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1、 61 7 背 地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o 1 5 6 J u ly N o 4 2 O 1 O 济 阳坳 陷渤南一孤北地 区深层 天然气 有效输导体 系研究 蒋 有录 刘华 李宗 亮 中国石油大学 华东 地球资源与信息学院 山东青岛 2 6 6 5 5 5 内容提 要 根据天然气的成凶分布 烃类组 分 碳 同位素特征 地层水矿 化度变化 特征 储层沥 青的分 布及生物 标志化 合物 特征等 分析了济 阳坳陷渤南孤北地 区深层天然气 的有 效输导体 系及运移方 向 研 究表明 渤 南洼 陷 深层 源岩生成 的油型天然气通 过孤 西断层
2、 不整合等输导体系 向孤北潜 山带呈 阶梯 状运移聚集 而孤北 潜山低部位 源岩生成的煤型天然 气沿潜山内部被南北向断层 切割的断块内部的砂体 由北向南运移 聚集 来 自渤南 洼陷沙 四段 的油气 任输 导层 运移过稃中发生 r不同程度的地质色层效应 关键词 天然气运移 有效输导体 系 储层沥青 深层 济阳坳陷 在 地下 非均质 的地 层 中 油 气 不 可 能在 整 个 具 有 渗滤 能力 的岩层 中作 均 匀 运 移 通 常 沿渗 透 率 最 大 毛细 管阻 力最小 的通 道运 移 因此 油气 运移 的 通道具有选择性 地下真正发生过油气运移作用的 通 道空 间可称 之 为有效 输导体 系
3、 李 明诚 2 0 0 4 它 是控制油气运聚 成藏的关键因素 李明诚 2 0 0 4 卓 勤功等 2 0 0 5 近年来 许多学者在输导体系的有 效 性研究 方 面进行 了大 量 的 探 索 提 出 了有 机 地 球 化 学 地球 物 理 实 验 室 模 拟 以及 数 值 模 拟 等方 法 并 取 得 了 一 定 的 进 展 Hi n d l e 1 9 9 7 赵 忠 新 等 2 0 0 2 卓 勤功 等 2 0 0 5 刘 华 等 2 0 0 8 对 于深 部层 系 受资料及研究程度的限制 有效输导体系的研究 程度较低 研究方法有待于进一步探索 本文根据 天然 气 的成 因分 布 及 其
4、 烃类 组 分 和 碳 同 位素 特 征 地层 水矿化 度特 征 储 层 沥 青 分布 及 生 标 化 合 物特 征 等多 种 资料 综 合分 析 对济 阳坳 陷渤 南 孤 北地 区深 层天 然气 的有效 输 导体 系 以及 天然 气运 移方 向 进行 了探讨 1 地质背景 渤南一 孤北 地 区位 于渤海 湾盆地 济 阳坳 陷的北 部 北 靠埕 东 凸起 南 接 陈家 庄 凸 起 西 邻 义 和庄 凸 起 向东缓 坡 过 渡 至 孤 北 洼 陷 图 1 该 区深 层 是 指埋深大于 3 5 0 0 m 的沙三段 以下地层及前古近系 樊庆真 等 1 9 9 8 谯 汉 生等 2 0 0 2 发
5、育多个生 烃 中 心 及多套 气 源岩 主要存 在渤 南洼 陷沙 四上亚 段 沙 三 下亚段 富 含 I 型 干酪 根 的油 型 烃 源 岩 和孤 北 地 区石 炭 系一二 叠 系 l I l 型干 酪 根 煤 系烃 源 岩 王 力 等 2 0 0 8 孤北 潜 山带发 育下古 生 界风化壳 碳酸 盐岩储层和上古生界砂岩储层 渤南洼 陷主要为沙 四段砂岩 储层 渤南 洼 陷沙 四上 亚 段 的膏 盐 层 和孤 北 潜 山带 中生 界底 部煤 系地层 是研 究 区深层气 良好 的 区域盖 层 目前 孤北潜 山带深层 已发 现煤成 气气 田 在渤南 地 区也发 现 了大量 深层 油型气 显示 出该
6、 区深 层天 然气具 有 较大 的勘探 潜力 渤南一孤北地区的油气输导体系主要 由砂体 断层 裂缝 及不 整 合 等 输 导要 素 组 成 其 中 渤南 洼 陷沙 四上 亚段底 部砂 砾岩 和孤北 潜 山带二 叠系砂 岩 是 主要 的输导 层 而 埕 南一 埕 东 断层 义 东 断 层 孤 西断层 和孤 北 断层是 主要 的输 导断层 此外 下古 生 界 与上古 生 界 上 古 生 界 与 中生 界 中 生 界 与 新 生 界 古近系与新近系之 间的不整合对该 区天然气 的 长距 离侧 向运移 起 到 了重要 作 用 由于多 次和 长期 的抬 升 剥 蚀 和风化 淋滤 研 究 区 的裂缝 十分
7、 发 育 其 中与断层 有关 的构 造裂缝 尤 为发育 2 天然气 的成 因分布与来源 输导体系是连接烃源岩和油气藏的纽带 烃源 收稿 日期 2 0 0 9 0 6 2 3 改 同日期 2 0 l 0 0 3 1 8 责任编辑 章雨旭 作者简介 蒋有录 男 1 9 5 9年生 教授 博士生 导师 主要从事油气藏形成与分布研究 通讯地址 2 6 6 5 5 5 山东青 岛经济 开发 区中国石 油大学地球资源与信息学院 E ma i l u p c j y l 1 2 6 c o rn 第 4期 蒋有录等 济阳坳 陷渤南 孤北地 区深层 天然气 有效输导 体系研究 5 2 7 表 1 渤南洼 陷部
8、分 井天然气运 移地化 指标统 计表 Ta b l e 1 Ge o c he mi s t r y i nd e x o f g a s m i g r a t i o n i n 0 9 一 s ome we l l s i n t h e Bon a n S a g 井号 渤深 3 渤深 6 渤 6 0 1 深度 m 4 4 5 0 1 4 4 7 2 1 4 1 6 5 5 4 3 9 8 5 5 0 0 7 层位 沙河街组 四段 奥陶系 奥陶系 6 3 C 1 3 9 1 3 4 0 8 0 4 3 7 6 CH 7 O 6 3 7 3 9 5 7 6 2 0 C C 十 3 3 8
9、 4 1 5 4 4 1 岩 石 吸附且运 移速 率 快 致 使 沿 运 移 方 向 甲烷 相 对 富集 因而 可 以用 C H 含量 和 C c 一 值 的增加 来 指示 天然 气运 移方 向 另外 天然 气在运 移 过程 中 同位 素组 成将 发生分 馏作 用 沿 着运 移方 向 6 C 逐 渐变轻 J a me s 1 9 8 3 郝 石 生等 1 9 9 5 张 同伟 等 1 9 95 渤南 孤 北地 区天 然气 的运移 具有 明显 的地 质 色层 效应 从 渤南洼 陷 的渤深 3井 到渤 深 6 潜 山的 渤深 6井 和渤 6 0 1 井 其 甲烷碳 同位素从 一3 9 1 3 到
10、一4 0 8 和 一4 3 7 6 逐渐 变 轻 C H 和 C c 值分 别从 7 O 6 3 和 3 3 8增 加 到 7 6 2 和 4 4 1 都呈 逐渐 变大 的趋 势 表 1 而 且 上 述 指标 的变 化 趋 势 离烃 源岩越 远越 明显 孤 西断层 左侧 渤南 洼 陷 深处 的义 1 l 5井 5 1 4 4 5 1 6 3 4 m处 甲烷碳 同位素 为一3 5 9 3 而孤西断层右侧渤古 4潜山北部的渤 古 4井 4 3 7 5 4 4 6 0 m 处 甲烷 碳 同位 素 为 一3 8 2 比义 5 井 要轻 可 能 是 由 于沿 运 移 方 向 天然 气 发 生 甲烷 碳
11、同位素 变 轻 的 分 馏作 用 引 起 的 另 外 孤 北 潜 山 带 甲 烷 碳 同 位 素 主 要 在 一3 2 1 7 X 到 一 3 8 5 范 围之 内 但 是 孤北 古 2井 3 6 8 9 3 7 3 1 m 处 甲烷碳 同位素 为 一4 1 义 1 3 6井 3 8 5 4 m 处 甲烷 碳 同位 素为 一5 O 7 2 o 结合 地 质 背 景 分 析认 为 义 1 3 6 井 和孤 北古 2井 临 近 渤南 洼 陷 由于 断 层 的 纵 向输导作用 导致该区煤成气混入了渤南洼 陷的油 型 气 导 致碳 同 位 素 较 低 以 上 现象 表 明 渤 南 洼 陷 深 层 生
12、成 的天然 气 可能是 通过 孤西 断 层 和 中生 界 砂 砾 岩 下古 生 界 灰 岩 以及 裂 缝 不 整合 面等 输 导 体系 向潜 山方 向呈 阶梯 状运 聚成 藏 3 地层水矿化度特征 油气作为一种与地层水有 密切 关 系 的 流 体 矿 产 其 运 移 化度 g L 5 1 O 1 5 3 O 一 u 三 5 1 r 拿 奚 口 口 始 4 o 图 2渤南一孤北地 区地层水 矿化度 随深度变化 图 Fi g 2 Di a gr am s ho wi ng t h e c ha n ge o f f o r ma t i o n wat e r s a l i n i t y wi
13、 t h d ep t h i n t he Bo na n a n d Gub e i a r e a 1 古近系 孤北 2 古近 系 渤南 3石 炭 系 叠 系 4奥 陶 系 1 Eo g e n e Gub e i a r e a 2 Eo g e n e Gu b e i a r e a 3 Ca r b o n i f e r o I s Pe F IT I ia n 4 r d o v ic i a n 聚集过程往往与地层水相伴 因此 地层水性质的 变 化规 律 对于判 别 油 气 的运 移 方 向和路 径 具 有 一 定 的指示 作 用 根 据渤 南一孤 北地 区地 层水 矿化
14、度随深 度 的变 化 可知 地层 水矿 化度 在 4 0 0 0 m 之 上随 深度 变 化不 明显 渤南地区沙河街组地层水矿化度整体要 比孤 北 地 区相 同埋 深 的石 炭 系 二 叠 系 要 高 这 可 能是 由于渤南 洼 陷地层 水保 存条 件较 为封 闭造成 的 但 是 孤北潜 山带 部分 井 地 层 水 矿化 度 较 高 与 渤 南洼 表 2孤北地 区储层沥青生标物运移地化参数表 Ta b l e 2 Ge o c he m i s t r y i nd e x o f r e s e r vo i r b i t u m e n bi o m a r k e r m i g r
15、a t i o n i n t h e Gu be i a r e a 伽马蜡烷 C2 9 甾烷 三环萜烷 井号 层位 岩性 P r P h c 3 藿烷 2 o s 2 0 S R C 2 1 C 2 1 C 2 3 C 2 4 渤 深 5 Es 4 砂 岩 0 1 9 0 4 9 0 4 4 0 5 1 义 1 3 2 P 砂岩 0 2 2 0 8 0 0 4 2 0 6 7 孤古 2 2 0 灰岩 0 5 1 0 4 8 0 5 6 0 3 7 孤北古 2 P 砂岩 0 1 7 0 7 3 0 3 9 0 5 0 渤 9 3 P 砂 岩 0 2 8 0 6 2 0 4 0 0 7 2 孤
16、北古 1 P 砂岩 0 2 9 2 0 1 0 3 9 0 7 9 渤古 4 0 2 P 砂岩 0 4 5 0 8 5 0 3 8 0 7 4 六 一 一 一 4 一 一 一 一 一 3 口 一 一 一 2 一 J 一 一 1 一 一 一 一 5 0 5 3 0 地质论评 2 0 1 0钲 邻 近潜 山的断层 进行 纵 向运移 然 后 再沿 砂 体 运移 至潜山高部位成藏 与煤型气相混 形成混源气 图 4 6 结论 1 根 据天然 气 的 成 因分 布 烃类 组 分 碳 同位 素特征 地 层水矿 化度变 化特征 储层 沥青 的分布及 生标化合物特征等 可追踪深层天然气 的有效输导 体系及运移方向 研究表明 孤西断层等可作为渤 南 洼 陷深 层生成 的天然气 向孤北 潜 山带 方 向运聚 的 有效 输导体 系 来 自渤 南 洼 陷沙 四段 的油 气在 输 导 层 运移过程 中发生 了不 同程 度 的地 质色层 效应 2 储 层沥青地 化特征 的变化 规律分 析表 明 渤 南 孤北地区不同构造部位有效输导体系分布类型 有所 不 同 渤南洼 陷生成 的的油 型气沿孤 西断层 和 不整合面等输
