松辽盆地北部寒武系道家围子断陷天然气成藏特征

松辽盆地北部寒武系道家围子断陷天然气成藏特征

松辽盆地北部徐集子断裂发育着三种火山岩：火石岭群、营一段和营三段。在接受段和包一段火山岩后发现了巨大的气田（图1）。作为天然气储存的主要因素之一，这些缺陷对天然气的分布起着明显的控制作用。以徐中断裂带为轴，天然气呈“正矩阵曲线”分布（图2）。换言之，这两种板块的丰富气具有明显的“变化和其他变化”特征。东板富气西板失败，西板富气东板失败。根本原因是贪婪的方向关闭。所谓断层侧向封闭性是指断层在侧向上对断层两盘对置层中沿断层面法线方向穿过断层面运移油气的封闭作用(吕延防等,1996)。断层侧向封闭性影响断圈的聚油能力,因此主要用于区带和圈闭风险性评价,构成了油气勘探、生产和油藏管理的一个重要方面(Bouvieretal.,1989;Hardingetal.,1989;Knipe,1992a,b;1993a,b;GauthierandLake,1993)。目前在砂泥岩地层中断层侧向封闭性研究取得了长足的进展,认识到断层侧向封闭的本质是断裂带与围岩之间的差异渗透能力(Fisheretal.,2002)。从引起差异渗透的因素来看,断层封闭可以划分为五种主要类型:即对接封闭(Juxtapositionseal)(Smith,1966;Allan,1989;Knipe,1997)、泥岩涂抹封闭(Claysmearseal)(Weber,1975;Bouvier,1989;Lehneretal.,1997;Doughty,2003;Aydinetal.,2002;Clausen,2002;VanderZeeetal.,1998;VanderZeeetal.,1999;Knipe,1998;Childsetal.,1998;BurhannudinnurandMorley,1997;Gibson,1994;Bashiretal.,2003;Knipe,1992a;Knipe,1992b;吕延防等,2002;GraulsandBaleix,1986;SverdrupandBjoolykke,1997;Lindsayetal.,1993;Sperreviketal.,2000;Yieldingetal.,1997;Yielding,2002;Bretanetal.,2003)、碎裂岩封闭(Cataclasticrockseal)(Knipe,1992a;Knipe,1992b)、层状硅酸盐—框架断层岩(Phylloslicate—framerockseal)和胶结封闭(Cementedseal),每一种都与一套不同的变形过程和封闭机理相关。决定断层封闭类型的关键因素为断裂带中断层泥含量(SGR,ShaleGougeRatio)(Yieldingetal.,1997;Yieldingetal.,2002),当SGR小于15%时,多为碎裂岩封闭;当SGR大于15%而小于50%时,为层状硅酸盐—框架断层岩封闭;当SGR大于50%时,为泥岩涂抹封闭。以Allen图为背景,基于断裂带SGR及断面能支撑的烃柱高度预测,提出了断层侧向封闭性定量评价方法(Yieldingetal.,1997;Yielding,2002)。对于火山岩区断层侧向封闭性的认识还极少,为此本文从断裂变形机制和两盘对接的特征开展断层侧向封闭性解剖,系统分析了断层侧向封闭性对天然气聚集成藏的控制作用,合理地解释了深层气围绕徐中断裂两盘“此消彼长”的分布规律。1徐中断裂发育特征及变形史1.1典型“负花状”构造徐中断裂走向为北北西向,为典型的走滑断层,依据:(1)断层在T2以下层位产状近直立,多数地段倾角为80°～85°,根部多由1条断层构成,在岩桥区显示2条近直立的断层(图3)。(2)剖面上为典型的“负花状”构造,在泉头组一二段以下为近直立的“花茎”,泉头组一二段以上为多条断层组成的“花叶”(图3)。(3)沿着断层走向显示明显的“海豚效应”,部分地段为正断层,部分地段为逆断层,用传统正断层生长指数标定断层的性质,正值和负值相间分布(图4)。(4)沿着断层走向,断层倾向左右摆动,具有明显的“丝带效应”(图2)。(5)平面上不同层位断层组合模式不同,T5、T4和T3三层显示“雁行式”排列特征,而在T2反射层表现出“发辫状”组合模式,到T1反射层这种结构依然清晰,但断裂带内次级断层的数量明显减小。(6)依据徐中断裂将徐西切割为2段,认为具有右旋走滑的特征。1.2断裂开始进入断裂徐西断裂为徐家围子断陷的主控边界断层,该断层具有分段扩展的模式,依据古断距的恢复(图5),认为在火石岭组早期徐西断裂由5条左阶雁行式排列的正断层组成,在岩桥区由于扭动作用形成北北西向的“撕裂断层”,火石岭晚期将正断层“硬连接”形成完整的徐西断裂(图5)。沙河子组沉积时期为热沉降阶段,没有明显的火山活动,徐西断裂控制了盆地的沉降中心,形成巨厚的暗色泥岩。营一段时期盆地进入第二个火山喷发旋回,在南南东—北北西向拉张应力场的作用下,徐西断裂中部北北西向段发生强烈走滑并诱导火山裂隙式喷发,形成徐中走滑断层系,将徐西断裂切割为南北两支,由于断裂为火山通道,没能形成明显的断层面和断裂带。之后该断层停止活动。泉头组沉积晚期—青山口组沉积早期为松辽盆地继断陷期后又一次强烈的拉张,在松辽盆地南部大屯、乾104井、北部的英8井、金65井等见幔源成因的玄武岩(胡望水等,2005),在近东西向拉张应力场的作用下,徐中断裂强烈走滑,深层火山岩内断裂走滑变形形成明显的破碎带,浅层T2反射层形成发辫状断裂密集带,之后断裂活动强度逐渐减弱,T1反射层断裂平面辫状结构明显,但次级断裂密度减小,到T06反射层这种辫状结构消失,即嫩江组沉积早期断裂停止活动。泉头组沉积晚期—青山口组沉积早期断裂活动正赶上深层沙河子组煤系烃源岩大量生排气期(霍秋立,2007),断裂促使天然气大规模运移,在火山岩顶部泥质岩和凝灰质盖层、登二段盖层的顶封作用下,大量天然气围绕徐中断裂在营一段和营三段火山岩储层中聚集成藏。2泉头山红达采石场后灰基层地层分区徐中断裂在营一段时期强烈活动,作为火山喷发的通道,没能形成明显的断层面及内部断层岩。泉头组沉积晚期—青山口组沉积早期营一段火山岩已经冷却成岩,此时断裂走滑变形导致断层面和破碎带形成,为了搞清火山岩内断裂带结构,对与松辽盆地营城组火山岩(120～130Ma)同期喷发的海拉尔盆地上库力组(142～135Ma)和伊列克得组(125～116Ma)火山岩内断裂带结构进行了详细描述,两个盆地火山岩均同属于断陷阶段,且均为壳源火山岩,具有相似的构造背景。观察点位于海拉尔头站红达采石场,火山岩岩性为上库力组灰紫色安山岩、灰紫色安山玄武质火山角砾岩和集块岩、晶屑凝灰岩和伊列克得组灰紫色安山玄武岩。灰紫色安山岩流纹构造较为发育,属于喷溢相中部亚相。灰紫色安山玄武质火山角砾岩和集块岩属于爆发相中的空落亚相,晶屑凝灰岩属于爆发相。伊力克得组灰紫色安山玄武岩与上库力组火山岩之间有一个喷发界面,属于另一喷发旋回喷溢相的下部亚相。该区发育北东向断层,产状320°∠80°,断裂带宽度约3m(图6a,b),断裂带主要由构造透镜体组成,构造透镜体由张性构造角砾组成,明显看到角砾之间的缝隙发育且部分被胶结物所充填(图6b,c),角砾为灰紫色(图6c),内部中长石碎裂明显(图6d),母岩为安山岩(图6e,f,g),可能主要来自上库力组灰紫色安山岩。从断裂带填充物性质反演断裂变形历史,早期为张(扭)性断层,断裂带内部卷入围岩中的灰紫色安山岩,破碎形成断层角砾岩,形成于上库力组时期,之后断层反转逆冲,挤压包卷形成构造透镜体,向上断穿伊力克得组,反转逆冲时间为伊力克得组末期以后。从该断裂带内部结构看,火山岩区张(扭)性断层断裂带内部结构总体表现为,围岩卷入并破碎形成断层角砾岩,属于碎裂岩的一种。由此推断泉头组沉积晚期—青山口组沉积时期,徐中断裂走滑变形在营城组形成明显的断层角砾岩带,其封闭性相对较差,断层封闭条件有2个:一是依靠两盘岩性对接;二是胶结封闭作用。由于大规模天然气运移极大阻止胶结作用的发生,因此断层侧向的封闭机理为两盘岩性对接封闭。3knipe作热层用于火山岩天然气富集模式徐中断裂为徐家围子断陷主要控藏断裂,在其两盘形成了徐深气田、徐深4、徐深7、徐深301—徐深3以及徐深9气藏(图2),从紧邻断裂西盘的徐深5、东盘的徐深7和徐深9井Knipe图解可以看到:(1)徐深5井在3592.4～3689.8m井段钻遇1套火山岩工业气层,气层厚度为97.4m,徐中断裂在徐深5井附近断距150m左右,从Knipe图解中看到火山岩气层与上覆砾岩层和泥岩盖层对接,对接区火山岩内天然气富集(图7a),而火山岩自身对接部位为水层。(2)徐深7井在3856.6～3901.2m流纹岩和凝灰岩中钻遇44.6m厚工业气层,徐中断裂在该井附近断距100m左右,Knipe图解显示火山岩气层完全与上覆砾岩层和泥岩盖层对接(图7b),下部则是火山岩并置关系,为水层。(3)徐深9井在深度3581.6～3706.8m的流纹岩处钻遇了3套气层,徐中断裂在该井附近断距30m左右,使得火山岩气层与上覆泥岩层对接,而下部的两个含气水层为自我对接模式,富气程度不高。营一段火山岩气层均与对盘上覆泥岩和砾岩对接,火山岩自身相对接的部位均为水层,表明砾岩和泥岩对对盘火山岩中天然气具有很强的侧向封闭能力,侧向封闭的本质是差异渗透能力,对比徐中断裂周围井火山岩储层和砂砾岩物性及排替压力,砾岩比下伏火山岩物性低,认为火山岩—砾岩对接封闭的模式是存在的,是营一段火山岩断层侧向的主要封闭机理。4逆断层与天然气富集的关系营一段火山岩储层与上覆泥岩和营四段砾岩层对接封闭的模式决定了天然气富集的部位,徐中断裂为典型的走滑断层,剖面上断层性质和倾向发生明显的改变。倾向东北的正断层天然气富集在下盘(西盘),形成徐深气田、徐深14气田和徐深12低产气流,上盘(东盘)主要含水,如升深7、徐深31和徐深502井失利;倾向西南的正断层天然气富集在下盘(东盘),形成徐深27、徐深301、徐深9、徐深903、升平、汪家屯和达深401气田,上盘(西盘)汪904、升深6、升深201和徐深16营一段火山岩为水层。倾向东北的逆断层与倾向西南的正断层天然气富集部位均在东盘(图8a),倾向西南的逆断层与倾向东北的正断层天然气富集部位均在西盘(图8b)。断层侧向封闭性及与天然气富集的关系对深层天然气的勘探具有重要的指导意义,体现在3个方面:(1)控藏断裂具有3个典型的特征:早期控制火山裂隙式喷发、在泉头组沉积晚期—青山口组沉积早期强烈活动、在区域性盖层段具有顶部封闭能力;(2)徐中走滑断裂为典型的控藏断裂,由于断层性质和倾向改变、岩性对接的模式决定两盘天然气分布具有“此消彼长”的特征,为深层气勘探指明了方向;(3)其余控藏断裂多为张性正断层,营一段火山岩储层与营四段泥岩和砾岩对接模式决定天然气主要富集在下盘,这为寻找下一步目标、确定气藏边界和提交储量具有重要的指导意义。5火山岩与火山岩的对接为了检验这种模式的可靠性,选择了一个已知气藏(徐深12)的边界断层F1进行了解剖,F1断层为典型的控藏断裂,从岩性对接Allen图中可以看到(图9a),气层所在范围为营一段火山岩储层与营一段顶部泥岩和营四段砂砾岩对接,火山岩与火山岩对接的层位为水层,天然气富集在断裂的下盘。对徐深27井边界断层F2进行了解剖,火山岩气层依然与营四段砂砾岩对接(图9b),火山岩与火山岩对接的层位为水层,天然气应该富集在下盘,因此该气藏在下盘有很大的扩展潜力,需要进一步进行评价。6天然气分布的“此消他长”特征徐家围子断陷深层火山岩气藏控藏断裂多为早期控制火山裂隙式喷发、在泉头组沉积晚期—青山口组沉积早期强烈活动和在区域性盖层段具有顶部封闭能力的断裂;徐中走滑断裂为典型的控藏断裂,由于断层性质和倾向改变、岩