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        中國東北地區(qū)古生界油氣前景展望

        2020-12-03 02:30:18康玉柱王紀(jì)偉
        特種油氣藏 2020年5期
        關(guān)鍵詞:古生界碎屑巖石炭系

        康玉柱,王紀(jì)偉

        (中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

        0 引 言

        中國東北地區(qū)包括俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū),位于中亞造山帶東段,大地構(gòu)造位置處于華北克拉通和西伯利亞克拉通之間,其主要受古亞洲洋構(gòu)造域的影響,又經(jīng)歷了太平洋構(gòu)造域的強(qiáng)烈改造與疊加增生,具有復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史。東北地區(qū)具有前震旦系(Pt2—3)的結(jié)晶變質(zhì)基底,廣泛分布古生界地層,發(fā)育海相、海陸交互相和陸相沉積。古生界發(fā)育多層系品質(zhì)良好的烴源巖及多時(shí)代油氣成藏組合,多處見油氣顯示或天然氣流,具有較好的勘探前景。區(qū)內(nèi)發(fā)育6個(gè)中新生代盆地,中新生界地層齊全且厚度較大。此次研究探討了東北地區(qū)古生界地層沉積、成油組合及成藏條件,對(duì)油氣資源潛力進(jìn)行整體評(píng)價(jià),對(duì)勘探前景進(jìn)行展望,以期為下步勘探提供參考。

        1 區(qū)域地質(zhì)概況

        據(jù)重力、磁力、大地電磁和少量深反射地震資料解釋,松遼盆地所處的地殼,莫霍面埋深為29~35 km。莫霍面等深線為29 km的區(qū)域的形態(tài)與松遼盆地沉降幅度最大、沉陷時(shí)間最長的古龍凹陷相一致;莫霍面等深線為30 km的區(qū)域的形態(tài)與松遼盆地一級(jí)構(gòu)造單元的中央坳陷區(qū)相一致。松遼盆地的莫霍面埋深與盆地基底埋深存在嚴(yán)格的鏡像關(guān)系。莫霍面的隆起控制了坳陷區(qū)的分布,莫霍面的高點(diǎn)控制了長期凹陷的分布。

        東北地區(qū)古生界構(gòu)造演化總體經(jīng)歷3個(gè)階段(表1):①震旦紀(jì)—寒武紀(jì)—奧陶紀(jì):為裂陷—克拉通盆地演化階段,充填了一套海相陸源碎屑巖及碳酸鹽巖建造;②志留紀(jì)—泥盆紀(jì):擠壓克拉通盆地演化階段;③石炭紀(jì)—二疊紀(jì):克拉通內(nèi)坳陷盆地演化階段[1-3]。后期又疊加了中新生代斷陷盆地演化階段,是中國東北地區(qū)含油氣盆地主體形成時(shí)期,白堊系為主要勘探層系。

        表1 東北地區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化階段劃分簡表Table 1 Brief sheet of division of regional tectonic evolution stages in northeast China

        2 地層

        2.1 東北地區(qū)的結(jié)晶基底

        東北地區(qū)的結(jié)晶基底為太古界—中元古界地層,為一套深變質(zhì)的碳酸鹽巖、中基性火山巖及碎屑巖,但在中新元古界黑龍江群(薊縣系)為海相火山巖—沉積巖,下部為綠泥巖,局部還發(fā)育蛇綠混雜巖等 (青白口系)。

        2.2 古生界

        寒武系:中下寒武統(tǒng)在佳木斯地區(qū)為粗碎屑巖磨拉石建造;伊春—延壽地區(qū)為陸源碎屑巖及碳酸鹽巖建造,厚度為1 600.0 m,西厚東薄,并缺失中—上寒武統(tǒng)。

        奧陶系:該區(qū)東北部的呼蘭地區(qū)發(fā)育酸性火山巖、砂巖及灰?guī)r,厚度為245.0 m;伊通放牛溝地區(qū)發(fā)育上奧陶統(tǒng)中酸性火山巖、碎屑巖及灰?guī)r,厚度為210.0 m;伊春—延壽地區(qū)下奧陶統(tǒng)為酸性火山巖夾灰?guī)r,厚度為7 806.0 m;中奧陶統(tǒng)為陸源碎屑巖、碳酸鹽巖和中酸性火山巖,厚度為1 457.0 m;中奧陶世末,洋盆閉合并增生至佳木斯微地塊西緣,形成中加里東期花崗閃長巖帶。

        志留系—泥盆系:在該區(qū)分布面積小于寒武系—奧陶系,厚度也較薄。在北部呼蘭地區(qū),下志留統(tǒng)為碎屑巖夾火山巖,厚度為321.9 m;上志留統(tǒng)為碎屑巖、碳酸鹽巖,厚度為225.0 m;缺失中志留統(tǒng)。佳木斯地塊,志留系—泥盆系為一套碎屑巖及碳酸鹽巖,厚度為650.0 m;中泥盆世末隆升,缺失上泥盆統(tǒng);另外,在四平、舒蘭、鄂爾古納斯、嫩江北海拉爾等地區(qū)均發(fā)育志留系—泥盆系。

        石炭系—二疊系:在東北地區(qū)分布廣泛,總體為一套海相—海陸交互相的碳酸鹽巖、碎屑巖夾火山巖建造。

        在雙陽、永吉、牛南、蛟河、漠河、琿春、根河、九臺(tái)、海龍等地區(qū),鉆遇的石炭系—二疊系新地層為海相碳酸鹽巖及碎屑巖夾火山巖,總厚度為1 100.0~6 000.0 m。張廣才嶺地區(qū)上二疊統(tǒng)地層為湖相砂巖與泥巖互層及火山巖,厚度為1 184.0 m;延吉地區(qū)上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)地層為淺海相碎屑巖、火山巖,厚度為5 690.0 m;吉林蘆家屯地區(qū)上石炭統(tǒng)海相地層與二疊系一起褶皺,上三疊統(tǒng)不整合其上[4-7]。

        3 石油地質(zhì)條件

        3.1 烴源巖特征

        (1) 東北地區(qū)古生界發(fā)育2套烴源巖,為海陸過渡相煤系烴源巖和海相烴源巖。第1套烴源巖為石炭系—二疊系煤系烴源巖,巖性主要以煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r為主,TOC為0.6%~3.2%、以III型為主,Ro為0.9%~2.3%,烴源巖厚度為250.0~620.0 m。第2套烴源巖為寒武系—奧陶系海相烴源巖,以海相碳酸鹽巖及泥灰?guī)r為主,TOC為0.5%~2.0%,Ro為0.9%~3.4%,以I—II型為主,烴源巖厚度為230.0~320.0 m。這2套烴源巖在大斷裂或巖漿巖的噴發(fā)和侵入?yún)^(qū)有局部接觸熱變質(zhì)作用,但就全區(qū)而言未發(fā)生沉積巖系的大規(guī)模變質(zhì),其中,泥頁巖、泥灰?guī)r及暗色灰?guī)r等均屬好烴源巖。拉布達(dá)林盆地下二疊統(tǒng)生物灰?guī)r厚度為326.0 m,根河盆地下二疊統(tǒng)烴源巖厚度為300.0 m,吉林市郊區(qū)龍?zhí)兜貐^(qū)的二疊系泥頁巖厚度為500.0~700.0 m。近年來進(jìn)行了深入研究,露頭樣品和鉆井取心樣品分析表明,剩余有機(jī)碳含量較高,為0.7%~3.5%,Ro為1.4%~4.1 %,屬高成熟—過成熟階段,以生成天然氣為主。

        (2) 與鄰區(qū)華北地塊和東西伯利亞陸塊相比可知,華北陸塊新元古界、寒武系—奧陶系均發(fā)育較好烴源巖;東西伯利亞地塊文德系和里菲系(相當(dāng)于震旦系)及∈—O均發(fā)育好烴源巖。由此推測東北陸塊也應(yīng)發(fā)育類似時(shí)代的烴源巖,初步估算該區(qū)天然氣資源量約為10×1012~15×1012m3。

        (3) 東北地區(qū)特別是大慶外圍地區(qū)發(fā)現(xiàn)了火山巖天然氣田,經(jīng)大慶油田計(jì)算大慶探區(qū)深層天然氣資源量達(dá)2×1012m3,表明東北地區(qū)天然氣資源潛力很大。

        (4) 東北地區(qū)與東西伯利亞陸塊對(duì)比分析,東西伯利亞經(jīng)40多年的勘探,已發(fā)現(xiàn)大油氣田14個(gè),石油可采儲(chǔ)量為128×108t,天然氣可采儲(chǔ)量為50×1012m3。中國東北地區(qū)與東西伯利亞陸塊具有相似的地質(zhì)構(gòu)造特征和成藏條件,具有可類比性。全區(qū)油氣資源量為520×108t油當(dāng)量,采出程度相對(duì)較低,剩余資源量高,勘探潛力很大。因此,預(yù)測該區(qū)古生界油氣資源潛力較大[2,8-9]。

        3.2 沉積儲(chǔ)層特征

        東北地區(qū)石炭系以淺海相為主,局部發(fā)育海陸交互相。早二疊世淺海相分布范圍縮小,海陸交互相面積擴(kuò)大。晚二疊世淺海相分布范圍更小,海陸交互相面積更大[1-2,8](圖1~3,據(jù)康志宏2013年圖修改)。

        圖1 東北地區(qū)晚石炭世沉積相Fig.1 Sedimentary facies during Late Carboniferous period in northeast China

        古生界儲(chǔ)集巖具有多時(shí)代、多層段特征。其儲(chǔ)集巖主要為碎屑巖(各種砂巖、砂礫巖)、碳酸鹽巖、火山巖3類。這3類儲(chǔ)集巖物性均較差:砂巖孔隙度為3.0%~8.0%,滲透率為0.2~1.0 mD;碳酸鹽巖孔隙度為2.5%~6.8%,滲透率為0.2~0.7 mD;火山巖孔隙度為5.0%~16.0%,滲透率為0.8~20.0 mD。碎屑巖及碳酸鹽巖均為致密儲(chǔ)層。

        3.3 蓋層條件

        東北地區(qū)中新生代以來發(fā)育多個(gè)大中型沉積盆地,分布范圍廣,中新生界泥巖層系成為古生界油氣成藏的重要蓋層,特別是松遼盆地、海拉爾盆地、三江盆地等,蓋層保存條件更佳。古生界內(nèi)部發(fā)育的多層段泥頁巖及致密灰?guī)r均為良好蓋層。

        3.4 油氣成藏組合

        通過對(duì)區(qū)內(nèi)沉積演化及烴源巖發(fā)育狀況分析,認(rèn)為區(qū)內(nèi)發(fā)育3套生儲(chǔ)蓋組合:震旦系—寒武系—奧陶系(Z—∈—O);石炭系—二疊系(C—P);寒武系—奧陶系(∈—O)、志留系—泥盆系(S—D)及古生界與上覆地層組成的組合。

        目前,在東北地區(qū)石炭系—二疊系地層多處發(fā)現(xiàn)油氣顯示或天然氣流。松遼盆地有9口井在上古生界地層試氣獲得氣流,農(nóng)103井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為4.24×104m3/d;汪902井在哲斯組礫巖解釋氣層2層,厚度為26.0 m,壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為4.19×104m3/d;昌401、肇深1、昌102、肇深11、肇深3井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量分別為1.38×104、1.18×104、1.07×104、6 600、4 193 m3/d;芳深901井套管試氣日產(chǎn)氣量為119 m3/d;農(nóng)101井壓裂后自噴日產(chǎn)氣量為80 m3/d。獲得氣流的井基本分布在東北地區(qū)東部石炭系—二疊系后期深埋區(qū),烴源巖厚度大。氣測顯示井8口,分析為自生自儲(chǔ)的天然氣,主要分布在東北地區(qū)東部石炭系—二疊系后期深埋區(qū),西北部個(gè)別井見到氣測顯示[9-12]。

        4 油氣前景展望

        通過近幾年勘查研究,初步認(rèn)為石炭系—二疊系有利區(qū)為松遼盆地的肇源、大安—農(nóng)安、海坨子—長嶺、松遼盆地南部、伊通盆地等。

        4.1 肇源有利區(qū)帶

        肇源有利區(qū)帶面積為10 000 km2,區(qū)內(nèi)上古生界地層保存完整,地層厚度為5 000.0~10 000.0 m。四深1、昌102和汪902井等12口探井鉆遇上二疊統(tǒng)林西組,其中,四深1井揭示林西組厚度為1 289.5 m。區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)林西組烴源巖較為發(fā)育,大部分烴源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度為2.0%~3.0%,松遼盆地形成后,石炭系—二疊系地層為后期深埋藏,烴源巖二次生烴,為中生代氣藏有效氣源,尤其是對(duì)芳深1井和芳深2井氣藏供烴超過80%。四深1井在林西組見到8層58.0 m氣測異常顯示,預(yù)示著區(qū)內(nèi)可能存在原生氣藏。區(qū)內(nèi)上古生界頂面埋深為3 000.0~4 000.0 m,便于勘探。

        4.2 大安—農(nóng)安有利區(qū)帶

        大安—農(nóng)安有利區(qū)帶面積為29 000 km2。上古生界地層具有一定分布范圍,地層厚度為30.0~400.0 m。完鉆的長深14井鉆遇200.0 m灰?guī)r,推測時(shí)代為二疊紀(jì)。2011年預(yù)探中生界含氣性,同時(shí)兼探上古生界,鉆探伏17井,該井完鉆井深為2 474.0 m,上古生界頂面埋深為1 615.0 m,鉆遇上古生界地層859.0 m,巖性為砂巖,氣測顯示10層,厚度為41.0 m。

        4.3 海坨子—長嶺有利區(qū)帶

        海坨子—長嶺有利區(qū)帶面積為8 000 km2,區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系地層厚度為40.0~450.0 m,完鉆的長深3井鉆遇中下三疊統(tǒng)流紋巖,推測其下隱伏石炭系—二疊系地層。區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系烴源巖發(fā)育,有機(jī)質(zhì)成熟度為1.5%~1.8%,熱演化史分析揭示該區(qū)石炭系—二疊系為后期深埋藏,可能發(fā)生了二次生烴,并得到有效保存;頂面埋深為1 600.0~4 000.0 m,有利于勘探。

        圖2 東北地區(qū)早二疊世沉積相Fig.2 Sedimentary facies during Early Permian period in northeast China

        4.4 松遼盆地南部有利區(qū)帶

        (1) 通遼西凹陷帶、濱南凹陷帶上古生界地層烴源巖發(fā)育,厚度大,成熟度適中。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲(chǔ)層和多套生儲(chǔ)蓋組合,綜合評(píng)價(jià)為一級(jí)戰(zhàn)略區(qū)帶。

        (2) 乾安—長嶺凹陷帶上古生界烴源巖分布局限,厚度一般,成熟度普遍較高。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲(chǔ)層和多套生儲(chǔ)蓋組合,SN64井在灰?guī)r地層見油氣顯示,綜合評(píng)價(jià)為二級(jí)戰(zhàn)略區(qū)帶。

        (3) 茫漢凹陷帶上古生界烴源巖較發(fā)育,厚度一般,成熟度適中。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲(chǔ)層和多套生儲(chǔ)蓋組合,奈10井見油氣顯示,綜合評(píng)價(jià)為二級(jí)戰(zhàn)略區(qū)帶。

        (4) 昌圖—梨樹凹陷帶上古生界烴源巖較發(fā)育,成熟度中等—高。區(qū)內(nèi)發(fā)育多種類型的儲(chǔ)層和多套生儲(chǔ)蓋組合,綜合評(píng)價(jià)為二級(jí)戰(zhàn)略區(qū)帶。

        (5) 南部隆起區(qū)上古生界集中分布于區(qū)帶東部王參l井附近,且王參1井在灰?guī)r地層中見油氣顯示,解釋厚度為2.5 m的氣層,但總體來看,上古生界分布面積有限,綜合評(píng)價(jià)為三級(jí)戰(zhàn)略區(qū)帶。

        4.5 伊通盆地有利區(qū)帶

        2008年在伊通地區(qū)鉆探的昌37井于花崗巖體見天然氣流,綜合研究認(rèn)為其氣源可能為下伏古生界地層,如伊18井的原油來自下伏的上古生界沉積盆地。伊通地區(qū)上古生界沉積盆地的存在,不但擴(kuò)大了伊通盆地的勘探領(lǐng)域,同時(shí)也展現(xiàn)了上古生界勘探前景。

        綜上所述,東北地區(qū)古生界油氣地質(zhì)研究和勘查程度很低,因此,建議如下:首先要加強(qiáng)油氣地質(zhì)基礎(chǔ)研究,進(jìn)一步厘清古生代沉積體系、盆地演化、構(gòu)造體系特征,編制巖相古地理圖、構(gòu)造演化史圖、不同時(shí)期斷裂體系圖等。其次需進(jìn)一步研究古生界烴源巖,特別是劃清各時(shí)代烴源巖變質(zhì)帶,深入研究各時(shí)代烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度及熱演化特征,進(jìn)一步明確油氣資源潛力。

        圖3 東北地區(qū)晚二疊世沉積相Fig.3 Sedimentary facies during Late Permian period in northeast China

        5 結(jié) 論

        (1) 東北地區(qū)古生界地層發(fā)育在前震旦系結(jié)晶變質(zhì)基底之上,下古生界為海相沉積,上古生界為海陸交互相,中新生界主要為陸相,分布于各斷陷和坳陷中。

        (2) 東北地區(qū)巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈,尤其海西期和印支—燕山期巖漿活動(dòng)最為突出,既有侵入巖又有廣泛分布的噴發(fā)巖,且?guī)r性齊全。

        (3) 東北地區(qū)古生界地層發(fā)育齊全,具多套烴源巖及儲(chǔ)蓋組合,油氣前景好,以致密氣為主,是今后天然氣勘探的重要接替領(lǐng)域。

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