鶯歌海盆地樂東氣田天然氣成藏條件及富集模式

李緒深 裴健翔 李彥麗

中海石油（中國）有限公司湛江分公司研究院

1 區域地質背景

鶯歌海盆地是南海北部陸架上發育的快速沉降、快速充填、沉積巨厚地層的新生代盆地。受強超壓和晚期區域右旋走滑剪切構造應力場的共同作用，盆地發育一系列泥—流體底辟構造［1－3］，由此形成了一批與底辟構造有關的氣田和含氣構造。大量研究成果表明，盆地高溫、高壓以及大規模超壓流體的存在，造就了其獨特的構造及演化模式［4］。底辟、熱流體的幕式活動促使烴類也具有幕式排放與充注的特征；加之鶯歌海盆地氣源充足，使得天然氣藏整體上處于“供大于散”的動平衡狀態［5－7］，在中—淺層形成了一些大型次生天然氣藏，典型的有東方1－1氣田、樂東氣田（由樂東22－1、樂東15－1這2個氣田組成，下同）。

樂東氣田位于鶯歌海盆地中央坳陷帶南部（圖1），其氣藏類型為底辟背斜控制的構造型（構造—巖性）氣藏。其儲層為新近系上新統—第四系海相砂巖，埋深介于390～2 200m。1996年、1993年分別在2個構造鉆探第一口探井，經測試獲得高產工業氣流之后，迄今為止已鉆探井和開發井超過30口。樂東氣田含氣層段主要位于第四系樂東組一、二、三段和新近系鶯歌海組一段中，天然氣組分和來源都比較復雜。近年來，隨著勘探開發程度的不斷深入，對其成藏條件和富集模式也有了進一步的認識。

圖1 樂東氣田區域位置示意圖

2 天然氣成藏條件

2．1 底辟上拱為天然氣聚集提供了富集場所

鶯歌海組二段中下部沉積巨厚的泥巖，由于快速沉積欠壓實等作用的影響，引發泥底辟的活動。底辟上拱活動時，中心區能量強，上拱冷卻后塌陷幅度大，斷裂發育；而邊緣區能量相對較弱，上拱后塌陷幅度小，背斜相對完整，圈閉形成時間較晚。樂東22－1構造被斷層切割成南北兩區，構造主體部位在北區，為較完整穹隆構造 ，長軸為15km，軸向NNW，短軸為11 km，面積約為140km2，閉合幅度約為70m，構造平緩；構造南區為斷鼻，圈閉面積約為10km2，閉合幅度約為50m。樂東15－1構造圈閉面積約為70km2，閉合幅度高達260m，為斷層復雜化的大型穹隆背斜構造，這些穹隆背斜為天然氣聚集提供了富集場所。

2．2 優越的烴源條件

快速沉積的巨厚欠壓實泥巖是鶯歌海盆地良好的烴源巖，同時其也是泥底辟發育的物質基礎。泥底辟發育演化中孕育的高溫超壓環境影響著烴源巖有機質演化［8］，表現在兩個方面：①高溫對有機質的演化起到了積極作用。鶯歌海盆地海相烴源巖較年輕，但是由底辟熱流體的活動引起局部地溫場疊加，可促進有機質的熱演化和淺部地層有機質提前進入生烴門限；②強超壓環境對有機質熱演化有一定的抑制作用。黃保家等對該區進行了逼近地質條件下的海相烴源巖高溫高壓生烴模擬實驗，結果證實高壓泥巖在進入準變質的高熟及過熟階段時，仍能產出豐富的液態烴［9］。上述研究結果表明，超壓地質環境使深部超壓地層有機質熱演化減緩、生烴作用時間延長，從而在一定程度上擴大了生烴窗范圍，有利于晚期形成的圈閉（樂東22－1／15－1構造）成藏，具體來說，就是有利于有機質生排烴時間與圈閉形成時間二者之間的匹配。

2．3 高壓型復式地溫—地壓系統為中—淺層氣藏的形成提供了內在動力

高壓型復式地溫—地壓系統是指深部為高溫—高壓系統，中—淺層為正常溫壓系統［10］。這種復式溫壓系統是鶯歌海盆地中央底辟帶的一個顯著特點。目前在底辟帶中—淺層也發現了相當一部分氣藏，反映出高壓型復式地溫—地壓系統具有較強的動能，深部能量高于淺部，為中—淺層氣藏的形成提供了內在動力。在深部溫壓系統內，天然氣沿斷裂—微裂隙從深部層系垂向運移到中—淺層溫壓系統里的圈閉中聚集。樂東氣田位于生烴凹陷，天然氣由深部的高壓地層垂向運移到異常高壓面上部中—淺層的正常壓力層段中聚集成藏。

2．4 斷裂—微裂隙系統為天然氣運移提供了良好的通道

據目前的研究成果認為，斷裂—微裂隙是形成樂東氣田中—淺層氣藏必不可少的成藏要素。由于熱流體活動強度的不同，底辟刺穿能量也不同。因此在底辟構造帶及其頂部形成了斷裂及微裂隙，其構成了天然氣垂向運移的通道。隨著底辟斷裂和微裂隙周期性開啟，深層流體階段性向淺部運移。根據其成因及規模可將其分為下述3種類型［11］。

2．4．1 底辟刺穿斷裂

這類斷裂主要是由于穿層流體壓裂所形成，斷面近于垂直，傾角介于70°～90°，斷距極小，延伸長度可達上百米，甚至上千米。這些斷裂發育區在地震反射剖面上為空白反射區或模糊區。斷裂穿過超壓體系和過渡帶，向上消失于正常壓力體系內。

2．4．2 拱張斷裂

這類斷裂主要分布于泥—流體底辟的上部或旁側，該部位處在底辟上隆形成的局部張性構造應力場中，因而形成的斷裂以正斷層為主。剖面上斷裂比較平直，其傾角介于50°～80°；平面上這些斷裂呈花瓣狀或放射狀。這類斷裂主要分布于正常壓力體系和過渡帶之間。

2．4．3 微裂隙

微裂隙在底辟構造帶廣泛發育。宏觀上，表現為在淺層構造地層橫向上地震相位間斷現象；微觀上，從巖心薄片中可更明顯觀察到微裂隙特征（被黏土礦物充填，或切穿其他礦物顆粒）。這些微裂隙為垂向和側向輸導提供了良好通道。

目前研究表明，底辟活動的能量決定了其斷裂—微裂隙發育程度的不同［12］，樂東22－1氣田底辟為弱能量底辟，地層上拱的幅度較低，剖面形態為低幅背斜，由于底辟上拱能量弱，導致其上覆巨厚地層中斷裂不甚發育，但微裂隙廣泛存在，這些微裂隙疏導系統無疑成為天然氣及流體向淺部運聚的主要通道（如圖2－a）。樂東15－1氣田底辟屬于特強能量底辟，地層上拱幅度高，且底辟活動能量及作用力均已大大超過了上覆地層巖石的破裂極限強度。因此，淺部拱張斷裂極其發育，與深部底辟刺穿斷裂共同構成了天然氣及流體向淺部運聚的垂向疏導體系（如圖2－b）。

2．5 陸架沉積坡折部位強制海退背景下形成的砂巖可作為良好的儲層

樂東區從S27層序界面開始，新增可容納空間速率減緩，而物源高速供給，導致了陸架坡折的持續進積，形成了多個“S”形前積的沉積坡折。相對粗粒的砂巖沉積在坡折之上，而多余的沉積物向盆地輸送。在沉積坡折部位除了發育高位前積體外，還發育相對海平面快速下降期形成的強制海退低位前積體。二者雖然形態及內部反射結構相似，但后者形成于較淺水環境，粗碎屑較多。樂東氣田鉆井揭示了強制海退低位前積體的特征。其巖性組合多表現為粉砂質泥巖、泥質粉砂巖或粉細砂巖構成的反旋回特征，自然伽馬曲線呈漏斗形；聯井顯示砂體呈多期次特征。巖心自下而上見水平—斜—垂直蟲孔，并有板狀及波狀交錯層理；底棲有孔蟲占優勢，屬淺水相的濱海砂壩。這些砂巖多局限在坡折部位前積體頂部，而在坡折之下斜坡部位或者更遠處，則發育斜坡扇和盆底扇，沉積物粒度較細（圖3、4）。

圖2 樂東氣田底辟構造與斷裂—微裂隙發育特征圖

圖3 樂東15－1構造強制海退低位前積體典型地震剖面圖

圖4 樂東區樂東組—鶯歌海組一段砂體沉積模式示意圖

在強制海退時期，海平面存在一定的波動，造成砂體沿陸架坡折邊緣條帶狀展布。條帶砂體沿走向方向上的連通性好；但由于各次海退的強度差異，沿傾向方向上條帶砂體之間連通性變差或有重疊，從而可形成多套氣藏。另外，單個砂體的面積適中，側向尖滅或相變明顯，容易形成巖性圈閉。該區儲集體除了上述濱海砂壩外，還發育風暴相沉積的砂巖（圖4）。樂東15－1氣田主力層Ⅱ下和Ⅲ氣組就為內陸架近岸淺水環境中形成的近源風暴砂，單層厚度介于1～4m，疊合厚度達十幾米，在氣田范圍內分布較穩定，巖性以石英細砂巖或粉砂巖為主。儲層孔滲性較好，主力層段屬高孔中滲儲層，孔隙度平均為26．9%，滲透率平均為206 mD。總體上，樂東氣田儲層儲集空間包括粒間孔、粒間溶孔、生物體腔孔和雜基微孔。因儲層巖石埋藏淺，壓實作用差或未壓實，細砂—泥質粉砂巖也具有較高的滲透率。

3 底辟構造與天然氣富集模式

3．1 底辟構造與天然氣空間配置關系

從前面成藏條件的分析可知，樂東氣田與底辟二者之間密不可分。底辟上拱形成的中—淺層圈閉為天然氣聚集提供了富集場所；底辟深部高溫超壓系統為天然氣運移提供了內在動力；與底辟活動有關的斷裂—微裂隙系統提供了垂向運移通道。最終天然氣聚集在底辟成藏條件配置好的頂部及兩側的構造和巖性圈閉中。

此外，樂東22－1氣田和樂東15－1氣田天然氣組分（烴類氣、CO2等）的分布具有不同的特征。樂東22－1氣田烴類氣主要富集在上部儲層中，CO2主要富集在烴類氣儲層的下部，靠近斷裂的儲層中CO2含量較高，而遠離斷裂的儲層中CO2含量減少（如圖5－a）。樂東15－1氣田烴類氣也主要分布在上部儲層，CO2在斷裂上下盤和遠離斷裂的儲層中都有分布，其含量變化沒有明顯的規律性（如圖5－b）。推測造成這種差異的原因可能跟熱流體的活動強度，以及斷裂—微裂隙垂向輸導通道通暢程度的不同有關，而這兩者都是由底辟活動能量的大小所決定的［13］。

圖5 樂東氣田天然氣藏剖面圖

3．2 底辟發育演化與天然氣晚期富集模式

鶯歌海盆地泥底辟的形成、演化具有增壓、刺穿、再增壓、再刺穿的幕式熱流體活動特征，而油氣的運移、聚集成藏、保存、散失（再次運移）與此交替過程相伴隨［14］。因此，底辟發育演化過程與油氣生成及運聚成藏等均具有成因聯系和耦合配置關系，從而控制了天然氣富集模式。

鶯歌海盆地底辟構造在鶯歌海—黃流組沉積時期開始形成，從區域上看，樂東區底辟構造形成稍晚，但是晚期活動強，第四紀仍有強烈活動，具有多期幕式活動的特點。樂東氣田發育多個氣層，主要位于鶯歌海組一段和樂東組一、二、三段地層中。不同氣層之間烴類氣體、氮氣和二氧化碳的含量、甲烷和二氧化碳的同位素組成都存在巨大差異。通過流體包裹體資料可以明顯地看出其分期充注、多源混合—幕式成藏的特征。此外，再結合區域底辟演化特征，綜合分析認為天然氣藏的形成時間很晚，為晚期富集。

采用生烴動力學和碳同位素動力學的研究方法推測，樂東區氣藏的形成時間介于距今1．2～0．1Ma，其中晚期富二氧化碳天然氣的充注在距今0．3Ma以后［15］（如圖6），同時依據儲層的非均質性造成的天然氣組分和碳同位素值的差異，將中—淺層天然氣的充注過程分為以下3期。

圖6 鶯歌海盆地樂東區天然氣成藏事件圖

第Ⅰ期為生物氣向第四系淺層儲層（深度介于300～600m）的充注。該類天然氣甲烷含量高，為87．09%～88．14%，重烴含量很低，甲烷碳同位組異常偏輕，δ13C1為－63．14‰～－55．72‰，干燥系數高。第Ⅱ期為底辟活動期間梅山組二段與三亞組一段生成的熱成因氣沿底辟垂向運移并向第四系中淺層（深度介于600～1 500m）充注。該類天然氣甲烷含量高，具有一定的 N2含量（13．3%～23．7%），CO2為有機來源、含量低（小于1%），甲烷碳同位素值（δ13C1）變化比較寬，為－40．15‰～－28．60‰，成熟度高，反映了有機質熱演化程度增加。第Ⅲ期與更晚的底辟活動有關，此時，底辟活動強烈，溝通了深部，來自深層的CO2和烴類天然氣的混合氣向中淺層充注。天然氣CO2含量高達21．46%～80．4%，為殼源型、殼幔混合型非生物CO2［16］，烴氣為14．3% ～61%，δ13C1為－29．08‰～－26．92‰，較Ⅱ期富烴氣的δ13C1值重，表明其烴源巖成熟度更高，注入儲層時間晚。該期充注的天然氣主要聚集在早期氣藏的下部，或對早期形成的氣藏進行改造，將早期注入的烴類天然氣向圈閉邊緣驅趕。

由此可見，樂東氣田中—淺層天然氣的充注過程與底辟的期次幕式活動相匹配，底辟發育演化的時間、期次和強度控制了烴類氣體充注時間、期次，影響了氣藏組分，決定了中—淺層天然氣的富集模式。

4 結論

1）樂東氣田是與底辟構造有關的中—淺層大型天然氣藏，烴源條件優越，底辟上拱形成的圈閉為天然氣聚集提供了富集場所，底辟深部的高溫高壓影響有機質的演化，同時其也是天然氣沿著與底辟活動有關的斷裂—微裂隙垂向運移的內在動力。陸架沉積坡折部位強制海退背景下形成的砂巖可作為良好的儲層。

2）總體來說，該區天然氣的富集與底辟構造關系密切。底辟構造既決定了天然氣的空間配置關系，同時底辟發育演化過程又與油氣生成、運聚成藏等均具有成因聯系和耦合配置關系，從而造就了樂東22－1／15－1氣藏多源混合—幕式成藏的晚期富集模式。

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