鸡西盆地下白垩统天然气地质条件.pdf

4 0 天然气工业 2 0 1 0年 2月 鸡 西盆地下 白垩统天然气地质条件 刘维亮 。 夏 斌 。 蔡周荣 万志峰 梁正 中1 ,2 余 晓玲 ， z 1 ． 中国科学 院广州地球化学研究所 中国科学院边缘海地 质重点实验室2 ． 中国科学 院研究生 院 3 ． 中山大学海洋学院 刘 维亮等． 鸡西盆地下 白垩统天然 气地质条件． 天然气工业， 2 0 1 0 ， 3 0 2 4 0 4 4 ． 摘 要 鸡西盆地煤 田开发历史较长， 但油气地质条件研 究尚处在起步 阶段， 对盆地油气地质条件和勘探前 景进 行 系统分析， 对大庆外 围战略选 区具有重要 的意义。对盆地 内煤岩和暗色泥岩烃源岩的显微有机组分 、 有机地 化指标进 行 实验室测试 分析 ， 结果显示 煤层壳质组含 量很低 ， 镜质组含量普遍大于 7 0 ， 有机质演 化均达 到“ 低一 中成 熟” 阶段 ； 暗 色泥岩有机碳含量很高 ， 但烃 类转化率较低 ， 有机质演化 已经达到成 熟阶段； 两者 的有机质类型 以腐殖型为 主。据 此认 为盆地 生油条件差但 生气条件好。盆地煤 层平均孔 隙度为 2 ． 5 ， 砂 岩孔 隙为 中一 低孔低渗细喉道 型， 可 以作 为较好 的 天然气储层 。实验数据显示凝灰岩的突破压力平均为 2 4 3 ． 4 1 0 P a ， 穆棱 组泥岩 的突破压 力为 9 0 0 1 0 P a ， 可以作 为 较好的盖层 。依据煤 田探采资料编制了盆地烃源岩等厚 图， 结合鸡 西盆地沉积、 构造 特征分析认 为 盆地 有较好 的天 然 气勘探潜力和 生储盖组合条件， 最 易形成地层和岩性圈闭； 北部坳 陷的西鸡西 东海深部 区间带和 南部坳 陷的穆棱 矿一 荣 华 区 间 为勘 探 的首 选 有 利 区带 。 关键词 鸡西盆地 早 白垩世 煤 层气 烃源岩 生储盖组合 圈闭 勘探方 向 DOI 1 0 ． 3 7 8 7 ／ ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 0 8 鸡 西盆地 是大 庆外 围较 重要 的 中新生 代 盆 地 ， 沉 积了超 过 2 0 0 0 m 的早 白垩世 海 陆交 互相 和陆相 富含 煤 和暗 色泥 岩地 层 。但 油 气勘 探 尚处 在 起 步 阶段口 ， 对该盆 地 的含 气性研 究程 度很低 。笔者 根据野 外地质 考 察认识 、 样 品分析数 据并综 合 大量煤 田钻探 资料 ， 对 鸡 西盆地 的油 气地质 条 件 进行 初 步 分析 ， 希 望 能 给相 关研究提供借鉴。 1 地质概况 鸡 西 盆 地 位 于 黑 龙 江 省 东 部 ， 总 面 积 约 3 3 8 0 k m。 。盆地平 面大 致 呈三 角形 ， 走 向 E W--NE E， 主构 造 线和 次 级构 造 线 也 呈 E W--NE E走 向。盆 地 南 部 边 界 由郯庐断 裂在东 北地 区 的分 支敦化～ 密 山断裂形 成控 盆 断层 。西部和 北 部 为超 覆 边 界 ， 东部 为 断层 边 界 。盆 内 由南北 两个不 对称 的单斜 构造 和 中部恒 山基 底隆起构成两坳夹一隆的构造格局， 南北两个 向斜 内 部发 育多 个次级 缓倾角 短轴 背 向斜 构造 。盆地断 裂系 统 多为正 断层 ， 由 N E和 Nw 向两组 高 角 度正 断层 组 成 ， 断层 数量 多但规模 不 大 ， 主要 为各矿 区边界 和 内部 断裂 。逆断层极 少 ， 主要分 布于恒 山隆起 南北两侧 ， 东 西 向的平 阳 麻 山逆 断层组 成盆 地二级 构造单元 的分 界线 图 1 。 盆地 在太古 代花 岗岩 和片麻 岩基底之 上沉积 了早 白垩世鸡 西群 和桦 山群地层 。鸡 西群 自下 而上 为滴道 组 、 城子 河组 、 穆 棱组 和东 山组 。滴道组 为火 山岩夹陆 相河 湖相 沉积 ， 厚 5 0 ～3 0 0 m， 在盆缘 局 部分 布 。城 子 河 组为 断陷期沉 积 ， 不 整合 于滴道 组或基 底之上 ， 为一 套 以陆 相河流 、 三角洲 和浅 湖相为 主 的砂 泥岩沉 积 ， 受 早 白垩世 海侵影 响 ， 城子 河 组 下部 沉 积 了多层海 相 泥 岩 夹层 。城子河 组 总厚 6 0 0 8 0 0 m， 含 煤 4 0余层 ， 可 采 煤层 7 ～2 0层 ， 可采 煤 层 累计 厚 度 为 7 ． 8 8 ～ 1 7 ． 2 m； 暗色泥岩占城子河组地层总厚的 1 8 ～3 8 。穆 棱组为盆地坳陷期沉积， 整合于城子河组之上， 主要以 滨浅湖到半深湖暗色泥岩夹煤层沉积 为主 ， 上部有多 层 凝灰岩 夹层 。穆棱组 地 层总 厚 为 7 0 0 ～ 1 1 0 0 m， 含 煤 2 0 余 层 ， 可采煤层 1 ～7 层 ， 可采煤层 累计 总厚为 基金项 目 中国科学院边缘海重点实验室开放基金 MS G L 0 7 2 2 和 国土资源部危机矿山专项 2 0 0 6 2 3 0 1 7 。 作者简介 刘维亮 ， 1 9 7 6年生 ； 2 0 0 9 年获 中国科学院广 州地球化学研究所构造地质学博土学位 。地址 5 1 0 6 4 0 广东省广州市 天河区五山科华街 5 1 1 号 中国科学院广州地球化学研究所 。电话 1 3 4 3 1 0 6 2 4 5 4 。E ma i l l i u w e i l i a n g l 9 7 6 y a h o o ． c o rn ． c n 第 3 O卷第 2期 地质勘探 图 1鸡 西 盆 地 地 质 简 图 1 ． 9 4 ～ 6 ． 0 2 m， 泥 岩 占穆 棱 组 地 层 总 厚 的 2 9 ～ 4 2 。穆 棱组 之上是 东 山组火 山岩 和桦 山群猴石 沟组 紫 红色 氧化环境 河流 相粗砂 岩 。城子 河组 和穆棱 组是 油 气勘探 的重点 。 2 烃源岩分析 2 ． 1煤岩 烃源岩 分析 通 常把 煤 中各 种复 杂 的显微有 机组 分按 其性质 和 成 因划 归 3 个 组 ， 即镜 质 组 、 壳 质 组 和惰 质 组 ， 以镜 质 组为 主的腐殖 煤形 成 的 干 酪根 为腐 殖 型干 酪 根 ， 通 常 是主要 的生气 成 分 _ 2 ] 。对 鸡 西盆 地 8个矿 区共 4 O个 样 本进 行煤岩 显 微组 分 分 析 分 析 结果 见 表 1 ， 壳质 组 含量很 低 ， 城 子河 组 范 围值 为 0 ． 1 5 ～ 6 ． 6 9 ， 均 值 为 2 ． 6 8 ； 穆 棱 组 范 围值 为 0 ． 4 0 ～5 ． 6 5 ， 平均 值 为 2 ． 4 7 ； 镜质 组 含 量普 遍 大 于 7 0 ， 城 子 河 组平 均值 为 8 1 ． 3 3 ， 穆 棱 组 平均 值 为 7 9 ． 1 2 ， 所 以煤 层 不具 备生 油的物 质基础 但具 备 良好 的生 气条 件 。镜质 组反 射率 R。 是 确 定 有 机质 成 熟 度 的 重要 指标 。城 子河组 煤 岩 样 本 镜 质 体 反 射 率 的 范 围 为 0 ． 6 5 ％ ～ 1 ． 9 1 9 ／ 6 之 间 ， 平 均 为 1 ． 1 8 ， 基本 属 于肥 、 焦煤 阶段 ， 穆棱组 镜质体 反射率 的范 围为 0 ． 6 4 ％ ～1 ． 2 3 之 间 ， 平 均为 0 ． 7 7 ， 基 本 属 于 气 、 肥 煤 阶段 。两 个 组 有 机 质 演化 均达到 “ 低 中成熟 ” 阶段 ， 处 于“ 石 油窗 ” 内 ， 可 以大量 生气 。 煤 田探采 也 已证 明鸡 西煤层 的生 气能 力 。在 煤 田 的 1 5对矿 井 中 ， 高瓦 斯矿井 有 1 1对 ， 瓦斯 突 出矿 井 1 对 。鸡 西 矿 务 局 对 张 新 矿 瓦 斯 成 分 分 析 C H 8 7 ． 7 9 8 3 ， N 1 1 ． 6 8 7 8 ， CO2 0 ． 4 2 6 7 ％ ， He O ． 0 8 7 2 ％ ， 瓦斯成 分 主要 为煤 成气 _ 3 ] 。鸡 西 煤 田瓦 斯 涌 出量为 1 O ～ 1 0 0 m。 ／ t ， 平 均 为 3 2 ． 7 m。 ／ t ， 煤炭 资 源 地质储 量 为 9 9 ． 3 1 0 t ， 根 据 矿井 瓦斯 涌 出量推 算 煤层气含量 ， 瓦斯涌出量按照 l 0 m。 ／ t 计算 ， 整个盆地 煤 层气 资源 量为 9 9 3 1 0 m。 ， 数 量相 当可观 。 2 ． 2泥岩烃 源岩 分析 从盆 地 内共采 集 1 4块穆 棱组 和 1 5块城子 河组 暗 色 泥岩样 本进 行地 化分析 ， 从 表 2中可见 暗色 泥岩 的 有机 碳含 量 普 遍 较 高 ， 穆棱 组 4个 矿 区为 0 ． 4 3 6 ～ 3 ． 6 5 2 ， 平均 为 1 ． 6 2 0 。远 高 于 0 ． 4 的 生 油 岩标 准 ， 属 于 中 好 的烃 源岩 。城 子 河 组 烃 源岩 总 有 机碳 含量平 均 比穆 棱 组 略 低 ， 但 也 达 1 ． 5 9 7 。氯 仿 沥 青 “ A”含 量 穆 棱 组 平 均 为 0 ． 0 2 6 7 ， 城 子 河 组 为 0 ． 0 3 2 5 ， 均属 于较 差 的生油 岩 。总烃 含量 穆 棱组 平 均 为 0 ． 0 2 1 9 ， 城 子河 组为 0 ． 0 3 9 6 ， 绝大 部分 属于 较 差 的生 油 岩 。暗色 泥 岩 的 R 。为 0 ． 5 6 ～ 1 ． 7 9 ， 有机 质演 化达 到成 熟 阶段 ， 可 以大 量排 烃 。综 合 以上 数据可以看出， 鸡西盆地暗色泥岩有机碳含量很高 ， 但 烃类 转化 率较 小 ， 而 且 氯仿 沥青 “ A” 和 总 烃 含 量 均 达 不到 好 的生油 岩标 准 ， 有机 质演 化 已经达 到成 熟阶段 ， 可 以作为 较好 的生气 源岩 。 干酪 根元素 是 划分 有 机 质 类 型 的重 要 指 标 ， 对鸡 西泥 岩和煤 岩进 行元 素 分 析 ， 原 子 比值 统 计 暗色 泥岩 H／ C为 0 ． 3 0 ～ 0 ． 9 ， O／ C为 0 ． 0 4 ～ 0 ． 3 4； 煤 H／ C为 天然气工业 2 0 1 0 年 2 月 表 1 鸡西盆地煤岩样 品显微组分分析结果表 注 表中矿物组是指煤岩显微组分中的无机组分 ， 包括黏土类 、 碳酸盐类等 。 表 2鸡西盆地暗色泥岩样品有机地化分析结果表 0 ． 5 2 ～0 ． 7 9 ， o／ c为 0 ． 0 5 ～0 ． 0 9 ； 在 范 氏图解 中反 映 主要为腐殖型干酪根 ， 部分为含腐泥的腐殖型， 也反映 主要以生气为主⋯ 图 2 。 图 2干酪根范氏图解 图 该 区煤 层 和泥岩 在 南北 2个 坳 陷呈 东 西 向分 布 ， 统计盆 地 7 6口煤 田钻孔 和各矿 区探采数 据 ， 编 制 了盆 地可采 煤层 和暗色 泥岩 等 直线 图 图 3 、 4 。从 图 3 、 4 中可见 ， 煤和 泥岩厚度 稳定 ， 分布 连续且 在在南北 各有 几个沉 积 中心 ， 有利 于天 然气 的大量生成 。 3下一步勘探方向 3 ． 1储层特 征 鸡 西盆地 的储层 主要 有煤层 本身 和砂岩储层 。煤 本 身是一 种高 孔隙 的天 然 气 吸着 剂 ， 其 吸 附能 力 比一 般 岩石 吸附能 力强 。鸡西煤 层 中显微原 生孔 隙非 常发 育 ， 主要 有植物 残余 组 织 孔 、 原生 粒 间孔 、 晶 间孔 和 内 生裂隙孔。鸡西盆地煤层平均孔隙度 为 2 ． 5 ， 孔穴 一 般 为 2 ～4 n m， 连通 喉道直 径 一般 为 0 。 5 ～O ． 8 n m， 而气 态 烃 中 甲烷 的有 效直 径 为 0 ． 3 8 n m， 足 以 实现 气 态 烃的连 续运 移 ， 煤层 气 可 以吸 附和 游 离状 态 存储 于 孔隙之中。因此煤层本身可以作为良好的储集层 。 第 3 O卷第 2 期 地质勘探 图 3鸡西盆地可 采煤 层和 暗色泥岩等厚 图 图 4 天然气 有利勘探 区分布 图 3 ． 2盖层 特征 鸡 西盆 地城子 河组 和穆 棱组 发育 多层泥 岩 。穆 棱 ／ 组 顶部发 育 多层凝 灰 岩 。泥岩 岩 性 致 密 ， 主要 矿 物成 分 为高岭 石 、 蒙脱石 ， 可作 为 下部层 位 的盖层 。穆棱组 凝灰 岩 主要有 岩屑 晶屑凝 灰 岩 、 晶玻 屑凝 灰岩 、 晶屑凝 灰岩 。顶 部层位 凝 灰岩经 后期 东 山组 火 山岩高 温烘烤 结构 致密 ， 可作 为 区域盖层 。 对 穆棱 组凝 灰 岩 和 泥 岩 进 行 测 试 表 3 ， 凝 灰 岩 和泥岩 的渗 透率基 本 为 1 1 0 ff m。 ， 在 Ⅳ级 范 围 内， 属一般 级别 ， 凝 灰 岩 的 突破 压 力 平 均 为 2 4 3 ． 4 X 1 0 P a ， 评价 为 Ⅱ级 ， 有 较好遮 蔽 能力 ， 泥岩 的突破 压力为 砂 岩储层 有城 子河 组和穆 棱组 砂岩 。砂岩 主要 为 含岩 屑长石砂 岩 ， 颗 粒 支 撑 为 主 ， 石 英 、 长石 次 生 加 大 现象少见， 部分发生长石蚀变现象 ， 结构成熟度和成分 成 熟度 均较 低 ， 孔 隙类 型 以粒 间孔 及 构 造 裂 隙 为 主 。 样品测试孔隙度平均为 9 ． 8 ～1 3 ． 8 8 ， 属于较差孔 隙度 ； 渗透 率平 均小 于 0 ． 9 6 8 1 0 _ ” ff m。 ， 对 气 层来 说 属 于低 渗 到 致 密 储 层 ； 喉道 平 均 半 径 小 于 3 ． 2 1 ff m。 整体 分析 鸡 西 盆 地 孔 隙性 储 层 为 中低 孔 低 渗 细 喉 道 型 。 表 3穆棱组泥岩凝灰岩性能数据表 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 天然气工业 2 0 1 0年 2月 9 0 0 X1 0 P a ， 遮蔽能 力最 强 。综合 对 比样 品测试 结果 反映穆 棱组泥 岩和凝 灰岩 为较好 的盖层 。 煤 田钻孔 统 计 城 子河 组 泥 岩 单 层最 大 厚 度 为 2 5 m。穆棱 组泥 岩 单层 最 大厚 度 为 7 0 m。穆棱 组 凝 灰 岩占地层平均厚度 的 6 ～1 5 9 ／ 6 ， 单层最大厚度 可达 4 0 m， 且有 5层作 为煤 层对 比的标 志凝 灰 岩在 全 盆 东 西 向稳定 分布 ， 可 以作 为 区域 上 的重要盖 层 。 3 ． 3生储 盖组 合和 圈闭 鸡西盆地 的生 储盖 组合 主要 为 自生 自储 。以暗 色 泥岩和煤层为气源岩、 河流、 三角洲砂体为储集层 、 湖相 泥岩和凝灰岩为盖层构成生储盖组合。沉积地层 自上 而下发 育多套 砂泥岩互层可 以形成 多套 生储盖组合 。 鸡 西盆地 的圈 闭根据煤 田勘探 资料分 析有构 造 圈 闭 、 岩性 圈闭和地 层 圈 闭 。猴石 沟 组 后期 受 区域 挤压 影 响 ， 早 白垩世 沉积地 层多发 生褶皱 和断 裂 ， 在盆 内形 成 多级 宽缓 的背 、 向斜 构造 ， 有利 于油气运 移 聚集 形成 构造圈闭。城子河组和穆棱组三角洲水上分流河道、 水 下分 流河道 、 三角洲 前缘席 状砂砂 体均 比较发 育 ， 滨 浅湖砂体也较发育。地层内部的砂泥岩交替旋回使纵 向上形成 多个岩 性 圈闭 ， 同时横 向上岩性 变化 大 ， 很容 易形成岩性圈闭。鸡西盆地多处城子河组直接不整合 于基 底麻 山群之 上 ， 古基 底 在 盆地 沉 积 前遭 受 风 化剥 蚀 ， 形成 古风化 壳 ， 上 覆 地 层 生成 的油气 可 就 近迁 移 ， 储集在风化壳内， 形成地层圈闭。 3 ． 4勘 探方 向讨论 北部 坳 陷西部 的麻 山在古 沉 积 时 为盆 缘地 带 ， 冲 积扇较 发育 ， 城 子河组 和穆 棱组沉 积厚度 较薄 ， 在后期 改造 中靠近 刚性 的盆缘 基 底 所 以受 挤 压变 形 强烈 ， 穆 棱组大 部分被 抬升 剥蚀 ， 不利 于气 藏保存 ， 不 应作为 勘 探首选 区域 。北 部 坳 陷北 部 滴 道 、 大 通 沟 、 城 子 河 浅 部 、 正 阳 、 到东 海浅 部也 因后 期 改造 抬 升 ， 穆棱 组 被 部 分或 完全剥 蚀 ， 城 子 河组 直 接 出露 地 表 ， 盖 层条 件 不 好， 也不应作为勘探首选靶区。北部条带西鸡西一城 子河深 部一杏 花东海 深 部 一带 ， 古 沉 积 环境 为 滨 浅 湖到半 深湖 环境 ， 城子 河组 和穆 棱 组地 层 和 煤层 均 较 厚且剥蚀较少， 生储盖条件均较好 。这一 区域处于北 部向斜的轴部， 在后期改造中受到挤压作用 ， 有利于煤 层气的富集 ] ， 同时向斜南翼被平麻逆 冲断层所封堵 有利 于气藏 保 存 ， 可作 为 勘 探 有利 区带 。 中部 恒 山 隆起 在后期 改造 中 以抬 升为 主 ， 沉积 地层被 剥蚀殆 尽 ， 失去作 为勘探 靶 区 的意 义 。南部 条 带 面积 较 大 ， 靠 近 敦密断裂 带后 期火 山活动 强烈 ， 沉 积地层 被破坏 严重 。 南部 向斜 的北部 矿 区平 岗、 大 恒 山 、 二 道 河 子 、 小 恒 山 区虽然煤 层和地 层 均发 育 较好 但 靠 近 中部 恒 山隆 起 ， 在后期改造中受到恒 山隆起抬升影响， 应力 以张引为 主 ， 局部 穆棱组 抬升剥 蚀 ， 不 利于气 藏保存 。南部 向斜 的邱家一 合作 荣华 一线 ， 处于 南部 向斜 北翼 靠 近 轴 部 部位 ， 虽然城 子河 组煤 层 发 育不 如北 部 有 利 区带 好 但在穆棱组沉积时靠近沉积 中心 ， 穆棱组泥岩和煤层 发 育厚 ， 地 层保存 完 整 ， 且 凝灰 岩 盖层 发 育 连续 完 整 。 在后 期改 造 中的受挤压 作用 ， 有利 于天然气 富集 ， 在 煤 田地 质勘 探 中多 次发 现 天然 气 显 示 ， 可 以作 为勘 探 的 首选 有利 区带 。 4 结 论 鸡 西盆 地 烃 源 岩 为 城 子河 组 和 穆 棱组 煤 层 和 泥 岩 。煤岩 显微组 分分 析和 泥岩地化 分析显 示烃源 岩 以 产 气为主 ， 生油 能力很 差 ， 煤 层 产 气 能力 较 强 ， 盆 地 油 气勘 探应 以天然 气为 重点 。鸡 西盆 地城子 河组 和穆 棱 组 砂岩储 层为 中一低孔 低渗 细喉道 型 。穆 棱组 中上部 泥岩和凝 灰岩是 区域 的 主要 盖 层 。圈 闭有 构造 圈闭 、 岩性 圈 闭和地层 圈 闭。根据 生储盖 条件分 析认为北 部 坳陷的西鸡西到东海深部区问带、 南部坳 陷的穆棱矿 到荣华 区间为勘 探首 选有利 区带 。 参 考 文 献 E l i吴河 勇， 刘文龙． 外围盆地评价优选E J 3 ． 大庆石油地质 与开 发 ， 2 0 0 5， 2 3 5 2 0 2 2 ． [ 2 ]黄第藩 ， 秦 匡宗 ， 王铁 冠 ， 等． 煤 成 油 的形 成 和成 烃 机 理 [ M] ． 北京 石油工业出版社 ， 1 9 9 5 8 5 ～ 9 0 ． E 3 ]戴金星 ， 戚厚发 ， 王少 昌 ， 等． 我 国煤 系 的气 油地球 化学特 征 、 煤成气藏的形成条件及 资源评价E M] ． 北京 石油工业 出 版 社 ， 2 0 0 1 2 0 ． [ 4 ]邬立 言 ， 顾 信 章， 盛 志 纬 ， 等． 生 油 岩 热解 快 速 定量 评 价 E M] ． 北京 科学 出版社 ， 1 9 8 6 2 - 5 ． E 5 3宋岩 ， 秦胜飞 ， 赵孟军． 中国煤层气成 藏的两大关键地 质因 素r J ] ． 石油与天然气地质 ， 2 0 0 7 ， 1 8 4 5 4 5 5 5 3 ． E 6 3桑树勋 ， 范炳恒 ， 秦 勇． 煤层气 的封存与 富集 条件E J 3 ． 石油 与 天 然气 地 质 ， 1 9 9 9 ， 2 0 2 1 0 5 1 0 8 ． 修 改回稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 5 编辑 罗冬梅