雞西盆地下白堊統(tǒng)天然氣地質(zhì)條件

摘 要

摘要：雞西盆地煤田開發(fā)歷史較長，但油氣地質(zhì)條件研究尚處在起步階段，對盆地油氣地質(zhì)條件和勘探前景進行系統(tǒng)分析，對大慶外圍戰(zhàn)略選區(qū)具有重要的意義。對盆地內(nèi)煤巖和暗色泥巖烴源
摘要：雞西盆地煤田開發(fā)歷史較長，但油氣地質(zhì)條件研究尚處在起步階段，對盆地油氣地質(zhì)條件和勘探前景進行系統(tǒng)分析，對大慶外圍戰(zhàn)略選區(qū)具有重要的意義。對盆地內(nèi)煤巖和暗色泥巖烴源巖的顯微有機組分、有機地化指標進行實驗室測試分析，結(jié)果顯示：煤層殼質(zhì)組含量很低，鏡質(zhì)組含量普遍大于70%，有機質(zhì)演化均達到“低-中成熟”階段；暗色泥巖有機碳含量很高，但烴類轉(zhuǎn)化率較低，有機質(zhì)演化已經(jīng)達到成熟階段；兩者的有機質(zhì)類型以腐殖型為主。據(jù)此認為盆地生油條件差但生氣條件好。盆地煤層平均孔隙度為2.5%，砂巖孔隙為中-低孔低滲細喉道型，可以作為較好的天然氣儲層。實驗數(shù)據(jù)顯示凝灰?guī)r的突破壓力平均為243.4×105Pa，穆棱組泥巖的突破壓力為900×105Pa，可以作為較好的蓋層。依據(jù)煤田探采資料編制了盆地烴源巖等厚圖，結(jié)合雞西盆地沉積、構(gòu)造特征分析認為：盆地有較好的天然氣勘探潛力和生儲蓋組合條件，最易形成地層和巖性圈閉；北部坳陷的西雞西-東海深部區(qū)間帶和南部坳陷的穆棱礦-榮華區(qū)間為勘探的首選有利區(qū)帶。
關(guān)鍵詞：雞西盆地；早白堊世；煤層氣；烴源巖；生儲蓋組合；圈閉；勘探方向
    雞西盆地是大慶外圍較重要的中新生代盆地，沉積了超過2000m的早白堊世海陸交互相和陸相富含煤和暗色泥巖地層。但油氣勘探尚處在起步階段[1]，對該盆地的含氣性研究程度很低。筆者根據(jù)野外地質(zhì)考察認識、樣品分析數(shù)據(jù)并綜合大量煤田鉆探資料，對雞西盆地的油氣地質(zhì)條件進行初步分析，希望能給相關(guān)研究提供借鑒。
1 地質(zhì)概況
雞西盆地位于黑龍江省東部，總面積約3380km2。盆地平面大致呈三角形，走向EW-NEE，主構(gòu)造線和次級構(gòu)造線也呈EW-NEE走向。盆地南部邊界由郯廬斷裂在東北地區(qū)的分支敦化-密山斷裂形成控盆斷層。西部和北部為超覆邊界，東部為斷層邊界。盆內(nèi)由南北兩個不對稱的單斜構(gòu)造和中部恒山基底隆起構(gòu)成兩坳夾一隆的構(gòu)造格局，南北兩個向斜內(nèi)部發(fā)育多個次級緩傾角短軸背向斜構(gòu)造。盆地斷裂系統(tǒng)多為正斷層，由NE和NW向兩組高角度正斷層組成，斷層數(shù)量多但規(guī)模不大，主要為各礦區(qū)邊界和內(nèi)部斷裂。逆斷層極少，主要分布于恒山隆起南北兩側(cè)，東西向的平陽-麻山逆斷層組成盆地二級構(gòu)造單元的分界線(圖1)。
 
    盆地在太古代花崗巖和片麻巖基底之上沉積了早白堊世雞西群和樺山群地層。雞西群自下而上為滴道組、城子河組、穆棱組和東山組。滴道組為火山巖夾陸相河湖相沉積，厚50～300m，在盆緣局部分布。城子河組為斷陷期沉積，不整合于滴道組或基底之上，為一套以陸相河流、三角洲和淺湖相為主的砂泥巖沉積，受早白堊世海侵影響，城子河組下部沉積了多層海相泥巖夾層。城子河組總厚600～800m，含煤40余層，可采煤層7～20層，可采煤層累計厚度為7.88～17.2m；暗色泥巖占城子河組地層總厚的18%～38%。穆棱組為盆地坳陷期沉積，整合于城子河組之上，主要以濱淺湖到半深湖暗色泥巖夾煤層沉積為主，上部有多層凝灰?guī)r夾層。穆棱組地層總厚為700～1100m，含煤20余層，可采煤層1～7層，可采煤層累計總厚為1.94～6.02m，泥巖占穆棱組地層總厚的29%～42%。穆棱組之上是東山組火山巖和樺山群猴石溝組紫紅色氧化環(huán)境河流相粗砂巖。城子河組和穆棱組是油氣勘探的重點。
2 烴源巖分析
2.1 煤巖烴源巖分析
   通常把煤中各種復雜的顯微有機組分按其性質(zhì)和成因劃歸3個組，即鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，以鏡質(zhì)組為主的腐殖煤形成的干酪根為腐殖型干酪根，通常是主要的生氣成分[2]。對雞西盆地8個礦區(qū)共40個樣本進行煤巖顯微組分分析(分析結(jié)果見表1)，殼質(zhì)組含量很低，城子河組范圍值為0.15%～6.69%，均值為2.68%；穆棱組范圍值為0.40%～5.65%，平均值為2.47%；鏡質(zhì)組含量普遍大于70%，城子河組平均值為81.33%，穆棱組平均值為79.12%，所以煤層不具備生油的物質(zhì)基礎(chǔ)但具備良好的生氣條件。鏡質(zhì)組反射率(Ro)是確定有機質(zhì)成熟度的重要指標。城子河組煤巖樣本鏡質(zhì)體反射率的范圍為0.65%～1.91%之間，平均為1.18%，基本屬于肥、焦煤階段，穆棱組鏡質(zhì)體反射率的范圍為0.64%～1.23%之間，平均為0.77%，基本屬于氣、肥煤階段。兩個組有機質(zhì)演化均達到“低-中成熟”階段，處于“石油窗”內(nèi)，可以大量生氣。
   煤田探采也已證明雞西煤層的生氣能力。在煤田的15對礦井中，高瓦斯礦井有11對，瓦斯突出礦井1對。雞西礦務(wù)局對張新礦瓦斯成分分析：CH4(87.7983%)，N2(11.6878%)，C02(0.4267%)，He(0.0872%)，瓦斯成分主要為煤成氣[3]。雞西煤田瓦斯涌出量為10～100m3/t，平均為32.7m3/t，煤炭資源地質(zhì)儲量為99.3×108t，根據(jù)礦井瓦斯涌出量推算煤層氣含量，瓦斯涌出量按照10m3/t計算，整個盆地煤層氣資源量為993×108m3，數(shù)量相當可觀。
2.2 泥巖烴源巖分析
    從盆地內(nèi)共采集14塊穆棱組和15塊城子河組暗色泥巖樣本進行地化分析，從表2中可見：暗色泥巖的有機碳含量普遍較高，穆棱組4個礦區(qū)為0.436%～3.652%，平均為1.620%。遠高于0.4%的生油巖標準，屬于中-好的烴源巖。城子河組烴源巖總有機碳含量平均比穆棱組略低，但也達1.597%。氯仿瀝青“A”含量穆棱組平均為0.0267%，城子河組為0.0325%，均屬于較差的生油巖?？偀N含量穆棱組平均為0.0219%，城子河組為0.0396%，絕大部分屬于較差的生油巖。暗色泥巖的Ro為0.56%～1.79%，有機質(zhì)演化達到成熟階段，可以大量排烴。綜合以上數(shù)據(jù)可以看出，雞西盆地暗色泥巖有機碳含量很高，但烴類轉(zhuǎn)化率較小，而且氯仿瀝青“A”和總烴含量均達不到好的生油巖標準，有機質(zhì)演化已經(jīng)達到成熟階段，可以作為較好的生氣源巖。
干酪根元素是劃分有機質(zhì)類型的重要指標，對雞西泥巖和煤巖進行元素分析，原子比值統(tǒng)計暗色泥巖H/C為0.30～0.9，O/C為0.04～0.34；煤H/C為0.52～0.79，O/C為0.05～0.09；在范氏圖解中反映主要為腐殖型干酪根，部分為含腐泥的腐殖型，也反映主要以生氣為主[4](圖2)。
 
表2 雞西盆地暗色泥巖樣品有機地化分析結(jié)果表    %
層位
有機碳含量
氯仿瀝青“A”含量
總烴含量
Ro
K1m
樣品數(shù)
14個
7個
5個
4個
范圍值
0.436～3.652
0.007～0.649
0.0086～0.0425
0.56～1.24
平均
1.62
0.0267
0.0219
0.87
K1ch
樣品數(shù)
15個
9個
5個
5個
范圍值
0.3010～4.759
0.0086～0.0568
0.0043～0.0914
0.84～1.79
平均
1.60
0.0325
0.0396
1.26
該區(qū)煤層和泥巖在南北2個坳陷呈東西向分布，統(tǒng)計盆地76口煤田鉆孔和各礦區(qū)探采數(shù)據(jù)，編制了盆地可采煤層和暗色泥巖等直線圖(圖3、4)。從圖3、4中可見，煤和泥巖厚度穩(wěn)定，分布連續(xù)且在在南北各有幾個沉積中心，有利于天然氣的大量生成。
3 下一步勘探方向
3.1 儲層特征
    雞西盆地的儲層主要有煤層本身和砂巖儲層。煤本身是一種高孔隙的天然氣吸著劑，其吸附能力比一般巖石吸附能力強。雞西煤層中顯微原生孔隙非常發(fā)育，主要有植物殘余組織孔、原生粒間孔、晶間孔和內(nèi)生裂隙孔。雞西盆地煤層平均孔隙度為2.5%，孔穴一般為2～4nm，連通喉道直徑一般為0.5～0.8nm，而氣態(tài)烴中甲烷的有效直徑為0.38nm，足以實現(xiàn)氣態(tài)烴的連續(xù)運移，煤層氣可以吸附和游離狀態(tài)存儲于孔隙之中。因此煤層本身可以作為良好的儲集層。
砂巖儲層有城子河組和穆棱組砂巖。砂巖主要為含巖屑長石砂巖，顆粒支撐為主，石英、長石次生加大現(xiàn)象少見，部分發(fā)生長石蝕變現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低，孔隙類型以粒間孔及構(gòu)造裂隙為主。樣品測試孔隙度平均為9.8%～13.88%，屬于較差孔隙度；滲透率平均小于0.968×10-3μm2，對氣層來說屬于低滲到致密儲層；喉道平均半徑小于3.21μm。整體分析雞西盆地孔隙性儲層為中-低孔低滲細喉譜型。
3.2 蓋層特征
雞西盆地城子河組和穆棱組發(fā)育多層泥巖。穆棱組頂部發(fā)育多層凝灰?guī)r。泥巖巖性致密，主要礦物成分為高嶺石、蒙脫石，可作為下部層位的蓋層。穆棱組凝灰?guī)r主要有巖屑晶屑凝灰?guī)r、晶玻屑凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r。頂部層位凝灰?guī)r經(jīng)后期東山組火山巖高溫烘烤結(jié)構(gòu)致密，可作為區(qū)域蓋層。
    對穆棱組凝灰?guī)r和泥巖進行測試(表3)，凝灰?guī)r和泥巖的滲透率基本為1×10-6μm2，在Ⅳ級范圍內(nèi)，屬一般級別，凝灰?guī)r的突破壓力平均為243.4×105Pa，評價為Ⅱ級，有較好遮蔽能力，泥巖的突破壓力為900×105Pa，遮蔽能力最強。綜合對比樣品測試結(jié)果反映穆棱組泥巖和凝灰?guī)r為較好的蓋層
表3 穆棱組泥巖凝灰?guī)r性能數(shù)據(jù)表
巖性
滲透率/10-3μm2
孔隙半徑中值/nm
孔隙集中范圍
分選系數(shù)/%
突破壓力/105MPa
粉砂質(zhì)泥巖
9.5×10-2
16
10～20
1.15
215
泥巖
1×10-3
5
4～10
0.45
900
凝灰?guī)r
1×10-3
9
4～25
0.90
350
凝灰?guī)r
1×10-3
9
6～40
1.11
270
凝灰?guī)r
1×10-3
10
6～25
0.98
255
凝灰?guī)r
8×10-3
9
6～40
1.31
192
凝灰?guī)r
1×10-3
15
10～40
1.49
150
    煤田鉆孔統(tǒng)計城子河組泥巖單層最大厚度為25m。穆棱組泥巖單層最大厚度為70m。穆棱組凝灰?guī)r占地層平均厚度的6%～15%，單層最大厚度可達40m，且有5層作為煤層對比的標志凝灰?guī)r在全盆東西向穩(wěn)定分布，可以作為區(qū)域上的重要蓋層。
3.3 生儲蓋組合和圈閉
    雞西盆地的生儲蓋組合主要為自生自儲。以暗色泥巖和煤層為氣源巖、河流、三角洲砂體為儲集層、湖相泥巖和凝灰?guī)r為蓋層構(gòu)成生儲蓋組合。沉積地層自上而下發(fā)育多套砂泥巖互層可以形成多套生儲蓋組合。
    雞西盆地的圈閉根據(jù)煤田勘探資料分析有構(gòu)造圈閉、巖性圈閉和地層圈閉。猴石溝組后期受區(qū)域擠壓影響，早白堊世沉積地層多發(fā)生褶皺和斷裂，在盆內(nèi)形成多級寬緩的背、向斜構(gòu)造，有利于油氣運移聚集形成構(gòu)造圈閉。城子河組和穆棱組三角洲水上分流河道、水下分流河道、三角洲前緣席狀砂砂體均比較發(fā)育，濱淺湖砂體也較發(fā)育。地層內(nèi)部的砂泥巖交替旋回使縱向上形成多個巖性圈閉，同時橫向上巖性變化大，很容易形成巖性圈閉。雞西盆地多處城子河組直接不整合于基底麻山群之上，古基底在盆地沉積前遭受風化剝蝕，形成古風化殼，上覆地層生成的油氣可就近遷移，儲集在風化殼內(nèi)，形成地層圈閉。
3.4 勘探方向討論
    北部坳陷西部的麻山在古沉積時為盆緣地帶，沖積扇較發(fā)育，城子河組和穆棱組沉積厚度較薄，在后期改造中靠近剛性的盆緣基底所以受擠壓變形強烈，穆棱組大部分被抬升剝蝕，不利于氣藏保存，不應(yīng)作為勘探首選區(qū)域。北部坳陷北部滴道、大通溝、城子河淺部、正陽、到東海淺部也因后期改造抬升，穆棱組被部分或完全剝蝕，城子河組直接出露地表，蓋層條件不好，也不應(yīng)作為勘探首選靶區(qū)。北部條帶西雞西-城子河深部-杏花-東海深部一帶，古沉積環(huán)境為濱淺湖到半深湖環(huán)境，城子河組和穆棱組地層和煤層均較厚且剝蝕較少，生儲蓋條件均較好。這一區(qū)域處于北部向斜的軸部，在后期改造中受到擠壓作用，有利于煤層氣的富集[5]，同時向斜南翼被平麻逆沖斷層所封堵有利于氣藏保存[6]，可作為勘探有利區(qū)帶。中部恒山隆起在后期改造中以抬升為主，沉積地層被剝蝕殆盡，失去作為勘探靶區(qū)的意義。南部條帶面積較大，靠近敦密斷裂帶后期火山活動強烈，沉積地層被破壞嚴重。南部向斜的北部礦區(qū)平崗、大恒山、二道河子、小恒山區(qū)雖然煤層和地層均發(fā)育較好但靠近中部恒山隆起，在后期改造中受到恒山隆起抬升影響，應(yīng)力以張引為主，局部穆棱組抬升剝蝕，不利于氣藏保存。南部向斜的邱家-合作-榮華一線，處于南部向斜北翼靠近軸部部位，雖然城子河組煤層發(fā)育不如北部有利區(qū)帶好但在穆棱組沉積時靠近沉積中心，穆棱組泥巖和煤層發(fā)育厚，地層保存完整，且凝灰?guī)r蓋層發(fā)育連續(xù)完整。在后期改造中的受擠壓作用，有利于天然氣富集，在煤田地質(zhì)勘探中多次發(fā)現(xiàn)天然氣顯示，可以作為勘探的首選有利區(qū)帶。
4 結(jié)論
    雞西盆地烴源巖為城子河組和穆棱組煤層和泥巖。煤巖顯微組分分析和泥巖地化分析顯示烴源巖以產(chǎn)氣為主，生油能力很差，煤層產(chǎn)氣能力較強，盆地油氣勘探應(yīng)以天然氣為重點。雞西盆地城子河組和穆棱組砂巖儲層為中 低孔低滲細喉道型。穆棱組中上部泥巖和凝灰?guī)r是區(qū)域的主要蓋層。圈閉有構(gòu)造圈閉、巖性圈閉和地層圈閉。根據(jù)生儲蓋條件分析認為北部坳陷的西雞西到東海深部區(qū)間帶、南部坳陷的穆棱礦到榮華區(qū)間為勘探首選有利區(qū)帶。
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(本文作者：劉維亮1，2，3 夏斌1，3 蔡周榮1，2，3 萬志峰1，2，3 梁正中1，2 余曉玲1，2 1.中國科學院廣州地球化學研究所中國科學院邊緣海地質(zhì)重點實驗室；2.中國科學院研究生院；3.中山大學海洋學院)