鶯歌海盆地樂(lè)東氣田天然氣成藏條件及富集模式

李緒深 裴健翔 李彥麗

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司研究院

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鶯歌海盆地是南海北部陸架上發(fā)育的快速沉降、快速充填、沉積巨厚地層的新生代盆地。受強(qiáng)超壓和晚期區(qū)域右旋走滑剪切構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的共同作用，盆地發(fā)育一系列泥—流體底辟構(gòu)造［1－3］，由此形成了一批與底辟構(gòu)造有關(guān)的氣田和含氣構(gòu)造。大量研究成果表明，盆地高溫、高壓以及大規(guī)模超壓流體的存在，造就了其獨(dú)特的構(gòu)造及演化模式［4］。底辟、熱流體的幕式活動(dòng)促使烴類也具有幕式排放與充注的特征；加之鶯歌海盆地氣源充足，使得天然氣藏整體上處于“供大于散”的動(dòng)平衡狀態(tài)［5－7］，在中—淺層形成了一些大型次生天然氣藏，典型的有東方1－1氣田、樂(lè)東氣田（由樂(lè)東22－1、樂(lè)東15－1這2個(gè)氣田組成，下同）。

樂(lè)東氣田位于鶯歌海盆地中央坳陷帶南部（圖1），其氣藏類型為底辟背斜控制的構(gòu)造型（構(gòu)造—巖性）氣藏。其儲(chǔ)層為新近系上新統(tǒng)—第四系海相砂巖，埋深介于390～2 200m。1996年、1993年分別在2個(gè)構(gòu)造鉆探第一口探井，經(jīng)測(cè)試獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流之后，迄今為止已鉆探井和開(kāi)發(fā)井超過(guò)30口。樂(lè)東氣田含氣層段主要位于第四系樂(lè)東組一、二、三段和新近系鶯歌海組一段中，天然氣組分和來(lái)源都比較復(fù)雜。近年來(lái)，隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的不斷深入，對(duì)其成藏條件和富集模式也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

圖1 樂(lè)東氣田區(qū)域位置示意圖

2 天然氣成藏條件

2．1 底辟上拱為天然氣聚集提供了富集場(chǎng)所

鶯歌海組二段中下部沉積巨厚的泥巖，由于快速沉積欠壓實(shí)等作用的影響，引發(fā)泥底辟的活動(dòng)。底辟上拱活動(dòng)時(shí)，中心區(qū)能量強(qiáng)，上拱冷卻后塌陷幅度大，斷裂發(fā)育；而邊緣區(qū)能量相對(duì)較弱，上拱后塌陷幅度小，背斜相對(duì)完整，圈閉形成時(shí)間較晚。樂(lè)東22－1構(gòu)造被斷層切割成南北兩區(qū)，構(gòu)造主體部位在北區(qū)，為較完整穹隆構(gòu)造 ，長(zhǎng)軸為15km，軸向NNW，短軸為11 km，面積約為140km2，閉合幅度約為70m，構(gòu)造平緩；構(gòu)造南區(qū)為斷鼻，圈閉面積約為10km2，閉合幅度約為50m。樂(lè)東15－1構(gòu)造圈閉面積約為70km2，閉合幅度高達(dá)260m，為斷層復(fù)雜化的大型穹隆背斜構(gòu)造，這些穹隆背斜為天然氣聚集提供了富集場(chǎng)所。

2．2 優(yōu)越的烴源條件

快速沉積的巨厚欠壓實(shí)泥巖是鶯歌海盆地良好的烴源巖，同時(shí)其也是泥底辟發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。泥底辟發(fā)育演化中孕育的高溫超壓環(huán)境影響著烴源巖有機(jī)質(zhì)演化［8］，表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①高溫對(duì)有機(jī)質(zhì)的演化起到了積極作用。鶯歌海盆地海相烴源巖較年輕，但是由底辟熱流體的活動(dòng)引起局部地溫場(chǎng)疊加，可促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的熱演化和淺部地層有機(jī)質(zhì)提前進(jìn)入生烴門限；②強(qiáng)超壓環(huán)境對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化有一定的抑制作用。黃保家等對(duì)該區(qū)進(jìn)行了逼近地質(zhì)條件下的海相烴源巖高溫高壓生烴模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)高壓泥巖在進(jìn)入準(zhǔn)變質(zhì)的高熟及過(guò)熟階段時(shí)，仍能產(chǎn)出豐富的液態(tài)烴［9］。上述研究結(jié)果表明，超壓地質(zhì)環(huán)境使深部超壓地層有機(jī)質(zhì)熱演化減緩、生烴作用時(shí)間延長(zhǎng)，從而在一定程度上擴(kuò)大了生烴窗范圍，有利于晚期形成的圈閉（樂(lè)東22－1／15－1構(gòu)造）成藏，具體來(lái)說(shuō)，就是有利于有機(jī)質(zhì)生排烴時(shí)間與圈閉形成時(shí)間二者之間的匹配。

2．3 高壓型復(fù)式地溫—地壓系統(tǒng)為中—淺層氣藏的形成提供了內(nèi)在動(dòng)力

高壓型復(fù)式地溫—地壓系統(tǒng)是指深部為高溫—高壓系統(tǒng)，中—淺層為正常溫壓系統(tǒng)［10］。這種復(fù)式溫壓系統(tǒng)是鶯歌海盆地中央底辟帶的一個(gè)顯著特點(diǎn)。目前在底辟帶中—淺層也發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)一部分氣藏，反映出高壓型復(fù)式地溫—地壓系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)能，深部能量高于淺部，為中—淺層氣藏的形成提供了內(nèi)在動(dòng)力。在深部溫壓系統(tǒng)內(nèi)，天然氣沿?cái)嗔选⒘严稄纳畈繉酉荡瓜蜻\(yùn)移到中—淺層溫壓系統(tǒng)里的圈閉中聚集。樂(lè)東氣田位于生烴凹陷，天然氣由深部的高壓地層垂向運(yùn)移到異常高壓面上部中—淺層的正常壓力層段中聚集成藏。

2．4 斷裂—微裂隙系統(tǒng)為天然氣運(yùn)移提供了良好的通道

據(jù)目前的研究成果認(rèn)為，斷裂—微裂隙是形成樂(lè)東氣田中—淺層氣藏必不可少的成藏要素。由于熱流體活動(dòng)強(qiáng)度的不同，底辟刺穿能量也不同。因此在底辟構(gòu)造帶及其頂部形成了斷裂及微裂隙，其構(gòu)成了天然氣垂向運(yùn)移的通道。隨著底辟斷裂和微裂隙周期性開(kāi)啟，深層流體階段性向淺部運(yùn)移。根據(jù)其成因及規(guī)模可將其分為下述3種類型［11］。

2．4．1 底辟刺穿斷裂

這類斷裂主要是由于穿層流體壓裂所形成，斷面近于垂直，傾角介于70°～90°，斷距極小，延伸長(zhǎng)度可達(dá)上百米，甚至上千米。這些斷裂發(fā)育區(qū)在地震反射剖面上為空白反射區(qū)或模糊區(qū)。斷裂穿過(guò)超壓體系和過(guò)渡帶，向上消失于正常壓力體系內(nèi)。

2．4．2 拱張斷裂

這類斷裂主要分布于泥—流體底辟的上部或旁側(cè)，該部位處在底辟上隆形成的局部張性構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中，因而形成的斷裂以正斷層為主。剖面上斷裂比較平直，其傾角介于50°～80°；平面上這些斷裂呈花瓣?duì)罨蚍派錉?。這類斷裂主要分布于正常壓力體系和過(guò)渡帶之間。

2．4．3 微裂隙

微裂隙在底辟構(gòu)造帶廣泛發(fā)育。宏觀上，表現(xiàn)為在淺層構(gòu)造地層橫向上地震相位間斷現(xiàn)象；微觀上，從巖心薄片中可更明顯觀察到微裂隙特征（被黏土礦物充填，或切穿其他礦物顆粒）。這些微裂隙為垂向和側(cè)向輸導(dǎo)提供了良好通道。

目前研究表明，底辟活動(dòng)的能量決定了其斷裂—微裂隙發(fā)育程度的不同［12］，樂(lè)東22－1氣田底辟為弱能量底辟，地層上拱的幅度較低，剖面形態(tài)為低幅背斜，由于底辟上拱能量弱，導(dǎo)致其上覆巨厚地層中斷裂不甚發(fā)育，但微裂隙廣泛存在，這些微裂隙疏導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)疑成為天然氣及流體向淺部運(yùn)聚的主要通道（如圖2－a）。樂(lè)東15－1氣田底辟屬于特強(qiáng)能量底辟，地層上拱幅度高，且底辟活動(dòng)能量及作用力均已大大超過(guò)了上覆地層巖石的破裂極限強(qiáng)度。因此，淺部拱張斷裂極其發(fā)育，與深部底辟刺穿斷裂共同構(gòu)成了天然氣及流體向淺部運(yùn)聚的垂向疏導(dǎo)體系（如圖2－b）。

2．5 陸架沉積坡折部位強(qiáng)制海退背景下形成的砂巖可作為良好的儲(chǔ)層

樂(lè)東區(qū)從S27層序界面開(kāi)始，新增可容納空間速率減緩，而物源高速供給，導(dǎo)致了陸架坡折的持續(xù)進(jìn)積，形成了多個(gè)“S”形前積的沉積坡折。相對(duì)粗粒的砂巖沉積在坡折之上，而多余的沉積物向盆地輸送。在沉積坡折部位除了發(fā)育高位前積體外，還發(fā)育相對(duì)海平面快速下降期形成的強(qiáng)制海退低位前積體。二者雖然形態(tài)及內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)相似，但后者形成于較淺水環(huán)境，粗碎屑較多。樂(lè)東氣田鉆井揭示了強(qiáng)制海退低位前積體的特征。其巖性組合多表現(xiàn)為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖或粉細(xì)砂巖構(gòu)成的反旋回特征，自然伽馬曲線呈漏斗形；聯(lián)井顯示砂體呈多期次特征。巖心自下而上見(jiàn)水平—斜—垂直蟲孔，并有板狀及波狀交錯(cuò)層理；底棲有孔蟲占優(yōu)勢(shì)，屬淺水相的濱海砂壩。這些砂巖多局限在坡折部位前積體頂部，而在坡折之下斜坡部位或者更遠(yuǎn)處，則發(fā)育斜坡扇和盆底扇，沉積物粒度較細(xì)（圖3、4）。

圖2 樂(lè)東氣田底辟構(gòu)造與斷裂—微裂隙發(fā)育特征圖

圖3 樂(lè)東15－1構(gòu)造強(qiáng)制海退低位前積體典型地震剖面圖

圖4 樂(lè)東區(qū)樂(lè)東組—鶯歌海組一段砂體沉積模式示意圖

在強(qiáng)制海退時(shí)期，海平面存在一定的波動(dòng)，造成砂體沿陸架坡折邊緣條帶狀展布。條帶砂體沿走向方向上的連通性好；但由于各次海退的強(qiáng)度差異，沿傾向方向上條帶砂體之間連通性變差或有重疊，從而可形成多套氣藏。另外，單個(gè)砂體的面積適中，側(cè)向尖滅或相變明顯，容易形成巖性圈閉。該區(qū)儲(chǔ)集體除了上述濱海砂壩外，還發(fā)育風(fēng)暴相沉積的砂巖（圖4）。樂(lè)東15－1氣田主力層Ⅱ下和Ⅲ氣組就為內(nèi)陸架近岸淺水環(huán)境中形成的近源風(fēng)暴砂，單層厚度介于1～4m，疊合厚度達(dá)十幾米，在氣田范圍內(nèi)分布較穩(wěn)定，巖性以石英細(xì)砂巖或粉砂巖為主。儲(chǔ)層孔滲性較好，主力層段屬高孔中滲儲(chǔ)層，孔隙度平均為26．9%，滲透率平均為206 mD?？傮w上，樂(lè)東氣田儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間包括粒間孔、粒間溶孔、生物體腔孔和雜基微孔。因儲(chǔ)層巖石埋藏淺，壓實(shí)作用差或未壓實(shí)，細(xì)砂—泥質(zhì)粉砂巖也具有較高的滲透率。

3 底辟構(gòu)造與天然氣富集模式

3．1 底辟構(gòu)造與天然氣空間配置關(guān)系

從前面成藏條件的分析可知，樂(lè)東氣田與底辟二者之間密不可分。底辟上拱形成的中—淺層圈閉為天然氣聚集提供了富集場(chǎng)所；底辟深部高溫超壓系統(tǒng)為天然氣運(yùn)移提供了內(nèi)在動(dòng)力；與底辟活動(dòng)有關(guān)的斷裂—微裂隙系統(tǒng)提供了垂向運(yùn)移通道。最終天然氣聚集在底辟成藏條件配置好的頂部及兩側(cè)的構(gòu)造和巖性圈閉中。

此外，樂(lè)東22－1氣田和樂(lè)東15－1氣田天然氣組分（烴類氣、CO2等）的分布具有不同的特征。樂(lè)東22－1氣田烴類氣主要富集在上部?jī)?chǔ)層中，CO2主要富集在烴類氣儲(chǔ)層的下部，靠近斷裂的儲(chǔ)層中CO2含量較高，而遠(yuǎn)離斷裂的儲(chǔ)層中CO2含量減少（如圖5－a）。樂(lè)東15－1氣田烴類氣也主要分布在上部?jī)?chǔ)層，CO2在斷裂上下盤和遠(yuǎn)離斷裂的儲(chǔ)層中都有分布，其含量變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性（如圖5－b）。推測(cè)造成這種差異的原因可能跟熱流體的活動(dòng)強(qiáng)度，以及斷裂—微裂隙垂向輸導(dǎo)通道通暢程度的不同有關(guān)，而這兩者都是由底辟活動(dòng)能量的大小所決定的［13］。

圖5 樂(lè)東氣田天然氣藏剖面圖

3．2 底辟發(fā)育演化與天然氣晚期富集模式

鶯歌海盆地泥底辟的形成、演化具有增壓、刺穿、再增壓、再刺穿的幕式熱流體活動(dòng)特征，而油氣的運(yùn)移、聚集成藏、保存、散失（再次運(yùn)移）與此交替過(guò)程相伴隨［14］。因此，底辟發(fā)育演化過(guò)程與油氣生成及運(yùn)聚成藏等均具有成因聯(lián)系和耦合配置關(guān)系，從而控制了天然氣富集模式。

鶯歌海盆地底辟構(gòu)造在鶯歌?！S流組沉積時(shí)期開(kāi)始形成，從區(qū)域上看，樂(lè)東區(qū)底辟構(gòu)造形成稍晚，但是晚期活動(dòng)強(qiáng)，第四紀(jì)仍有強(qiáng)烈活動(dòng)，具有多期幕式活動(dòng)的特點(diǎn)。樂(lè)東氣田發(fā)育多個(gè)氣層，主要位于鶯歌海組一段和樂(lè)東組一、二、三段地層中。不同氣層之間烴類氣體、氮?dú)夂投趸嫉暮俊⒓淄楹投趸嫉耐凰亟M成都存在巨大差異。通過(guò)流體包裹體資料可以明顯地看出其分期充注、多源混合—幕式成藏的特征。此外，再結(jié)合區(qū)域底辟演化特征，綜合分析認(rèn)為天然氣藏的形成時(shí)間很晚，為晚期富集。

采用生烴動(dòng)力學(xué)和碳同位素動(dòng)力學(xué)的研究方法推測(cè)，樂(lè)東區(qū)氣藏的形成時(shí)間介于距今1．2～0．1Ma，其中晚期富二氧化碳天然氣的充注在距今0．3Ma以后［15］（如圖6），同時(shí)依據(jù)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性造成的天然氣組分和碳同位素值的差異，將中—淺層天然氣的充注過(guò)程分為以下3期。

圖6 鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)天然氣成藏事件圖

第Ⅰ期為生物氣向第四系淺層儲(chǔ)層（深度介于300～600m）的充注。該類天然氣甲烷含量高，為87．09%～88．14%，重?zé)N含量很低，甲烷碳同位組異常偏輕，δ13C1為－63．14‰～－55．72‰，干燥系數(shù)高。第Ⅱ期為底辟活動(dòng)期間梅山組二段與三亞組一段生成的熱成因氣沿底辟垂向運(yùn)移并向第四系中淺層（深度介于600～1 500m）充注。該類天然氣甲烷含量高，具有一定的 N2含量（13．3%～23．7%），CO2為有機(jī)來(lái)源、含量低（小于1%），甲烷碳同位素值（δ13C1）變化比較寬，為－40．15‰～－28．60‰，成熟度高，反映了有機(jī)質(zhì)熱演化程度增加。第Ⅲ期與更晚的底辟活動(dòng)有關(guān)，此時(shí)，底辟活動(dòng)強(qiáng)烈，溝通了深部，來(lái)自深層的CO2和烴類天然氣的混合氣向中淺層充注。天然氣CO2含量高達(dá)21．46%～80．4%，為殼源型、殼?；旌闲头巧顲O2［16］，烴氣為14．3% ～61%，δ13C1為－29．08‰～－26．92‰，較Ⅱ期富烴氣的δ13C1值重，表明其烴源巖成熟度更高，注入儲(chǔ)層時(shí)間晚。該期充注的天然氣主要聚集在早期氣藏的下部，或?qū)υ缙谛纬傻臍獠剡M(jìn)行改造，將早期注入的烴類天然氣向圈閉邊緣驅(qū)趕。

由此可見(jiàn)，樂(lè)東氣田中—淺層天然氣的充注過(guò)程與底辟的期次幕式活動(dòng)相匹配，底辟發(fā)育演化的時(shí)間、期次和強(qiáng)度控制了烴類氣體充注時(shí)間、期次，影響了氣藏組分，決定了中—淺層天然氣的富集模式。

4 結(jié)論

1）樂(lè)東氣田是與底辟構(gòu)造有關(guān)的中—淺層大型天然氣藏，烴源條件優(yōu)越，底辟上拱形成的圈閉為天然氣聚集提供了富集場(chǎng)所，底辟深部的高溫高壓影響有機(jī)質(zhì)的演化，同時(shí)其也是天然氣沿著與底辟活動(dòng)有關(guān)的斷裂—微裂隙垂向運(yùn)移的內(nèi)在動(dòng)力。陸架沉積坡折部位強(qiáng)制海退背景下形成的砂巖可作為良好的儲(chǔ)層。

2）總體來(lái)說(shuō)，該區(qū)天然氣的富集與底辟構(gòu)造關(guān)系密切。底辟構(gòu)造既決定了天然氣的空間配置關(guān)系，同時(shí)底辟發(fā)育演化過(guò)程又與油氣生成、運(yùn)聚成藏等均具有成因聯(lián)系和耦合配置關(guān)系，從而造就了樂(lè)東22－1／15－1氣藏多源混合—幕式成藏的晚期富集模式。

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