南海神狐水合物鉆探區(qū)不同形態(tài)流體地震反射特征與水合物產(chǎn)出的關(guān)系

楊 睿，閻 貧，吳能友，喬少華，4，蘇 明，梁金強(qiáng)，郭 攀，霍元媛

（1.中國科學(xué)院 南海海洋研究所 邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301；2.中國科學(xué)院 廣州能源研究所，廣東 廣州 510640；3.中國科學(xué)院 天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075；6.陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西 西安 510075；7.中石化華北分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450000）

0 引言

大量位于大陸邊緣的流體滲漏現(xiàn)象已經(jīng)成為許多科學(xué)家的研究熱點(diǎn)［1－5］。一方面流體滲漏可以將海洋沉積物中的氣體（如甲烷等）釋放到海水和大氣之中，從而對全球性氣候變化產(chǎn)生影響［6－7］；另一方面，流體的滲漏是地下流體活動的直接指示標(biāo)志，可能暗示了油氣、天然氣水合物等資源的存在。近年來，天然氣水合物的勘探實(shí)踐表明，水合物的賦存往往與流體滲漏、含氣流體運(yùn)移等具有密切的關(guān)聯(lián)，特別是與流體底辟和斷裂系統(tǒng)相關(guān)的流體運(yùn)移，為水合物的形成提供了優(yōu)良的氣源保障［8－9］。

截止目前，全球已報道的似海底反射BSRs（bottom simulating reflectors，）中，約35%與底辟構(gòu)造相伴生［10－12］。另外，研究發(fā)現(xiàn)，“氣煙囪”可以引導(dǎo)含氣流體以垂向和橫向運(yùn)移方式進(jìn)入到水合物穩(wěn)定帶中，并形成水合物藏［13－15］。因此，含氣流體的分布及對甲烷的輸送能力往往與水合物的產(chǎn)出具有一定的關(guān)聯(lián)。對南海北部陸坡區(qū)域的地質(zhì)和地球物理研究結(jié)果表明，在瓊東南盆地、神狐海域、東沙海域和臺西南盆地等水合物遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)存在大量含氣流體運(yùn)移的證據(jù)［16－21］。

這些含氣流體在地震剖面上的異常特征表現(xiàn)為模糊反射帶，而且絕大多數(shù)未出露海底。目前，國內(nèi)學(xué)者對這些模糊反射帶的解釋主要持兩種觀點(diǎn)，一是解釋 為 底 辟 構(gòu) 造 （流 體 底 辟 ）［10，11，16－17］，一 是 解 釋 為“氣煙囪”［8，12］。底辟構(gòu)造指密度較小的高塑性、低粘度的巖石（如巖鹽、石膏或泥巖等）向上流動，拱起甚至刺穿上覆巖層所形成的穹隆或蘑菇狀構(gòu)造［22］?！皻鉄焽琛笔侵干顚託怏w所處超高壓狀態(tài)被破壞之后，縱向流動穿過上覆地層，出露海底或地面，造成地震反射異常，形似煙囪，在實(shí)際氣體運(yùn)移過程中且具煙囪效應(yīng)，故名“氣煙囪”［6］。對比這些地震反射特征與底辟和“氣煙囪”的概念不難發(fā)現(xiàn)，神狐海域鉆探區(qū)內(nèi)的模糊反射帶雖然一定程度上滿足底辟構(gòu)造的特點(diǎn)，但規(guī)模較小，且地層連續(xù)性較好，而且，限于鉆探深度的限制，并沒有獲得流體運(yùn)移的直接證據(jù)；同時，雖然符合“氣煙囪”的形態(tài)特征，但又不同于典型的“氣煙囪”，均未出露海底。因此，本文仍稱之為模糊反射帶，其實(shí)質(zhì)，初步認(rèn)為是地層中的大量流體及其運(yùn)移產(chǎn)生的畸形地震反射特征。

2007年，通過地質(zhì)－地球化學(xué)－地球物理綜合識別標(biāo)志的識別，在神狐海域圈定了水合物的靶區(qū)，并獲取了我國首個海洋天然氣水合物的實(shí)物樣品，其中在3個站位成功取得含水合物的沉積物樣品，含水合物層厚度為10～25m，最高水合物飽和度為25%～48%，氣體中甲烷含量在99%以上，證實(shí)了南海北部具有良好的水合物資源前景［23－24］。在鉆前預(yù)測階段，BSRs分布與模糊反射帶的分布具有良好的空間匹配關(guān)系（圖1），這也是站位選擇的依據(jù)之一。因此，對神狐水合物鉆探區(qū)內(nèi)的模糊反射帶開展分類研究，將有助于揭示南海北部水合物藏的氣體運(yùn)移規(guī)律，分析水合物不均勻分布特征的內(nèi)在控制因素，并最終為水合物成藏機(jī)制研究提供理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋－澳大利亞板塊的交匯區(qū)域［25－26］。由于板塊之間的相互作用，使南海成為一個構(gòu)造作用、沉積作用極為復(fù)雜的邊緣海盆地，具有獨(dú)特的區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)特征［26－28］。南海北部的勘探工作揭示，陸坡區(qū)具有良好的油氣資源勘探前景，特別是2006年荔灣3－1氣田的發(fā)現(xiàn)和2007年神狐海域水合物樣品的獲取，證明了南海北部珠江口盆地白云凹陷含有豐富的天然氣資源。白云凹陷位于珠江口盆地南部坳陷帶內(nèi)，總體呈ENE—WSW走向。白云凹陷經(jīng)歷了斷陷、斷坳和坳陷3個演化階段［12］，相應(yīng)的，從地震剖面上也可以區(qū)分3套對應(yīng)的構(gòu)造層序。斷陷期始于漸新統(tǒng)（E3，約26Ma BP）下部地層，對應(yīng)形成了以文昌、恩平組為主的巨厚湖盆沉積，具有明顯的砂、泥巖層交替出現(xiàn)的特征；斷坳期則相對較短，見于漸新統(tǒng)上部與中新統(tǒng)（E3至N1，大約從26Ma BP持續(xù)到16Ma BP）下部地層，形成了以珠海組和珠江組為主的淺海相及半深海相沉積，仍表現(xiàn)為砂泥巖互層的特征，厚度較小；坳陷期的范圍較寬，邊界不易識別，包括中新統(tǒng)（N1）中、上部地層以及上新統(tǒng)（N2）和第四系（Q）地層，其中韓江組下段發(fā)育有較厚的砂體層，其上的粵海組、萬山組則以泥質(zhì)沉積為主［12，29－30］。

神狐海域鉆探區(qū)位于珠江口盆地珠二坳陷白云凹陷南側(cè)，水深900～1 500m，海底地形總體呈東北高、西南低的斜坡形態(tài)，發(fā)育2條海底峽谷將目標(biāo)區(qū)分割成東、中、西三部分（圖1）。區(qū)內(nèi)存在古近系文昌－恩平組巨厚烴源巖［31］、淺海三角洲砂巖儲層和新近系陸坡大型珠江深水扇儲層，同時，東沙運(yùn)動（13.8～5.5Ma BP）形成了大量斷裂和大型底辟帶，晚中新世以來具有強(qiáng)烈的構(gòu)造沉降［15，32－33］。適宜的溫、壓條件，豐富的氣源供給，加之有利的運(yùn)移通道，使得神狐海域成為我國海域天然氣水合物資源勘探和研究的重點(diǎn)有利區(qū)域。

2 模糊反射帶的識別及分類

2.1 神狐鉆探區(qū)內(nèi)模糊反射帶的識別

圖1 神狐鉆探區(qū)位置及站位分布圖（修改自文獻(xiàn)［34］）Fig.1 Location of the Shenhu Area and drilling sites（modified from reference［34］）

神狐海域鉆探區(qū)內(nèi)模糊反射帶的識別與白云凹陷內(nèi)地震反射模糊帶的發(fā)現(xiàn)是相輔相成的。在地震剖面上，這些地震反射模糊帶主要表現(xiàn)為低頻且連續(xù)性差的特征，內(nèi)部反射較雜亂，甚至為空白反射，其具體特征包括：（1）模糊反射帶根部可追溯至深部的文昌組和恩平組的主力巨厚烴源巖層，即源于超壓層；（2）整個模糊反射帶的內(nèi)部具有網(wǎng)狀、管狀、柱狀或雜亂的反射特征，地震資料成像品質(zhì)較差，地震反射同相軸連續(xù)性中斷或較差，但并無明顯的地層攪混現(xiàn)象；（3）模糊反射帶頂部表現(xiàn)為顯著的同相軸相位轉(zhuǎn)換及頻率降低特征；（4）模糊反射帶兩側(cè)存在微弱的同相軸上拱或下拉現(xiàn)象；（5）模糊反射帶之上具有明顯的龜背上拱或弱刺穿特征，往往與斷層（或裂隙）相連，其上的海底有可能存在麻坑的現(xiàn)象（圖2）。

圖2 鉆探區(qū)內(nèi)連井剖面上的模糊反射帶Fig.2 Fuzzy zones on cross－well seismic profile in the survey area

根據(jù)上述地震反射特征，在神狐海域水合物鉆前預(yù)測階段，基于對3D地震資料的解釋和追蹤，在鉆探區(qū)內(nèi)共圈定出4個不同規(guī)模的模糊反射帶分布區(qū)：第1個分布區(qū)位于鉆探區(qū)西北部，由2個規(guī)模較大的模糊反射帶和1個較小的模糊反射帶組成，自北向東南呈帶狀展布；第2個分布區(qū)位于鉆探區(qū)東北部，有2個模糊反射帶散布；第3個分布區(qū)位于鉆探區(qū)西南部，共識別出3個模糊反射帶；第4個分布區(qū)位于鉆探區(qū)東南部，由3個模糊反射帶連片組成，自北向南再向西南呈“J”形展布。

2.2 模糊反射帶的形態(tài)及分類

依據(jù)模糊反射帶的形態(tài)特征，可將其劃分為2種類型，即花冠狀模糊反射帶和穹頂狀模糊反射帶，并具有如下的精細(xì)特征。

2.2.1 花冠狀模糊反射帶

花冠狀模糊反射帶的“根”、“莖”部為柱狀，內(nèi)部的反射連續(xù)性差，多表現(xiàn)為雜亂反射的特征，與周緣地層接觸關(guān)系比較明晰，邊界明顯。其頂部則存在明顯的橫向擴(kuò)張，表現(xiàn)為囊狀或花狀，這是識別花冠狀模糊反射帶的典型標(biāo)志。同相軸粗細(xì)變化劇烈，由下而上表現(xiàn)為模糊（空白）反射向強(qiáng)振幅反射變化的特征，可能與氣體的充注有關(guān)，頂部邊緣多呈小型龜背上拱和弱刺穿構(gòu)造（圖2）。

針對過SH2站位的地震剖面（圖3）進(jìn)行詳細(xì)分析，可以進(jìn)一步刻畫花冠狀模糊反射帶的形態(tài)特征。從圖3a中可以看出，花冠狀模糊反射帶的頂部，即雙程旅行時2.0～2.5s，CDP 1 200～1 800附近，伴生有豐富的斷層或裂隙。這類斷層或裂隙可能是在異常高壓條件下形成的，即流體壓裂，可以作為流體垂向運(yùn)移的優(yōu)良通道。模糊反射帶的側(cè)翼，可見多個斷層，剖面上呈“Y”型、樹枝狀等組合形態(tài)，產(chǎn)狀陡、斷距小，切穿地層厚度較大。這些裂隙或斷層并無明顯斷距，呈曲折、斷續(xù)狀分布，與模糊反射帶在側(cè)向及頂部溝通，很好地拓展了含氣流體的運(yùn)移范圍，為氣體的側(cè)向運(yùn)移與儲集提供了通道和空間，模糊反射帶頂部與BSR之間存在一段明顯的空間間隔?？赡艿暮５茁榭诱f明了含氣流體運(yùn)移通道的存在及較強(qiáng)的運(yùn)移能力（圖3a）。對地震資料進(jìn)行瞬時屬性提取，得到圖3b所示的瞬時頻率剖面，可以清晰地看到，在雙程旅行時2.1s以下，CDP 1 200～1 700之間，有1個明顯的低頻區(qū)，與周緣地層形成強(qiáng)烈反差。該低頻區(qū)的存在，是由于氣體充注于沉積物孔隙空間，對高頻地震波產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收作用而形成的低頻帶。瞬時屬性方法一方面證實(shí)了含氣流體的客觀存在，另一方面也能更好地勾勒流體運(yùn)移通道的形態(tài)結(jié)構(gòu)及影響范圍。

圖3 研究區(qū)內(nèi)的典型花冠狀模糊反射帶Fig.3 Corolliform fuzzy zone on seismic profile of the survey area

值得注意的是，花冠狀模糊反射帶在研究區(qū)的分布范圍有限（圖1），但卻與水合物的分布呈現(xiàn)出密切的關(guān)聯(lián)。鉆遇水合物的3個站位（SH2、SH3和SH7）均位于花冠狀模糊反射帶附近，相反，在過未鉆遇水合物站位的地震剖面上，則沒有識別到花冠狀模糊反射帶（圖2）。

2.2.2 穹頂狀模糊反射帶

穹頂狀模糊反射帶在鉆探區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，超過了識別到的模糊反射帶總量的三分之二。穹頂狀模糊反射帶具有近似直立的通道形態(tài)，根部源于文昌－恩平組烴源巖層，向上延伸，主體位于晚中新世以來的地層當(dāng)中。根部和莖部具有地震資料品質(zhì)較差的特征，常為雜亂反射。頂部為光滑穹頂狀，并未延伸至海底，而是在BSRs附近終止。頂部的反射特征為模糊（空白）反射－強(qiáng)振幅反射，地震同相軸出現(xiàn)“增粗”現(xiàn)象，這可能與模糊反射帶頂部聚集有一定量的游離氣有關(guān)。頂部的形態(tài)特征為：穹頂狀、無橫向擴(kuò)張且逐漸收斂（圖2和圖4a）。

從過SH5站位的地震剖面中可以發(fā)現(xiàn)，與花冠狀模糊反射帶相類似，穹頂狀模糊反射帶其兩翼及頂部也伴生有疑似斷層或裂隙，主要集中于雙程旅行時1.6～2.5s，CDP 1 000～1 900附近。部分裂隙溝通了模糊反射帶頂和海底，形成了疑似海底麻坑的地震響應(yīng)（圖4a）。這在圖4b的瞬時頻率剖面上尤為清晰。如前所述，由于氣體在沉積物孔隙空間中的充注，對地震波高頻有很好的吸收作用，利用這種吸收作用，可以幫助解釋人員識別氣體的運(yùn)移通道。圖4b中可見，在雙程旅行時2.1s以下，CDP 900～1 100之間，存在1個明顯的低頻區(qū)，低頻區(qū)頂部，也就是雙程旅行時2.1s以上至海底，CDP 1 100左右的位置，有1個邊界較清晰的氣體通道直通海底。這是該處海底存在麻坑的典型地球物理證據(jù)之一。徐華寧等［35］利用地球物理方法對海水反射波進(jìn)行處理發(fā)現(xiàn)，神狐鉆探區(qū)內(nèi)海水剖面上存在羽狀流等特殊反射特征，進(jìn)一步證實(shí)了麻坑存在的可能性。根據(jù)海底側(cè)向聲納掃描和地球化學(xué)探測技術(shù)等手段的檢測表明，南海北部海域普遍存在海底麻坑，伴隨的氣苗顯示，流體至今尚在活動。與花冠狀模糊反射帶不同的是，這些斷層或裂隙在數(shù)量上較花冠狀模糊反射帶則少很多，且主要分布于頂部。模糊反射帶側(cè)翼的斷層或裂隙不與模糊反射帶直接相連，僅是分布于模糊反射帶附近；頂部存在疑似溝通的裂隙或通道，一端與模糊反射帶相連，一端與海底溝通，形成了疑似“氣煙囪”的地震反射。另外1個顯著的差別就是這類模糊反射帶的頂部與BSR相交，甚至突破了BSR（圖4a）。

圖4 研究區(qū)內(nèi)的典型穹頂狀模糊反射帶Fig.4 Dome－form fuzzy zone on seismic profile of the survey area

3 含氣流體運(yùn)移及其與水合物賦存的關(guān)系

南海北部神狐海域的模糊反射帶主要發(fā)育于陸架陸坡底部，垂向上的范圍最大可達(dá)8km，且多呈連片分布的特征。前已述及，這些模糊反射帶的成因是流體及流體運(yùn)移所形成的畸形地震反射特征。研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造背景顯示，區(qū)內(nèi)具備含氣流體發(fā)育的諸多客觀條件：（1）研究區(qū)發(fā)育有巨厚的烴源層，始新世－漸新世的文昌組－恩平組泥巖沉積［36］，為流體超壓提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時，也是研究區(qū)的主力烴源巖，為含氣流體的發(fā)源層；（2）晚中新世以來，鉆探區(qū)經(jīng)歷了以細(xì)粒沉積物為主的快速沉降和充填階段；（3）由于長期 的 地 質(zhì) 構(gòu) 造 活 動［37－38］，荔 灣 3－1－1 氣 田 （圖 1，LW 3－1）所在區(qū)域成為該地區(qū)地下流體和超壓的主要釋放區(qū)，鉆探區(qū)與氣田西鄰，仍處于泄壓區(qū)內(nèi)，大面積模糊反射帶的存在具有一定的必然性。

花冠狀模糊反射帶周圍分布有豐富的斷層或裂隙與之相通，影響范圍大；其頂部散開，具有顯著的氣囊狀地震反射特征，為水合物形成提供了充分的氣源保障；模糊反射帶頂與BSRs在空間上保持一段間隔，但通過頂部的微裂隙相通，為水合物提供充足甲烷的同時不對水合物穩(wěn)定帶內(nèi)的優(yōu)質(zhì)儲層形成干擾；與高飽和度水合物具有良好的正相關(guān)性。

穹頂狀模糊反射帶影響范圍有限，收斂于穹頂邊界；側(cè)翼附近伴生少量斷層或裂隙，但不相溝通；其頂部具有氣體充注的地震反射特征，但僅限于穹頂內(nèi)部；模糊反射帶頂部與BSR重疊或形成突破，是否對水合物儲層形成影響，尚需進(jìn)一步研究。鉆探結(jié)果顯示，這些模糊反射帶頂部大多數(shù)情況下不存在水合物或僅存在低飽和度的水合物。

4 結(jié)論

綜上所述，模糊反射帶在神狐鉆探區(qū)內(nèi)廣泛分布，并且與高飽和度水合物藏具有很好（良好）的對應(yīng)關(guān)系，對水合物成藏研究及勘探具有重要的指導(dǎo)意義。首先，模糊反射帶、斷層以及海底麻坑的組合，形成了大幅度的垂向輸導(dǎo)系統(tǒng)，為深部烴源巖產(chǎn)生的大量甲烷氣向上輸送和儲集提供了良好的運(yùn)移通道，并為水合物在海底淺層聚集成藏提供有利條件；其次，模糊反射帶側(cè)翼和頂部與斷層或裂隙溝通，有效擴(kuò)大了氣體運(yùn)移的范圍及影響力，為水合物成藏提供了更為廣泛的氣源保障，甚至拓展了水合物的成藏空間；第三，不同形態(tài)特征的模糊反射帶與水合物賦存的對應(yīng)關(guān)系揭示出鉆探區(qū)內(nèi)水合物賦存與氣體運(yùn)移及氣運(yùn)通道形態(tài)具有較強(qiáng)相關(guān)性。根據(jù)模糊反射帶頂部和兩側(cè)的地震反射特征（豐富的氣藏）可初步判斷，神狐海域具備良好的水合物勘探遠(yuǎn)景。

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