瓊東南盆地天然氣水合物成礦遠(yuǎn)景

龔躍華，楊勝雄，王宏斌，梁金強(qiáng)，梁 勁

廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760

0 引言

天然氣水合物是一種存在于低溫、高壓環(huán)境下的高結(jié)晶甲烷聚合物。海洋天然氣水合物一般賦存于水深300～3 500 m的深水盆地、陸架坡折帶等天然氣水合物穩(wěn)定域內(nèi)。最近的天然氣水合物調(diào)查證實(shí)，南海北部陸坡具備天然氣水合物成藏遠(yuǎn)景，且資源潛力巨大[1-7]。

瓊東南盆地位于南海北部西端的海南島東南海域，盆地西北與鶯歌海盆地相接，北與海南島隆起的斜坡相連，南為永樂(lè)隆起，東北以神狐暗沙隆起與珠江口盆地相鄰，是一呈NE向展布的新生代沉積盆地(圖1)，水深范圍為150～2 500 m，面積約4.5×104km2。其因巨大的天然氣資源潛力，常與鶯歌海盆地一起被許多地質(zhì)學(xué)家統(tǒng)稱(chēng)為鶯-瓊大氣區(qū)。陳多福等[9]通過(guò)天然氣水合物熱力學(xué)穩(wěn)定域計(jì)算預(yù)測(cè)：瓊東南盆地生物成因天然氣水合物分布于水深>600 m的海底，穩(wěn)定帶最大厚度約314 m；熱成因天然氣水合物分布于水深>450 m的海區(qū)，穩(wěn)定帶最大厚度約410 m。因此，就天然氣水合物形成的氣源條件和熱力學(xué)基礎(chǔ)條件而言，瓊東南盆地滿(mǎn)足天然氣水合物穩(wěn)定域內(nèi)條件，可推測(cè)其應(yīng)該是天然氣水合物遠(yuǎn)景區(qū)[10-11]。但是，最新的水合物調(diào)查研究[12]表明，瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)的BSR(bottom simulating reflector)特征并不典型，在BSR不甚明顯的地區(qū)，應(yīng)該怎樣評(píng)價(jià)天然氣水合物資源或提高天然氣水合物識(shí)別準(zhǔn)確度？本文從天然氣水合物形成所必須具備的氣源、運(yùn)移通道、有利沉積條件等幾個(gè)方面探討了瓊東南盆地天然氣水合物的成藏遠(yuǎn)景，彌補(bǔ)了在該區(qū)根據(jù)BSR判識(shí)評(píng)價(jià)天然氣水合物的不足，以期為該區(qū)域天然氣水合物資源綜合評(píng)價(jià)提供支持。

1 天然氣水合物成礦背景

新生代南海北部陸緣為拉張離散的大陸邊緣，晚白堊世以后，華南陸緣在拉張應(yīng)力作用下，地殼和巖石圈厚度減薄，陸緣向洋擴(kuò)展，形成一系列的NE-NEE向斷陷，這些斷陷經(jīng)歷了早始新世—漸新世的斷陷、中新世早—中期坳陷沉降、晚中新世以后的斷塊升降共3個(gè)演化階段[12]。 瓊東南盆地正是在這種演化背景下形成的被動(dòng)陸緣拉張盆地，盆地呈NE向展布，總體表現(xiàn)為南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，自北向南可分為北部坳陷帶、北部隆起、中央坳陷帶及永樂(lè)隆起等隆坳相間的4部分[8]。陳多福等[8]通過(guò)對(duì)瓊東南盆地天然氣水合物溫壓場(chǎng)關(guān)系的計(jì)算表明，瓊東南盆地天然氣水合物穩(wěn)定域主要位于中央坳陷帶以及中央坳陷帶與永樂(lè)隆起之間的隆坳接觸帶2個(gè)構(gòu)造單元內(nèi)，天然氣水合物穩(wěn)定域范圍自東北至西南跨越了寶島凹陷、松南凹陷、北礁低凸起、北礁凹陷、陵水凹陷和樂(lè)東凹陷等幾個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。

1.盆地邊界；2.坳陷邊界；3.凹陷邊界；4.水深(m)；5.島嶼；6.水合物調(diào)查區(qū)；7.剖面位置。據(jù)文獻(xiàn)[8]修編。圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic frame of Qiong Dongnan basin

瓊東南盆地油氣地質(zhì)研究[13-14]表明，盆地新生代自下而上分布有幾套烴源巖，分別為：始新統(tǒng)半深湖相泥巖；下中新統(tǒng)—漸新統(tǒng)陵水組—崖城組淺海相泥巖；中中新統(tǒng)—下中新統(tǒng)梅山組—三亞組濱海-淺深海相泥巖。據(jù)海洋石油研究[15]表明，始新統(tǒng)中深湖相泥巖為富含有機(jī)質(zhì)的優(yōu)質(zhì)烴源巖，其有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.60%～2.30%。另?yè)?jù)地震解釋及沉積相分析[16]，始新統(tǒng)烴源巖主要分布于盆地裂陷早期的半地塹，除西部崖南凹陷外，瓊東南盆地各凹陷中都有始新統(tǒng)。漸新統(tǒng)(包括崖城組和陵水組)廣泛分布于瓊東南盆地。崖城組業(yè)已證實(shí)為盆地的主力生氣層, 沉積受半地塹控制。地球化學(xué)分析[17]表明，崖城組間夾煤層及炭質(zhì)泥巖，為優(yōu)質(zhì)的烴源巖，具有很好的生氣潛力，是整個(gè)盆地鉆遇地層中有機(jī)質(zhì)豐度最高的層段；因此，中央坳陷帶古近紀(jì)烴源巖具有良好的烴源條件。新近紀(jì)時(shí)，瓊東南盆地的主要烴源巖均進(jìn)入生排烴高峰期[18]，2014年9月中海油在位于瓊東南盆地中央峽谷樂(lè)東—陵水段內(nèi)實(shí)施了陵水17-2井，通過(guò)試油獲得日產(chǎn)氣160×104m3、凝析油78 m3的重大突破，再一次證實(shí)陵水凹陷為富生烴凹陷，油氣勘探潛力巨大[19]。

對(duì)于形成水合物的氣源而言，中央坳陷帶內(nèi)的生物氣—低成熟過(guò)渡帶氣又是一個(gè)不容忽視的重要來(lái)源。生物氣及生物—低成熟過(guò)渡帶氣源巖在瓊東南盆地分布廣泛，縱向分布上從第四系至黃流組，局部地區(qū)至梅山組均有分布；淺海相和半深海相泥巖有機(jī)質(zhì)豐度和生烴潛力雖不太高，但均已具備和達(dá)到了作為生物氣源巖的有機(jī)質(zhì)豐度和生烴潛力標(biāo)準(zhǔn)[20]。

根據(jù)以上瓊東南盆地上第三系有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度等基本生烴指標(biāo)，可以認(rèn)為中新統(tǒng)、上新統(tǒng)鶯歌海組都具一定的生烴潛力，將給瓊東南盆地的天然氣水合物的成藏提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 瓊東南盆地BSR特征

從以上總結(jié)前人[8-19]對(duì)瓊東南盆地的構(gòu)造特征和沉積學(xué)特征結(jié)論可知，盆地具備良好的天然氣水合物成藏條件，在滿(mǎn)足天然氣水合物溫壓場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，構(gòu)造活動(dòng)活躍，沉積厚度大，存在優(yōu)質(zhì)烴源巖，且各類(lèi)烴源巖現(xiàn)今都已進(jìn)入了生氣高峰期，但盆地內(nèi)天然氣水合物遠(yuǎn)景究竟如何？資源前景如何？基于對(duì)天然氣水合物的評(píng)價(jià)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局近十年來(lái)對(duì)該盆地進(jìn)行了針對(duì)天然氣水合物的專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查，采集了大量的高分辨率地震資料；以下從BSR識(shí)別出發(fā)，對(duì)瓊東南盆地的天然氣水合物成藏進(jìn)行初步探討。

2.1 瓊東南盆地BSR特征

BSR即似海底反射，是指在地震剖面上近似平行于海底展布的反射界面。當(dāng)氣體供給及儲(chǔ)集層充分的條件下，水合物穩(wěn)定帶的分布僅與地層的溫度及壓力有關(guān)，BSR代表水合物成礦帶的底面，它是一個(gè)近似于平行海底的等溫面，與地層產(chǎn)狀無(wú)關(guān)，當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)狀與海底不一致時(shí)，BSR往往與地層斜交，這是識(shí)別BSR的主要特征之一[20-21]。因此，BSR是最早也是目前使用最多、最可靠、最直觀(guān)的推斷天然氣水合物是否賦存的地球物理標(biāo)志，迄今為止全球所確認(rèn)的海底天然氣水合物很大部分是通過(guò)對(duì)地震剖面上BSR的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

地震剖面上識(shí)別BSR主要有以下幾方面的依據(jù)[22]。

2.1.1 BSR的分布與產(chǎn)狀

水合物的存在需要一定的溫度(低溫)和壓力(高壓)，因此，在存在水合物的海底都有一個(gè)水合物存在的穩(wěn)定域范圍，在此范圍之外，因溫度太高或壓力太低，或不會(huì)存在水合物或使水合物產(chǎn)生分解。因此，BSR是一個(gè)近似平行于海底的反射面，當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)狀與海底地形不平行時(shí)，可見(jiàn)到BSR明顯與地層斜交的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在主動(dòng)大陸邊緣中較常見(jiàn)；而在被動(dòng)大陸邊緣中，由于構(gòu)造變形微弱，BSR與地層斜交的現(xiàn)象并不多見(jiàn)，在大多數(shù)情況下，BSR與地層平行，僅在局部能見(jiàn)到BSR與地層斜交現(xiàn)象[23]。

2.1.2 BSR的波形特征

反射波的極性實(shí)質(zhì)上是由反射界面的反射系數(shù)(R)決定的，而反射系數(shù)則與界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗差異(ρ1v1—ρ2v2)(ρ為沉積物密度(g/cm3)；v為地震波在沉積物中傳播速度(m/s)；ρv代表沉積物波阻抗值(MPa/s))有關(guān)。根據(jù)BSR的形成機(jī)理，BSR是含水合物層與下部地層(或含氣層)的分界面，上部的高速層(水合物成礦帶是相對(duì)高速體)與下部的相對(duì)低速層(如含游離氣，則速度更低)形成一個(gè)強(qiáng)波阻抗面，反射系數(shù)為負(fù)值；而海底是海水和表層沉積物的分界面，上部海水層為低速層(相對(duì)海底地層而言)，下部正常沉積地層為相對(duì)高速層，反射系數(shù)為正值。因此造成了BSR與海底反射波的極性相反的現(xiàn)象，即反極性(reversal polarity)[24]。

2.1.3 振幅與連續(xù)性

BSR表現(xiàn)為大致與海底平行的強(qiáng)反射波，橫向上可在一定范圍內(nèi)追蹤，但振幅強(qiáng)度及連續(xù)性變化較大。在BSR之上，因?yàn)榈貙雍衔?，而含水合物地層一般都是未固結(jié)的松散沉積物，水合物晶體與地層膠結(jié)使沉積層質(zhì)地均化，波阻抗差減小，一般可見(jiàn)到明顯的成片或分散的反射振幅空白或弱反射。

2.1.4 速度特征

在BSR附近層位有時(shí)可見(jiàn)明顯的速度倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其主要特征是BSR之上表現(xiàn)為速度上拉(velocity pullup)的拱形結(jié)構(gòu)，而B(niǎo)SR之下則表現(xiàn)為速度下拉(velocity pulldown)的漏斗狀結(jié)構(gòu)。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：由于塊狀水合物集合體造成地震波速度突然增大，在地震剖面上由于反射時(shí)間的縮短而引起同相軸的上翹；而速度下拉則是下伏游離氣體所致[25]。

在瓊東南海域，由于中、淺部地層產(chǎn)狀大多與海底平行，解釋識(shí)別出來(lái)的BSR基本與層序反射界面一致或夾雜在地層反射層系中，因而，給BSR的解釋和識(shí)別帶來(lái)了一定的難度。在實(shí)際解釋過(guò)程中，只有結(jié)合波形、速度以及其發(fā)育的部位等來(lái)綜合判斷。下面以在瓊東南海域天然氣水合物勘查中采集的兩條典型剖面為例說(shuō)明。

圖2為瓊東南海域北礁低凸起內(nèi)地震測(cè)線(xiàn)204部分段剖面。從圖2可見(jiàn)，箭頭所示反射界面表現(xiàn)為與海底平行，強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)性、與海底極性相反的特征。因此，該界面解釋為BSR,而且，BSR之上存在50 ms左右的空白帶異常特征。圖3 是北礁低凸起另一條地震測(cè)線(xiàn)188部分段剖面。從圖3可見(jiàn)，箭頭所示BSR反射界面與海底平行，呈強(qiáng)振幅、高連續(xù)、與海底極性相反的特征，BSR之上存在30～50 ms的振幅空白帶。通過(guò)以上兩條測(cè)線(xiàn)的分析，可以初步確定瓊東南海域有指示天然氣水合物存在的地球物理標(biāo)志——BSR。

對(duì)比追蹤研究區(qū)內(nèi)其他相鄰測(cè)線(xiàn)，對(duì)瓊東南水合物調(diào)查區(qū)地震資料進(jìn)行仔細(xì)判讀，可對(duì)瓊東南盆地發(fā)育的BSR特征總結(jié)如下：在解釋的所有BSR中，從振幅和連續(xù)性看，瓊東南海域BSR的振幅和連續(xù)性變化較大，沒(méi)有明顯的規(guī)律性，但以強(qiáng)或中強(qiáng)振幅為主。中強(qiáng)振幅反映了BSR上下地層的物性(速度和密度)有較大的差異，即波阻抗差較大，其地質(zhì)含義指示BSR上部沉積層中水合物的豐度較高或BSR下部含有較豐富的游離氣。大部分都表現(xiàn)為高或中--高連續(xù)的BSR，中—高連續(xù)的BSR反映了BSR上下地層物性在橫向上分布比較穩(wěn)定，從分析結(jié)果看，這些連續(xù)分布的BSR也同時(shí)具有中強(qiáng)振幅的特征；同時(shí)，在BSR之上幾乎都有明顯或較明顯的振幅空白帶出現(xiàn)。因此，推斷這些線(xiàn)段所處部位沉積物中水合物(或游離氣)豐度較高，橫向分布較穩(wěn)定；相反在那些BSR振幅相對(duì)較弱、連續(xù)性較低的部位，可能反映沉積物中水合物(或游離氣)豐度較低或橫向分布不穩(wěn)定等特點(diǎn)。從波形組合和極性特征看，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)極性反轉(zhuǎn)的BSR波形都表現(xiàn)為強(qiáng)振幅單峰波形，少數(shù)為成對(duì)出現(xiàn)的振幅波谷—波峰組合。

2.2 利用BSR特征識(shí)別天然氣水合物的局限性

由上可知，瓊東南海域天然氣水合物資源調(diào)查識(shí)別了大量的BSR,然而，在所有識(shí)別的BSR中，都缺少BSR識(shí)別的另一重要特征，即BSR與地層斜切特征。由前面綜述可知，瓊東南盆地自上新世以來(lái)，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱，晚新生代沉積地層特別是第四紀(jì)地層沉積巨厚，地層產(chǎn)狀大多數(shù)平行于海底，而由于天然氣水合物賦存的穩(wěn)定域限制，BSR也都有平行于海底的特征，這無(wú)疑會(huì)給BSR的準(zhǔn)確識(shí)別增加了難度；據(jù)中國(guó)海洋石油總公司在該海域的油氣調(diào)查結(jié)果[9]可知，瓊東南盆地淺表層沉積基本都是以砂巖、泥巖互層為特征，中淺層沉積存在大量與海底極性相反的地層界面(如圖2和圖3中,在BSR之上存在多個(gè)與海底平行、而地震極性與海底相反的反射界面)，與海底極性相反在瓊東南海海域只能作為識(shí)別BSR的參考性根據(jù)。因此，瓊東南海域所識(shí)別的BSR帶有一定的多解性，還可能有部分BSR識(shí)別得不夠準(zhǔn)確，也有可能有些BSR還沒(méi)有識(shí)別出來(lái)，該海域天然氣水合物資源評(píng)價(jià)還需要更多的證據(jù)。

圖2 瓊東南盆地204測(cè)線(xiàn)BSR地震反射特征Fig.2 Seismic profile with BSRs in 204 line in Qiong Dongnan basin

T1.第四系底界；T2.：上新統(tǒng)底界；T3.上中新統(tǒng)底界。圖3 瓊東南盆地188測(cè)線(xiàn)氣煙囪地震反射特征Fig.3 Seismic profile with diapire in 188 line in Qiong Dongnan basin

更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，根據(jù)國(guó)外的勘探實(shí)踐和研究經(jīng)驗(yàn)，BSR與水合物的存在也并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是說(shuō)BSR并非是水合物存在的必要條件。1989年ODP(ocean drilling progran)127航次在日本東北部北海道島濱外的俯沖帶上的769A井中發(fā)現(xiàn)水合物，但在過(guò)井的地震剖面中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的BSR[26]。ODP112航次在秘魯大陸邊緣的兩口鉆井中也采集到了塊狀水合物樣品，但在相應(yīng)的地震剖面上未見(jiàn)有BSR顯示[26]。此外，DSDP(deep sea drilling program)84航次在中美海槽的4口鉆井(490、498、565和570)中發(fā)現(xiàn)天氣水合物，在這些位置也沒(méi)有明顯的BSR顯示[26]。ODP164航次994井也揭示了水合物的存在，但是在通過(guò)該井的地震剖面上并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的BSR[26]。對(duì)于這些現(xiàn)象，有兩方面的原因值得深入思考：一是因?yàn)樗衔镌诔练e層中的賦存狀態(tài)是多種多樣的，如層狀、塊狀、不規(guī)則的充填狀等，由此不難理解，只有那些具有一定規(guī)模(連續(xù)性)的呈層狀分布的水合物帶才最有可能形成具有一定規(guī)模的連續(xù)性的BSR；而那些呈塊狀或充填狀分布的水合物富集區(qū)可能不會(huì)產(chǎn)生很明顯的BSR，但很可能會(huì)在地震剖面上產(chǎn)生“亮點(diǎn)反射”(增強(qiáng)反射體)或空白反射帶。二是如果水合物層的下部缺少游離氣體，致使含水合物帶與下伏地層之間波阻抗差極小，也不足以產(chǎn)生強(qiáng)振幅BSR?；谏鲜龇治?，進(jìn)一步加強(qiáng)瓊東南海域天然氣水合物諸如氣體運(yùn)移通道、水合物有利沉積體等成藏條件研究就更顯緊要和迫切。

3 氣體運(yùn)移條件

瓊東南盆地天然氣水合物成礦背景表明，盆地發(fā)展到新近紀(jì)，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)減弱，斷裂不活躍，斷層基本不控制沉積的發(fā)育，盆地沉積主要受熱沉降和海平面變化所影響。瓊東南盆地最新的天然氣水合物調(diào)查研究為了從氣源、氣體運(yùn)移通道等天然氣水合物成藏條件評(píng)價(jià)天然氣水合物資源，為該區(qū)天然氣水合物的勘探評(píng)價(jià)提供佐證，對(duì)盆地內(nèi)天然氣水合物穩(wěn)定帶發(fā)育的斷層、氣煙囪等特殊構(gòu)造體的分布、發(fā)育時(shí)期等進(jìn)行了識(shí)別和圈定。

3.1 斷裂運(yùn)移通道

綜前所述，瓊東南盆地在晚白堊世以后形成一系列的NE--NEE斷陷，這些斷陷經(jīng)歷了早始新世--漸新世的斷陷、中新世早--中期坳陷沉降、晚中新世以后的塊斷升降3個(gè)演化階段。因此，盆地的沉積也經(jīng)歷了裂陷充填階段和裂后充填階段兩個(gè)沉積演化過(guò)程。斷裂構(gòu)造主要控制裂陷階段沉積，盆地的斷層主要集中于古近紀(jì)，在中央坳陷帶沉積中心，自晚漸新世至海底幾乎見(jiàn)不到明顯斷層存在(圖3，T3以上為晚中新世以來(lái)發(fā)育的地層)，古近紀(jì)斷層大多屬于同生斷層，即斷層活動(dòng)的同時(shí)，沉積作用亦在進(jìn)行；因此，斷裂活動(dòng)明顯控制了瓊東南盆地古近紀(jì)的沉積演化，而新近紀(jì)的沉積作用主要受控于熱沉降和海平面變化。盆地始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵二段等主力烴源巖層生成的烴類(lèi)氣主要通過(guò)斷層向上運(yùn)移。從地震剖面上可看出，主生烴沉積凹陷中，推測(cè)的淺層氣集中部位(剖面上表現(xiàn)為同相軸的突然中斷，變?yōu)榇笃：龓?大部分位于中—下中新統(tǒng)，而在這些部位下部往往可發(fā)現(xiàn)斷至基底的斷層存在(圖4)。而據(jù)油氣特征研究[15]，除中央坳陷帶中部的崖南凹陷是第四紀(jì)為生排氣高峰期,其他凹陷以上新世相對(duì)為生排烴高峰期。因此，對(duì)于熱成因的天然氣水合物來(lái)說(shuō)，在瓊東南盆地，斷裂發(fā)育對(duì)水合物形成的氣源有著至關(guān)重要的制約作用。

瓊東南盆地水合物調(diào)查區(qū)可識(shí)別出NE向的斷裂構(gòu)造帶，根據(jù)瓊東南盆地天然氣水合物成藏構(gòu)造要素圖(圖5)，以斷至基底的斷層為統(tǒng)計(jì)，平面共組合斷層39條，均為正斷層，以NE、NNE向?yàn)橹?，個(gè)別NW向，規(guī)模較大的斷層位于坳陷與隆起、坳陷與斷階帶分界處，對(duì)坳陷與隆起、凹陷與凸起的構(gòu)造單元分界起明顯的控制作用，且大部分?jǐn)鄬佣际菑幕讛嗥?，深部斷層多、斷距大，由深往淺斷距逐步變小(圖3、圖4)。在盆地坳陷中，斷層主要分布于古近系，控制著盆地?cái)嘞萜诘某练e模式，在斷階帶和隆起部位，斷層也是以古近系發(fā)育為主；新近系則主要是一些同生斷層，新近紀(jì)斷層基本與巖體相伴生，推測(cè)與相鄰巖體活動(dòng)屬同一時(shí)期。

因此，瓊東南盆地古近紀(jì)斷裂活動(dòng)頻繁，沉積受斷裂控制，為大型坳陷中心即沉積中心所在。這些斷層雖然大部分在新近紀(jì)油氣運(yùn)聚期間已經(jīng)停止活動(dòng), 但是它們向上還是切割了古近系的砂巖輸導(dǎo)體系。 因此，古近紀(jì)時(shí)斷層活動(dòng)期間形成的斷裂巖側(cè)向連通性會(huì)對(duì)后期流體沿砂質(zhì)巖側(cè)向輸導(dǎo)體系的運(yùn)移產(chǎn)生了顯著影響[27-28]。

3.2 底辟(氣煙囪)運(yùn)移通道

3.2.1 氣煙囪與天然氣水合物氣源

據(jù)世界天然氣水合物發(fā)現(xiàn)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征研究發(fā)現(xiàn)，底辟構(gòu)造和天然氣水合物的形成與聚集有密不可分的關(guān)系[29]。海底泥火山和泥底辟是海底流體逸出的表現(xiàn)，當(dāng)含有過(guò)飽和氣體的流體從深部向上運(yùn)移到海底淺部時(shí)，由于受到快速的過(guò)冷卻作用而在泥火山周?chē)纬闪颂烊粴馑衔?。如墨西哥灣、鄂霍茨克海、里海、黑海等已在沉積物中獲得水合物，對(duì)這些地區(qū)天然氣水合物的賦存情況分析表明，泥底辟或泥火山頂部附近普遍存在水合物[22，27，30]。

氣煙囪是另一種氣體運(yùn)移形式，既不同于斷層，也不同于底辟；與斷層和底辟這類(lèi)客觀(guān)的構(gòu)造地質(zhì)實(shí)體相比較，應(yīng)該說(shuō)氣煙囪既是一種構(gòu)造，也是一種效應(yīng)。從靜態(tài)的角度看，其形態(tài)似裂縫群；而從動(dòng)態(tài)的角度分析，它隨著熱流體的沸騰作用，又具有幕式張合的特征。伴隨著沸騰作用的發(fā)生，大量氣泡向上浮涌，進(jìn)而引起體系內(nèi)部的對(duì)流發(fā)生，體系內(nèi)的這種對(duì)流作用不僅使氣體向上運(yùn)聚，而且還可帶動(dòng)油等液相物質(zhì)向上運(yùn)聚。

煙囪核部為熱流體(油氣)向上竄流的裂縫群，因充滿(mǎn)低密度流體，在地震剖面上表現(xiàn)為雜亂反射或弱反射，故也稱(chēng)地震煙囪。煙囪構(gòu)造已引起越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注[29]。之所以特殊：其一是因?yàn)槠涫軣崃黧w活動(dòng)的控制，具動(dòng)態(tài)特征；其二是它常與底辟、斷裂等構(gòu)造伴生，既包括垂向泄壓形成的斷層、底辟的伴生構(gòu)造，也包括側(cè)向疏導(dǎo)泄壓形成的層間伴生構(gòu)造[30]。利用氣煙囪可以預(yù)測(cè)超壓和海底構(gòu)造的穩(wěn)定性[31]。

從以上底辟與氣煙囪的定義可知，底辟構(gòu)造，特別是泥底辟與氣煙囪之間，無(wú)論從形成機(jī)理與對(duì)水合物和油氣控制作用而言都有非常相似之處。但從地震剖面還是可以區(qū)分出來(lái)的，一般而言，泥底辟形成時(shí)對(duì)圍巖都有一定的地層牽引作用，即圍巖產(chǎn)生變形；而氣煙囪只是一種流體運(yùn)移的現(xiàn)象，其顯示在地震剖面上是可以不產(chǎn)生圍巖變形的。

3.2.2 氣煙囪發(fā)育特征

關(guān)于瓊東南盆地氣煙囪與水合物成藏關(guān)系，前人已做過(guò)一些工作,為本次研究提供了很好的基礎(chǔ)和啟發(fā)[30]。本次研究主要是從對(duì)天然水合物成藏作用出發(fā)來(lái)研究底辟和氣煙囪，故對(duì)底辟和氣煙囪沒(méi)有進(jìn)一步加以區(qū)分，而統(tǒng)稱(chēng)為氣煙囪。

T1.第四系底界；T2.上新統(tǒng)底界；T3.上中新統(tǒng)底界。圖4 瓊東南盆地1132測(cè)線(xiàn)地震反射剖面特征Fig.4 Seismic profile in 1132 line in Qiong Dongnan basin

圖5 瓊東南盆地天然氣水合物成藏構(gòu)造要素圖Fig.5 Geology frame of gas hydrate deposition in Qiong Dongnan basin

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)和中國(guó)海洋石油總公司的鉆探資料[31]證實(shí)，瓊東南盆地是一個(gè)異常高壓盆地。因此，推測(cè)瓊東南調(diào)查區(qū)應(yīng)是氣煙囪發(fā)育區(qū)。本次研究在區(qū)內(nèi)地震剖面上識(shí)別了大量的氣煙囪，它們?cè)诘卣鹌拭嫔现饕憩F(xiàn)為以下特征：

規(guī)模大小不一，一般深坳陷部位規(guī)模較大，隆起區(qū)或斷階帶小凹陷內(nèi)規(guī)模較小；表現(xiàn)形態(tài)各異，以指狀、柱狀為主，也有的呈酒瓶狀、圓錐狀等；刺穿層位不一，有的刺穿至第四紀(jì)地層，離海面非常近，但有的只不過(guò)刺穿下中新統(tǒng)或上中新統(tǒng)，推測(cè)主要因?yàn)榕璧貎?nèi)引起底辟的構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度分布不均所致(圖3)；分布于各個(gè)構(gòu)造單元，以中央坳陷帶為主，其次是中央坳陷帶和南部斷階帶接合處，可能與這些部位的新生代沉積較厚，以及同生斷裂較為發(fā)育有關(guān)。

煙囪區(qū)在地震剖面中都表現(xiàn)為橫向上反射同相軸變得模糊，與圍巖之間沒(méi)有明顯的分界面存在，有些在其下部可見(jiàn)速度下拉現(xiàn)象，幾乎在所有氣煙囪上部或兩側(cè)都可發(fā)現(xiàn)反射振幅增強(qiáng)體(圖6)。在提取的瞬時(shí)頻率剖面上，在氣煙囪內(nèi)可見(jiàn)較為明顯的低頻區(qū)，可證實(shí)氣煙囪內(nèi)存在流體富集 (圖7)。

因此，瓊東南盆地氣煙囪與水合物關(guān)系十分密切，對(duì)于中深層形成的的烴類(lèi)流體，由于盆地內(nèi)斷至中淺層的油源斷裂極度缺失，烴類(lèi)流體向上運(yùn)移的主要通道以氣煙囪為主。氣煙囪是瓊東南海域?qū)ふ宜衔镒钣幸饬x的構(gòu)造類(lèi)型。

4 有利沉積體

沉積環(huán)境對(duì)水合物的聚集成礦有明顯的控制作用。影響和控制水合物的發(fā)育和賦存因素包括沉積環(huán)境、沉積相類(lèi)型、砂泥比以及沉積體的沉積速率。海底重力流沉積中如等深流和濁流沉積，因其沉積速率高、含砂率適中、孔隙空間較大而有利于水合物的發(fā)育；砂泥比是影響水合物成藏的另一個(gè)控制因素，過(guò)高或過(guò)低均不利于水合物的發(fā)育。地層中含砂率過(guò)低、儲(chǔ)集空間小、孔隙水少，不利于水合物的形成；反之，如果含砂率過(guò)高，封閉性隨之減弱，同樣不利于水合物的形成。此外，較高的沉積速率因其迅速埋藏、快速堆積而易形成欠壓實(shí)區(qū)，可構(gòu)成良好的流體輸導(dǎo)體系，也有利于天然氣水合物成藏[32]。對(duì)于瓊東南盆地而言，新近紀(jì)沉積物源可分兩部分：對(duì)于北部坳陷帶、北部隆起、中央坳陷帶靠北部分，沉積物主要來(lái)自北西部海南隆起陸源碎屑物越過(guò)北部低隆起而到達(dá)深水區(qū)；而在盆地南部，除一部分來(lái)自西北部海南隆起陸源碎屑物外，也有一部分來(lái)自于西沙隆起區(qū)的剝蝕、侵蝕作用[33]。由于新近紀(jì)盆地的快速沉降，特別是盆地西部靠近鶯歌海盆地地區(qū)，紅河—鶯歌海斷裂帶來(lái)的大量第四紀(jì)沉積使盆地沉積了巨厚的第四系，形成了一系列低水位期的盆底扇、斜坡扇、海底水道和濁積扇等粗碎屑沉積；同時(shí)，將早—中中新世發(fā)育于該海域的大型古水道迅速覆蓋，這些都是該海域天然氣水合物成藏的有利沉積條件。

圖6 瓊東南盆地1244測(cè)線(xiàn)地震反射剖面特征Fig.6 Seismic profile in 1244 line in Qiong Dongnan basin

圖7 瓊東南盆地1244測(cè)線(xiàn)瞬時(shí)頻率剖面Fig.7 Instantaneous frequency profile in 1244 line in Qiong Dongnan basin

研究區(qū)內(nèi)沉積相(圖8)研究表明，研究區(qū)天然氣水合物穩(wěn)定帶的西北部發(fā)育三角洲、滑塌扇和斜坡扇沉積，中部以發(fā)育深海相和水下河道為主，而南部在大面積發(fā)育深海相基礎(chǔ)上，開(kāi)始發(fā)育了大量濁積扇和臺(tái)地碳酸鹽巖。從BSR的分布范圍與沉積相分布圖和Ps值圖(砂泥巖比)相疊合來(lái)看，特征明顯的BSR都分布于地形上坡度較陡的斜坡帶上，這些部位也是三角洲、滑塌扇和斜坡扇非常發(fā)育的部位，它們所對(duì)應(yīng)的砂泥巖比為25%～50%，沉積物粒度中等偏細(xì)。由上述分析可知，這些沉積體能為天然氣水合物的形成提供充足氣源。此外，在研究區(qū)南部，發(fā)育大規(guī)模的濁積扇體，這些濁積扇一般形成于高能擾動(dòng)的水動(dòng)力環(huán)境，具快速堆積的沉積特征，沉積速率高。而且，濁積巖層序中的異地黏土巖，其有機(jī)質(zhì)要比深海黏土豐富得多，可作為生物成因氣的源巖，也是天然氣水合物發(fā)育有利相帶。

圖8 瓊東南盆地天然氣水合物穩(wěn)定帶沉積相圖Fig.8 Sedimentary facies of hydrate stability zone in Qiong Dongnan basin

5 有利構(gòu)造分析

瓊東南盆地古近紀(jì)廣泛發(fā)育的NE、NEE向斷裂為油氣成藏富集的烴源斷裂。新近紀(jì)以來(lái)，雖然整個(gè)盆地進(jìn)入坳陷期，斷層不控制沉積，但在構(gòu)造高部位、斜坡帶，由于深大坳陷內(nèi)烴類(lèi)流體的不斷聚集，以及地層快速沉積所產(chǎn)生的超壓作用，使深部高溫、高壓流體沿先期斷裂的地層薄弱帶向上運(yùn)移，在地震剖面上表現(xiàn)為淺層出現(xiàn)大片的反射模糊區(qū)帶。這種反射模糊區(qū)帶不僅是流體的垂向運(yùn)移通道，而且，當(dāng)這種高溫、高壓流體向上運(yùn)移至上中新統(tǒng)淺海相烴源巖沉積時(shí)，加速了新近紀(jì)成熟-欠成熟烴源巖的有機(jī)質(zhì)烴類(lèi)轉(zhuǎn)化，使中-上中新統(tǒng)烴源巖為向上運(yùn)移的高成熟烴類(lèi)流體補(bǔ)充了大量生物氣或生物-低成熟氣。使得盆地深部產(chǎn)生的天然氣通過(guò)前述的各種運(yùn)移通道向斜坡帶運(yùn)移，并最終在天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)形成天然氣水合物藏。另?yè)?jù)沉積特征研究[34]，瓊東南盆地晚第三紀(jì)沉積屬于欠壓實(shí)的淺海-深海相沉積，地層巖性以砂巖、泥巖互層為主，這種連通性良好的低位濁積砂體為運(yùn)移至淺層的烴類(lèi)流體提供了側(cè)向運(yùn)移通道，地震剖面上大量橫向出現(xiàn)的反射振幅增強(qiáng)體佐證了流體的側(cè)向運(yùn)移。

6 結(jié)論

1)瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)的BSR特征并不典型，要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該區(qū)域的天然氣水合物，還需要綜合考慮氣源、運(yùn)移通道等其他證據(jù)。

2)瓊東南盆地古近紀(jì)廣泛發(fā)育的NE、NEE向斷裂成為了油氣成藏富集的烴源斷裂。新近紀(jì)以來(lái)，雖然大部分油源斷裂停止了活動(dòng)，但在盆地內(nèi)廣泛發(fā)育的氣煙囪構(gòu)造對(duì)流體的繼續(xù)向上運(yùn)移提供有利的垂向、側(cè)向通道，當(dāng)?shù)妆僦械母邷?、高壓流體進(jìn)入中新統(tǒng)，也加速了中新統(tǒng)有機(jī)質(zhì)的烴類(lèi)轉(zhuǎn)化。

3)中新世油氣運(yùn)聚通道以不整合面和伸向烴源深凹陷的砂體以及能溝通下第三系烴源的部分縱向斷層為主。上新世以來(lái)，盆地深水區(qū)發(fā)育的深海相海底扇，由于巖性的非均一性和側(cè)向連通性，使其成為了淺部氣側(cè)向運(yùn)移的主要通道。瓊東南盆地海域具備天然氣水合成藏的有利條件，特別是中央坳陷帶內(nèi)發(fā)育了大量氣煙囪的位置及其附近海底淺層應(yīng)是天然氣水合物發(fā)育的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)。