柯 钦, 王 雷, 孟庆岩, 王 潘, 袁立川,程 杰, 丁朝龙, 闫巧洁

(1.东方地球物理公司研究院地质研究中心,涿州 072750；
2.中国石油集团 东方地球物理勘探有限责任公司 大庆物探二公司，松原 138000)

汤原断陷在20世纪90年代中后期取得了天然气勘探的突破，发现了佳木斯气田。任军虎等[1]从天然气组分、同位素分布、储层流体包裹体及自生伊利石定年等方面分析了汤原断陷的天然气特征，认为断陷的西部和中部以生物气和生物热催化过渡带气为主。生物气是一种非常规的天然气资源，是在一系列生物化学作用下由沉积有机质演化而成的。生物气藏一般埋藏浅，是一种易开发的清洁能源，具有很好的勘探前景[2-5]。

前期认为生物气气藏受构造控制，勘探突破后多口井却失利，对汤原断陷生物气成藏模式及生物气气藏地震响应特征少有系统地研究。这里以区域构造运动背景为基础，通过对断层走滑性质、走滑断层之间地块运动的研究，分析后认为翘倾断块后期改造后的断背斜圈闭为生物气成藏有效圈闭，是生物气的成藏的主控因素。在明确生物气成藏规律后，结合已钻井明确了生物气藏在地震剖面上具有低频强振幅的“亮点”地震反射特征，优选“甜心体”属性进行预测，取得了较好的效果[6-7]，为下一步生物气的井位部署提供了支撑。

汤原断陷构造位于依舒地堑最北端，其北侧为鹤岗盆地，南为佳木斯盆地。汤原断陷是在前中生界变质岩、花岗岩基底之上发育起来的受控于两条北东向边界大断裂F1和F2的狭长型地堑式断陷盆地，发育四套沉积地层，即中生界白垩系、新生界古近系、新近系和第四系，其中古近系是主要勘探目的层，自下而上包括新安村+乌云组、达连河组及宝泉岭组。张永丰[8]对汤原断陷构造特征、沉积特征及油气富集条件做了多方面研究，在构造上将汤原断陷划分为东部凹陷带、中央凸起带、西部凹陷带、西部斜坡带等4个构造单元(图1)，经历了复杂的构造演化形成了现今“东西分带、南北分块”的构造格局。目前断陷内多口井见油气显示，5口井获工业气流，为达连河组自生自储生物气，达连河组一段为生烃层，达连河组二段为储集层，宝泉岭一段泥岩发育为区域盖层，工业气流井主要集中分布在中部凸起带上。

图1 汤原断陷构造单元划分Fig.1 Division of Tectonic Units in Tangyuan Fault Depression(a)汤原断陷T4地震反射层时间构造三维可视化图;(b)汤原断陷构造单元

2.1 构造运动背景

汤原断陷在大地构造上处于郯庐断裂带北段分支依舒地堑内，郯庐断裂带的演化对于断陷的形成有密切关系。进入新生代古近纪，板块之间发生运动，太平洋板块北西向高角度正向俯冲欧亚大陆，使得郯庐断裂带北段两侧块体相对运动方向改变为右旋扭动。在郯庐断裂右行走滑过程中，盆地在张剪应力下逐渐拉开，使断裂间小块体裂陷沉降形成盆地，汤原断陷为当时形成断陷盆地之一。新生代新近纪末期，西太平洋弧后扩张向西推挤着欧亚板块，反生大规模挤压[8-10]。

2.2 翘倾断块形成机制

翘倾断块的产生、活动和发展是张应力和由其引起的重力二者联合作用的结果。初始断裂期，由于受到伸展作用力影响，地层产生一系列近平行分布的势断裂(图2(a))，当伸展作用力超过岩石的抗张极限后，岩石发生破裂，形成阶梯式正断层，断面平直。随着伸展拉张的作用持续增强，平直断面开始弯曲，形成上陡下缓的铲式正断层，由于铲式断层下降盘不同位置下降幅度不同，以及下降盘沉降过程中的重力不均衡，迫使断层上盘发生翘倾旋转(或称掀斜作用)，地层掀斜过程中形成了一系列上倾方向,具有反向正断层遮挡的“屋脊断块”(图2(b))。由于郯庐断裂带北段的应力环境后期转变为压扭，在挤压应力的作用下先前形成的翘倾断块翘起端具有了挤压特征，形成了具有鼻状构造背景的断块圈闭，也就是说先前形成的上倾方向具有反向正断层遮挡的“屋脊断块”,进一步演化成为顶部具有鼻状构造的断块圈闭(图2(c))[11-12]。

在郯庐断裂右行走滑作用下，在汤原断陷发育的两条断层F3和F4，都具有右行走滑性质。从T3地震反射层主要断裂纲要图(图3(e))看，F3断层具有张扭性质，并控制了西边鹤立次洼的形成演化。F3断层东侧和北侧派生出一系列断层(地震剖面见图3(d)，剖面位置见图3(e)中L4标示位置)，倾向朝南，平面上主要以近东西向为主，呈反S型。F4断层在新安村-乌云组沉积时期表现为伸展正断层，后期发生大规模压扭走滑作用，平面延伸距离达30 km以上。F4断层挤压强度具有南强北弱的特点，从断陷不同位置地震剖面(图3(e))可以看出：L3线地震剖面F4断层东西两侧地层产状稍有变化，断距不大，表现弱挤压特征(图3(a))；
L2线地震剖面F4断层明显表现为逆冲特征，具有较大的逆断距，断层的上盘地层形成背斜形态(图3(b))；
L1线地震剖面F4断层挤压强度更大，断层上盘表现为杂乱反射特征，推测为中生界花岗岩逆冲到下盘古近-新近系沉积地层之上(图3(c))。

图3 汤原断陷走滑作用的构造特征Fig.3 Structural features of strike-slip action in Tangyuan fault depression(a)L1地震剖面;(b)L2地震剖面;(c)L3地震剖面;(d)L4地震剖面;(e)汤原断陷达连河二组断裂展布

F3和F4断层均具有右行走滑性质，导致两条断层相夹持的地块宏观上呈左旋状态。在F3断层的北侧主要以拉张伸展为主，伴随着地块整体的旋转，断层面及两盘同时旋转，形成一系列的翘倾断块(图3(d)，剖面位置(图3(e))中L4标示位置)。在F4断层南侧由于地块宏观左旋，主要以挤压为主，由南向北挤压力度逐渐减弱，这也是导致F4断层挤压强度为南强北弱的重要原因。

汤原断陷乌云组-达连河组沉积时期断层F3、F4,在张扭应力环境作用下形成了一系列翘倾断块，后期(达连河-宝泉岭组沉积时期)由于郯庐断裂带北段的应力环境转变为压扭，在挤压应力的作用下先前形成的翘倾断块翘起端具有了挤压特征，形成了具有鼻状构造背景的断块圈闭。随着断块的翘倾活动，对油气的运移、聚集起着重要作用，影响油气的分布。

2.3 发育多种构造圈闭类型

在F3、F4断层右行走滑作用下，伴随着中间地块左旋运动，形成了多个翘倾断块，在F3断层的东侧及北侧形成一系列构造圈闭，构造圈闭类型以断块、背斜、断鼻为主，这些构造圈闭为油气的成藏提供了有利条件，目前吉祥屯-互助村构造带达连河组二段出气井均位于构造圈闭内(图4)。

图4 T3地震反射层构造图Fig.4 T3 seismic reflection layer structure map

3.1 生物气成藏地质条件

汤原断陷达连河二段天然气，主要为生物气成因，气源为达连河一段烃源岩，达一段全区发育厚层连续泥岩，一般为50 m～150 m，TOC一般大于1%，为好烃源岩，Ro一般为0.4%～0.6%，具备形成生物气的物质基础。天然气通过断裂或砂体向上运移至达连河组二段有效圈闭内，达连河组二段目的层埋深浅，埋深为500 m～1 200 m，砂岩储层物性好，孔隙度为10%～30%，渗透率为10 mD～200 mD。宝泉岭一段泥岩全区分布，累计最大厚度达1 300 m，为区域性盖层，有良好的盖层条件[13-14](图5(b))。

图5 生物气预测图Fig.5 Biogas prediction map(a)生物气气层顶面地震反射特征;(b)生物气预测“甜点”属性图

3.2 生物气藏地震反射特征

目前吉祥屯村构造上获得工业气流井有四口，互1井、吉1井、汤3井、汤参2井，试气分别获得日产1.77×104m3、9.41×104m3、7.92×104m3、7.97×104m3的工业气流，另有多口井获得低产气流。从目前已钻的吉1井、汤3井、汤参2井三口高产井来看，通过井震精细标定，气层顶面在地震上为低频强振幅反射特征，表现为“亮点”反射(图6(a))。基于气层在地震上的低频强反射的特征，利用“甜心体”属性(均方根振幅属性与瞬时主频的比值)进行预测，预测结果与实钻井符合率较为吻合，符合率为81.25%(图6(b))。

图6 汤原断陷气藏模式图Fig.6 Tangyuan fault depression gas reservoir model map(a)汤原断陷汤3-吉201-汤参2井连井地震剖面;(b)气藏剖面示意图

3.3 生物气成藏模式

对于石油的成藏，储层的储集性能和渗透能力是油气赋存的重要因素之一，而对于天然气的成藏而言，盖层的封盖能力则是更需考虑的因素。从汤原断陷的勘探实例来看，目前达连河组生物气达到工业气流的4口探井中，4口位于具有断鼻圈闭控制的翘倾断块顶部，断鼻的顶部和侧向由于泥岩遮挡成为有效圈闭，相较于普通断块圈闭而言更加有利于生物气的富集与保存。

翘倾断块活动形成一系列的构造圈闭，但从达连河组勘探成果(图4)看，并非所有构造圈闭内的井都获得了气流，这与构造圈闭的有效性有直接关系。构造圈闭主要以断块为主，在断块圈闭内形成多个独立的断鼻(图4)，在翘倾断块的顶部和侧向上，生物气被宝泉岭一段泥岩封堵，形成有效圈闭，有利生物气成藏。汤3井和汤参2井分别位于独立的断鼻圈闭内，获得7.92×104m3和7.97×104m3的工业气流，汤3井和吉201井位于同一个断鼻内，吉201井位于断鼻的低部位，获得低产气流118 m3(图5)。吉102井位于断块圈闭内，但不位于断块里的断鼻内，未见油气显示。

利用测井及地震资料，针对汤原断馅达连河组生物气构造、储层及成藏的研究具有以下结论及认识。

1)汤原断陷F3和F4断层均具有右行走滑性质，之间的地块宏观上为左旋性质，共同作用造成地层的倾斜，形成一系列的翘倾断块，后期挤压作用形成具有鼻状构造背景的断块圈闭。

2)汤原断陷达连河组二段生物气在地震上特征明显，表现为低频强振幅特征，利用“甜点”属性能较好地预测。

3)汤原断陷达连河二段生物气主要受翘倾断块顶部的断鼻圈闭控制，断鼻的顶部和侧向受到宝泉岭一段泥岩的遮挡，形成有效圈闭，有利生物气成藏。

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