鶯歌海盆地?？贏區(qū)儲(chǔ)層特征與天然氣低豐度影響因素

張新順，黃志龍，朱建成，吳紅燭

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.中海石油（中國(guó)）有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057； 4.浙江省地球物理地球化學(xué)勘查院，浙江 杭州 310005）

0 引言

鶯歌海盆地海口A區(qū)位于盆地中央凹陷北部，靠近鶯東斜坡北部地帶，處于鶯東斜坡和臨高區(qū)之間，屬于油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)區(qū).目前已鉆探井2口，三亞組目的層均有氣測(cè)顯示異常，出氣量少，為低豐度氣藏.鶯歌海盆地是在新生代板塊之間張扭構(gòu)造背景下形成的走滑-拉分盆地，在中央凹陷黃流組發(fā)育重力流優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，在高溫高壓條件下發(fā)育的斷裂裂隙系統(tǒng)為良好油氣運(yùn)移通道，形成大型巖性或背斜圈閉氣藏［1］；張伙蘭等認(rèn)為鶯歌海盆地中央凹陷帶黃流組受超壓影響保留較好的物性［2］；趙寶峰等認(rèn)為盆地中深層在高溫超壓條件下發(fā)育水力破裂縫，結(jié)合砂體形成良好的側(cè)向運(yùn)移通道［3］；梁宏偉、Luo Xiaorong、何家雄等認(rèn)為鶯東斜坡帶和臨高區(qū)具有超壓，砂體發(fā)育，成巖作用相對(duì)較弱［4-5］，并存在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層和隱蔽圈閉發(fā)育地區(qū)［6］；童傳新、高煜婷等認(rèn)為鶯東斜坡局部發(fā)育高孔滲帶［7-8］.?？贏區(qū)為鶯歌海盆地勘探有利區(qū)，但僅獲得低產(chǎn)氣流，由于鉆井等資料較少，缺少對(duì)其天然氣低豐度成因方面研究文獻(xiàn)［8］.筆者根據(jù)鶯歌海盆地2口取心探井資料，采用掃描電鏡、薄片觀察和儲(chǔ)層孔隙度恢復(fù)等方法，研究海口A區(qū)儲(chǔ)層特征及其成巖演化特征；結(jié)合地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析天然氣來(lái)源和成藏期，根據(jù)其他成藏條件，分析成藏期儲(chǔ)層致密化是?？贏區(qū)天然氣低豐度的主要原因.因此，儲(chǔ)層條件為研究區(qū)成藏主控因素，明確天然氣勘探主要方向.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鶯歌海盆地位于中國(guó)南海北部大陸架西部地區(qū)，在海南島以西與越南之間，形態(tài)上呈NNW走向的長(zhǎng)菱形.盆地主要?jiǎng)澐譃辁L西斜坡、河內(nèi)凹陷、臨高凸起、中央凹陷和鶯東斜坡5個(gè)構(gòu)造單元，斜坡帶位于盆地東西邊緣，西北部的河內(nèi)凹陷和東南部的中央凹陷被臨高凸起分隔（見(jiàn)圖1），為在印支地塊與華南地塊縫合線（紅河斷裂）上發(fā)展起來(lái)的新生代轉(zhuǎn)換—伸展型含油氣沉積盆地［7］；兩側(cè)發(fā)育北西向基底大斷裂，其中東北部（靠海南島一側(cè)）為一號(hào)斷裂帶.盆地內(nèi)部充填巨厚的新生代地層，從上到下劃分為第四紀(jì)樂(lè)東組，上新統(tǒng)鶯歌海組（T20—T30），中新統(tǒng)黃流組（T30—T40）、梅山組（T40—T50）、三亞組（T50—T60），以及漸新統(tǒng)陵水組（T60—T70）、崖城組（T70），其中崖城組和梅山—三亞組泥巖為盆地主要供烴源巖［8］（見(jiàn)圖2（a））.研究區(qū)?？贏區(qū)位于鶯歌海盆地中央坳陷帶北部，緊鄰臨高凸起，東面與鶯東斜坡帶有一號(hào)斷裂帶相隔（見(jiàn)圖1）；主要目的儲(chǔ)層為三亞組濱淺海砂巖，上覆梅山—鶯歌海組蓋層，為較好的背斜圈閉（見(jiàn)圖2（b））.

2 儲(chǔ)層及成巖演化特征

2.1 礦物組成及孔滲特征

鶯歌海盆地海口A區(qū)三亞組儲(chǔ)層沉積物源來(lái)自越南紅河和海南島兩個(gè)方向，以海南島方向物源為主［9］，巖性以濱淺海粉砂巖和細(xì)砂巖為主.儲(chǔ)層礦物顆粒以石英為主（見(jiàn)圖3），次要礦物長(zhǎng)石和海綠石等質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高；顆粒分選差，磨圓中等偏差；儲(chǔ)層孔隙以鑄?？住⒘ｉg溶孔和粒內(nèi)溶孔等次生孔隙為主，原生孔隙面孔率非常低（見(jiàn)圖4）.儲(chǔ)層孔隙度為10%～15%，滲透率為（0.01～1.00）×10-3μm2，為典型的中孔低滲儲(chǔ)層特征，屬較差儲(chǔ)層［10-11］.恒速壓汞實(shí)驗(yàn)表明，儲(chǔ)層平均喉道半徑為1.1μm，平均孔喉比為173，平均排替壓力為0.54MPa.儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，A2井3 620m處2塊巖心薄片樣品分析結(jié)果顯示，孔隙度都為13.5%，滲透率分別為0.4×10-3和1.21×10-3μm2（見(jiàn)圖4（e）和（f））.

2.2 儲(chǔ)集空間特征

海口A區(qū)三亞組儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深在3 500m以下，經(jīng)歷成巖作用較強(qiáng).云母壓彎、縫合線、長(zhǎng)石溶蝕殘余和碳酸鹽溶蝕殘余等現(xiàn)象在掃描電鏡下有明顯表現(xiàn).鄰近鶯東斜坡帶上?？贐區(qū)三亞組儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深為1 800m，孔隙度為15%～19%，滲透率為（40～400）×10-3μm2.因?yàn)楹？贐區(qū)位于A區(qū)東側(cè)，更靠近海南島，同樣以海南島方向物源為主［9］，因而兩區(qū)三亞組儲(chǔ)層具有可對(duì)比性.?？贏區(qū)相對(duì)于B區(qū)遠(yuǎn)離沉積物源，顆粒較小，埋深大，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，受過(guò)溶蝕作用影響，儲(chǔ)層中各類(lèi)長(zhǎng)石、碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（見(jiàn)圖3、圖4（a）、圖4（b））.總體上，?？贏區(qū)三亞組儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深深，成巖作用影響強(qiáng)烈，導(dǎo)致儲(chǔ)層中顆粒易溶礦物大部分已被溶蝕，進(jìn)而導(dǎo)致掃描電鏡下海口A區(qū)儲(chǔ)層樣品發(fā)育大量鑄?？住⒘ｉg溶孔和粒內(nèi)溶孔等次生孔隙，在孔隙度上也不比?？贐區(qū)儲(chǔ)層的小太多，而壓實(shí)作用導(dǎo)致A區(qū)儲(chǔ)層的顆粒排列緊密，滲透率遠(yuǎn)不及B區(qū)儲(chǔ)層的.

2.3 黏土礦物發(fā)育

?？贏區(qū)三亞組儲(chǔ)層中，大量鈉長(zhǎng)石小晶體和毛發(fā)、絲縷狀伊利石包裹石英顆粒邊緣（見(jiàn)圖4（gi）），減小或堵塞喉道，導(dǎo)致該區(qū)孔喉比偏大，孔隙連通性差，水敏和速敏性強(qiáng).通過(guò)儲(chǔ)層Tmax（有機(jī)質(zhì)成熟度）、巖石固結(jié)程度、孢粉顏色、伊蒙混層比和自生礦物發(fā)育等資料，確定?？贏區(qū)三亞組儲(chǔ)層目前為中成巖B期［12］，儲(chǔ)層中伊／蒙混層（I／S）、蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨埋藏深度增加而減少，綠泥石、高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨埋藏深度增加而增大；至2 800m以下，綠泥石、高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨埋藏深度增加而大幅減少，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)急劇上升（見(jiàn)圖5）.原因是隨著埋藏深度和溫度的增加，地層中鉀長(zhǎng)石等溶解形成富含K＋的環(huán)境，為伊利石的形成提供物質(zhì)保障.另外，受地層深部熱流上涌作用影響，中央凹陷帶和附近臨高凸起區(qū)存在黏土礦物演化的異常段［12］；?？趨^(qū)受到深部熱流的影響較小，黏土礦物表現(xiàn)為規(guī)律演化特征.

3 儲(chǔ)層孔隙度演化

為研究成藏期時(shí)?？贏區(qū)儲(chǔ)層特征，對(duì)該孔隙度進(jìn)行恢復(fù)，原始孔隙度計(jì)算公式［14-15］為

式中：φ0為原始孔隙度；S0為T(mén)ask分選因數(shù)和Q3分別為粒度累積曲線中25%和75%處的粒徑值，通過(guò)薄片鏡下粒度分析的方法確定S0.利用式（1）計(jì)算?？贏區(qū)儲(chǔ)層原始孔隙度平均為29.1%.

鶯歌海盆地是新生代盆地，自形成以來(lái)經(jīng)歷的大規(guī)模構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較少，主要以熱沉降為主.研究區(qū)位于盆地中央凹陷靠近鶯東斜坡帶地區(qū)，三亞組儲(chǔ)層自沉積以來(lái)未曾出露地表，也未受風(fēng)化剝蝕等表生成巖作用.影響研究區(qū)三亞組儲(chǔ)層孔隙度演化的因素主要為上覆巖層壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和碳酸鹽、長(zhǎng)石等礦物的溶解作用.

對(duì)每塊巖心樣品隨機(jī)取3～6張鏡下鑄體巖石薄片圖像，應(yīng)用圖像分析軟件對(duì)圖像中不同類(lèi)型孔隙進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)識(shí)（見(jiàn)圖4（e-f）），分別計(jì)算各類(lèi)型孔隙所占面孔率，假設(shè)它近似于巖石孔隙度［16］，定量表征成巖作用對(duì)孔隙發(fā)育的影響.

?？贏區(qū)三亞組不同時(shí)刻孔隙度表示為

式中：φ為孔隙度；a為孔隙度隨深度變化擬合因數(shù)，a＝2.76×10-4；φy、φj、φr分別為壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用孔隙度；t0y、t0j、t0r分別為儲(chǔ)層經(jīng)歷的壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用時(shí)間；ty、tj、tr分別為某時(shí)刻已經(jīng)歷的壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用時(shí)間.根據(jù)儲(chǔ)層薄片鑒定結(jié)果和儲(chǔ)層埋藏史選取參數(shù)，通過(guò)模擬計(jì)算得到?？趨^(qū)三亞組儲(chǔ)層孔隙度演化圖（見(jiàn)圖6）.

由圖6可見(jiàn)，在黃流組二段沉積（8.2Ma）以前，即三亞組儲(chǔ)層從開(kāi)始沉積到埋深為1 800m時(shí)，主要受強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用影響，以減孔作用為主；由于儲(chǔ)層顆粒以粉細(xì)砂巖為主，孔隙度逐漸降低至10%～11%.從黃流組二段到鶯歌海二段沉積期（8.2～3.6Ma），儲(chǔ)層繼續(xù)受壓實(shí)作用和膠結(jié)作用影響，同時(shí)碳酸鹽和長(zhǎng)石等易溶礦物開(kāi)始溶解，在減孔作用和增孔作用共同作用下，孔隙度緩慢降至8%～9%；由于鉀長(zhǎng)石溶蝕，孔隙水中K＋富集，為毛發(fā)狀伊利石的形成提供良好環(huán)境，進(jìn)一步影響儲(chǔ)層的孔滲，形成相對(duì)致密的儲(chǔ)層.從鶯歌海二段沉積至第四紀(jì)沉積期（3.6～1.6Ma），隨著儲(chǔ)層埋深加大、溫度增高，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用影響減弱；有機(jī)質(zhì)的熱演化產(chǎn)生的有機(jī)酸進(jìn)入儲(chǔ)層，加速易溶礦物溶解，儲(chǔ)層以受增孔作用影響為主.第四紀(jì)以來(lái)，由于碳酸鹽、鉀長(zhǎng)石等易溶礦物已基本被溶蝕（見(jiàn)圖3、圖4），溶蝕孔隙增加減緩，總孔隙度趨于不變.

4 天然氣來(lái)源與成藏期

鶯歌海盆地主要包括2套烴源巖，分別為漸新統(tǒng)崖城組含煤地層烴源巖和中新統(tǒng)梅山—三亞組海相烴源巖［7，17］.崖城組主要分布在盆地中央凹陷區(qū)，埋深普遍較大，多為10km左右，主要處于過(guò)成熟階段［17-18］；梅山—三亞組埋深為3～4km，處于成熟—高成熟階段.海口A區(qū)靠近鶯東斜坡帶，其下伏烴源巖成熟度較中央凹陷的稍低.根據(jù)?？贏區(qū)現(xiàn)今烴源巖埋藏深度和地溫梯度，以及鶯歌海盆地?zé)N源巖研究結(jié)果［18-19］，認(rèn)為該區(qū)三亞組烴源巖Ro為0.90%～1.10%，崖城組烴源巖Ro＞2.50%.

研究區(qū)A2井MDT測(cè)試取樣分析結(jié)果表明，?？贏區(qū)三亞組天然氣以甲烷為主，干燥因數(shù)為0.92，N2和CO2體積分?jǐn)?shù)較低；同位素δ13C1為-38.7‰～-35.0‰，δ13C2為-22.3‰～-23.7‰，δ13CO2為-15‰～25‰，屬有機(jī)成因CO2.乙烷同位素與以梅山—三亞組烴源巖供烴為主的東方區(qū)天然氣（δ13C2平均為-25‰）和樂(lè)東區(qū)天然氣（δ13C2平均為-23.5‰）相近［20］，與以崖城組烴源巖供烴為主的臨高區(qū)天然氣（δ13C2平均為-27‰）和瓊東南盆地崖城區(qū)天然氣（δ13C2平均為-26.5‰）相差較大.另外，煤型氣δ13C1與Ro關(guān)系［21］顯示，三亞組天然氣折算的Ro為0.95%～1.05%，與三亞組烴源巖成熟度大致相當(dāng)，并且A1井錄井資料顯示，在3 590～3 610m段巖屑油跡明顯，說(shuō)明該段烴源巖已進(jìn)入生油氣階段，因而推斷該區(qū)三亞組天然氣為本身源巖生成天然氣.

測(cè)定研究區(qū)三亞組儲(chǔ)層160個(gè)樣品的含烴鹽水包裹體及伴生鹽水包裹體的均一溫度，表明溫度主要分布在150～155℃之間，對(duì)應(yīng)成藏期為2.0Ma左右的鶯歌海組沉積末期（見(jiàn)圖6）.該時(shí)期三亞組烴源巖已進(jìn)入成熟階段，崖城組烴源巖處于過(guò)成熟階段，與研究區(qū)天然氣成熟度匹配，即研究區(qū)三亞組天然氣為三亞組自身源巖晚期生成天然氣.

5 油氣低豐度影響因素

鶯歌海盆地?？贏區(qū)位于中央坳陷邊緣，鄰近生烴中心并靠近斜坡帶，屬于油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)區(qū)［9，22］.崖城組和梅山組泥巖為盆地內(nèi)主要烴源巖，三亞組也有一定程度的烴源巖發(fā)育.崖城組主要分布在凹陷中心，埋深較大；梅山組緊鄰三亞組之上廣泛分布，厚度較大且連續(xù)性較好，為三亞組的良好蓋層.利用聲波時(shí)差估算梅山組泥巖流體壓力和排替壓力［23］，流體壓力因數(shù)為1.4左右，排替壓力為2.0～2.5MPa，?？贏區(qū)蓋層條件較好.研究區(qū)A1井3 608～3 625m儲(chǔ)層段水型為MgCl2型，礦化度為30.457g／L，反映儲(chǔ)層與外界水體連通差，即該區(qū)氣藏具有較好保存條件.

海口A區(qū)三亞組儲(chǔ)層下部發(fā)育許多斷距為十幾米到幾十米之間、開(kāi)啟性較差的小斷層［4］（見(jiàn)圖2（a））；這些小斷層在梅山組地層基本不發(fā)育，對(duì)蓋層不造成破壞，但具有溝通鄰近源巖的能力.該區(qū)與中央凹陷區(qū)和臨高凸起區(qū)黏土礦物演化不同在于未出現(xiàn)明顯的異常演化階段，反映深部熱流上涌現(xiàn)象不明顯，原因是該區(qū)泥底辟不發(fā)育和斷層開(kāi)啟性差［5］.研究區(qū)自沉積以來(lái)未經(jīng)歷長(zhǎng)期暴露剝蝕，采用地層回剝法研究古構(gòu)造特征［24］，結(jié)果表明?？贏區(qū)背斜圈閉形成于梅山組沉積末期；該時(shí)期崖城組烴源巖處于高成熟到過(guò)成熟階段，大量生烴期結(jié)束，在梅山組沉積之后研究區(qū)未經(jīng)歷大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，深層聚集的崖城組高熟天然氣很難再進(jìn)入儲(chǔ)層.此外，背斜圈閉形成后三亞組內(nèi)部夾雜的泥巖和鄰近梅山組底部泥巖開(kāi)始熱成熟生烴，由于天然氣難以向下部地層運(yùn)聚，形成?？贏區(qū)三亞組儲(chǔ)層以三亞組烴源巖供烴為主的情況，同時(shí)儲(chǔ)層中包裹體均一溫度較高.鶯歌海組沉積末期，?？贏區(qū)三亞組烴源巖開(kāi)始大量生烴，生烴質(zhì)量較梅山組和崖城組烴源巖的差，且儲(chǔ)層受壓實(shí)、膠結(jié)等成巖作用變得致密，難以形成大規(guī)模天然氣聚集.

綜上所述，?？贏區(qū)生儲(chǔ)蓋組合和圈閉條件良好，位于油氣運(yùn)移路徑上［4，7，22］，但天然氣成藏期時(shí)，儲(chǔ)層受成巖作用影響過(guò)早致密，阻礙天然氣充注，難以形成大規(guī)模氣藏，導(dǎo)致低天然氣豐度.由于該區(qū)除儲(chǔ)層外其他成藏要素較好，建議下一步勘探重點(diǎn)為尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層圈閉，以降低油氣勘探風(fēng)險(xiǎn).

6 結(jié)論

（1）?？贏區(qū)三亞組儲(chǔ)層為中孔、低滲儲(chǔ)層，現(xiàn)今處于中成巖B期，孔隙以次生孔隙為主.沉積物顆粒細(xì)和強(qiáng)烈的壓實(shí)作用為儲(chǔ)層致密主要原因，毛發(fā)狀、絲縷狀伊利石和鈉長(zhǎng)石小晶體是堵塞喉道、降低滲透率的主要原因.儲(chǔ)層受壓實(shí)作用影響，隨埋深加大孔隙度快速降低，至鶯歌海組沉積期，儲(chǔ)層孔隙度達(dá)到最低.

（2）海口A區(qū)三亞組天然氣與臨高區(qū)天然氣來(lái)源不同，前者以三亞組本身供烴為主，后者以崖城組供烴為主.三亞組儲(chǔ)層天然氣充注期為2Ma至今，成藏期時(shí)儲(chǔ)層已經(jīng)致密，阻礙天然氣大規(guī)模充注，造成該區(qū)天然氣低豐度.

（3）分析?？贏區(qū)生儲(chǔ)蓋等油氣成藏條件，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是油氣成藏的主控因素，尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層圈閉是該區(qū)下一步勘探重點(diǎn).

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