东濮凹陷方里集构造带沙二段煤成气藏特征研究

梁端阳

东濮凹陷位于渤海湾盆地南缘临清坳陷的东南部，是一个以古生界-中生界为基底，以新生界为盖层的富油气断陷沉积盆地。目前东濮凹陷西南洼地区是目前东濮凹陷勘探程度较低的地区。通过对研究区内方3井油气特征、成藏特征、构造特征、有机质特征等综合分析认为该段油气以煤成气为主。上古生界山西组-本溪组煤系烃源岩产生的煤成气在东营中期至东营剥蚀期间通过该时期的构造活动输导至沙二上良好区域性泥岩盖层之下的沙二下聚集成藏，形成沙二段煤成气气藏。

关键字：东濮凹陷 方里集构造 煤层气 沙二下段

西南洼地区方里集构造带区域内钻井少且分布不均，勘探程度低。研究区位于孟岗集洼陷，呈双断式地堑结构,依附于长垣断层下降盘的一个断鼻构造，受长垣断层和方里集断层所夹持。2013年通过对濮深8井沙三段油气藏重新评价，在构造高部位相继部署方2、方3井，在沙三段和沙二下试油获高产油气流、气流，展现了该构造带良好的勘探前景。研究区沙二上亚段发育全区稳定分布的紫红色泥岩等，形成了一套稳定分布的区域性盖层，厚度700-800m ，沙二下发育河流相沉积，为储层发育层段，构成了研究区中浅层储盖组合。从成藏组合定义出发,研究区沙二下区域性盖层与下伏烃源岩分隔的油气藏和圈闭组合,其主要特征是缺乏有效烃源岩，断裂输导成藏。

烃源岩特征受到有机质生源输入、沉积环境和有机质热演化程度等多重因素的制约,东濮凹陷方里集构造带主要发育上古生界和沙三段两套烃源岩，形成时期沉积环境变化较明显。从同属长垣断层下降盘的胡古2井上古生界烃源岩可溶有机质色质谱图上分析（图1-a），煤系烃源岩埋深大，热演化程度高，萜烷系列已严重偏离基线而失真，但从甾烷系列上看，规则甾烷组成中的C27甾烷相对含量低, C29甾烷具有明显的优势, C27、C28、C29规则甾烷分布样式为反“L”型,表明有机质生源母质以陆源高等植物为主。古近系沙三段烃源岩为东濮凹陷主要生烃层系，从方里集构造带方2井沙三段烃源岩可溶有机质色质谱图上分析（图1-b），γ蜡烷含量中等，规则甾烷组成中的C29甾烷相对含量较低, C27甾烷具有一定的优势, C27、C28、C29规则甾烷分布型式呈 “L”型,表明沙三时期研究区为微咸水沉积环境，有机质生源母质以低等湖相生物为主。

图1 东濮凹陷方里集构造带油源对比图

原油中部分甾、萜烷系列生物标志物的分布是相对稳定的,运移效应和成熟度对它们无明显的影响。从方里集构造带方2井沙三段原油色质谱图上分析（图1-c），w (γ蜡烷) /w ( C30藿烷)含量中等，w( C27规则甾烷 ) /w (C29规则甾烷 )较大， C29规则甾烷相对含量较低, C27规则甾烷具有一定的优势, C27、C28、C29规则甾烷分布样式呈 “L”型,与上古生界和沙三段两套烃源岩地球化学指标对比，与沙三段烃源岩具有亲源关系。

天然气的来源可以通过烃类气体的成分、碳同位素和稀有气体同位素进行分析。研究区方2井沙三段试油获日产油179.5m3、气16000m3,从天然气的化学组成上 (表1)，其组成成分与文23井及卫79-9井天然气组分特征相似；方2、3井天然气同位素总的特点是比较富含重碳同位素。其中,甲烷碳同位素值分别为-30.3‰、-33.5‰ ,乙烷碳同位素值为-23.7‰、-20.5‰ ,丙烷碳同位素值为-24‰、-17.2 ‰,丁烷碳同位素值为-25.1‰ 、-19.2%,反映出原始母质以腐殖型为主（表1），与文23井、卫79-9井Es4天然气非常接近；这些地区的天然气具有煤成气的性质。

氩同位素40Ar/36Ar值主要受控于源岩年代积累效应和源岩钾含量的影响。根据东濮凹陷天然气成因40Ar/36Ar值标准，方2井、方3井40Ar/36Ar值分别为2264、2345，反映源岩年代老,为典型煤成气(表1)。可以看出，方里集构造带沙二段天然气的甲烷含量高、富含重碳同位素、40Ar/36Ar值异常高，综合分析认为以煤成气为主。

表1  方里集构造带天然气化学组成及同位素分析数据

   研究区沙二下发现的煤成气来源于上古生界山西组-本溪组煤系烃源岩，根据煤系烃源岩热模拟实验结果（图2），可以看出，当煤系烃源岩镜质体反射率Ro>1.6%时，大量煤成气生成，具备形成煤层气藏。

(a)东濮凹陷山西组-本溪组煤和暗色泥岩煤气发生率（b）不同热演化阶段下煤气发生率

图2  东濮凹陷上古生界山西组-本溪组煤和暗色泥岩热模拟实验结果

沙二段不是生烃层系，其煤成气藏依靠断裂和砂体输导成藏，根据上古生界山西组-本溪组煤系烃源岩的热演化史分析,在东营中期已进入生气高峰，该时期同时也是断层活动时期，匹配关系好，因此推测沙二段煤成气的成藏期为东营期，早于原油的成藏时间。

综上所述，根据油源对比结果、构造活动史、烃源岩生排烃期和油气成藏期分析结果，对研究区沙二段气藏的成藏过程进行恢复：在东营中期至东营剥蚀期间，上古生界山西组-本溪组煤系烃源岩已进入生气高峰，该时期同时也是构造活动时期，煤成气通过断层输导在沙二上良好区域性泥岩盖层之下的沙二下聚集成藏，形成沙二段煤成气气藏。