正是由于局部性盖层和隔层之间的分布、位置和能力的差异，造成了长岭断陷营城组火山岩中天然气主要分布于火山岩顶部。

表4 长岭断陷深层天然气盖层综合评价表

4 结论

1）长岭断陷深层天然气发育泉头组二段、三段两套区域性盖层；登娄库组泥岩和营城组顶部火山岩盖层为局部性盖层，且营城组中下部泥岩及内部火山岩隔层，也能起到一定封盖作用。

2）泉头组二、三段泥岩盖层厚度大、分布范围广、排替压力较高、封气能力强，受断裂影响小，控制着长岭断陷深层天然气的区域聚集与分布；隔夹层分布范围小，厚度小，连续性和稳定性差，封闭能力弱，仅有少部分天然气被其封闭聚集。

[1] 付广, 许凤鸣. 盖层厚度对封闭能力控制作用分析[J]. 天然气地球科学, 2003, 14(3) :186-190.

[2] 于丹, 付晓飞, 吕延防. 徐家围子深层天然气盖层特征及封盖性评价[J] .吉林大学学报,2009,39(5):775

[3] 李建忠, 单玄龙, 等. 火山作用的成烃与成藏效应[M]. 北京:科学出版社, 2015 :141-145.

[4] 李明诚, 李伟, 等. 油气成藏保存条件的综合研究[J]. 石油学报, 1997, 18(2) :41-48.

[5] 谈玉明, 任来义, 等. 深层气泥岩盖层封闭能力的综合评价[J]. 石油与天然气地质, 2003, 24(2) :191-194.

[6] 张林晔, 包友书, 等. 盖层物性封闭能力与油气流体物理性质关系[J]. 中国科学地球科学, 2010, 28(33) :28-33.

[7] 黄志龙, 郝石生, 等. 盖层突破压力及排替压力的求取方法[J]. 新疆石油地质, 1994, 15 :163-166.

[8] 吕延防, 付广, 于丹. 中国大中型气田盖层封盖能力综合评价及其对成藏的贡献[J]. 石油与天然气地质, 2005, 26: 742-745.

[9] 蒋有录. 油气藏盖层厚度与所封盖层烃柱高度关系问题探讨[J]. 天然气工业 1998, 18(2) :20-23.

[10] 庞雄奇, 付广, 万龙贵. 盖层封油气性综合定量评价[M]. 北京:地质出版社 1993 :22-33.

[11] 吕延防, 付广, 高大岭. 油气藏封盖研究[M]. 石油工业出版社 1996 :30-40.

[12] 付广, 庞雄奇, 等. 利用声波时差资料研究泥岩封闭能力的方法[J]. 石油地球物理物探, 1996, 31(4) :522-528.

[13] 付广, 陈章明, 王朋岩, 等. 利用测井资料综合评价泥质岩盖层封闭性的方法及应用[J]. 石油地球物理勘探,1997, 32(2) :271-276.

[13] 赵军龙, 高秀丽. 基于测井信息泥岩盖层评价技术综述[J]. 测井技术,2013, 37(6) :594-598.

[14] 焦翠华, 谷云飞. 测井资料在盖层评价中的应用[J]. 测井技术,2004, 28(1) :45-47.

[15] 张文旗, 王志章, 等. 盖层封盖能力对天然气聚集的影响[J]. 石油与天然气地质,2011, 32(54) :882-889.

[16] 付广, 付晓飞, 等. 用声波时差研究泥岩盖层毛细管封闭能力[J]. 石油学报,2003, 42(2) :261-264.

[17] 宋子齐, 李亚玲, 等. 测井资料在小洼油田盖层评价中的应用[J]. 油气地质与采收率,2005, 12(4) :4-6.

[18] 赵新民, 李国平, 等. 泥岩盖层纵向封闭性及砂岩储层侧向封堵性测井分析[J]. 油气井测试,2003, 12(4) :17-19.

[19] 谭增驹, 刘洪亮, 等. 应用测井资料评价吐哈盆地盖层物性封闭[J]. 测井技术,2004, 28(1) :41-44.

[20] 吕延防, 张绍臣, 等. 盖层封闭能力与盖层厚度的定量关系[J]. 石油学报,2000, 21(2) :27-30.

Cap-Rock Characteristics of Deep Gas in the Changling Fault Depression

HUANG Lan

(Research Institute of Exploration and Development, Northeast Division, SINOPEC Group, Changchun 130062)

The practice of gas exploration shows that cap-rock, as an important component of natural gas reservoir, is in control of not only the distribution of natural gas in space, but also the accumulation of natural gas. The previous research on deep natural gas cap-rock is mainly focused on the analysis of the regional mudstone cap-rock, but Changling rift deep natural gas is capped by not only mudstone capping, but also volcanic rock which has not been systematically understanding. Lacking in previous research work on the Changling fault depression gas sealing preservation conditions of development, this paper has a discussion on the Changling fault depression deep reservoir characteristics and its control over the relationship between spatial distribution and enrichment of natural gas from the aspects of types and distribution of the cover, as well as comprehensive evaluation of micro sealing capacity and sealing capacity.

Changling depression; deep gas; cap-volcanic rock; cap-mudstone

2017-08-25

黄兰（1983-），女，湖北天门人，工程师，硕士研究生，现主要从事石油地质研究工作

P618.13

A

1006-0995（2018）02-0231-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.011