松南无机成因天然气成藏输导体系识别.pdf

1 8 第 2 7卷 第 3期 大庆石油地质与开发P ． G ． O ． D ． D ． 2 0 0 8年 6月 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 0 8 0 3 - 0 0 1 8 0 4 松南无机成 因天然气成 藏输导体 系识别 杨会 东 ，刘 立 ，姚 萍 ，李凌君 ， 杨彦成 ，乔传 乡 ，褚春梅 1 ．吉林大学 地球科学学院 ，吉林 长春1 3 1 0 6 3 ；2 ．吉林 油 田分公 司 勘探开发研究院 ，吉林 松原1 3 8 0 0 0 3 ．吉林油 田分公 司，吉林 松原1 3 8 0 0 0 摘要松辽盆地南部主要发 育北北 东、北西两组走 向的基底 大断裂，受不 同时期大地构造环境 的影 响 ，表现为伸展、走滑和挤压等 多种 活动状态。地化指标显 示，盆地 南部 多处发现的 高含 C O 气藏 属于无机成因天然气。通过盆地深部 壳幔结构、长岭控陷骨架断裂体 系、中浅层 C O 气藏及其伴生 矿物 片钠铝石分布等研究后发现 ，乾安大断裂及其延伸部分是孙吴断裂在松辽 南部的具体表现形式， 规模大，切割深，控制 了盆地演化与火山发育，作为联 系深 、浅物质能量交换 的纽带，热流底辟体、 地 壳内岩浆囊和大型犁式断裂诱发的火山岩在 空间上的叠合配置 ，是松 南无机成因天然气分布的主要 输导体 系。 关 键词基底断裂 ； C O 气藏；壳幔结构 ； 输导体 系 中图分 类号 T E1 2 2 ． 2 文献标识码 A Co nd uc t i ng s y s t e m i d e nt i fic a t i o n f o r i no r g a n i c g a s r e s e r v o i r f o r ma t i o n i n s o u t he r n S o ng l i a o Ba s i n Y A N G H u i d o n g 一， L I U L i ，Y A O P i n g ，L I L i n g - j u n ， Y A N G Y a n c h e n g ，Q I A O C h u a n x i a n g ，C H U C h u n m e i 1 ． G e o s c i e n c e s I n s t i t u t e o f l i n U n i v e i t y ，C h a n g c h u n 1 3 1 0 6 3 ， C h i n a；2 ． E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e R e s e a r c h I n s t i t u t e of J i l i n O i lfie l d C o m p a n y ， S o n g y u a n 1 3 8 0 0 0 ，C h i n a ；3 ． J i l i n O i lfi e l d C o m p a n y ， S o n g y u a n 1 3 8 0 0 0，C h i n a Abs t r ac t S o u t h e r n S o n g l i a o Ba s i n ma i n l y d e v e l o p s NNE a n d NW b a s e me n t l a r g e f a u l t s ． I n flu e n c e d b y t e c t o n i c s t r u c t ur e i n d i f f e r e n t p e rio d，t h i s a r e a a p p e a r s a s s e v e r a l a c t i v i t y f o r ms i n c l u d i n g e x t e ns i o n，s t r i ke s l i p a n d c o mp r e s s i o n．Ge o c h e mi c a l i n d e x e s s h o w t ha t h i g h CO2 c o n t e n t g a s d i s c o v e r e d i n s o u t he rn ba s i n i s mo s t l y i n o r g a n i c g e n e t i c g a s ．S t u d y o n d e e p c r u s t a n d ma n t l e s t ru c t u r e o f t h e b a s i n，Ch a n g l i n g rift c o n t r o l l i n g s ke l e t a l f a u l t i n g s y s t e m ，s h a l l o w a n d mi d d l e CO2 g a s r e s e r v o i r a n d p a s s i n g a s s o c i a t e d mi n e r a l d a w s o n i t e d i s t r i b u t i o n s h o w s t h a t Q i a n ’ a n l a r g e f r a c t u r e a n d i t s e x t e n d i n g p a r t i s a n e mb o d i me n t o f S u n wu f r a c t u r e i n s o u t h e r n S o n g l i a o Ba s i n，wi t h a l a r g e s c a l e a n d d e e p c u t t i n g，a nd c o n t r o l l i n g b a s i n e v o l u t i o n a n d v o l c a n i c d e v e l o pme n t ． As a l i n k o f c o n ne c t i o n de e p a n d s h a l l o w ma t e r i a l e n e r g y e x c h a n g e，s p a t i a l c o n fig u r a t i o n o f v o l c a n i c r o c k c a us e d b y h e a t flo w d i a p e r b o d y，ma g ma p o c k e t i n c rus t a n d l a r g e s c a l e p l o u g h s h a p e f a u l rin g i s t he ma i n c o n d u c t i n g s y s t e m o f i n o r g a n i c g a s d i s t r i b u t i o n i n s o u t h e rn S o n g l i a o Ba s i n ． Ke y wo r ds b a s e me n t f a u l t i n g； CO2 r e s e r v o i r ；c rus t a n d ma n t l e s t ruc t u r e；c o n d uc t i n g s y s t e m 随着深层天然气勘探的进展 ，松辽盆地在长岭地 区相继发现 了规模 巨大 的 C O 富集 区带。种种迹 象 表明，无机成 因 C O 在松辽盆地普 遍存在。对于无 机成因气分布规律的研究 ，国内外 已有多位学者开展 研究，但一般侧重于壳幔深部无机天然气成因机制及 运聚模式方面的探讨。本文 旨在通过重点分析控盆大 型犁式断裂与地壳深部 气源的内在关系 以及盆地深、 浅层无机气分布的特殊规律 ，准确识别无机气成藏输 导体系 ，指导下步深层天然气勘探 。 l 基底大断裂形成过程 松辽盆地在长期的构造演化进程中形成 了众多的 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 9 - 2 8 作者简介 杨会东 1 9 7 0一 ，男 ，吉林 松原人 ，在读博士 ，主要从事石油与天然气地质研究工作。 维普资讯 2 0 0 8年 6月 杨会 东等 松 南无机成 因天然气成藏输导体 系识别 1 9 深断裂 ， 地震资料显示 ， 控制长岭断陷演化的深大断裂 主要是 N N E向、 N W 向两组构成。松辽深断裂的这种 格局与东北地 区区域构造演化历史 密切相关 ， 在前 中 生代， 东北地区作为中国北方一部分 ， 是 由不同期次板 块拼接 ， N N E、 N E缝合线是 中国北方 天山一兴蒙弧形 断裂带的重要组成部分 。进入中生代 以后 ， 太平洋 板块 以不同角度俯 冲， 东北地区处于 N ws E向拉张 应力场控制下 ， N N E向基底断裂重新活动。由于大洋 板块的斜向俯冲 ， N N E向基底断裂普遍发生左行走滑 活动 ， 一直延续到 白垩纪末期 ， 组成 了规模宏大的东北 亚左行断裂系 。 。因此 ， 白垩纪期间 ， N N E向基底断 裂兼有伸展和走滑性质 。同时 ， 由于不均一拉张作用 造成的差异变形 ， 形成 了一组 N W 向基底断裂 ， 错 断 、 分割 了 N N E向构造线 。 2 无机成 因气成 因类型与判别 无机成 因气是指非生物成因天然气 ，我 国许多学 者近 2 0年来 对 无 机 成 因气 进 行 了较 为 深 入 的 研 究[ 5 - 7 1 ，并总结出了一套较完整的不 同成 因天然气鉴 别标志。 2 ． 1 无机 甲烷气的鉴别 碳 同位素组成是判断无机烷烃的有效指标 ，一般 从两个方面判断①无机成因烷烃气具有负碳同位素 系列 ，即 6 1 3 C 6 1 3 C 6 1 3 C 3 ，而有机烷烃气具有 正碳同位素系列 ，即6 C 16 C 26 ” C 31 ，则 表 明天然气中的氦有幔源氦加入 ，并且说 明该盆地构 造活动性大 、基底断裂发育且岩浆活动较强烈。氦气 中幔源氦 占氦气 比例平均达 2 6 ％ ，说 明可能是无机 成因幔源 C O 气体混入 表 2 。 表2 松辽盆地长岭地区天然气地球化学参数 Ta bl e 2 Ge oc he m i c al pa r ame t e r s of i no rg a ni c g a s i n Cha ng l i ng a r e a i n So ng l i a o Bas i n 井号层 位深 度 H e ／ H e样品值 R ／ R a幔源氦 比例／ ％ 平均值 2 ． 8 7 41 0～2 ． 0 5 2 6 1 1 7 维普资讯 2 0 大庆石油地质与开发 P ’ G ． 0 ． D ． D ． 第 2 7卷 第 3期 3 无机气源分析和导气断裂识别 为 了有效识别无 机成因烷烃气 和 C O ，气 的成藏 输导体系，本文开展了深部壳幔结构和盆地内深大断 裂的识别研究 。 3 ． 1 壳幔结构及无机气来源研究 深部壳幔结构研究表明，松辽盆地具有明显的分 层流变性 。重力资料显示 ，松辽盆地深部地壳可分为 3 个层圈，其 中在地壳 中间段 有一厚 3 k m、密度 为 2 ， 4 5 k g ／ m 层圈 ，深度在 1 8～ 2 0 k m。 根据地震反射资料 ，在盆地北部 1 5～ 2 0 k m处有 低速带，在低速带的顶 、底界出现强反射的滑脱拆离 带。 大地电磁资料也证实在地下 2 0 k m处有一电阻率 为 3～8 Q m 的高导层 。 深反射地震剖面揭示 ，地幔热柱的活动引起地幔 隆起 ，莫霍面埋藏变浅 ，热流上升形成热流底辟体。 软流圈对流上升的地幔物质对上覆岩石进行加热 ，这 一 过程将造成岩石圈上 隆、弱化并促使其局部熔融， 在岩石圈中形成幔源岩浆。松辽盆地 6条松深剖面解 释成果表明，热流底辟体广泛分布 J ，进一步侵入 和喷发形成火山岩，成为无机成 因气 的重要气源。 3 ． 2 无机成因天然气输导体 系识别 由于松辽盆地发现 C O ， 气 藏的分 布范围主要集 中在中央坳陷区，其深层对应于长岭断陷 ，本文重点 对长岭断陷地质结构详细解剖，确定了主要导气断裂 体系。并结合壳幔深部结构特点 ，形成 了关于无机成 因天然气输导体系的系统认识 。 长岭断陷是一复合式的双断凹陷 图 1 ，主体 位于前神字井 以东 ，孤店以西。西边界 由乾安断层 、 前神字井断层 、黑帝庙断层和长岭断层组成 ，东边界 由孤西断层和顾家店 一伏龙泉断层组成。 图2是横切长岭断陷的主测线 ，图中显示 ，松南 的主干断裂系统是在乾安大断裂控制下的一个连锁断 裂系。其 中乾安大断裂是主导断裂 ，在其上盘发育三 个同向二级断裂和孤西大断裂反 向调节断裂。这个巨 大的断裂体系控制 了断陷主体格局。 乾安断裂主要发育在营城组之前 ，现今最大垂直 断距 2～ 3 k m，水平位移达到 1 k m 以上 。值得 注意 的是 ，其东西两侧分别发育了大安一红 岗大型断裂体 系和孤店断裂体系 ，这两套断裂体系在嫩江组末期 和 明水组沉积之后区域受挤压作用反转 ，成为松辽盆地 南部重要 的大型反转构造带。整个断裂体 系的重要特 点是断裂规模大 ，发育时间长 ，切割深度大 ，而且都 有各 自的重力均衡调节反向断裂存在。 图l长岭地区骨干断裂平面分布 图 F i g ， 1 D i s t r i b u t i o n o f m a i n f r a c t u r e s i n C h a n g l i n g a r e a 图2长岭地 区骨干断裂剖面 图 F i g ． 2 S e i s m i c c r o s s s e c t i o n o f m a i n f r a c t u r e s i n C h a n g l i n g a r e a 根据壳幔结构研究的分析 ，在长岭断陷 ，乾安大 断裂及其延伸部分是最具可能的下延至拆离带的导气 断裂 ，其作为无机天然气输导体系的上段 ，与地壳中 热流底辟体 、地壳内岩浆囊形成 了密切 的叠置关系 ， 主导 了火 山岩浆分布 ，并与其 同向连锁断裂联合控制 了断 、坳两层 的线状分布的无机成因气分布。 3 ． 3 输导体系识别的其他证据 3 ． 3 ． 1 大断 裂控制 了火 山岩 系 根据地震 、钻探实证等多项资料的综合判断 ，断 陷期主要火山岩系分布具有明显 的方向性 ，即沿着与 深大断裂走向一致的 N N E走向排列 图 1 。地壳深 部 的 C O 气伴随火 山、岩浆活动 向上 喷发 ，尤其是 盆地演化后期 ，当火山岩体被上覆沉积盖层覆盖形成 圈闭后 ，后期岩浆热液活动产生 的 C O 会保存 在厚 度巨大 、规模宏大的火山岩中。 长岭断陷主体发现 的 C O 富集 区带 的分布 ，主 要 集 中在 N N E向的乾安大断裂及 其以南延伸部分 ， 这一断裂体系主导 了营城组火山岩系的分布范围。 维普资讯 2 0 0 8年 6月 杨会 东等 松南无机成 因天然气成藏输导体 系识别 2 1 3 ． 3 ． 2 中浅层 C O 方 面的证 据 统计在 中浅层 中发现的 C O 气藏聚集数据发现 ， 其分布范围主要在受深部大断裂控制的范 围内。 例如 ，在 乾安大 断裂 的上方 发现 了 C O 气 藏 ， 主要成因是青山口组沉积 以后 ，伴随盆地 的小规模拉 张 ，深大 断 裂 开 启 ，玄 武 岩 浆上 涌 乾 1 2 4井 钻 遇 ，穿透了青山 口组等地层并在局部圈闭形成 聚集 图3 。再如 ，孤店 C O ， 气藏 ，无机气主要是沿孤西 大断裂向上运移 ，在 泉四段 的砂岩储层 中聚集成藏。 总之 ，在乾安大断裂发育区域 内，深断裂控制岩浆活 动 ，进而对 C O ， 气 藏分布 的影 响是明显 的；实际上 在四平一哈尔滨断裂带上仍然可以发现这一规律 ，万 金塔 C O 气藏就是典型 的证据。 乾 l 2 4 图3乾 安地 区热流底辟体 F i g ． 3 H e a t f l o w d i a p e r b o d y i n O i a n ’ a n a r e a 3 ． 3 ． 3 特殊 矿物 分布 印证 了 C 0 ， 运 移 的路 径 深部 C O 沿深大断裂分布的另一证据是其伴生 矿物的分布，这一特殊矿物就是片钠铝石 ，亦译为碳 钠铝石 。片钠铝石形成 于含钠和铝 、碱性流体 和 高 C O 分压条件下。它是 C O 注入 、运 移或逸散 的 示踪矿物⋯ 。松南 目前已经 发现的这种矿物 的分 布 十分广泛 图 4 ，而明显 的规律是呈线状分布在大 断裂附近。这项证 据也从另一个侧 面证 明了 C O 气 主要沿大断裂及其附属断裂体系向上运移 。 4 结论 在重磁资料上呈线状分布的孙吴大断裂体系，在 松南地区地震剖面上表现为错断的断裂形式 ，断裂体 图4松辽盆地南部片钠铝石分布图 F i g ． 4 D i s t r i b u t i o n o f d a w s o n i t e i n s o u t h e r n S o n g l i a o B a s i n 系因规模大而发育 了完善的附属同向断裂 、反向调节 等断裂。深大断裂控制 了盆地的演化以及火山岩系分 布的范 围，作为联系深浅层物质能量交换的纽带 ，是 无机成因天然气 的主要成藏输导体系。 参考文献 [ 1 ]程裕淇 ．中国区域 地质 概论 [ M]．北 京 地质 出版 社 ，1 9 9 4 4 61 46 5 ． [ 2]徐嘉 炜 ．郯 城一庐 江 平 移 断 裂 系 统 构 造 地 质 论 丛 三 [ M]． 北京 地质 出版社 ，1 9 8 4 1 8 - 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