鶯歌海盆地東方1－1氣田成藏條件及其啟示

童傳新 王振峰 李緒深

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢） 2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司

鶯歌海盆地東方1－1氣田成藏條件及其啟示

童傳新1，2王振峰2李緒深2

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢） 2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司

由于鶯歌海盆地眾多底辟構(gòu)造具有相似的成因聯(lián)系，為研究其底辟構(gòu)造特殊的天然氣成藏條件，通過儲層成巖作用、地層水化學(xué)分析等，對東方1－1氣田進行了剖析，揭示出該氣田的成藏地質(zhì)條件與底辟運動及深部熱流體活動息息相關(guān)，即：底辟運動為產(chǎn)生背斜構(gòu)造創(chuàng)造了條件，深部熱流體促進了有機質(zhì)熱演化，與底辟運動相伴生的斷層與垂向裂隙為深部氣源向淺部運移提供了快速通道，多期且具繼承性的底辟活動使得天然氣成藏期晚，近斷層處熱流體活動較強烈，臨濱亞相粉細砂巖是良好儲層，同時具有明顯的含氣地震信息異常。該盆地內(nèi)其他底辟構(gòu)造與東方1－1氣田具有類似的成藏地質(zhì)條件，在東方1－1氣田成功開發(fā)的啟示下，促進了一批與底辟運動有關(guān)的天然氣田的發(fā)現(xiàn)。

鶯歌海盆地 東方1－1氣田 天然氣成藏 底辟 熱流體 運移通道 有機質(zhì)熱演化

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鶯歌海盆地是在印支地塊與華南地塊縫合線紅河斷裂上發(fā)展起來的新生代沉積盆地，其形成演化受控于紅河斷裂走滑活動［1］。經(jīng)歷了初始裂陷、轉(zhuǎn)換—伸展、塑性引張、熱沉降和新的轉(zhuǎn)換—伸展5個階段［2］，并且具有下斷上拗的雙重結(jié)構(gòu)：古近系為斷陷，新近系為坳陷，斷陷期斷裂發(fā)育，坳陷期斷裂不發(fā)育［2］。盆地沉積沉降速率快，為典型的欠壓實型高溫高壓盆地。中新世—上新世的右旋走滑拉張作用在盆地中央產(chǎn)生了一系列泥—流體底辟構(gòu)造［3］。

東方1－1氣田位于盆地的中北部（圖1），為上新統(tǒng)大型底辟短軸背斜，共鉆探井和開發(fā)井40余口［4］。該氣田從上往下可分為4個氣組：Ⅰ、Ⅱ上、Ⅱ下、Ⅲ上氣組，井間天然氣組分（烴氣、CO2和N2）差異很大且儲層橫向非均質(zhì)性強。至1991年發(fā)現(xiàn)該氣田后，因獨特的天然氣成藏地質(zhì)條件而備受矚目。

2 天然氣成藏條件

2.1 底辟活動造就了淺層大型圈閉

圖1 東方1－1氣田地理位置示意圖

鶯歌海盆地淺層的背斜構(gòu)造無不與泥底辟活動有著密切的關(guān)系。中新世—上新世為鶯歌海盆地的加速熱沉降時期，盆地處于伸展?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為一個完整的坳陷。在右旋走滑背景下，盆地中央巨厚的欠壓實泥巖發(fā)生塑性蠕動上拱，產(chǎn)生底辟。鶯歌海組二段（N y2）中下部泥巖最厚處達2 300 m，上拱幅度一般為200～300 m，上方的鶯一段和鶯二段上部基本處于陸架加積型地層，受底辟活動而形成正向構(gòu)造。底辟在盆地內(nèi)呈環(huán)狀分布，中心區(qū)能量強，上拱冷卻后中心塌陷成坑，裂斷發(fā)育；而邊緣區(qū)能量相對較弱，上拱后塌陷幅度小，背斜相對完整。東方1－1構(gòu)造處于底辟區(qū)最北部邊緣，為一個大型穹隆構(gòu)造，閉合面積達278 km2。閉合幅度達240 m，僅在構(gòu)造中心部位發(fā)育一些小斷層，走向近南北，東陡西緩［5］。

2.2 熱流體活動強烈，加速了有機質(zhì)演化和成巖作用

強烈的熱流體活動是鶯歌海盆地的重要地質(zhì)特征之一，底辟活動致深部熱液的該盆地年輕的海相烴源巖受熱歷史較短，由此引起局部地溫場的疊加，從而促進有機質(zhì)熱演化和生烴作用［6］。

沉積地層中有機物對溫度的變化十分敏感，高溫?zé)崃黧w活動無疑會加速有機質(zhì)的熱演化速度［7－8］。圖2顯示，在深度相同、時代相近的情況下，鶯歌海盆地DF1－1－2井1 300 m以下有機質(zhì)的熱演化（Ro）程度明顯高于LT1－1－1井。原因是DF1－1－2井靠近斷裂，其天然氣組分中CO2的含量高達60%，包裹體均一溫度也高于現(xiàn)今實測地溫，深部熱流體沿著斷裂進入儲層后加速有機質(zhì)熱演化。

圖2 鶯歌海盆地黏土礦物I／S混層比成巖演化圖

氣層中δ13C1較重（介于－31.7‰～－35.5‰），為煤成氣，折算的Rc介于1.19%～1.56%，成熟度較高（表1）。而氣藏埋深大都小于1 500 m，遠淺于鶯歌海盆地?zé)N源巖成熟門限2 750 m，也低于因熱流烘烤的底辟區(qū)的門限2 300 m。

表1 鶯歌海盆地天然氣甲烷碳同位素及源巖的成熟度表

超高溫中央底辟帶的東南區(qū)黏土礦物以綠泥石、伊利石為主；東方區(qū)、樂東區(qū)雖然以伊／蒙混層、伊利石為主，但在熱流體活躍層段出現(xiàn)高嶺石、綠泥石含量異常，如東方區(qū)和樂東區(qū)1 500 m上下出現(xiàn)高嶺石含量增高、綠泥石含量降低異常層段，這是由于大量的CO2隨著熱流體從深部向上運移，在中淺層聚集，并溶于水中，碳酸根含量增加，隨后碳酸釋放出H＋，使地層水呈酸性，促使綠泥石向高嶺石轉(zhuǎn)化的結(jié)果。另外在熱流體作用下，出現(xiàn)蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化突變異?，F(xiàn)象，如靠近斷裂的DF1－1－2井（圖3）在1 200～1 600 m，CO2的含量高達40%，流體包裹體均一溫度均大于現(xiàn)今地溫，受熱流體侵入，致使這些井區(qū)的混層比S%出現(xiàn)突變，由Ro帶突變到R2帶，R1帶變窄或缺失R1帶。

圖3 鶯歌海盆地?zé)崃黧w活動對R o的促進作用圖

鶯歌海盆地淺層高溫碳酸鹽膠結(jié)物與熱流體活動有關(guān)。東方1－1、樂東15－1淺中層膠結(jié)物氧同位素揭示，含鐵白云石和含鐵方解石的形成溫度間，這些高溫礦物可產(chǎn)出在1 300 m在150～160℃之間，碳酸鹽礦物包裹體均一溫度在100～190℃之間地層中，表明熱流體沿著斷裂進入儲層后，其中的CO32－、HCO3－與儲層中Mg2＋、Fe2＋結(jié)合形成富含F(xiàn)e2＋、Mg2＋的碳酸鹽膠結(jié)物如菱鐵礦、鐵白云石、鐵方解石和白云石。

圖4是東方1－1構(gòu)造3井和5井的碳酸鹽膠結(jié)物含量對比圖。3井位于構(gòu)造東部的斷裂帶附近，其富含F(xiàn)e2＋、Mg2＋的碳酸鹽膠結(jié)物如菱鐵礦、鐵白云石、鐵方解石和白云石含量，明顯比遠離斷裂帶未受熱流體影響的5井區(qū)高，也佐證了這些富含F(xiàn)e2＋、Mg2＋的碳酸鹽膠結(jié)物與富含CO2熱流體入侵有關(guān)（表2）。

圖4 鶯歌海盆地?zé)崃黧w活動對碳酸鹽膠結(jié)的影響圖

表2 地層水中主要離子含量及礦化度表 mg／L

根據(jù)溫差引起碳酸鹽溶蝕而形成次生孔隙帶的模型，高溫富含CO2熱流體從深部向上運移時，在深部飽和CaCO3流體，由于溫度降低，CaCO3的溶解度逐步增大，CaCO3濃度變得不飽和，進入儲層后便會溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物和鈣質(zhì)生物殼體，形成次生孔隙。隨著溶解作用的不斷進行，溶液中CaCO3濃度逐漸變大，當(dāng)CaCO3濃度再次達到飽和狀態(tài)時，溶蝕作用便會停止，開始沉淀逐步形成膠結(jié)物。

上述分析表明，熱流體對碳酸鹽膠結(jié)作用來說是把“雙刃劍”，既有利于膠結(jié)作用，也可破壞膠結(jié)作用—溶蝕膠結(jié)物，鶯歌海盆地?zé)崃黧w綜合作用的結(jié)果是，膠結(jié)作用造成孔隙損失大于溶蝕作用而產(chǎn)生次生孔隙，在大多數(shù)層段膠結(jié)物含量高于溶蝕增加的孔隙度。

2.3 儲層粒度細，因埋藏淺，高孔高滲

因構(gòu)造處于盆地中央，距當(dāng)時岸線約有110 km，距紅河入?？诩s160 km。巖石的成分成熟度較高，成分成熟度值在3%～30%之間，平均為10.7%。巖石類型以石英砂巖為主，鶯二段各氣組儲集層巖性為粉—極細砂巖，陸源碎屑中石英百分含量在76%～97%之間，平均為89.2%；長石百分含量在2%～14%之間，平均為5.9%；巖屑含量在1%～11%之間，平均為4.9%。因離岸較遠，水體能量便是影響儲層質(zhì)量的重要因素，有孔蟲和鈣質(zhì)超微化石資料揭示屬于濱?！獌?nèi)淺海環(huán)境。多期底辟活動，鶯二段沉積時，此處為水下高地，地層厚度向底辟核部減薄，Ⅱ上氣組便是如此。

因水體能量相對較弱，平行層理和紋層發(fā)育，水平蟲孔發(fā)育，偶見垂直蟲孔，見小型浪成沙紋層理，少量塊狀層理，在構(gòu)造核部，生物擾動強烈，僅局部殘存有原生的波狀、脈狀層理；見揉皺、變形構(gòu)造，局部含較多的生物碎屑，為淺海背景下的水下高地淺灘。

孔隙類型以粒間孔、粒間溶孔為主，少量生物體腔孔、雜基微孔。因埋藏時間短，埋藏淺，壓實作用差或未壓實，即使是細砂—泥質(zhì)粉砂巖也具有較高的滲透性。

砂巖分選中等—好，顆粒常呈次棱—次圓狀，并多呈點狀接觸，膠結(jié)類型主要為孔隙式，砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度中等。膠結(jié)物為方解石、白云石、菱鐵礦和黃鐵礦，黏土礦物主要為伊利石、蒙皂石、綠泥石，產(chǎn)狀為片狀，主要貼附在顆粒上，見少量毛發(fā)狀伊利石和書頁狀高嶺石。

各氣組受沉積成巖的影響，砂巖孔隙組合特征也各不相同。Ⅰ氣組平均孔徑為小—中等，發(fā)育部分雜基微孔，孔隙發(fā)育程度為差—中等；Ⅱ上氣組平均孔徑大—中等，發(fā)育少量雜基微孔，孔隙發(fā)育程度為中等—好；Ⅱ下、Ⅲ氣組平均孔徑中等，以原生粒間孔為主，孔隙發(fā)育程度為好—中等。

儲層具有中高孔、中低滲的特點，孔隙度分布范圍為15%～34%，中值24%，滲透率分布范圍為0.3～640 mD，中值為27 mD。Ⅰ氣組儲層孔隙度分布范圍為20%～30%，中值為24%，滲透率分布范圍為0.2～160 mD，中值為10 mD；Ⅱ上氣組儲層孔隙度分布范圍為22%～32%，中值為26%，滲透率分布范圍為0.2～640 mD，中值為59 mD；Ⅱ下氣組儲層孔隙度分布范圍為12%～32%，中值為24%，滲透率分布范圍為0.1～160 mD，中值為26 mD；Ⅲ上氣組儲層孔隙度分布范圍為14%～30%，中值為22%，滲透率分布范圍為0.3～160 mD，中值為13 mD。

臨濱砂壩水動力條件最強，巖性較粗，出現(xiàn)粉、細砂巖，砂體的孔隙度和滲透率值高，物性最好；臨濱灘砂、濱外砂壩與臨濱砂壩相比，巖性相對較細，主要為粉砂巖，砂體孔隙度和滲透率值變低，物性相對較好；濱外淺灘，水動力條件最弱，儲層泥質(zhì)含量增多，孔隙度滲透率變差，物性不好。

在淺層也存在一些低電阻率氣層。這些地層，泥質(zhì)含量較高，且菱鐵礦交代作用較強，泥質(zhì)以條帶狀和分散狀出現(xiàn)，顆粒細，比表面大，束縛水含量高。電阻率很低，有的僅有1.2Ω·m。但天然氣產(chǎn)能并不低。

2.4 構(gòu)造背景控制下的大型復(fù)合氣藏

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ氣組壓力系數(shù)為1.03～1.14，屬正常壓力系統(tǒng)，地溫梯度高達4.6℃／100 m。Ⅱ下、Ⅲ上氣組屬于層狀構(gòu)造氣藏，平面上Ⅱ下、Ⅲ上氣組被斷裂帶分成東、西兩個區(qū)。Ⅰ氣組屬于巖性氣藏，Ⅱ上氣組屬于巖性構(gòu)造氣藏。氣田縱向上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上氣組之間有厚泥巖封隔，西區(qū)Ⅱ上與Ⅱ下氣組之間，泥巖隔層只是局部分布，具有統(tǒng)一的氣水界面。不同區(qū)塊不同層都是獨立氣藏，所以是一個由泥底辟背斜和斷層控制為主的構(gòu)造氣田（圖5）。

Ⅰ氣組含氣邊界受非滲透砂巖控制，砂體分布范圍小，氣層物性差，測試時生產(chǎn)壓差大（4.789～10.113 MPa），反映出邊底水天然能量很弱，為定容氣藏。而Ⅱ、Ⅲ氣組，雖有邊水，因儲層的物性受水下高地影響，構(gòu)造翼部儲層物性差，Ⅱ氣組水層的產(chǎn)水指數(shù)僅為13.26 m3／d，為弱彈性水驅(qū)。

圖5 東方1－1氣田橫剖面圖

2.5 具明顯的含氣地震信息異常

東方1－1鶯二段氣層在地震剖面上具明顯的低頻強振幅特征，原因是高沉積速率的砂泥巖，壓實和成巖作用弱，兩者間密度速度差別很小，砂巖含氣后，速度和密度都大大降低，產(chǎn)生強波阻抗差，形成亮點和AVO異常；高頻吸收明顯，并在氣層較厚、產(chǎn)狀較陡時具平點特征（圖6），這種現(xiàn)象在鶯歌海盆地非常普遍，是識別淺層氣層的重要手段之一。

圖6 東方1－1氣田連井道積分剖面圖

3 東方1－1氣田的啟示

“供大于散”的動態(tài)平衡機制是淺層天然氣成藏的主要條件。

鶯歌海盆地泥底辟構(gòu)造上方大量的海底氣苗和麻坑及海南島沿岸活躍的氣苗說明天然氣的擴散非常明顯，而淺層氣藏仍然存在，且充滿程度較高，若沒有氣源補充，氣藏很快就會衰竭。深部烴源現(xiàn)今仍源源不斷地生、排氣，淺層豐富的生物氣就近儲存，使淺層氣層處在聚散動平衡中。這種“供大于散”的動態(tài)平衡機制是淺層天然氣成藏的主要條件［9］。

“平衡—破壞—再平衡”多次成藏，形成縱向多個氣藏疊置。

鶯歌海盆地中新世以來，經(jīng)歷了多次泥拱活動，每一次活動都是一次成藏過程。深部天然氣源源不斷地補充老氣藏，隨著老氣藏的被改造，在其上方便有新氣藏形成，可以說新氣藏是老氣藏的次生氣藏。泥拱活動為天然氣運移提供了良好的縱向運移通道，所以這些新老氣藏在縱向上相互疊置。

本區(qū)存在兩種封閉，即通常的毛細管壓力封閉和濃度封閉。膠結(jié)疏松的泥巖層，因粒度細，比表面大，束縛水飽和度高，占據(jù)了絕大部分孔隙空間，使喉道變細，大大增強了未成巖的黏土層的封蓋能力。隨著深度的增加，壓實作用增強，毛細管壓力封閉的能力也相應(yīng)增強。即使淺層蓋層質(zhì)量不好，油氣不斷逸散，但烴源巖至今仍在不斷地生排氣，深部天然氣源源不斷地供給，使得淺層氣藏得以存在。

在鶯歌海盆地存在多個與東方1－1構(gòu)造類似的底辟構(gòu)造，產(chǎn)生了一些與底辟有關(guān)的長軸背斜或穹窿，構(gòu)造的規(guī)模在100～200 km2之間［10］，底辟活動派生的斷層和垂向裂隙為深部氣源向淺部運移提供了通道，上新世和更新世泥質(zhì)粉砂巖在淺層也能成為優(yōu)質(zhì)儲層。尤其是淺層高分辨率地震剖面上含量氣地震信息，為淺層氣勘探研究提供了新的依據(jù)，連續(xù)發(fā)現(xiàn)了樂東15－1、樂東22－1等4個氣田和7個含氣構(gòu)造。

除了淺層存在與底辟有關(guān)的背斜外，在中深層仍存在與底辟有關(guān)的背斜構(gòu)造。因底辟活動的多期性和繼承性，深部構(gòu)造具有同現(xiàn)今淺部構(gòu)造類似的構(gòu)造特征。只要深部存在天然氣成藏條件，也能發(fā)現(xiàn)天然氣田。正是由淺入深，發(fā)現(xiàn)了東方13－1、13－2天然氣田。

4 結(jié)束語

深部熱流體促進了有機質(zhì)熱演化，底辟運動為產(chǎn)生背斜構(gòu)造創(chuàng)造了條件，與底辟相伴生的斷層與垂向裂隙為深部氣源向淺部運移提供了快速通道，多期且具繼承性的底辟活動造成天然氣成藏期晚，近斷層處熱流體活動較強烈，臨濱亞相粉細砂巖是良好儲層，明顯的含氣地震信息異常，促進了與底辟運動有關(guān)的其他氣藏的發(fā)現(xiàn)。

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Pooling conditions of gas reservoirs in the Dongfang 1－1 Gas Field，Yinggehai Basin

Tong Chuanxin1，2，Wang Zhenfeng2，Li Xushen2
（1.China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430000，China；2.CNOOC Zhanjiang Branch Company，Zhanjiang，Guangdong 524057，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 8，pp.11－15，8／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

There is similarity in relevant genesis among those diapiric structures in the Yingehai Basin.Through the analysis of the diagenesis of reservoirs and the hydrochemical property of formation water，it is discovered that the gas pooling conditions in the Dongfang 1－1 Gas Field are closely related to the diapiric and thermal fluid activities.The diapiric activities provided good condition for the formation of anticline structures；while deep thermal fluids stimulated the thermal evolution of organic matters.The concomitant faults and vertical fissures along with the diapiric structure provided a green channel for the deep source gas to migrate to the shallow formations.Multi－periodic and successive diapiric activities resulted in the gas pooling at later periods and fierce activities of thermal fluids near the faults.Finally，the accumulated gas was well preserved in the fine siltstones of the shorefacies，from which the obvious seismic anomaly information was obtained.This study provides reference for more discoveries of gas reservoirs associated with diapiric structures in this basin.

Yinggehai Basin，Dongfang 1－1 Gas Field，natural gas pooling，diapiric structure，thermal fluids

童傳新等.鶯歌海盆地東方1－1氣田成藏條件及其啟示.天然氣工業(yè)，2012，32（8）：11－15.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.08.003

童傳新，1968年生，高級工程師，博士研究生；目前從事油氣勘探和科技管理工作。地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區(qū)22號信箱。電話：（0759）3900543，13702728139。E－mail：tongchx＠cnooc.com.cn

2012－06－20 編輯 趙 勤）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.08.003

Tong Chuanxin，senior engineer，born in 1968，is studying for a Ph.D degree and is currently engaged in technical management of exploration.

Add：Mail Box 22，Potou District，Zhanjiang，Guangdong 524057，P.R.China

E－mail：tongchx＠cnooc.com.cn