徐家围子断陷气藏成藏过程及成藏压力研究

吴玉明，闫伟贺，云建兵，张 帆

（1.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712；2.黑龙江省致密油和泥岩油成藏研究重点实验室，黑龙江大庆163712；3.大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江大庆163712）

1 地质背景

徐家围子断陷位于松辽盆地北部，近南北向展布，是古中央隆起带以东的东南断陷区，为目前勘探程度最高、发现天然气储量最大的深部断陷盆地[2]。徐家围子断陷从下至上发育白垩系的沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组，渐新统的依安组。营城组总体可划分为四段：营二段和营四段则主要为碎屑岩，而研究主体营一段和营三段为火山岩，是气藏主要的储层。营一段岩性主要为酸性火山岩，包括晶屑凝灰岩、流纹岩、凝灰质熔结角砾岩等；营三段则包括玄武岩、安山玄武岩、英安岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩等[3]。随着松辽盆地深层火山岩气和致密砂砾岩气勘探不断取得新突破，天然气成藏研究的不断深入，需要搞清无机二氧化碳和烃类气的成藏次序，恢复深层超高压天然气藏成藏时的古压力和古温度，推断天然气气成藏过程、机理，对松辽盆地深层天然气勘探具有重要意义。

2 研究方法

2.1 流体包裹体分析

通过对徐家围子断陷流体包裹体样品分析，确定了徐家围子断陷主要的次生成岩矿物为石英次生加大边（微裂隙）、方解石胶结物。以XS801井为例，镜下可见2 期次次生成岩序次：在沙河子组4027.82m 薄片中可见早期石英颗粒周边的方解石胶结+石英胶结，在营城组3754m薄片中可见晚期方解石胶结。该区包裹体类型为深灰色气烃包裹体和无色盐水包裹体，其分布特征为环石英加大边、沿切穿石英颗粒及其次生加大边的微裂隙以及方解石胶结物中成带分布，其形态有椭圆形、长条形、半圆形及不规则形，其大小为直径2～20μm，气液比一般不大于5%。该区在火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组都发现了油气包裹体，营城组和沙河子组最为发育。同时，对与油气包裹体同期次的盐水包裹体进行了均一温度分析，部分统计数据见表1、表2、表3。

2.2 显微激光拉曼光谱分析

多数情况下，在烃类气体和二氧化碳气体的充注过程中，会被储层中同期形成的次生包裹体所捕获。如果能够鉴定出包裹体中气体成分，并确定不同成分的气体包裹体形成次序，就能分析并得出烃类气和二氧化碳气的成藏先后顺序，再通过显微激光拉曼技术可以直接对不同包裹体进行定性分析。对徐家围子断陷的流体包裹体样品进行了显微激光拉曼光谱分析，获得相应的包裹体拉曼光谱谱图，并确定了包裹体内主要的气体成分（见表1、表2、表3），以及相应气体的拉曼特征峰峰位移。徐家围子断陷储层中常见的气包裹体成分主要为纯CO2气体、CH4和CO2混合气体以及纯CH4气体三种。

表1 深层沙河子组包裹体成藏参数表

表2 深层营城组包裹体成藏参数表

表3 深层登娄库组包裹体成藏参数表

3 气藏成藏期次研究

结合流体包裹体特征和激光拉曼光谱特征可以看出，徐家围子断陷反映出气藏为2～3 期的充注过程。以XS801 井为例，通过营城组和沙河子组包裹体镜下观察，在火山岩和砂砾岩中发现有系列气包裹体，通过成岩序次和拉曼成分分析，可以得出该井气包裹体的充注过程主要可以分为三个序次：首先充注纯二氧化碳气体，沙三段4026.32m气包裹体中对应的拉曼位移为1283.97cm-1，1387.66cm-1（图1）；然后充注二氧化碳和甲烷的混合气体，营城组3754.7m 气包裹体中对应的拉曼位移为1283.97cm-1、1387.66cm-1和2914.98cm-1（图2）；最后充注纯甲烷气体，营城组3754.7m 气包裹体对应的拉曼位移为2917.1cm-1（图3）。

图1 XS801井沙三段4026.32m第一期气包裹体激光拉曼谱图

图2 XS801井营城组3754.7m第二期气包裹体激光拉曼谱图

图3 XS801井营城组3754.7m第三期气包裹体激光拉曼谱图

通过以上流体包裹体分析和激光拉曼光谱分析可以看出，徐家围子断陷在平面和纵向都表现出多组分动态成藏过程，持续充注的CH4是形成工业气流的重要条件。从深层沙河子组包裹体成藏参数表（表1）可以看出，沙河子组包裹体显示为CO2和CH4混合充注，后期为纯CH4，反映了源岩持续供气；有利于气藏形成和保存。从深层营城组和登娄库组包裹体成藏参数表（表2、表3）可以看出，营城组包裹体主要为CH4充注，登娄库组包裹体CO2充注比例高，反映了营城组成藏时气源充足，圈闭及保存条件好。

4 气藏成藏压力

国外学者的实验表明（Jeffery 等，1996），激光拉曼谱图上的特征峰峰位置随着压力的变化而变化[1]，因此可以利用拉曼特征峰与压力的关系获取了单个包裹体的内压。再本研究中，首先建立了气体拉曼特征峰位移与压力关系图版来表征气体压力和拉曼峰位移的关系图版；然后，利用上述2.2 中获得的该区不同气包裹体的拉曼峰位移，在关系图版中获得相应的包裹体内压；最后，通过上述2.1 中获得的与气包裹体同期的盐水包裹体的均一温度，经过热史和埋藏史的恢复，最终可以得到该地层的成藏古压力。

以SS201 井为例：通过流体包裹体镜下特征及激光拉曼光谱数据可以看出，其成藏过程可以分为3期。通过分析SS201井埋藏史和热史图（图4），结合均一化温度直方图（图5），利用之前建立的气体特征峰拉曼位移与压力关系图版，可以得出3期成藏过程的古压力和压力系数等参数：其中，石英加大边早期包裹体的内压为14+3MPa，同期盐水包裹体均一温度为123℃～133℃，则该深度地层古压力为22.97～24.42MPa，包裹体形成时的深度为2106～2366m，气充注时的压力系数为1.09～1.03。石英加大边中期包裹体的内压为17MPa，同期盐水包裹体均一温度为126.4℃～138.2℃，则该深度地层古压力为23.17～23.85MPa，包裹体形成时的深度为2181～2457m，气充注时的压力系数为1.06～0.97。石英加大晚期包裹体的内压为17+2.8MPa，同期盐水包裹体均一温度为140.3℃～154.7℃，则该深度地层古压力为27.92～28.89MPa，包裹体形成时的深度为2487～2733m，气充注时的压力系数为1.12～1.06。升深201 井沙河子组储层三期气体充注均为常压—弱超压。通过上述方法对徐家围子断陷的成藏压力进行全区范围内的拟合分析，确定该区的成藏压力主要表现为常压—弱超压模式。

图4 SS201井埋藏史和热史图

图5 SS201井包裹体均一化温度直方图

5 结论

（1）徐家围子断陷主要的次生成岩矿物为石英次生加大边（微裂隙）、方解石胶结物，包裹体类型为深灰色气烃包裹体和无色盐水包裹体，气包裹体成分主要为纯CO2气体、CH4和CO2混合气体以及纯CH4气体三种。

（2）通过流体包裹体分析和激光拉曼光谱分析可以看出，徐家围子断陷在平面和纵向都表现出多组分动态成藏过程，持续充注的CH4是形成工业气流的重要条件。

（3）徐家围子断陷的成藏压力主要表现为常压—弱超压模式。