德惠断陷万金塔东部断阶带致密气成藏特征

李 烨

（中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春130062）

致密气是指低渗透-特低渗透砂岩或碳酸盐岩储集层中无自然产能，需通过大规模压裂或特殊采气工艺技术才能产出具有工业经济价值的天然气［1］。 致密砂岩气藏大多分布在盆地中心或者盆地的构造深部，呈大面积连续分布。 我国致密气资源丰富［1］，随着水平井技术和压裂技术的发展，致密气的勘探已经成为我国油气勘探的主要方向，特别是东部老油田［2-8］。德惠断陷是松辽盆地东南部主要的生 烃 断 陷［9］，断 裂 活 动 频 繁［10］，火 山 岩 发 育［11-13］，天然气成藏规律复杂。

以D1井、D2井勘探成果为例， 详细研究松辽盆地德惠断陷万金塔断阶带致密气藏的成藏要素，分析成藏主控因素和成藏模式，为德惠断陷致密气的勘探以及烃类气藏的预测提供一定的理论指导。

1 区域地质概况

德惠断陷位于松辽盆地东南隆起区，面积约为4 053 km2，是在晚古生代浅变质基底上发展起来的中生代沉积盆地，广泛发育上侏罗统和白垩系湖泊相-河流相沉积地层，油气的生储盖组合较发育，为有利含油气断陷［14－15］。

万金塔断阶带位于德惠断陷北部，万金塔背斜东翼（图1），面积约163 km2，研究区内发育4条北东向断裂，延伸长、断距大，从西向东呈多阶梯状分布，其形成与区域应力有关（图2）。

研究区与松辽盆地其它大部分地区一样，发育断、坳两套层系地层，根据钻井结果，坳陷期地层包括中生界上白垩统的嫩江组、姚家组、青山口组和泉头组， 断陷期地层包括下白垩统的登娄库组、营城组、沙河子组和火石岭组。 其中火石岭组形成于盆地的初始裂陷阶段，岩性为灰-深灰色安山岩、玄武安山岩、黑色泥岩、灰色粉砂岩、粗砂岩和砂砾岩。 沙河子组形成于盆地的断陷期，岩性主要为灰色-深灰色泥岩和灰色细砂岩。 营城组下段形成时火山活动强烈，发育大套火山岩，岩性主要为凝灰岩、安山岩、玄武岩，凝灰岩厚度40～250 m；上段沉积碎屑岩，岩性为深灰-灰黑色泥岩，夹有灰色细砂岩、中砂岩。 登娄库组形成于断坳转换期，岩性总体上较粗，具有粗-细-粗旋回特征，上部和下部为灰褐-灰色泥岩、灰-灰白色砂砾岩、含砾中砂岩和细砂岩， 中部为灰绿-灰色泥岩夹细砂岩， 地层厚度150～1 700 m。

2 断阶带致密气藏特征

致密气藏的成藏要素与常规气藏基本相同，两者的差异主要体现在储层特征及由此形成的成藏模式的不同。 万金塔东部断阶带营城组埋藏深，储层致密，主要为扇三角洲相、深湖-半深湖亚相沉积环境，因此具有良好的致密气藏形成条件；并且断阶带致密气藏的形成主要受烃源岩、储层和断裂的控制。

2.1 断阶带烃源岩特征

致密砂岩气藏的烃源岩具有多样性，以腐殖型泥岩、煤系地层为主，海、陆相暗色泥页岩、煤层、碳酸盐岩都可作为有效烃源岩。 万金塔东部断阶带除营城组自身具有良好生烃潜力外，下部的火石岭组和沙河子组暗色泥岩也是良好的烃源岩。 D1 井的钻探及热解资料显示， 营城组暗色泥岩累计厚度319.22 m， 有机碳分子平均1.26%，RO为0.94%，（S1+S2）平均0.72 mg/g，干酪根类型为Ⅲ型，Tmax平均为457℃；沙河子组暗色泥岩累计厚度118 m，有机碳分子平均2.3%，RO为0.98%，（S1+S2） 平均2.62 mg/g，干酪根类型为Ⅲ型，Tmax平均为449℃；火石岭组暗色泥岩累计厚度96 m，有机碳分子平均1.8%，RO为1.26%，（S1+S2）平均1.75 mg/g，干酪根类型为Ⅲ型，Tmax平均为463℃（表1）。 由此可见，断阶带烃源岩多为腐植型泥岩，生气为主，厚度较大、有机质含量好、演化程度高。

表1 D1 井烃源岩地球化学特征

2.2 断阶带储层特征

致密砂岩气藏主要存在于低孔—特低孔、低渗—特低渗砂岩储层中，成分成熟度和结构成熟度低是最大特点，表现为长石和岩屑含量较高，多为长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑砂岩，颗粒大小混杂、分选磨圆较差，泥质含量高，地层容易发生强烈的压实作用和胶结作用，导致储层致密化。

断裂带营城组碎屑岩储层主要是扇三角洲前缘河道、河口坝和席状砂砂体（图3），岩性为砂砾岩、含砾砂岩和粉细砂岩，分选差，磨圆中等，夹泥岩条带， 粉砂岩泥质含量较高 （图4）， 孔隙度在1.92%～7.75%之间，平均值5.62%，渗透率在（0.02～1.8）×10-3μm2之间，平均值0.46×10-3μm2（表2）。同时， 在镜下照片中能观察到砂岩颗粒大小不一，次棱角状，孔隙以长石次生溶孔为主，局部以微裂缝连通（图5）。

表2 D2 井营城组储层岩心实测物性数据

2.3 断阶带断裂特征

万金塔地区断裂发育， 主要有三种类型的断裂： 第一类断裂是断陷期长期发育的深大断裂，切割整个断陷层，活动强度大，对断陷沉积具有明显的控制作用，主要分布在万金塔西部；第二类断裂是发育于断陷中-后期的断裂，虽然切割火石岭组、沙河子组和营城组，但活动时间短，规模小，对沉积没有控制作用； 第三类断裂是断陷晚期发育的断裂，断裂规模小，仅切割登娄库组，对营城组气藏未起破坏作用。

万金塔东部断阶带主要发育第二类断裂，对营城组早期气藏的形成具有直接的控制作用。 影响有机质生烃的重要因素是有机质的热演化程度，松辽盆地德惠断陷火石岭组烃源岩位于断陷深层，地温较高， 火石岭组烃源岩分别在营城组沉积初期、泉头组沉积期和青山口组沉积期发生过较大规模的生排烃过程［16］。 断阶带火石岭组烃源岩在营城组沉积初期的生排烃与断阶带断陷中-后期发育的断裂形成良好的耦合关系，火石岭组烃源岩生成的油气经断裂向上部地层运移， 由于断裂未刺穿登娄库组， 加之登娄库组厚层泥岩对油气的封堵作用，使得油气进入营城组后只能横向移动。 此时，营城组处于成岩早期、压实作用较弱、原生孔隙保存较好、油气能相对容易进入分流河道、河口坝等孔隙度和渗透率都较好的扇三角洲沉积砂体中，形成断块气藏。 松辽盆地营城组烃源岩的成熟时期普遍认为是在青山口组沉积时期［17］，此时，断阶带发育的断裂已停止活动，加之压实作用加剧，因此，断阶带发育的断裂对营城组烃源岩油气运移不起作用。

3 断阶带致密气成藏模式

致密气藏的划分随着研究方向的不同而有所不同，根据储层致密化过程与烃源岩生排烃高峰期的耦合关系可以将致密气藏分为 “早期充注型”和“晚期充注型”两类致密气藏。 成藏期储层物性控制了天然气的成藏机理，如果储层致密化过程发生在天然气充注之后称为“早期充注型”致密气藏，反之称为“晚期充注型”致密气藏，两者主要差异在于：“早期充注型” 致密气藏在气体注入时储层已经致密，天然气依靠分子膨胀力成藏，主要分布于凹陷区或斜坡区；“晚期充注型”致密气藏气体注入发生在致密储层形成之前， 成藏的时候属于常规气藏，天然气依靠浮力成藏。

通过对断阶带成藏要素的发育特征、空间配置关系以及活动期次的综合分析，认为断阶带营城组发育“早期充注型”和“晚期充注型”两种致密气成藏模式（图6）。

营城组成岩早期，火石岭组烃源岩进入第一期排烃窗口，天然气沿着断裂系统进入营城组物性较好的储层中，形成断块气藏；随着营城组埋深的增加，断裂活动停止，营城组储层在压实作用、胶结作用增强的情况下逐渐致密化，先期保存在断块圈闭中的天然气由于孔隙的不断减小， 部分气体排出，当储层致密化程度超过致密化边界时，残存天然气被封滞在致密储层中难以移动，从而形成“早期充注型”致密气藏；营城组烃源岩在青山口组沉积时达到成熟，进入排烃期，由于烃源岩中生成的油气缺乏运移通道使得营城组内部压力不断累积，当累积压力突破致密储层毛细管阻力和静水压力时，天然气开始以“活塞式”排替驱水进入致密砂岩中，形成“晚期充注型”致密气藏。

4 结论

（1）德惠断陷万金塔东部断阶带油气资源丰富，发育火石岭组、 沙河子组和营城组三套烃源岩，都以Ⅲ型干酪根为主；火石岭组烃源岩厚96 m，成熟度最高，生排烃时间早，在营城组沉积时期就开始排烃，为早期充注致密气藏提供气源；沙河子组烃源岩和营城组烃源岩厚度分别为118 m 和319 m，二者的成熟度相近，生排烃时间都在青山口组沉积时期，是致密气藏晚期充注的主要气源。

（2）断阶带营城组发育扇三角洲-湖泊相沉积体系，有利砂体发育，同时，断裂的活动期次和火石岭烃源岩生排烃时间具有很好的耦合关系，使得万金塔东部断阶带在营城组沉积早期发育断块气藏。

（3）随着埋深增大，营城组烃源岩达到成熟阶段，营城组内早期形成的天然气藏逐步转化为“早期充注型”致密气藏，同时，营城组内天然气进入致密砂岩内形成“晚期充注型”致密气藏，导致营城组内部出现两类致密气藏共存的情况。