鶯歌海盆地斜坡區(qū)CO2分布特征及主控因素

段亮 史德鋒 劉航 曹陽(yáng) 金峰

中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司 海南 海口 570300

在油氣藏中，除富集石油、甲烷氣等烴類能源，還伴生有CO2，N2等非烴類氣體，這些非烴類氣體往往混雜在油氣中，給油氣勘探開發(fā)造成不利影響，是不可忽略的勘探風(fēng)險(xiǎn)[1]。為提高油氣田的經(jīng)濟(jì)性，自20世紀(jì)60年代鶯歌海盆地開展勘探工作以來，國(guó)內(nèi)就中央底辟區(qū)已開展了大量的研究工作，認(rèn)為CO2主要為殼源無機(jī)成因，少部分混有幔源。但對(duì)鶯東斜坡帶CO2的成因和來源尚無系統(tǒng)分析。本文在前人大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新勘探成果，從鶯歌海盆地天然氣成因類型、充注期次、分布特征及主控因素入手，分析鶯東斜坡帶天然氣動(dòng)平衡差異，探討斜坡帶的蓋層條件與CO2分布的關(guān)系，為評(píng)價(jià)CO2風(fēng)險(xiǎn)提供支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鶯歌海盆地位于印-澳板塊、太平洋板塊和歐亞板塊的交匯地帶，為巖石圈拉伸和紅河斷裂走滑雙重機(jī)制控制下發(fā)育的轉(zhuǎn)換—伸展型盆地。盆地面積約為9.9×104Km2，整體為NW-SE向展布[1]。鶯歌海盆地由中央坳陷、鶯東斜坡、河內(nèi)東斜坡、鶯西斜坡共四個(gè)構(gòu)造單元組成。其中，凹陷斜坡帶為鶯東斜坡Ⅰ號(hào)斷層下降盤與中央底辟帶之間的過渡區(qū)帶。

區(qū)域研究表明，鶯歌海盆地是晚白堊世～古新世發(fā)育的沉積盆地，盆地演化經(jīng)歷了古近紀(jì)的斷陷、斷坳和新近紀(jì)的熱沉降、加速沉降多個(gè)階段。盆地發(fā)育中新統(tǒng)、漸新統(tǒng)兩套烴源巖。斷陷期，該盆地沉積環(huán)境以海陸過渡相為主，拗陷期以淺海相沉積為主。沉積地層包括：斷陷期的始新統(tǒng)、崖城組；斷拗期的陵水組；拗陷期沉積的三亞組、梅山組、黃流組、鶯歌海組和樂東組。盆地主力儲(chǔ)集體為中新統(tǒng)梅山組～黃流組大型海底扇～軸向水道儲(chǔ)集體，厚層穩(wěn)定分布的淺海相泥巖是其主要蓋層?？v向上發(fā)育多個(gè)有效儲(chǔ)蓋組合：三亞組三角洲～水道儲(chǔ)層與上覆淺海泥巖儲(chǔ)蓋組合，梅山組～黃流組海底扇、軸向水道儲(chǔ)層與上覆淺海泥巖儲(chǔ)蓋組合，鶯歌海組～樂東組濱外砂壩儲(chǔ)層與上覆淺?！肷詈Ｏ嗄鄮r儲(chǔ)蓋組合。

2 鶯東斜坡區(qū)CO2 成因及充注特征

2.1 CO2 成因判識(shí)

依據(jù)CO2碳同位素特征及其所伴生的氦同位素特征來判斷CO2成因是國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法。其判別標(biāo)準(zhǔn)為[2]有機(jī)成因δ13Cco2＜-10‰，而無機(jī)成因δ13Cco2＞-10‰。無機(jī)來源的CO2氣體有兩種，一是來源于地殼中碳酸鹽礦物的高溫分解，另一個(gè)來源是地幔脫氣。而3He是地球內(nèi)部的幔源表征，4He則是地殼中放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)物，是殼源的表征，因此3He /4He可被用來判識(shí)與劃分氦氣的成因及來源。

無機(jī)成因的C O2含量高，體積分?jǐn)?shù)介于20%～80%，δ13Cco2介于-7‰～0‰。無機(jī)成因的CO2分布廣泛，無論是底辟帶還是凹陷斜坡帶，無論是淺層還是中深層，都有該類型CO2富集；中深層的樂東10等構(gòu)造中，都含有大量無機(jī)成因CO2。除無機(jī)成因之外，鶯歌海盆地還有少量有機(jī)成因和混合成因的CO2分布。其中，有機(jī)成因CO2含量普遍較低，體積分?jǐn)?shù)一般小于15%，δ13Cco2＜-10‰，在淺層和中深層均有可能分布?；旌铣梢虻腃O2含量介于5%～20%之間，δ13Cco2在-20‰～-5‰左右，具有一定縱向分異的特征。

2.2 CO2 充注時(shí)間

鶯東斜坡區(qū)由于遠(yuǎn)離底辟和深大斷裂，其熱流體活動(dòng)較弱，地層上拱幅度小，斷裂數(shù)量少且斷距小，依靠大型構(gòu)造脊和裂隙運(yùn)移。

以樂東10構(gòu)造為例，通過包裹體計(jì)算該區(qū)均一溫度為150℃～170℃，表明該區(qū)天然氣成藏時(shí)間較晚。結(jié)合埋藏史分析，凹陷斜坡帶黃二段成藏時(shí)間1.15Ma～ 0.46Ma，CO2充注期為1.01Ma～0.1Ma，總體上CO2與烴類氣屬于同期充注。雖為一期充注，但該區(qū)黃流組上部氣層的甲烷碳同位素相對(duì)較輕為-33.42‰ ～ -21.44‰），下部的相對(duì)較重（-29.81‰～-28.8‰），具有明顯的分異特征。因此，CO2充注主要為晚期，且晚于凹陷斜坡區(qū)烴類氣充注時(shí)間。

3 鶯東斜坡區(qū)CO2 分布特征

鶯東斜坡區(qū)介于凹陷底辟區(qū)和Ⅰ號(hào)斷裂之間，熱流體活動(dòng)相對(duì)較弱，斷裂數(shù)量少，主要依靠大型構(gòu)造脊和斷裂幕式運(yùn)移。天然氣在幕式充注運(yùn)移中，表現(xiàn)為頂部層系富烴，深層富CO2，而中部層系混合的特征。

以樂東10構(gòu)造為例，其平面上，近Ⅰ號(hào)斷裂帶，CO2含量整體高；縱向上，隨埋深增加，CO2含量有增加的趨勢(shì)。其主力儲(chǔ)層黃一段和黃二段上氣組中，CO2含量相對(duì)較低，為7.4%～23.2%；黃二段下氣組以及梅山組CO2含量整體較高，為63%～68%。梅一段由于埋藏深度增加，CO2含量為63.2%，梅二段CO2含量平均為69.9%，CO2含量向深部明顯增加。

4 CO2 分布主控因素

鶯歌海盆地CO2成因、充注及分布特征分析表明，泥底辟熱流體晚期多期的局部上侵活動(dòng)，形成盆地殼源型CO2的同時(shí)，造成了其CO2運(yùn)聚分布具有分期、分層、分區(qū)、分帶的特點(diǎn)[3]。盆地天然氣生運(yùn)聚與散失的動(dòng)態(tài)平衡是其晚期成藏的關(guān)鍵，表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：巨厚烴源和高熱流是基礎(chǔ)背景、泥底辟及伴生斷裂是重要條件、熱流體局部性侵入是主導(dǎo)因素。

4.1 巨厚烴源和高熱流是基礎(chǔ)背景

鶯歌海盆地坳陷時(shí)期，沉降沉積速率快、沉積厚度超萬米、面積超過2×104km2的晚新近系及第四系海相含鈣砂泥巖。該區(qū)泥底辟及熱流體上侵活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，大地?zé)崃髦导暗販靥荻茸畲蠓謩e高達(dá)95mW/m2以上和5.7℃/100m[29]，是典型“深～熱盆”。自距今 5.5 Ma 以來，由于盆地快速熱沉降及底辟活動(dòng)產(chǎn)生的熱流體沿底辟斷裂及鶯歌海凹陷東斜坡隱伏斷裂上侵[4]，為無機(jī)成因 CO2生成提供了重要的熱源，導(dǎo)致深部梅山組和三亞組的鈣質(zhì)泥巖（或許有碳酸鹽巖）快速熱分解而生成大量 CO2并運(yùn)聚成藏[5]。因此，盆地的CO2主要在5.5Ma以后生成，巨厚烴源和高熱流場(chǎng)條件是其生成、運(yùn)聚、成藏的基礎(chǔ)條件。

4.2 泥底辟及伴生斷裂是重要條件

在鶯歌海盆巨厚海相含鈣砂泥巖發(fā)生巖石化學(xué)熱解，形成規(guī)模巨大的殼源型CO2氣源后，大量的CO2在底辟、斷裂幕式活動(dòng)中，向上覆地層薄弱帶，孔滲條件好的儲(chǔ)集層及伴生構(gòu)造圈閉中聚集，最終形成了含有CO2規(guī)模不等的天然氣藏。在此過程中，泥底辟及深大斷裂所形成的的輸導(dǎo)體系是CO2運(yùn)移聚集的重要條件。

4.3 熱流體局部性侵入是主導(dǎo)因素

自新生代以來，盆地多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了多期熱流體活動(dòng)，且以晚期（上新世后1.9Ma左右）的基底熱流最大，泥底辟熱流體的上侵活動(dòng)最為強(qiáng)烈，而強(qiáng)烈的熱流體上侵活動(dòng)導(dǎo)致了大量天然氣，包括CO2等非烴氣的快速形成。因此，熱流體局部性侵入是控制CO2分布的主導(dǎo)因素，控制著CO2分層、分期、分區(qū)分布。

在鶯東斜坡區(qū)，雖缺乏類似于底辟裂隙的運(yùn)移通道，但鶯東斜坡區(qū)下部斷裂常與Ⅰ號(hào)斷裂相接，因此深部高成熟天然氣與基底碳酸鹽巖高溫?zé)峤馍傻腃O2相混合，也可通過下伏的深大斷裂斷裂垂向充注和斷砂脊側(cè)向等方式運(yùn)移至上覆圈閉，進(jìn)而導(dǎo)致上覆圈閉中天然氣高含CO2。

5 CO2 運(yùn)聚與散失的動(dòng)平衡

鶯歌海盆地天然氣生運(yùn)聚與散失的動(dòng)態(tài)平衡是盆地晚期成藏的關(guān)鍵[6]，且運(yùn)聚與散失的動(dòng)平衡差異控制了天然氣的組分差異。

鶯東斜坡區(qū)的蓋層條件在橫向上有明顯差異，表現(xiàn)為近物源，砂泥互層，砂泥比高的特征；遠(yuǎn)物源，砂地比低，蓋層條件變好。若蓋層條件好，混合氣后期充注時(shí)，早期低熟氣藏得以保存，晚期充注的高熟含CO2混合氣難以影響，故CO2含量?。环粗?，晚期蓋層破裂，原成藏系統(tǒng)遭到破壞，混合了含有大量CO2的高熟天然氣。

謝玉洪[7]通過對(duì)鶯歌海盆地中深層高溫高壓層系蓋層進(jìn)行系統(tǒng)的分析，明確了蓋層封閉的本質(zhì)是毛細(xì)管封閉，基于泥巖蓋層排替壓力、聲波時(shí)差及孔隙度之間的關(guān)系，認(rèn)為超壓誘發(fā)的水力破裂是油氣多層位聚集的根本原因，進(jìn)而提出了蓋層水力破裂壓力系數(shù)定量評(píng)價(jià)蓋層水力破裂風(fēng)險(xiǎn)性。

應(yīng)用該方法，對(duì)鶯歌海盆地黃流組一段蓋層條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，凹陷斜坡帶蓋層水力破裂壓力系數(shù)明顯低于底辟帶，具有較好的封閉能力。該結(jié)果不僅明確了區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)，有效指導(dǎo)了該區(qū)的勘探開發(fā)，對(duì)凹陷斜坡帶蓋層相對(duì)均質(zhì)的區(qū)域進(jìn)行非烴風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要指導(dǎo)意義。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）鶯歌海盆地斜坡帶CO2分布整體具有“縱向往新層系變少，橫向近底辟、斷裂變高”的趨勢(shì)。盆地內(nèi)CO2大部分為無機(jī)殼源成因，主要來基底碳酸鹽巖熱解和鈣質(zhì)泥巖熱解；有機(jī)成因的CO2含量明顯低。

（2）盆地CO2主要來自晚期深部侵入，蓋層條件控制了CO2的分布。若蓋層條件好，晚期充注的高熟含CO2混合氣難以影響，CO2含量??；反之，晚期蓋層破裂，原成藏系統(tǒng)遭到破壞，有高含CO2的風(fēng)險(xiǎn)。因此，均質(zhì)條件下，可通過蓋層封閉性，判斷CO2風(fēng)險(xiǎn)。