東海西湖凹陷深盆氣勘探前景探討

張建培 余逸凡 張 田 張紹亮 唐賢君

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

“深盆氣”最早在1927年發現于美國的圣胡安盆地，1976年在加拿大阿爾伯達盆地也發現了深盆氣藏，1979年J.A.Masters將其定名為“深盆氣”（Deep Basin Gas或 Deep Basin Gas Traps）［1］。與常規氣藏相比，相對密度小的“氣”位于構造下傾部位或盆地中央砂巖中，密度大的“水”卻在構造高部位，因此“氣水倒置”是深盆氣藏最大的特點。要形成這種“氣水倒置”的特殊氣藏必須具備3個主要條件：一是構造平緩，若構造陡峭，地層傾角大，重力分異作用顯著，氣水就不易“倒置”；二是儲層致密，在滲透性好、流體易流動的儲層中也不易形成“氣水倒置”；三是在低部位氣區鄰近要有優質生氣母巖不斷地供氣，以使氣在開始運移到儲層中去的時候可以把儲層中的水向上傾方向推進，而在達到一定平衡時，雖仍有氣體上竄泄漏，但可以把水“頂住”，使之在一定高度上穩定下來［2-5］。

深盆氣藏是分布于盆地深部的廣布型天然氣藏。西加拿大阿爾伯達盆地艾爾姆華士的深盆氣儲量達50×1012m3，幾乎占到整個阿爾伯達盆地油氣儲量的50%；在北美許多盆地也發現了這種特大型天然氣藏［6］；在中國的四川盆地、鄂爾多斯盆地以及松遼盆地也都有深盆氣藏的發現。深盆氣巨大的資源前景引起了地質家們的廣泛關注。

東海陸架盆地西湖凹陷勘探研究表明，西湖凹陷具有形成深盆氣藏的良好地質條件。筆者通過對西湖凹陷深盆氣形成的關鍵石油地質條件和已發現氣藏特征的剖析，并類比國內外典型深盆氣藏特征及石油地質條件，探討了西湖凹陷深盆氣的勘探前景。

1 地質背景

西湖凹陷位于東海陸架盆地東北部，呈NNE向展布，南北長約500 km，東西平均寬約130 km，面積約5.9×104km2；西面自北至南與虎皮礁隆起、長江坳陷、海礁隆起、錢塘凹陷及漁山東隆起等5個構造單元相接，東鄰釣魚島隆褶帶，南與釣北凹陷相連，北鄰福江凹陷。西湖凹陷總體上可劃分為3個構造帶，即西部斜坡帶、中央洼陷-反轉構造帶（以下簡稱中央反轉構造帶）和東緣陡坡斷隆帶（圖1）。

西湖凹陷是在晚白堊世末期雁蕩運動構造背景上發育起來的中新生代沉積凹陷，據鉆井和地震資料，以新生代碎屑沉積為主，最大厚度約18 000 m。西湖凹陷自下而上發育始新統前平湖組（E1—E2？由于缺少鉆井、測井、同位素、古生物等資料，地層屬性尚難確定）、平湖組六段（E2p6）、平湖組五段（E2p5）、平湖組三四段（E2p3-4）和平湖組一二段（E2p1-2），漸新統花港組下段（E3h2）和花港組上段（E3h1），中新統龍井組（N11l）、玉泉組（N12y）和柳浪組（N13l），上新統三潭組（N2s），更新統東海群（Qpdh）地層［7-12］。

圖1 西湖凹陷構造單元劃分

西湖凹陷形成于太平洋板塊俯沖產生的弧后伸展環境，其構造演化可以劃分為裂陷（古新世—始新世）、拗陷（漸新世—中新世中期）和整體沉降（中新世晚期—第四紀）3個階段（表1）。

西湖凹陷構造格架具有東西分帶、南北分塊、縱向上多構造層疊合的基本特征，凹陷東西邊界都有斷裂控制，盆地原型為地塹式盆地［7-13］。

2 形成深盆氣藏的有利地質條件

（1）寬緩穩定的古地貌背景

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西湖凹陷形成于太平洋板塊俯沖產生的弧后伸展環境，具有由弧后深部物質上涌和軟流圈上升造成拉伸形成的裂谷盆地性質。從弧后拉張到弧后擠壓，主要受東側大洋板塊的北西向俯沖，以及俯沖帶向東遷移引發弧后次生擴張中心和巖漿底辟中心同步東遷的影響。西湖凹陷始新統平湖組發育的構造背景為前期弧后盆地的強烈拉張已經趨于緩和，前期構造拉張產生的巨大的盆地沉積可容空間進入充填期，沉積盆地處于殘余弧后熱沉降階段［8-13］。隨著海平面下降及釣魚島弧的逐漸隆升，西湖凹陷開始演變為受局限的“陸表海盆地”，其地貌特征為盆寬底淺、地形平坦、水體不深。

根據西湖凹陷構造發展演化史及現今構造特征，西湖凹陷在始新世（主要為平湖組沉積時期）主要受引張力作用，如圖2所示，地層未發生褶皺反轉，地層傾角較小，在地震剖面上顯示為穩定寬緩地貌［8-13］。同時平湖組穩定的地震相特征也反映平湖組沉積時期為寬闊穩定的沉積環境，沒有出現控凹斷層控制沉積使地層厚度突然增大的現象。這種寬緩穩定的沉積背景為深盆氣的聚集提供了良好的構造條件。

圖2 西湖凹陷中部構造地質剖面

（2）廣覆式多層系煤系烴源巖持續生烴

西湖凹陷發育始新統平湖組、漸新統花港組2套主要烴源巖系，其中平湖組主要為半封閉海灣背景下的陸表海、沼澤相煤系沉積，發育西湖凹陷主力烴源巖，烴源巖類型包括暗色泥巖、碳質泥巖和煤。烴源巖厚度大、分布面積廣、埋藏深，廣覆式分布于整個凹陷［12-13］。暗色泥巖總體圍繞凹陷中心呈環帶狀分布，凹陷中心最厚，向隆起和斜坡區逐漸減薄，并具有明顯的分區性，在平面上南部厚度大于北部（圖3）。煤層及碳質泥巖主要發育于沼澤、潮坪沉積環境，其分布格局與暗色泥巖有所不同，在凹陷中心厚度較薄，在西部邊緣區厚度相對較大（圖4），一般為30～50 m，局部地區超過50 m。花港組沉積時期西湖凹陷演變為淡水湖泊或淡水海灣沉積環境，烴源巖同樣包括暗色泥巖、碳質泥巖和煤層。花港組下段烴源巖發育較好，暗色泥巖厚度較大，碳質泥巖和煤層也相對較發育，是西湖凹陷一套重要的烴源巖層；花港組上段烴源巖發育程度一般。推測古新統—中下始新統也是西湖凹陷重要的烴源層。

分析結果表明，始新統平湖組煤和碳質泥巖具有較高的有機質豐度，加之其分布廣泛、厚度大、多處于成熟—高成熟階段，為凹陷的主力烴源巖層系［14-16］。這些烴源巖有機碳含量高，是一般泥巖的數十倍以上，大部分地區Ro＞1.2%，局部地區多在2%以上，尤其是在深凹區域，烴源巖普遍達到了高成熟—過成熟階段，有機質已進入大量生氣階段。

西湖凹陷烴源巖有機質類型以腐殖型為主，以生氣為主要特點，烴源巖廣覆式分布，生烴強度大，總生氣量大［17］，是“全天候”的優質烴源巖，其大約在44 Ma開始大量生烴，至今仍在生排烴，烴源巖的持續供烴為西湖凹陷深盆氣藏的形成提供了有利條件。

圖3 西湖凹陷平湖組三四段暗色泥巖等厚圖

（3）廣泛分布的致密砂巖儲集體

深盆氣藏以致密砂巖儲層為特征。西湖凹陷平湖組三四段發育潮汐海岸和潮控三角洲沉積［12-14，18-19］，潮汐海岸砂巖均屬于致密儲層，孔隙度為5%～10%，滲透率大部分小于5 mD；潮控三角洲砂巖連片分布，較潮汐海岸砂巖物性變好，但整體仍然屬于致密儲層，平均孔隙度為10%，平均滲透率約8 mD。整體來說，平湖組三四段潮汐海岸和潮控三角洲砂巖多為致密儲層，少部分為中孔、中滲儲層。平湖組一二段三角洲砂巖厚度較大，大面積連片分布，比平湖組三四段砂巖物性好，孔隙度為10%～20%，滲透率一般較低（1～100 mD，平均約20 mD），鉆探發現部分為致密儲層，部分為中孔、中滲儲層。砂體埋藏后經強烈壓實和膠結作用進入致密化階段，并且隨著埋深的加大儲集性能逐漸變差，形成廣泛分布的致密儲層［20］。

圖4 西湖凹陷平湖組煤層及碳質泥巖等厚圖

（4）“千層餅”式交互接觸的源儲組合

西湖凹陷平湖組砂巖層多為薄層，且絕大部分屬于致密儲層，砂巖粒度較細，非均質性較強。煤系地層發育在海陸過渡環境，沉積旋回性明顯，穩定分布的煤系氣源巖與致密儲層緊密相鄰呈“千層餅式”交互接觸，相鄰儲層具有“近水樓臺先得月”的優勢條件，煤系烴源巖生成的大量烴類物質可直接排替地層水進入致密儲集層中，而斷陷—拗陷期廣泛發育的張性斷層又為溝通烴源巖與儲集體創造了有利的條件［21］，同時烴類又不會借助砂體進行長距離的側向運移，這種有機質豐度較高的源巖與致密儲集巖的交互接觸方式為深盆氣的聚集成藏提供了有利的條件。致密儲層中，氣體與含水巖石之間的界面張力遠大于浮力，氣體很難單獨在浮力驅動下上浮，在驅動壓差作用下，氣體不斷推進氣水界面前緣，當氣體運動前緣達到滲透性更好的砂體時，界面張力逐漸消失，浮力成為主要運移動力；此時如果持續供氣，將會在上部滲透性砂巖中形成受構造控制的常規氣藏，而在致密砂巖中則形成上水下氣氣水倒置現象，大量的烴類被上覆水體封閉在致密儲層中形成深盆氣藏，形成一種氣水的動態平衡。平湖組大面積分布的致密儲層與煤系烴源巖的交互接觸方式有利于形成深盆氣藏。

（5）生氣高峰期和成藏期晚

西湖凹陷平湖組烴源巖自始新世末期開始進入生烴門限，在漸新世末期達到生烴高峰，同時受喜馬拉雅運動期間巖漿作用的影響，于漸新世末期—中新世早期發生了第一期油氣充注事件。此時生成的油氣主要在受花港運動控制的局部反轉背斜帶的有限圈閉中聚集，但烴源巖演化程度偏低，是區內一期次要的油氣運聚事件。中新世中期至末期，盆地持續沉降，隨著埋深增加，地溫升高，平湖組烴源巖達到以生成濕氣為主的高成熟階段，底部甚至達到過成熟階段，大量生排烴期來臨。中新世末，平湖組之上的沉積地層厚度達2 500 m以上，強烈的機械壓實作用和膠結作用，導致薄互層的平湖組砂巖大面積致密化而形成致密儲層。生排氣高峰期、致密儲層形成時間一致，有利于平湖組及其以下始新統—古新統深盆氣藏的形成，并在盆地的西部斜坡帶以及中央反轉構造帶淺部地層形成常規天然氣藏，完成了區內最為重要的油氣充注事件［22］。此后，西湖凹陷未經受大的構造運動影響，盆地保持持續沉降，所形成的油氣藏未遭受大的破壞，并且平湖組烴源巖現今仍在大量生烴排烴，上新世末至今研究區油氣可以得到持續充注，有利于深盆氣藏氣水平衡的保持，為深盆氣藏的保存起到關鍵作用。

（6）地層異常高壓普遍發育

已發現的深盆氣藏在含氣層段附近存在地層壓力異常現象，有的以異常高壓為主（如加拿大阿爾伯達盆地深盆氣田），有的以異常低壓為主（如美國綠河盆地深盆氣田）［23］。西湖凹陷存在異常壓力［24］，主要分布在西部斜坡帶、中央反轉構造帶和西次凹等區域，不同區域壓力特征各異。西部斜坡帶中部異常高壓出現的深度相對較淺，約為3 300 m，但壓力系數較高，最大超過了1.7，已達到強超壓標準；西部斜坡帶中北部異常高壓地層的頂界埋深相對較大，約為3 600 m，但其壓力系數相對較小，多小于1.5，為超壓或弱超壓；西部斜坡帶中南部3 800 m以上儲層屬于正常壓力系統。西部斜坡帶中部與中北部出現超壓的深度雖然存在差異，但其對應的層位基本一致，多存在于平湖組一二段。西次凹異常壓力出現的深度較大，超壓頂界面大致在3 700 m，壓力系數多小于1.4，以弱超壓為主。中央反轉構造帶花港組下段及平湖組也存在明顯的異常高壓。

3 西湖凹陷氣水分布特征及模式

勘探結果表明，西湖凹陷不同層段、不同構造單元氣水分布特征存在差異。

平湖組三四段：已鉆井在中央反轉構造帶主要產氣，為氣層，在西部斜坡帶氣水同出，個別井甚至主要產水，表現出由凹陷中心向斜坡上傾方向含水飽和度增大的趨勢，具有構造高部位產水而低部位主要產氣的特征，總體上反映出深盆氣藏的特征。

平湖組一二段：中央反轉構造帶部分井產氣，部分井為氣水同層，個別井為干層或產水；西部斜坡帶以氣水同層為主，少部分為油、氣、水同層；由中央反轉構造帶到西部斜坡帶含水飽和度呈增加的趨勢，整體呈現氣水過渡的特征，與深盆氣藏中的氣水過渡帶相當。

花港組下段：中央反轉構造中南部主要為氣水同層，北部主要為干層；西部斜坡帶整體含水飽和度比中央反轉構造帶高，其南段部分為油水同層，部分產水，北段主要產水。花港組下段地層含水飽和度整體較平湖組大大增加，表現出由平湖一二段氣水過渡帶開始向飽含水帶過渡的趨勢，在高部位發育常規天然油氣藏。

花港組上段：中央反轉構造帶大部分井油、氣、水同出，具有常規油氣藏油水關系特點；西部斜坡帶除個別井產少量油外大部分主要產水。中央反轉構造帶花港組上段開始出現油藏，說明已逐步進入常規油氣藏區。

根據西湖凹陷流體分布特征，推測其古新統—中下始新統為深盆氣藏飽含氣帶主要發育層段，平湖組一二段為深盆氣藏的氣水過渡帶，到花港組進入常規油氣藏帶。西部斜坡帶中部為深盆氣藏氣水過渡帶的西側邊界，深盆氣在此多遭受破壞而逸散，但可再運移至構造圈閉中形成油、氣、水關系正常的常規油氣藏（圖5）。

圖5 西湖凹陷深盆氣藏與常規油氣藏氣水分布模式

4 深盆氣勘探前景

西湖凹陷始新統平湖組煤層、暗色泥巖及碳質泥巖干酪根多為III型（腐殖型），有機質豐度較高，烴源巖已大面積進入成熟階段，凹陷中心早已達到高成熟階段，煤系烴源巖以大量生氣為主，且烴源巖現今仍在繼續生排烴。平湖組烴源巖具有巨大的生烴潛力，其中平湖組三四段及五六段烴源巖尤其重要，其早已進入高成熟—過成熟階段，主要生成天然氣，從古至今持續生排烴，是一種“全天候”強生氣型烴源巖。平湖組潮控三角洲、辮狀河三角洲以及淺水三角洲砂體與泥巖呈“千層餅”狀交互疊置，整體表現為“泥包砂”的特點，儲層與烴源巖的這種交互接觸，是有利的生儲蓋組合結構，且平湖組儲集層以在凹陷兩側邊緣大面積分布的致密砂巖為主。西湖凹陷普遍存在異常高壓，為深盆氣的形成提供了有力的動力條件。因此，西湖凹陷平湖組及其以下地層具備形成深盆氣藏的有利地質條件。深盆氣飽含氣帶分布于平湖組三四段及其以下地層，區域性的氣水過渡帶為平湖組一二段，花港組以上為常規儲層飽含水帶和常規油氣藏分布帶（圖5）。總體上，西湖凹陷具有良好的深盆氣勘探前景。

5 結論

（1）研究區烴源巖為多層系廣覆式持續生烴的煤系烴源巖，源巖分布廣、厚度大、埋藏深，以Ⅲ型干酪根為主，有機質豐度高，多處于成熟—高成熟階段，已進入大量生氣階段，自44Ma時開始大量生烴，至今仍在生排烴，為研究區深盆氣藏的形成提供了充足的氣源。

（2）研究區平湖組三四段及其以下地層寬緩穩定的古地貌背景、廣泛發育的以潮汐海岸和潮控三角洲沉積為主的致密砂巖體與煤系烴源巖“千層餅式”或“交互式”接觸的源儲蓋組合，以及普遍發育的異常高壓等地質因素，為該區深盆氣藏的形成提供了條件。

（3）勘探實踐表明研究區的氣藏在縱向上可分為飽含氣帶、氣水過渡帶、常規儲層飽含水帶（或常規油氣藏帶）等3個帶，具有深盆氣藏的基本特征。

（4）研究區具有形成深盆氣藏的有利地質條件和良好的勘探前景。

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