辽河坳陷陆上深层天然气勘探潜力研究

周旭红，李 军，王延山，赵 佳，李德星

（中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院）

辽河坳陷陆上深层天然气勘探潜力研究

周旭红，李 军，王延山，赵 佳，李德星

（中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院）

对辽河坳陷不同类型烃源岩有机质丰度、类型、成熟度、生气性能和生气强度进行研究后认为，区内已探明的天然气主要为生物热催化过渡带气和低温热解气，而高温热解气和裂解气很少，这与辽河坳陷烃源岩热演化程度不相称；热演化程度高、生烃强度大的洼陷带深层应该蕴藏着丰富的、成熟度相对较高的天然气。在分析了几个重点地区深层构造背景、储集条件的基础上，认为这些地区或处于气源灶内或与气源岩直接接触，成藏条件优越，是下一步勘探的重要领域。

深层天然气；天然气勘探；烃源岩；储集条件；辽河坳陷

1 辽河坳陷天然气勘探概况

辽河坳陷新生代沉积厚度超过10 000 m，构造演化经历了古新世断陷、始新世—渐新世沉陷和新近纪至今的坳陷3个阶段。构造上由凸起和凹陷共7个二级构造单元组成，呈“四凹三凸”的构造格局[1］。本文研究范围为辽河坳陷陆上东部凹陷、西部凹陷和大民屯凹陷。截至2009年底，研究区探明天然气地质储量占辽河坳陷天然气资源量的50.4%，探明天然气资源90%以上分布在3 000 m以上（图1）。中深层气藏仅在西部凹陷有部分探明储量，勘探程度极低，是今后勘探的重要领域。

西部、东部和大民屯三大凹陷气藏成因类型（图2）主要为生物热催化过渡带气和低温热解气[1］。成熟度较高的天然气仅在辽河坳陷深层见到个别出气点，如马古6井和双225井等。

辽河坳陷中深层继承性发育了多个洼陷，勘探面积广，约3 308 km2，勘探程度较低。近年来国内深层勘探取得了较大的进展，例如在塔里木盆地油气藏的保存深度可达6 200 m[2］；辽河坳陷深层碎屑岩气藏勘探也取得了一定成果，在西部凹陷南部双台子地区发现油气显示，预示着辽河深层气藏良好的勘探前景。

图1 辽河坳陷陆上探明天然气储量纵向分布情况Fig.1 Vertical distribution of proved onshore natural gas reserves in Liaohe Depression

2 深层天然气成藏有利条件分析

2.1 气源条件

区域地质研究表明，辽河坳陷是在近东西向古生代向斜背景上发育起来的中新生代叠合盆地，发育古生界、中生界和新生界古近系3套潜在烃源岩。其中古生界、中生界烃源岩主要分布在辽河坳陷东部凸起，西部、东部和大民屯三大凹陷内不发育或分布很局限。新生界古近系烃源岩在上述三大凹陷内分布广、厚度大，是主要烃源岩。

图2 辽河坳陷陆上天然气成因类型分析图Fig.2 Origin analysis of onshore natural gas in Liaohe Depression

2.1.1 烃源岩生气性能

不同类型烃源岩生气能力差异较大[3-5］。热模拟结果表明，该区三大凹陷古近系泥质烃源岩生气较晚（生物气产率高峰Ro值位于0.3%左右，所采样品都过了生物气阶段），一般Ro值在0.8%左右开始生气（热解气），不同类型烃源岩气产率差别明显（表1）。其中泥质烃源岩Ⅰ型有机质产气率最高，ⅡA型、ⅡB型次之，Ⅲ型有机质产气率最低。

表1 不同阶段有机质累积生气量比较数据表Table 1 Comparison of cumulative gas from organic matter in different stages

2.1.2 烃源岩有机质丰度特征

辽河坳陷西部、东部和大民屯三大凹陷烃源岩有机质丰度统计（表2）表明：西部凹陷发育沙四段，沙三段，沙一、二段和东营组4套烃源岩；东部凹陷发育沙三段、沙一段和东营组3套烃源岩；大民屯凹陷发育沙四上段下部、沙四段下部和沙三段3套烃源岩。其中，西部凹陷沙四段，沙三段，沙一、二段烃源岩和东部凹陷沙三段烃源岩以及大民屯凹陷沙四段下部烃源岩，有机质丰度高，达到好烃源岩标准。这充分说明辽河坳陷3个凹陷深层均具有丰富的物质基础，具备有利的生烃条件。

表2 辽河坳陷陆上烃源岩有机质丰度统计表Table 2 Statistics of organic matter abundance of onshore source rocks in Liaohe Depression

2.1.3 烃源岩有机质类型及成熟度特征

辽河坳陷各凹陷烃源岩有机质类型分析（图3）表明：①西部凹陷沙四段烃源岩有机质类型好，以Ⅰ型为主，ⅡA型为辅；沙三段和沙一段烃源岩有机质类型相似，以ⅡA型为主；东营组烃源岩有机质类型较差，以ⅡB型为主。②东部凹陷沙三段烃源岩有机质类型绝大部分为ⅡA—ⅡB型，少数为Ⅰ型和Ⅲ型；沙一段烃源岩有机质类型与沙三段相似，以ⅡA—ⅡB型为主；东营组烃源岩有机质类型较差，以ⅡB型和Ⅲ型为主。③大民屯凹陷沙四段下部烃源岩主要分布在安福屯洼陷和胜东洼陷，以油页岩为主，厚度200～300 m，有机质类型为Ⅰ—ⅡA型；沙四上段下部烃源岩几乎覆盖了整个凹陷，沙三段烃源岩主要分布在荣胜堡洼陷及其周边，二者有机质类型均为ⅡB型和Ⅲ型。总体上看，西部、东部和大民屯三大凹陷深层烃源岩有机质类型好于中浅层，生气潜力大。

另外，烃源岩镜质体反射率资料显示，随着埋藏深度增加，成熟度增加。西部、东部和大民屯三大凹陷的清水、牛居—长滩、二界沟、荣胜堡洼陷深层古近系底界埋深在7 000～9 000 m，烃源岩热演化程度相对较高，Ro值一般大于0.8%，最高达2.0%以上，进入高成熟—过成熟阶段[1］，处于生气高峰期。

综合上述烃源岩有机质丰度、类型、成熟度和烃源岩产气性能资料来看，辽河坳陷深层具备优越的生气条件。盆地模拟成果显示，深层烃源岩生气强度为（40～80）×108m3/km2，洼陷中心部位生气强度较大，最大可达480×108m3/km2。西部凹陷南部的清水洼陷和东部凹陷牛居—长滩洼陷、二界沟洼陷生气条件好，尤以清水洼陷最佳。这些领域是深层天然气勘探的首选地区。

图3 辽河坳陷陆上烃源岩干酪根元素组成图Fig.3 Paradigm showing kerogen elements of onshore source rocks in Liaohe Depression

2.2 构造及沉积背景

2.2.1 构造背景

辽河坳陷新近系发育近东西走向和北东走向的2组断裂系统（图4）。早期有4条控盆断裂，即东部凹陷的营口—佟二堡断裂、西部凹陷的台安—大洼断裂、大民屯凹陷的大民屯断裂和法哈牛断裂。深层主要为沙四段至沙二段地层单元，其中东部凹陷深层为沙三段地层单元。深层油气藏主要发育于大断裂下降盘、各凹陷沉降与沉积中心周边。

深层构造演化经历了早期的伸展、晚期的走滑压扭[6］。如西部凹陷坡洼过渡带、雷家—冷东地区和东部凹陷牛居—长滩浊积岩发育区，形成了一系列滑脱正断层组合和正反转构造。埋藏浅的、储层物性相对较好的目标（雷家—冷东地区）已发现了规模油气储量；埋藏较深的目标，储层物性相对较差，尤其是深水浊积岩[7］，与烃源岩直接接触，将成为勘探重点。如西部凹陷由于台安—大洼断裂强烈活动，使其成为一个不对称的箕状深水湖盆。深陷初期阶段，以北部高升东侧断层最活跃，相对而言南部西八千、欢喜岭、齐家和曙光地区较稳定。高升、冷家地区物源来自东侧中央凸起，大量的碎屑物沿边界断层陡坡下滑进入湖盆，形成近岸水下扇，扇体走向和分布与古地形形态十分吻合，分布在北东走向的狭长洼槽内。该套浊积体沉积后，高升地区趋于稳定，南部地区西侧东掉断层频繁活动，沉积作用活跃，在西八千、欢喜岭、齐家和曙光地区发育了缓坡型浊积砂体。埋藏较浅的高升、雷家和冷东浊积砂体已发现了规模石油地质储量，而埋藏较深的浊积砂体含油气性认识不清，是深化勘探的重要领域。

2.2.2 沉积体系

受构造演化控制，深层主要发育湖底扇、扇三角洲和泛滥平原3种沉积体系类型。其中，西部凹陷沙三期湖底扇沉积最典型，在东陡西缓的不对称湖底地貌背景上形成了缓坡型湖底扇和陡坡型湖底扇2种湖底扇体系。缓坡型湖底扇体规模较大，为深层主要油气储集体。湖底扇可进一步分为内扇、中扇、外扇3种亚相。内扇亚相在浊积扇体中距离物源最近，可分为斜坡根部、补给水道、溢岸沉积3种微相，主要岩性为角砾状或砾状砂砾岩、含砾粗砂岩、砂岩。中扇亚相可分为辫状水道、辫状水道间、中扇前缘，其底部见短距离的再搬运辫状河沉积的角砾岩。外扇为近岸水下扇的末端或越过陡坡沉积在低洼处的深水浊积体，是构造活动强烈时期的深水、半深水沉积，与水下扇前缘滑塌或轴向重力流水道滑塌有关，表现为砂泥互层状产出，单层厚度小于1 m，主要见于近洼陷中心地区。

东部凹陷发育演化比西部凹陷迟缓，于沙三期首次扩张，且由于主干断裂南北两端活动的不均衡性，沙三中、下亚段在凹陷北段东侧（牛居、青龙台地区）断阶下形成具有一定面积的深水湖盆。碎屑物沿岸边滑入水体后，基本不受湖水改造而快速堆积在断阶带的狭槽内，发育了湖底扇沉积体系。受基底结构、水动力条件等因素控制，扇体规模较西部凹陷小。

扇三角洲沉积体系与沙四段和沙一、二段沉积期相对应。深层区主要为扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相。西部凹陷沙四期以西侧的物源注入为主，扇三角洲砂体规模较小，主要分布于曙光及其以南的斜坡区。而沙二段沉积期，西侧河流冲刷能力强、水流规模大，东侧中央凸起也有物源供给，因而曙光—兴隆台以南地区发育了较为广泛的缓坡型和陡坡型扇三角洲砂体。东部凹陷仅在北部牛居—长滩及南部黄于热地区发育了小范围的冲积扇—扇三角洲沉积体系。泛滥平原沉积体系仅在东部凹陷沙三上亚段发育。

2.3 储集条件

深层天然气储层可分为沉积岩、火成岩和变质岩储层。火成岩储层在东部凹陷有所分布，如红星地区红23井区玄武岩、黄沙坨地区的粗面岩，是深层气藏勘探的重要领域；变质岩储层为潜山，目前形成规模储量的主要有西部凹陷的兴隆台潜山和大民屯凹陷的前进潜山等；沉积岩储层中的碳酸盐岩储层在东部凸起等地区有所分布。本文重点探讨沉积岩中的碎屑岩储层。

深层碎屑岩储层多处于中—强压实带及强压实带内，机械压实作用可使其砂岩变得致密，但也有部分地区发育次生孔隙带，如东部凹陷牛居地区等，仍能形成较好的天然气储集层。湖底扇碎屑岩多为快速堆积，碎屑颗粒粗、分选差，成分成熟度和结构成熟度均较低，受压实作用影响明显，原生孔隙比例很小，以微孔为主，次生溶蚀孔隙发育。致密储层在高压条件下可产生颗粒缝、矿物解理缝，在晚期构造应力作用下可产生构造裂缝，使深层孔、渗性能得到明显改善。如双台子地区颗粒多呈点—线接触、线接触，部分呈缝合状接触，以次生孔隙为主。

研究过程中建立了碎屑岩类储层孔隙度、渗透率评价标准，辅助评价参数选用孔隙组合类型、突破压力、突破半径、中值压力、中值半径、分选系数等。分析认为，研究区深层主要为低孔、低渗型储层，其次为特低孔、特低渗型储层，见少量中—低孔、低渗型储层。根据储层物性优劣主要分为以下3类：

Ⅰ类储层：储层物性好，孔隙度大于15%，渗透率大于50 mD，属中产能以上储层。孔隙较发育，孔隙类型主要为粒间溶蚀孔，其次为粒内溶孔，孔隙结构为中—低渗中孔较细喉型，压汞曲线为Ⅰ、Ⅱ型，埋深3 500～3 700 m，主要发育于深层沙一、二段。

Ⅱ类储层：储层物性中等，孔隙度为10%～15%，渗透率为5～50 mD，属中—低产能储层。孔隙类型主要为粒内溶孔和粒间溶蚀孔，孔隙结构为低渗中—小孔细喉型，压汞曲线为Ⅲ型，埋深一般大于3 700 m，在4 500 m左右也有发育。主要发育于西部凹陷沙二段和部分沙三段、东部凹陷沙三段。

Ⅲ类储层：储层物性较差，孔隙度小于10%，渗透率小于5 mD。孔隙发育较差，孔隙类型主要为微孔及部分粒内溶蚀孔，孔隙结构为Ⅳ型，属特低渗小孔微细喉不均匀型，压汞曲线为Ⅳ型。主要发育于4 500 m以下或4 500 m以上的扇三角洲水下分支流河道间以及湖底扇扇端等相带。

此外，不同沉积相带的砂岩其储集性能差异显著。就湖底扇而言，砂体由中扇辫状沟道→扇中前缘→外扇亚相，储集性能由好变差。西部凹陷双台子—双南地区浊积岩储层物性统计资料（表3）和薄片资料表明，孔隙度、渗透率大小差异比较明显，多属于低渗—特低渗储层，具备储气能力。该区沙三段砂岩孔隙类型主要以粒内溶孔、颗粒骨架溶孔及晶间微孔组成，其次为部分粒间扩大孔，原生粒间孔隙少见。深层储层中岩石裂缝和颗粒裂缝常见，且可作为主要的流体渗流通道。

表3 西部凹陷双台子—双南地区浊积岩储层物性统计表Table 3 Statistics of turbidite reservoir properties in Shuangtaizi-Shuangnan area in Western Sag

3 深层天然气勘探前景

辽河坳陷继承性地发育了多个洼陷，如东部凹陷的二界沟—驾掌寺洼陷、牛居—长滩洼陷，西部凹陷的清水洼陷、陈家洼陷，大民屯凹陷的荣胜堡洼陷。这些洼陷都沉积了厚度大于1 000 m的烃源岩，同时洼陷区生气强度高，发育多种圈闭类型和多期具一定规模的有利储集砂体（图5），是寻找深层气藏的有利场所。靠近深大断裂的烃源岩，岩浆的局部高热可使其热演化条件更为优越，有望发现无机成因气藏。

图5 辽河坳陷古近系深层烃源岩与储层配置关系图Fig.5 Relationship between deep source rocks and reservoir of Paleogene in Liaohe Depression

深层天然气勘探对象可分为常规圈闭气藏和非常规圈闭气藏（如根缘和页岩气藏[8-10］）。常规圈闭气藏主要集中分布于西部凹陷沙三段、沙四段，东部凹陷沙三段，大民屯凹陷沙四段；油藏深度在3 300～4 200 m，主要位于洼陷围斜部位低位、湖侵及高位域砂体中；勘探领域主要有鸳鸯沟—清水洼陷周边、陈家洼陷周边[11-14］、二界沟洼陷、牛居—长滩洼陷及荣胜堡洼陷周边地区。这些区带具有埋藏较深、热演化程度高的特点，并且多数地区在浅层发现了规模储量。如西部凹陷鸳鸯沟—双南地区位于西部凹陷最大的生油气洼陷清水洼陷西侧，西邻欢喜岭亿吨级油田，近几年在清水凹陷实施的双225井于3 823～4 470 m井段见到了良好的气层显示，解释气层245 m/27层；双227井在沙三段3 940～4 110 m井段见到了良好的气层显示，解释气层57.5 m/11层。东部凹陷牛居—长滩洼陷牛深2井在4 160～4 165 m钻井过程中发生了严重的气侵和井涌，可在该井区寻找中深层异常孔隙发育带。大民屯凹陷荣胜堡洼陷沙四段西、南、东侧发育多个短轴方向的扇三角洲—湖泊沉积体系，以浊积水道的形式向荣胜堡洼陷中心推进，有利于构造-岩性油气藏的发育，加之其靠近边界大断层并伴有泥丘活动，有利于烃类的运移和聚集。上述地区均为有利的勘探区。

4 结论

（1）烃源岩有机质丰度、类型、成熟度指标揭示，辽河坳陷深层有机质丰度高、类型好，处于成熟—过成熟演化阶段，能够生成大量的成熟—高成熟天然气。目前已探明的天然气主要为生物热催化过渡带气和低温热解气，而高温热解气和裂解气很少。热演化程度高、生烃强度大的洼陷带中深层应该蕴藏着丰富的、成熟度相对较高的天然气。

（2）西部凹陷鸳鸯沟—清水洼陷周边、东部凹陷的牛居—长滩洼陷、大民屯凹陷的荣胜堡洼陷周边地区深层具备天然气成藏的优越条件：①具有丰富的气源条件。②发育了一系列滑脱正断层组合和正反转构造，具有较好的构造背景。③湖底扇和扇三角洲砂体发育。④具有较好的储集条件，深层碎屑岩储层多处于中—强压实带及强压实带内，机械压实作用可使其变为致密砂岩，部分地区发育次生孔隙带；同时，致密储层在高压条件下可产生颗粒缝、矿物解理缝，在晚期构造应力作用下可产生构造裂缝，明显改善了深层孔、渗性能。⑤储集体与源岩直接接触，输导条件优越。上述地区均为深层天然气勘探的有利目标区。

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Study on exploration potential of deep natural gas in Liaohe Depression

ZHOU Xu-hong，LI Jun，WANG Yan-shan，ZHAO Jia，LI De-xing
（Research Institute of Exploration and Development， Liaohe Oilfield Company， PetroChina， Panjin 124010， China）

The organic matter abundance,type,maturity,gas generation propertyand intensityofdifferent source rocks in Liaohe Depression are studied.The result shows that the types ofproved natural gas are mainly bio-thermo-catalytic transitional zone gas and lowtemperature pyrolysis gas,while pyrolysis gas and high temperature pyrolysis gas rarely exist,which is not consistent with the thermal evolution degree of source rocks in Liaohe Depression.The depressions where exist high thermal evolution and high hydrocarbon generation intensity should be rich in natural gas with relativelyhigher maturity.Based on the analysis ofdeep tectonic settings and reservoir conditions ofseveral important regions,it is supposed that these regions should be in the interior ofgas kitchen or directlycontact with gas source rocks,thus,theyhas excellent conditions for reservoir formingand will be the target areas for the further exploration.

deepnaturalgas；naturalgasexploration；hydrocarbonsourcerocks；reservoircondition；LiaoheDepression

TE122.2

A

1673-8926（2011）03-0023-06

2010-10-20；

2011-01-07

周旭红，1963年生，女，高级工程师，主要从事综合地质油气勘探工作。地址：（124010）辽宁省盘锦市辽河油田研究院盆地勘探研究所东区室。 电话：（0427）7821535。 E-mail：zhou-xh123@163.com

于惠宇）