濟(jì)陽(yáng)坳陷臨南地區(qū)石炭臨南地區(qū)煤型氣成藏主控條件分析

濟(jì)陽(yáng)坳陷臨南地區(qū)石炭臨南地區(qū)煤型氣成藏主控條件分析

1石炭—地質(zhì)概況臨南地區(qū)位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)山頂，魯西海拔以北（圖1）。該區(qū)北部鄰近的臨南洼陷及其周圍地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了大量以下第三系為烴源巖的油氣藏。隨著勘探工作的深入,臨南地區(qū)以石炭—二疊系煤系地層為烴源巖的煤型氣成為主要勘探目標(biāo)。目前該區(qū)已為2km×2km二維地震覆蓋,三維地震面積累計(jì)達(dá)676km2,鉆遇石炭—二疊系的探井有7口,其中判參1井見(jiàn)油氣顯示,濟(jì)古1井在石炭—二疊系氣層四層厚16m日產(chǎn)煤成氣300m3,而曲古1井沙二段1514.0~1520.0m兩層厚4m試出了日產(chǎn)41347m3的工業(yè)煤成氣流。曲堤油田已于1994年投入開(kāi)發(fā)。2有效碳?xì)浠衔镏行姆植?.1煤巖有機(jī)碳、1型干結(jié)構(gòu)及井區(qū)煤巖碳化率為5.2井區(qū)臨南地區(qū)石炭—二疊系煤層厚度變化較大,最厚處為判參1井,厚34.7m,最薄處為濟(jì)古1井,厚14.1m。該區(qū)煤層質(zhì)量較好,煤巖有機(jī)碳含量一般為50%~70%,熱解分析氫指數(shù)為60~160mg/g,最高溫度為438~463℃,鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.68%~1.35%,干酪根以Ⅲ型為主,只有濟(jì)古1井區(qū)石炭系部分煤層含有Ⅱ1型干酪根。平面上,濟(jì)古1井區(qū)煤巖生烴潛力最大,判參1井區(qū)次之,而曲古2井區(qū)最差;縱向上,本溪組和太原組生烴能力最優(yōu),山西組次之,而石盒子組較差。2.2煤系地層碳質(zhì)地層埋深臨南地區(qū)煤層熱演化程度差別較大,從成熟至高過(guò)成熟均有。除受巖漿影響處于過(guò)成熟階段的局部地區(qū)、局部層位以外,魯西隆起北部處于成熟階段早期,濟(jì)陽(yáng)地塹、曲堤地壘煤層成熟度較高,而王判鎮(zhèn)潛山地區(qū)煤層成熟度居中。本區(qū)下、中三疊統(tǒng)沉積以后,石炭—二疊系煤層埋深達(dá)到2700~3100m,煤系地層烴源巖開(kāi)始第一次生烴,Ro普遍達(dá)到0.68%~0.80%。晚三疊世本區(qū)整體抬升,三疊系被完全剝蝕,部分地區(qū)二疊系也受到不同程度的剝蝕,一次生烴過(guò)程停滯。盡管石炭—二疊系的最大埋深沒(méi)有超過(guò)其在三疊紀(jì)末的最大埋深,但由于這一時(shí)期地溫梯度異常,侏羅—白堊紀(jì)大部分地區(qū)進(jìn)入二次生烴門限,古地溫一般達(dá)到120~130℃。新生界沉積后,僅部分地區(qū)達(dá)到再次生烴門限,地溫約135℃,埋深約4000m,主要分布在濟(jì)陽(yáng)地塹和曲堤地壘東段。2.3煤型氣的有效氣化臨南地區(qū)煤型氣基本上有三期生成過(guò)程。由于中生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、火山活動(dòng)頻繁,以及中、新生代之間長(zhǎng)達(dá)90Ma的沉積間斷與剝蝕,使中生代及其以前生成的煤型氣散失殆盡,對(duì)現(xiàn)今煤型氣藏的形成貢獻(xiàn)甚微。新生代以來(lái)生成的煤型氣,由于時(shí)代新、構(gòu)造活動(dòng)趨弱、上覆地層保存條件較好,成為煤型氣成藏的有效氣源。根據(jù)盆地模擬計(jì)算,得到了本區(qū)石炭—二疊系煤層新生代以來(lái)的生烴強(qiáng)度等值線圖(圖2)。有效生氣中心最大生氣強(qiáng)度超過(guò)40×108m3/km2,生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的面積達(dá)200km2,預(yù)測(cè)資源量748×108m3。有效生氣中心控制了氣藏形成與分布,因此,臨南地區(qū)的煤型氣氣藏應(yīng)鄰近并圍繞著二次生氣中心分布。3曲堤地壘和煤型氣運(yùn)聚方向臨南地區(qū)煤型氣的主要運(yùn)聚方向是曲堤地壘中段的曲堤斷裂帶。由于曲堤斷層屬高角度正斷層、持續(xù)活動(dòng)時(shí)期長(zhǎng),可以作為煤型氣運(yùn)聚的重要通道,曲古1井煤型氣藏就是證明。根據(jù)(1)式計(jì)算了曲古1井天然氣的成熟度,結(jié)果表明其成熟度相當(dāng)于Ro為1.33%,而該井處煤層成熟度較小,約0.9%~1.0%。這說(shuō)明了,曲古1井天然氣并非該井處深部煤層生成的,而應(yīng)來(lái)自東部埋藏更深處的石炭—二疊系煤層。這也說(shuō)明了,煤型氣存在運(yùn)聚過(guò)程,并且曲堤地壘是主要運(yùn)聚方向之一(圖2)。δ13C1=14.125logRo?34.3822(1)δ13C1=14.125logRo-34.3822(1)煤型氣運(yùn)聚的另一主要方向是濟(jì)陽(yáng)地塹東部的斷塊圈閉(圖3)。這類圈閉是由于反向斷層遮擋形成的,加之圈閉內(nèi)奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層為斷層上盤(pán)石炭系非滲透層封擋、二疊系砂巖儲(chǔ)層為斷層上盤(pán)非滲透性中生界地層遮擋,具有良好的封閉條件,且形成期早、鄰近生烴中心、具有充足的氣源條件和長(zhǎng)期的聚氣過(guò)程,成為較大型氣藏的有利指向。東部王判鎮(zhèn)潛山鉆探的白古1、判參1、判古2井均未發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣流,與其新生代以來(lái)石炭—二疊系尚無(wú)生氣過(guò)程發(fā)生密切相關(guān)(圖2),同時(shí)由于它與濟(jì)陽(yáng)地塹之間的白橋斷層斷面極緩且晚第三紀(jì)活動(dòng)趨于停滯,西部生氣中心生成的煤型氣難以通過(guò)白橋斷層運(yùn)聚到王判鎮(zhèn)潛山成藏(圖3)。濟(jì)陽(yáng)地塹南部以斷層與魯西隆起北部相接,由于后者抬升剝蝕程度嚴(yán)重,保存條件極差,因此鉆探的濟(jì)古1、濟(jì)2井、曲4井均未發(fā)現(xiàn)常規(guī)工業(yè)氣藏,僅濟(jì)古1在煤層間的砂層中發(fā)現(xiàn)少量水溶氣。曲古3井位于濟(jì)陽(yáng)地塹之中古生界背斜之上,構(gòu)造位置非常有利,但鉆探結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)煤型氣藏。分析認(rèn)為,生氣中心與曲古3井之間發(fā)育多條南北向反向正斷層,中生界非滲透性地層與石炭—二疊系氣烴源巖接觸,形成遮擋,并且這些斷層早在下第三系沉積之前就已停止活動(dòng),阻礙了煤型氣向曲古3井方向運(yùn)移(圖3)。4西藏序列和生儲(chǔ)蓋組合4.1煤型氣成藏有利階段根據(jù)臨南地區(qū)包裹體均一溫度及熒光分析資料(表1),該區(qū)曾有多期流體活動(dòng),包裹體形成后發(fā)生過(guò)烴類運(yùn)移,地層曾經(jīng)歷抬升過(guò)程。其中,主要有三期流體活動(dòng),分別對(duì)應(yīng)古地溫80~100℃,120~130℃和140~150℃。對(duì)煤型氣成藏來(lái)講,運(yùn)聚過(guò)程時(shí)代越新越有利,因?yàn)槊盒蜌庠诔刹睾髽O易通過(guò)擴(kuò)散作用、水溶作用、微生物降解,以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等而遭到破壞。因此,對(duì)應(yīng)古地溫140~150℃、晚第三紀(jì)—第四紀(jì)生排運(yùn)聚的煤型氣對(duì)成藏最為有利,此時(shí)斷裂活動(dòng)減弱直至停止,石炭—二疊系埋深較大、地溫升高,煤型氣大量生成,并近距離聚集在深層奧陶系頂面風(fēng)化殼及二疊系砂巖儲(chǔ)層中,有望形成規(guī)模較大的氣藏。這類氣藏是近期重點(diǎn)勘探方向。其次,為對(duì)應(yīng)古地溫140~150℃、早第三紀(jì)生排運(yùn)聚的煤型氣,其時(shí)斷裂活動(dòng)較強(qiáng)烈,石炭—二疊系埋深較大,生成的煤型氣可通過(guò)斷層運(yùn)移至下第三系的儲(chǔ)層聚集成藏。由于向上氣源供給數(shù)量的限制及成藏后長(zhǎng)期的散失,晚第三紀(jì)氣源補(bǔ)給停止,現(xiàn)今氣藏規(guī)模較小。其他期次生排運(yùn)聚的煤型氣,由于距今時(shí)間長(zhǎng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,很難保存下來(lái),現(xiàn)今氣藏規(guī)模較小甚至完全被破壞。4.2儲(chǔ)蓋及其組合4.2.1孔隙度、滲透率分析研究區(qū)儲(chǔ)層主要包括寒武—奧陶系碳酸鹽巖、石炭—二疊系碎屑巖、中生界碎屑巖和第三系砂巖等。東部王判鎮(zhèn)潛山白古1、判參1井在奧陶系風(fēng)化殼發(fā)生泥漿漏失,該風(fēng)化殼儲(chǔ)集性能良好,而二疊系砂巖物性較差。本文通過(guò)曲古3井孔隙度、滲透性系統(tǒng)分析,對(duì)濟(jì)陽(yáng)地塹石炭—二疊系儲(chǔ)層物性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。曲古3井奧陶系共分析孔隙度、滲透性37個(gè)樣品。其孔隙度的變化范圍為0.3%~9.0%,平均為2.44%。有4個(gè)樣品孔隙度大于5.0%。滲透率變化范圍為0~0.6×10-3μm2,平均僅1.99×10-3μm2,尚無(wú)大于1.0×10-3μm2的樣品?？傮w來(lái)看,該井奧陶系部分儲(chǔ)層具有一定的孔隙度,但室內(nèi)測(cè)定的滲透率很低。曲古3井石炭—二疊系共分析孔隙度、滲透性127個(gè)樣品。其孔隙度變化范圍為0.2%~9.0%,有13個(gè)樣品的孔隙度大于5%,占樣品總數(shù)的10%;平均孔隙度為1.75%。滲透率變化范圍為0~11.8×10-3μm2,平均僅0.21×10-3μm2,大于1×10-3μm2的樣品僅4個(gè),占3%?？傮w來(lái)看,該井石炭—二疊系部分儲(chǔ)層具有一定的孔隙度、滲透性,可以作為煤型氣儲(chǔ)層。從石炭—二疊系物性分析來(lái)看,濟(jì)陽(yáng)地塹中其物性比人們認(rèn)識(shí)的要好一些,而奧陶系頂部物性要差很多,這主要與后期地下水活動(dòng)引起的膠結(jié)成巖作用有關(guān)。王判鎮(zhèn)潛山地區(qū)奧陶系風(fēng)化殼物性很好,石炭—二疊系儲(chǔ)層較好。魯西隆起區(qū)北部石炭—二疊系物性也較好,奧陶系物性很好。曲堤地壘與濟(jì)陽(yáng)地塹較為相似。因此,從儲(chǔ)集條件分析,臨南地區(qū)煤型氣有利區(qū)——曲堤地壘東段及濟(jì)陽(yáng)地塹東段應(yīng)把石炭—二疊系砂巖作為重要的目的層系。4.2.2地層蓋層特征臨南地區(qū)淺層有沙四段、沙三段、沙一段、館陶組和明化鎮(zhèn)組等多套蓋層,其中明化鎮(zhèn)組的厚層泥巖是淺層天然氣的良好區(qū)域性蓋層,沙四段、沙三段、沙一段的湖相泥巖及含膏泥巖是中層天然氣的重要蓋層。深層蓋層具有多套、多類型的特點(diǎn)。石炭—二疊系及中、下侏羅統(tǒng)煤系地層是良好蓋層。由于前者屬地臺(tái)型海陸交互相沉積,巖性比較穩(wěn)定,泥巖、煤層不僅單層厚度大、質(zhì)純,而且分布亦廣。孔二段、沙四段、沙三段暗色泥巖蓋層,沙四段含膏泥巖、致密碳酸鹽巖等也可作為有效蓋層。4.2.3儲(chǔ)、蓋組合組合臨南地區(qū)生儲(chǔ)蓋組合類型很多,以石炭—二疊系為烴源巖的儲(chǔ)蓋組合主要有:①奧陶系儲(chǔ)、石炭—二疊系蓋組合;②石炭—二疊系“自儲(chǔ)自蓋”組合;③石炭—二疊系儲(chǔ)、侏羅系蓋組合;④下第三系儲(chǔ)、蓋組合;⑤上第三系儲(chǔ)、蓋組合。結(jié)合油氣運(yùn)聚期次及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析,石炭—二疊系以“自生自儲(chǔ)自蓋”側(cè)堵為主的生、儲(chǔ)、蓋組合與石炭—二疊系生、蓋、奧陶系頂面風(fēng)化殼儲(chǔ)的生儲(chǔ)蓋組合是勘探重點(diǎn),其次是石炭—二疊系生、下第三系儲(chǔ)蓋的組合。5氣藏規(guī)模與成藏時(shí)代的關(guān)系煤型氣藏是動(dòng)態(tài)平衡的地質(zhì)體。烴源巖生成的氣體不斷補(bǔ)充,可使氣藏規(guī)模增大;而滲濾和輕烴擴(kuò)散等又使氣藏規(guī)模變小,直至消失。其中,最主要的影響因素是蓋層的擴(kuò)散系數(shù)、時(shí)間,以及原始烴濃度,而擴(kuò)散系數(shù)起著至關(guān)重要的作用。巨厚的下第三系暗色泥巖和部分地區(qū)沙四段的膏鹽層,是阻止中、古生界油氣向上逸散的良好屏障。沙三段異常高壓帶也大大地增強(qiáng)了封蓋能力。中、古生界油源巖與新生界油源巖同時(shí)生烴,會(huì)相互排擠。泥巖成巖演化大量脫水對(duì)油氣逸散也有影響。因此,本區(qū)氣藏的保存條件較好,影響氣藏規(guī)模的主要因素是氣源的補(bǔ)給?，F(xiàn)以曲古1氣藏為例,說(shuō)明氣藏規(guī)模與形成時(shí)期的關(guān)系(圖4)。曲古1沙二段煤型氣藏的氣源為東部石炭—二疊系生烴中心生成的煤型氣,形成于東營(yíng)組沉積時(shí)期早、中期,東營(yíng)運(yùn)動(dòng)引起曲堤地壘抬升之前,東部生烴中心大量生成、排出煤型氣,并通過(guò)曲堤斷層向曲古1氣藏供氣,氣藏規(guī)模不斷增大。東營(yíng)組沉積時(shí)期晚期,由于臨南地區(qū)抬升,生氣強(qiáng)度減小,氣藏供氣并擴(kuò)散,散失量持平,氣藏保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),氣藏規(guī)模達(dá)到最大。東營(yíng)運(yùn)動(dòng)之后,由于曲堤斷層活動(dòng)趨弱,對(duì)氣的疏導(dǎo)能力變差,氣體補(bǔ)給趨于停滯,氣藏規(guī)模逐漸減小,演化成現(xiàn)今的規(guī)模。明化鎮(zhèn)組開(kāi)始沉積以后,其東部生烴中心再次大量生氣,而此時(shí)斷裂運(yùn)移疏導(dǎo)系統(tǒng)趨于消亡,煤型氣難以運(yùn)移至中、淺層成藏,推測(cè)其主要聚集于烴源巖下部的奧陶系風(fēng)化殼和二疊系上部的砂巖層,特別是濟(jì)陽(yáng)地塹東部為南北向反向斷層遮擋的斷塊圈閉是有利場(chǎng)所。這類氣藏的規(guī)模自明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期至今不斷增大,應(yīng)該成為該區(qū)下一步勘探的主要目標(biāo)。6煤型氣的分布及形成臨南地區(qū)石