鶯歌海盆地海口A區儲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.中國石油勘探開發研究院，北京 100083； 2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249； 3.中海石油（中國）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勘查院，浙江 杭州 310005）

0 引言

鶯歌海盆地海口A區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之間，屬于油氣運移優勢區.目前已鉆探井2口，三亞組目的層均有氣測顯示異常，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造背景下形成的走滑-拉分盆地，在中央凹陷黃流組發育重力流優質儲層，在高溫高壓條件下發育的斷裂裂隙系統為良好油氣運移通道，形成大型巖性或背斜圈閉氣藏［1］；張伙蘭等認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］；趙寶峰等認為盆地中深層在高溫超壓條件下發育水力破裂縫，結合砂體形成良好的側向運移通道［3］；梁宏偉、Luo Xiaorong、何家雄等認為鶯東斜坡帶和臨高區具有超壓，砂體發育，成巖作用相對較弱［4-5］，并存在優質儲層和隱蔽圈閉發育地區［6］；童傳新、高煜婷等認為鶯東斜坡局部發育高孔滲帶［7-8］.海口A區為鶯歌海盆地勘探有利區，但僅獲得低產氣流，由于鉆井等資料較少，缺少對其天然氣低豐度成因方面研究文獻［8］.筆者根據鶯歌海盆地2口取心探井資料，采用掃描電鏡、薄片觀察和儲層孔隙度恢復等方法，研究海口A區儲層特征及其成巖演化特征；結合地球化學數據分析天然氣來源和成藏期，根據其他成藏條件，分析成藏期儲層致密化是海口A區天然氣低豐度的主要原因.因此，儲層條件為研究區成藏主控因素，明確天然氣勘探主要方向.

1 區域地質概況

鶯歌海盆地位于中國南海北部大陸架西部地區，在海南島以西與越南之間，形態上呈NNW走向的長菱形.盆地主要劃分為鶯西斜坡、河內凹陷、臨高凸起、中央凹陷和鶯東斜坡5個構造單元，斜坡帶位于盆地東西邊緣，西北部的河內凹陷和東南部的中央凹陷被臨高凸起分隔（見圖1），為在印支地塊與華南地塊縫合線（紅河斷裂）上發展起來的新生代轉換—伸展型含油氣沉積盆地［7］；兩側發育北西向基底大斷裂，其中東北部（靠海南島一側）為一號斷裂帶.盆地內部充填巨厚的新生代地層，從上到下劃分為第四紀樂東組，上新統鶯歌海組（T20—T30），中新統黃流組（T30—T40）、梅山組（T40—T50）、三亞組（T50—T60），以及漸新統陵水組（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］（見圖2（a））.研究區海口A區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斷裂帶相隔（見圖1）；主要目的儲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（見圖2（b））.

2 儲層及成巖演化特征

2.1 礦物組成及孔滲特征

鶯歌海盆地海口A區三亞組儲層沉積物源來自越南紅河和海南島兩個方向，以海南島方向物源為主［9］，巖性以濱淺海粉砂巖和細砂巖為主.儲層礦物顆粒以石英為主（見圖3），次要礦物長石和海綠石等質量分數相對較低，泥質質量分數相對較高；顆粒分選差，磨圓中等偏差；儲層孔隙以鑄模孔、粒間溶孔和粒內溶孔等次生孔隙為主，原生孔隙面孔率非常低（見圖4）.儲層孔隙度為10%～15%，滲透率為（0.01～1.00）×10-3μm2，為典型的中孔低滲儲層特征，屬較差儲層［10-11］.恒速壓汞實驗表明，儲層平均喉道半徑為1.1μm，平均孔喉比為173，平均排替壓力為0.54MPa.儲層非均質性較強，A2井3 620m處2塊巖心薄片樣品分析結果顯示，孔隙度都為13.5%，滲透率分別為0.4×10-3和1.21×10-3μm2（見圖4（e）和（f））.

2.2 儲集空間特征

海口A區三亞組儲層現今埋深在3 500m以下，經歷成巖作用較強.云母壓彎、縫合線、長石溶蝕殘余和碳酸鹽溶蝕殘余等現象在掃描電鏡下有明顯表現.鄰近鶯東斜坡帶上海口B區三亞組儲層現今埋深為1 800m，孔隙度為15%～19%，滲透率為（40～400）×10-3μm2.因為海口B區位于A區東側，更靠近海南島，同樣以海南島方向物源為主［9］，因而兩區三亞組儲層具有可對比性.海口A區相對于B區遠離沉積物源，顆粒較小，埋深大，壓實作用強烈，受過溶蝕作用影響，儲層中各類長石、碳酸鹽巖質量分數較低（見圖3、圖4（a）、圖4（b））.總體上，海口A區三亞組儲層現今埋深深，成巖作用影響強烈，導致儲層中顆粒易溶礦物大部分已被溶蝕，進而導致掃描電鏡下海口A區儲層樣品發育大量鑄模孔、粒間溶孔和粒內溶孔等次生孔隙，在孔隙度上也不比海口B區儲層的小太多，而壓實作用導致A區儲層的顆粒排列緊密，滲透率遠不及B區儲層的.

2.3 黏土礦物發育

海口A區三亞組儲層中，大量鈉長石小晶體和毛發、絲縷狀伊利石包裹石英顆粒邊緣（見圖4（gi）），減小或堵塞喉道，導致該區孔喉比偏大，孔隙連通性差，水敏和速敏性強.通過儲層Tmax（有機質成熟度）、巖石固結程度、孢粉顏色、伊蒙混層比和自生礦物發育等資料，確定海口A區三亞組儲層目前為中成巖B期［12］，儲層中伊／蒙混層（I／S）、蒙脫石質量分數隨埋藏深度增加而減少，綠泥石、高嶺石質量分數隨埋藏深度增加而增大；至2 800m以下，綠泥石、高嶺石質量分數隨埋藏深度增加而大幅減少，伊利石質量分數急劇上升（見圖5）.原因是隨著埋藏深度和溫度的增加，地層中鉀長石等溶解形成富含K＋的環境，為伊利石的形成提供物質保障.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存在黏土礦物演化的異常段［12］；海口區受到深部熱流的影響較小，黏土礦物表現為規律演化特征.

3 儲層孔隙度演化

為研究成藏期時海口A區儲層特征，對該孔隙度進行恢復，原始孔隙度計算公式［14-15］為

式中：φ0為原始孔隙度；S0為Task分選因數和Q3分別為粒度累積曲線中25%和75%處的粒徑值，通過薄片鏡下粒度分析的方法確定S0.利用式（1）計算海口A區儲層原始孔隙度平均為29.1%.

鶯歌海盆地是新生代盆地，自形成以來經歷的大規模構造活動相對較少，主要以熱沉降為主.研究區位于盆地中央凹陷靠近鶯東斜坡帶地區，三亞組儲層自沉積以來未曾出露地表，也未受風化剝蝕等表生成巖作用.影響研究區三亞組儲層孔隙度演化的因素主要為上覆巖層壓實作用、膠結作用和碳酸鹽、長石等礦物的溶解作用.

對每塊巖心樣品隨機取3～6張鏡下鑄體巖石薄片圖像，應用圖像分析軟件對圖像中不同類型孔隙進行區分和標識（見圖4（e-f）），分別計算各類型孔隙所占面孔率，假設它近似于巖石孔隙度［16］，定量表征成巖作用對孔隙發育的影響.

海口A區三亞組不同時刻孔隙度表示為

式中：φ為孔隙度；a為孔隙度隨深度變化擬合因數，a＝2.76×10-4；φy、φj、φr分別為壓實、膠結和溶蝕作用孔隙度；t0y、t0j、t0r分別為儲層經歷的壓實、膠結和溶蝕作用時間；ty、tj、tr分別為某時刻已經歷的壓實、膠結和溶蝕作用時間.根據儲層薄片鑒定結果和儲層埋藏史選取參數，通過模擬計算得到海口區三亞組儲層孔隙度演化圖（見圖6）.

由圖6可見，在黃流組二段沉積（8.2Ma）以前，即三亞組儲層從開始沉積到埋深為1 800m時，主要受強烈的壓實作用和膠結作用影響，以減孔作用為主；由于儲層顆粒以粉細砂巖為主，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），儲層繼續受壓實作用和膠結作用影響，同時碳酸鹽和長石等易溶礦物開始溶解，在減孔作用和增孔作用共同作用下，孔隙度緩慢降至8%～9%；由于鉀長石溶蝕，孔隙水中K＋富集，為毛發狀伊利石的形成提供良好環境，進一步影響儲層的孔滲，形成相對致密的儲層.從鶯歌海二段沉積至第四紀沉積期（3.6～1.6Ma），隨著儲層埋深加大、溫度增高，壓實作用和膠結作用影響減弱；有機質的熱演化產生的有機酸進入儲層，加速易溶礦物溶解，儲層以受增孔作用影響為主.第四紀以來，由于碳酸鹽、鉀長石等易溶礦物已基本被溶蝕（見圖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，分別為漸新統崖城組含煤地層烴源巖和中新統梅山—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，埋深普遍較大，多為10km左右，主要處于過成熟階段［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.根據海口A區現今烴源巖埋藏深度和地溫梯度，以及鶯歌海盆地烴源巖研究結果［18-19］，認為該區三亞組烴源巖Ro為0.90%～1.10%，崖城組烴源巖Ro＞2.50%.

研究區A2井MDT測試取樣分析結果表明，海口A區三亞組天然氣以甲烷為主，干燥因數為0.92，N2和CO2體積分數較低；同位素δ13C1為-38.7‰～-35.0‰，δ13C2為-22.3‰～-23.7‰，δ13CO2為-15‰～25‰，屬有機成因CO2.乙烷同位素與以梅山—三亞組烴源巖供烴為主的東方區天然氣（δ13C2平均為-25‰）和樂東區天然氣（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天然氣（δ13C2平均為-27‰）和瓊東南盆地崖城區天然氣（δ13C2平均為-26.5‰）相差較大.另外，煤型氣δ13C1與Ro關系［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，并且A1井錄井資料顯示，在3 590～3 610m段巖屑油跡明顯，說明該段烴源巖已進入生油氣階段，因而推斷該區三亞組天然氣為本身源巖生成天然氣.

測定研究區三亞組儲層160個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，對應成藏期為2.0Ma左右的鶯歌海組沉積末期（見圖6）.該時期三亞組烴源巖已進入成熟階段，崖城組烴源巖處于過成熟階段，與研究區天然氣成熟度匹配，即研究區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

鶯歌海盆地海口A區位于中央坳陷邊緣，鄰近生烴中心并靠近斜坡帶，屬于油氣運移優勢區［9，22］.崖城組和梅山組泥巖為盆地內主要烴源巖，三亞組也有一定程度的烴源巖發育.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，厚度較大且連續性較好，為三亞組的良好蓋層.利用聲波時差估算梅山組泥巖流體壓力和排替壓力［23］，流體壓力因數為1.4左右，排替壓力為2.0～2.5MPa，海口A區蓋層條件較好.研究區A1井3 608～3 625m儲層段水型為MgCl2型，礦化度為30.457g／L，反映儲層與外界水體連通差，即該區氣藏具有較好保存條件.

海口A區三亞組儲層下部發育許多斷距為十幾米到幾十米之間、開啟性較差的小斷層［4］（見圖2（a））；這些小斷層在梅山組地層基本不發育，對蓋層不造成破壞，但具有溝通鄰近源巖的能力.該區與中央凹陷區和臨高凸起區黏土礦物演化不同在于未出現明顯的異常演化階段，反映深部熱流上涌現象不明顯，原因是該區泥底辟不發育和斷層開啟性差［5］.研究區自沉積以來未經歷長期暴露剝蝕，采用地層回剝法研究古構造特征［24］，結果表明海口A區背斜圈閉形成于梅山組沉積末期；該時期崖城組烴源巖處于高成熟到過成熟階段，大量生烴期結束，在梅山組沉積之后研究區未經歷大的構造運動，深層聚集的崖城組高熟天然氣很難再進入儲層.此外，背斜圈閉形成后三亞組內部夾雜的泥巖和鄰近梅山組底部泥巖開始熱成熟生烴，由于天然氣難以向下部地層運聚，形成海口A區三亞組儲層以三亞組烴源巖供烴為主的情況，同時儲層中包裹體均一溫度較高.鶯歌海組沉積末期，海口A區三亞組烴源巖開始大量生烴，生烴質量較梅山組和崖城組烴源巖的差，且儲層受壓實、膠結等成巖作用變得致密，難以形成大規模天然氣聚集.

綜上所述，海口A區生儲蓋組合和圈閉條件良好，位于油氣運移路徑上［4，7，22］，但天然氣成藏期時，儲層受成巖作用影響過早致密，阻礙天然氣充注，難以形成大規模氣藏，導致低天然氣豐度.由于該區除儲層外其他成藏要素較好，建議下一步勘探重點為尋找優質儲層圈閉，以降低油氣勘探風險.

6 結論

（1）海口A區三亞組儲層為中孔、低滲儲層，現今處于中成巖B期，孔隙以次生孔隙為主.沉積物顆粒細和強烈的壓實作用為儲層致密主要原因，毛發狀、絲縷狀伊利石和鈉長石小晶體是堵塞喉道、降低滲透率的主要原因.儲層受壓實作用影響，隨埋深加大孔隙度快速降低，至鶯歌海組沉積期，儲層孔隙度達到最低.

（2）海口A區三亞組天然氣與臨高區天然氣來源不同，前者以三亞組本身供烴為主，后者以崖城組供烴為主.三亞組儲層天然氣充注期為2Ma至今，成藏期時儲層已經致密，阻礙天然氣大規模充注，造成該區天然氣低豐度.

（3）分析海口A區生儲蓋等油氣成藏條件，優質儲層是油氣成藏的主控因素，尋找優質儲層圈閉是該區下一步勘探重點.

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