徐家围子断陷断裂对盖层及天然气分布的影响_工程实践

摘要

摘要：松辽盆地北部徐家围子断陷主要发育泥岩、火山岩和泥质砾岩3种类型的岩性盖层，其分布已趋于明朗，但针对断裂对盖层的破坏程度及断裂与天然气藏分布之间关系的研究则相对比

摘要：松辽盆地北部徐家围子断陷主要发育泥岩、火山岩和泥质砾岩3种类型的岩性盖层，其分布已趋于明朗，但针对断裂对盖层的破坏程度及断裂与天然气藏分布之间关系的研究则相对比较薄弱。综合利用地质及地球物理资料，分析断裂发育分布特征及其对盖层的破坏程度，发现徐家围子断陷发育有不同方向的断层，由下至上断裂密度逐渐增大。以下白垩统登娄库组二段为界，上部主要发育T₃₂～T₂、T₃₁～T₂、T₃～T₂断裂，下部主要发育T₅～T₃₂、T₄₁～T₃₂、T₄₂～T₃₂断裂，下白垩统营城组一段顶部局部盖层被断裂完全破坏，登娄库组二段及其以上区域性盖层被断裂破坏程度小。总之，区域性盖层被断裂破坏程度小，有利于天然气在其下大规模聚集成藏；局部盖层被断裂破坏程度大，造成天然气聚集分散。

关键词：松辽盆地；徐家围子断陷；断裂；盖层；破坏程度；天然气分布

徐家围子断陷是松辽盆地北部深层天然气勘探的重点地区。在构造上是由徐西主干边界断裂控制形成的箕状断陷，由宋站低隆起和丰乐低隆起分割成南北3个局部断陷，它们分别是安达次坳、杏山次坳和薄荷台次坳。目前该断陷已发现了昌德、昌德东、升平、汪家屯、芳深9井、肇深10井和徐深大气田，充分展示了该断陷天然气的潜在远景。然而，徐家围子断陷天然气纵向分布层位多，从基岩至下白垩统泉头组一、二段皆存在分布，平面上也主要集中在昌德、升平、汪家屯和兴城等地区。造成该断陷天然气如此分布除了与下白垩统沙河子组气源分布、火山岩储集体分布和断裂展布有密切关系外，盖层在某种程度上起到了非常重要作用，这不仅表现在盖层发育及分布上，更重要的是反映在盖层被断裂破坏的程度上。关于盖层分布对天然气成藏与分布的研究前人曾做过大量研究工作^[1～15]，但针对断裂对盖层的破坏程度及断裂与天然气藏分布之间的关系的研究相对比较薄弱。因此，开展断裂对盖层破坏程度与天然气分布之间的关系研究，对于正确认识徐家围子断陷天然气成藏规律和指导天然气勘探具有重要意义。

1 盖层发育及分布特征

天然气钻探表明，徐家围子断陷天然气盖层主要有泥岩、火山岩和泥质砾岩3种岩性，泥岩盖层主要发育于下白垩统登娄库组二段及其以上地层中(见表1)，累计厚度以泉一、二段最大，为200～600m；其次是登，四段，累计厚度为60～530m；再次是登二段，累计厚度为50～520m；最小为登三段，累计厚度为50～450 m。但这4套盖层泥岩单层厚度小，横向分布连续性差，尽管它们均全区分布，但其封闭质量较上部青山口组和嫩江组一、二段两套区域性盖层质量要差。火山岩盖层主要发育于营城组内，按其特征又可分为高声波时差火山岩和低声波时差火山岩两种，高声波时差火山岩主要为凝灰岩、火山角砾岩，其次是流纹岩、角砾熔岩、安山岩和酸性喷发岩，厚度为几米至140m，主要分布于断陷南部营一段火山岩体顶部，为局部盖层。低声波时差火山岩主要为流纹岩，其次为凝灰岩、熔结凝灰岩和火山角砾岩，安山岩和玄武岩相对较少，主要分布在营一段和营三段火山岩体内部，呈夹层形式存在。泥质砾岩主要分布在营四段，单层厚度小，厚度为0～5m，也呈夹层形式出现。

表1 徐家围子断陷盖层发育及分布特征表

层位	岩性	盖层厚度(m)	分布区域	盖层性质
泉一、二段	泥岩	200～600	全区分布	区域盖层
登四段	泥岩	60～530	全区分布	区域盖层
登三段	泥岩	50～450	全区分布	区域盖层
登二段	泥岩	50～520	全区分布	区域盖层
营城组火山岩顶部	泥岩、高声波时差火山岩	几米至140	主要分布在徐东、昌德及徐深区块以南地区，其中徐深3、301、10、602井缺失这套盖层	局部盖层

2 断裂分布特征及其对盖层的破坏作用

2.1 断裂发育及分布特征

徐家围子断陷内断裂发育，如表2所示。断裂展布方向除在营城组为南北和北北东向展布外，登娄库组和泉一、二段皆为南北、北北西和北北东向展布。断层发育条数最多的是泉一、二段和登四段，可达到3280条和3167条；其次是登三段和登二段，断裂发育条数分别为2678条和2380条；最少为营城组，断裂仅为499条。断裂断穿层位明显不同，在营城组和登二段主要是从基岩或沙河子组或营城组断穿至登二段的断裂，而登三段以上地层主要是发育从T₃₂～T₂、T₃₁～T₂、T₃～T₂断裂。除营城组在升平以南及东部地区、昌德以南及以东地区徐东以南和肇州以南和登二段在徐东以南和肇州以东地区断裂发育局部集中外，其余各层断裂均全区密集分布。

表2 徐家围子断陷内断裂发育特征表

层位	断裂发育条数	断裂展布方向	断层断穿层位	分布区域
泉一、二段	3280	主要为南北、北北西和北北东向	T₃₂～T₂、T₃₁～T₂、T₃～T₂	全区分布且较密集
登四段	3167	主要为南北、北北西和北北东向	T₃₁～T₂、T₃～T₂	全区分布且较密集
登三段	2678	主要为南北、北北西和北北东向	T₃₁～T₂、T₃₂～T₂	全区分布且较密集
登二段	2380	主要为南北、北北西和北北东向	T₅～T₃₂、T₄₁～T3₂、T₄₂～T₃₂	全区分布、徐东地区以南及肇州以东分布较密集
营一段火山岩顶部	499	主要南北和北北东向	T₅～T₄、T₄₁～T₄	升平以南、以东及昌德以南、以东地区，徐东地区以南及肇州以东分布较密集

2.2 断裂对盖层的破坏作用

断裂对盖层封闭性的破坏作用程度主要取决于断裂断距和盖层厚度之间的相对大小^[16～17]。如果断裂断距大于盖层厚度，盖层被断裂完全错开，使盖层失去空间分布的连续性，下伏的油气可从断开处发生向上散失，断裂对盖层为完全破坏；如果断裂断距小于盖层厚度，断裂虽可将盖层错断，使有效厚度减小，但并未失去横向分布的连续性。断裂对盖层的破坏程度可由下式计算求得。

式中：a表示断裂对盖层的破坏程度；H表示盖层厚度，m；L表示断裂断距，m。

由上述公式中可以看出，a值越大，表明断裂对盖层的破坏程度越小，反之越大。根据式中计算得到的以值大小，按表3中的等级划分标准，便可对断裂对盖层的破坏程度进行定量评价。

表3 断裂对盖层破坏程度等级划分标准表

断裂对盖层破坏程度	大	较大	中等	小
评价参数	＜0.25	0.25～0.50	0.50～0.75	＞0.75

按照上述方法，对徐家围子断陷断裂对几套盖层的破坏程度进行了研究。由表4可以看出，徐家围子断陷断裂对营一段火山岩顶部局部盖层破坏程度大，已达到完全破坏程度，而对上覆几套区域性盖层的破坏程度低，均为小破坏程度。

表4 徐家围子断陷断裂对盖层破坏程度及天然气分布关系表

层位	断裂对盖层破坏程度	天然气分布井区
泉一、二段	以小破坏程度为主	汪901、汪902、升深101
登四段	以小破坏程度为主	芳深2、芳深4、昌401
登三段	以小破坏程度为主	升深1、升深10、升深101、芳深1、芳深2、芳深3、芳深5、芳深7、芳深801
登二段	以小破坏程度为主	达深其他：达深1、达深x7、达深x5、达深6等；汪深气田：达深2、达深4、达深8、达深1等；昌德气田：芳深2、芳深5、芳深6、芳深7；肇深气田：肇深1、肇深3、肇深7、肇深11等
营一段火山岩顶部	以完全破坏为主	芳深气田：卫深5、卫深501、芳深6、芳深7等；徐深气田：徐深1、徐深1-1、徐深1-3、徐深6等；徐东气田：升深7、升深8、宋深6、徐深21等

3 断裂对天然气成藏与分布的控制作用

3.1 区域性盖层被断裂破坏的程度小，有利于天然气在其下大规模聚集成藏

由表4可以看出，徐家围子断陷登二段至泉一、二段几套区域性盖层厚度相对较大，被断裂破坏的程度低，天然气封盖保存条件相对较好，有利于天然气在其下大规模聚集成藏。由图1中可以看出，徐家围子断陷目前已发现的天然气主要分布在营一段和营三段火山岩中，这两套储气层均分布在登二段区域性盖层之下，其中营三段储层直接被登二段区域性盖层封盖，加上登二段之上几套区域性盖层厚度均较大，被断裂破坏程度小，这些条件是造成天然气主要分布在这区域性盖层之下的重要缘故。

3.2 局部盖层被断裂破坏的程度大，造成天然气聚集分散

由表4中可以看出，徐家围子断陷营一段顶部盖层厚度小，被断裂破坏程度高，均为完全破坏，不利于天然气聚集与保存。但由于该套盖层排替压力高(排替压力平均可以超过9MPa)，从微观封闭能力上封闭天然气是没有问题的^[14]。由图1中可以看出，该套盖层之下聚集了该断陷最多的天然气，这主要是由于该套盖层具较强的微观封闭能力，但由于该套盖层被断裂多处破坏，横向分布连续性差，造成天然气平面富集不集中，沿断裂带呈分散分布状态(图2)。

3.3 过₄₂～T₃₂断裂发育使得升平、汪家屯和昌德地区登二段之上含气

由表2中可以看出，徐家围子断陷以登二段为界下部主要发育的是从基岩或沙河子组或营城组断至T₃₂之下的断裂，上部主要发育T₃₂～T₂、T₃₁～T₂、T₃～T₂的断裂。断裂的这一分布特征使得登二段以上盖层被断裂破坏程度小，使得其下天然气大规模富集。然而，在升平、汪家屯和昌德地区局部发育有穿过登二段盖层的断裂，昌德地区有10条，升平地区有7条，汪家屯地区有9条(表5)。正是这些断裂的沟通作用，使得登二段盖层之下的部分天然气在这些地区沿断裂穿过登二段盖层向上运移，聚集在登三、四段地层和泉一、二段地层中，形成升平、汪家屯和昌德上部气藏。而其他地区因无此类断裂，天然气不能穿过登二段盖层向上运移聚集成藏，只能在登二段盖层之下聚集成藏。

4 结论

1) 徐家围子断陷主要发育有泥岩、火山岩和泥质砾岩3种岩性盖层。泥岩盖层主要发育于登二段及其以上地层中，是天然气的区域性盖层；高声波时差火山岩盖层发育在营一段火山岩顶部，为天然气的局部盖层；低声波时差火山岩盖层发育在营一段和营三段内部，泥质砾岩发育于营四段，均为天然气封闭的夹层。

2) 徐家围子断陷发育不同方向的断裂，从上至下断裂密度逐渐减小，以登二段为界上部主要发育T₃₂～T₂、T₃₁～T₂、T₃～T₂的断裂，下部主要发育从基岩或沙河子组或营城组断穿至登二段的断裂。

3) 徐家围子断陷营一段火山岩顶部局部盖层被断裂完全破坏，登二段及以上区域性盖层被断裂破坏程度小。

4) 徐家围子断陷区域性盖层被断裂的破坏程度小，有利于天然气在其下大规模聚集成藏；局部盖层被断裂破坏程度大，造成天然气聚集分散，过T₄₂～T₃₂断裂发育造成升平、汪家屯和昌德地区登二段之上含气。

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(本文作者：刘安英包丽中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院)