南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3鉆探區天然氣水合物運聚成藏的差異性

張 偉 梁金強 何家雄 叢曉榮 蘇丕波 林 霖 梁 勁

1.中國地質調查局廣州海洋地質調查局 2.國土資源部海底礦產資源重點實驗室3.中山大學海洋科學學院 4.中國科學院大學 5.中國科學院廣州能源研究所

全球勘探發現或推測證實的天然氣水合物（以下簡稱水合物）富集區，均發現存在油氣運移或流體滲漏運聚系統，且與水合物的烴源供給、運聚成藏及分布等聯系緊密[1-5]。同時，水合物氣源研究結果表明，生物氣和熱解成因氣對水合物成藏均具有重要貢獻[6-7]，但無論是哪種氣源，都必須通過一定的運移方式和運移疏導通道，方可到達水合物穩定域形成水合物。因此，運移疏導系統構成了氣源與淺層溫壓穩定域之間的“橋梁”。實際的含氣流體運移過程是極其復雜的，不僅有縱向上的運移還有橫向上的運移過程，如通過不整合面，巖性通道（地層、骨架砂、河道等）等，橫向和縱向運移系統相互匹配，溝通了深部氣源與淺部的水合物成藏穩定域[8]。因此，天然氣運移疏導系統與水合物聚集成藏之間的關系密切，是研究水合物成藏過程的關鍵。

2007年和2015年，廣州海洋地質調查局在南海北部陸坡神狐海域先后組織實施了兩個航次的水合物鉆探（GMGS1和GMGS3），這兩個鉆探區均位于珠江口盆地白云凹陷（圖1），且均獲取了水合物實物樣品（不可視水合物）。鉆探結果表明，盡管兩個鉆探區水深和地溫梯度等條件均處于適合水合物形成的穩定域內，且基本相同，但兩次鉆探所揭示的水合物氣體來源、儲層沉積物及水合物類型等存在差異，水合物的飽和度和厚度等在空間上表現出明顯的非均質性[9-10]，亟需探明導致這些差異產生的原因，分析各自水合物運聚成藏的控制影響因素，從而為今后水合物鉆探站位優選提供決策依據[11]。初步研究認為[9]，兩個鉆探區水合物差異聚集成藏與天然氣的運移疏導系統關系密切，然而目前對于兩個鉆探區含氣流體運移通道的識別、精細刻畫以及運移通道與水合物形成和空間分布的耦合關系研究不足。為解決上述問題，基于研究區高分辨率準3D地震資料，結合實際鉆探結果，筆者從“水合物運聚體系”角度，對上述兩個鉆探區含氣流體運移疏導通道類型、發育演化特點及其對水合物成藏的控制和影響等方面進行了對比分析研究。

1 研究區概況

圖1 南海北部神狐海域水合物鉆探區GMGS1與GMGS3鉆探航次位置及區域地質背景圖

本文研究區位于珠江口盆地珠二坳陷白云凹陷（圖1-a、圖1-b），其現今海底地形較為平坦（平均坡度為3°），但發育多條海脊與沖蝕峽谷水道相間排列（圖1-b）；水深自北向南逐漸加深（1 000～1 700 m）。前古近紀以來珠江口盆地東部構造活動較強烈，珠瓊運動等多期構造運動相繼發生并形成大尺度控盆控坳斷裂，控制了盆地構造格局及凹陷沉積充填；盆地早期為斷陷結構，中晚期以坳陷沉降為主，形成了現今“斷—坳”雙層結構，自下而上沉積充填了陸相—海相的巨厚新生代地層[12-13]（圖1-c）。

白云凹陷快速沉降沉積，處在洋陸過渡型地殼，地溫場偏高、熱流值大，且晚中新世晚期以來的新構造運動誘發古近紀厚層超壓泥頁巖塑性流動，產生了大規模的底辟活動帶，導致泥底辟和氣煙囪較發育。泥底辟及氣煙囪模糊帶主要發育于凹陷中心，面積約為1 000 km2，泥底辟幅度最大可達8 km，少數底辟可刺穿至近海底[14-15]。泥底辟形成演化過程中的拱張活動，導致在不同深度形成了上覆拱張背斜、高角度的斷裂和垂向裂隙系統，為該區水合物的形成提供了天然氣等流體運移疏導通道條件[15-16]。此外，在白云凹陷周緣斜坡區域發育NWW向和近EW向為主的區域大尺度斷層，其斷距較大，通常為溝源斷層，是深部古近紀熱解氣向新近紀及海底淺層運移疏導的重要通道[17-18]。總之，白云凹陷發育多種類型的含氣流體運移疏導通道，控制和影響了第四紀沉積層中水合物運聚成藏及其分布特點。

2 GMGS1與GMGS3鉆后對比

2007年GMGS1航次鉆探8個站位，在其中的SH2、SH3、SH7共3個站位獲得水合物樣品，鉆后研究結果表明[19]，水合物分布在200 m bsf（bsf表示海底以下深度，下同）上下的細粒泥質沉積物中，以分散式或膠結式充填，水合物分解氣氣體組分中甲烷占絕對優勢，含量高達99.7%，僅檢測出微量乙烷等以上重烴。GMGS1鉆探區含水合物沉積層厚度介于10～47 m,鉆獲水合物的平均飽和度可達到20%，最高達48%。

2015年GMGS3航次鉆探19個站位，23口鉆井，均獲得水合物顯示，且在其中的4口井進行了原位測量并取心獲得水合物實物樣品。水合物主要分布于100～250 m bsf，飽和度介于0～76%，氣體組分仍以甲烷為主（含量最高達99.5%），但乙烷、丙烷，甚至丁烷含量明顯高于GMGS1水合物分解氣（含量最高分別為 8 735 μg/g、579 μg/g 和 928 μg/g）。通過鉆探發現了厚度大、飽和度高、展布規模及儲量大的擴散型水合物礦體[20]。

GMGS3航次與GMGS1航次鉆探結果差異顯著，GMGS3不僅獲取了生物成因的Ⅰ型水合物，還在W17、W19等井發現了熱成因的Ⅱ型水合物，而且水合物層厚度、飽和度普遍大于GMGS1所發現的水合物[20-21]。GMGS3發現的高飽和度水合物儲層為富含有孔蟲的粉砂質細粒沉積物[10]，與國際上主要在粗粒砂質儲層中發現的高飽和度水合物差異明顯[22]。初步研究認為：盡管GMGS3鉆探區脊部的含水合物沉積層與GMGS1鉆探區相同，但鉆探站位所處構造和沉積位置存在差異（圖1）。陸坡西側的GMGS1鉆探站位主要位于陸坡限制型峽谷群的脊部，氣體來源以微生物成因氣為主，熱成因氣的貢獻非常有限，含水合物沉積層對應為北部小型水道侵蝕所導致的薄層透鏡狀細粒濁積體；而相鄰東側的GMGS3鉆探站位主要處在峽谷群的脊部和下游段—傾沒端位置，氣體來源以混合成因氣為主，存在部分熱成因氣的貢獻[21]。

3 水合物運聚成藏的差異性

3.1 運聚疏導體系類型

3.1.1 GMGS1運聚體系

GMGS1鉆探區水合物運聚體系研究相對深入，前人通過GMGS1鉆探區地震資料的解釋，識別出多種與水合物運聚成藏有關的疏導體系，包括氣煙囪（流體底辟）、斷裂體系（區域大尺度斷層、上新世深水扇中的正斷層、第四紀滑脫斷層）[9,23]（圖2）。其中氣煙囪模糊帶在該鉆探區發育最為普遍，但必須指出的是神狐海域這種氣煙囪與世界各地典型的氣煙囪在地震剖面上的反射特征存在一定的差異，大多表現出地層含氣或深部流體向淺層運移后造成的無定型雜亂或模糊反射，而非典型的柱狀空白反射，前人大多將其解釋為氣煙囪或流體底辟，為區分及表述方便，本文統一以氣煙囪模糊帶來表述。氣煙囪模糊帶主要位于鉆探區西北部和東南部海底峽谷脊部位置（圖1-b），在地震剖面上表現為大規模的模糊或雜亂反射帶，這些異常反射帶與似海底反射層（Bottom Simulating Ref l ector, BSR）對應關系較好，表明氣煙囪模糊帶對水合物成藏過程中含氣流體的運聚疏導有重要作用[23-25]。通過地震資料，前人在上新世深水扇中還發現了正斷層[23]，一系列正斷層與深水扇的形態存在一定的聯系，且這些正斷層通常與氣煙囪模糊帶相溝通（圖2），當含氣流體沿著氣煙囪模糊帶向上垂向運移時，可能會有部分氣體沿著深水扇中的正斷層發生側向運移，進而變相地擴大了氣煙囪模糊帶所能夠影響的范圍，可能會使水合物分布的范圍增加[23]；上新世以來，神狐海域海底滑塌異常顯著，滑移體在地震剖面上表現為中強連續性特征，這種滑塌可能與水合物分解有關[26]。海底滑塌體內部形成了大量滑脫斷層，部分滑脫斷層切割了水合物穩定域底界（Bottom of the Gas Hydrate Stability Zone,BGHSZ）并溝通至海底，含氣流體可沿著滑脫斷層運移至海底，從而可能造成部分天然氣逸散而降低水合物飽和度甚至無法形成水合物藏[21,25]。

圖2 神狐海域GMGS1鉆探區含氣流體運移疏導通道類型與發育特征圖（地震測線位置見圖1）

3.1.2 GMGS3運聚體系

通過對GMGS3鉆探區高精度地震資料系統解釋和判識，同樣識別出了多種類型天然氣運聚疏導通道，包括氣煙囪模糊帶、疑似泥底辟模糊帶、底辟伴生斷層、高角度溝源斷裂及第四紀滑塌斷層（圖3、4）。

與GMGS1鉆探區類似，GMGS3鉆探區廣泛發育氣煙囪模糊帶，且與BSR空間耦合關系良好，在BSR強反射區下部或側翼均能發現流體滲漏在地震剖面上產生的效應，包括地震反射模糊帶、雜亂反射帶甚至空白反射帶。氣煙囪模糊帶兩側同相軸發生中斷，內部反射同相軸可觀察到下拉特征（圖3）。通過地震資料，還識別出疑似泥底辟，且與氣煙囪模糊帶類似，底辟體內部地震反射雜亂或模糊，但是兩側反射同相軸因泥源物質的上拱而被牽引上拉，泥底辟模糊帶頂部直達BSR底部，部分地震剖面甚至能觀察到BSR“上拱”彎曲的現象。與泥底辟和氣煙囪模糊帶伴生的斷層在GMGS3鉆探區異常發育，在氣煙囪和泥底辟體模糊帶周緣及側翼能識別出大量高角度的伴生斷裂，斷裂上端附近地層中還能觀察到含氣后的“亮點”，形成“旗狀”反射（圖3）。在泥底辟模糊帶頂部還能觀察到因泥源物質上拱而形成的拱張斷裂。GMGS3鉆探區更靠近LW3-1氣田泄壓區，除底辟伴生斷層外，還發育溝源斷裂，溝通了深部古近紀烴源巖與淺層水合物溫壓穩定域，相較于GMGS1鉆探區具有較大差異[25]（圖4）。由于神狐海域海底滑塌普遍發育，從GMGS3鉆探區地震剖面上可以觀察到明顯的滑塌特征，與GMGS1鉆探區類似，滑塌體沿滑塌面朝地層走向發生滑動，部分BSR與滑塌面重疊，滑塌體內部形成的滑塌斷層溝通了BGHSZ與海底（圖5），從地震資料反應的構造地質特征顯示，在滑塌發生過程中因水合物分解，部分氣體可能沿著這些滑塌斷層運移逸散至海底，從而造成水合物飽和度的降低甚至破壞水合物[21]。這一構造地質特征與GMGS1鉆探區相同。

圖3 神狐海域GMGS3鉆探區含氣流體運移疏導通道類型與發育特征圖（地震測線位置見圖1）

3.2 運聚疏導體系發育演化特征

上述分析表明，GMGS1與GMGS3鉆探區發育了基本相同的疏導體系類型，廣泛發育的氣煙囪及泥底辟模糊帶、規模小但數量多的不同類型斷裂體系共同構成了神狐海域含氣流體的運聚通道系統，控制了該區水合物的形成和富集。但是，進一步分析地震地質特征發現，兩個鉆探區含氣流體疏導系統發育演化特征存在諸多異同點。

3.2.1 底辟/氣煙囪模糊帶差異性對比

GMGS1鉆探區雖然沒有發育溝通深部地層的溝源斷裂，但該區氣煙囪模糊帶異常發育，主要發育NW和SN向的兩個氣煙囪模糊帶，主要沿海底脊部分布（圖1-b）。地震剖面顯示（圖2），大部分氣煙囪模糊帶為直立的柱狀外形，與圍巖邊界明顯，自下而上侵入刺穿T5—T2多個反射層；氣煙囪模糊帶兩側地震反射同相軸在氣煙囪模糊帶邊界發生中斷，內部主體部分呈現雜亂或模糊反射特征，部分可觀察到明顯的同相軸下拉，這是典型的氣煙囪地震反射特征；雜亂和模糊反射上部通常出現空白反射帶，其上部普遍出現增強反射特征，代表自由氣體充注的“亮點”反射。氣煙囪模糊帶的頂部形態各異，當氣體通過氣煙囪模糊帶垂向向上運移至模糊帶頂部時，若氣體不發生擴散，頂部形態通常為穹頂狀；當氣體發生橫向擴散時，模糊帶頂部外形也呈發散的花冠狀或囊狀[23-25]。從地震反射剖面上看，氣煙囪模糊帶“根部”向下延伸至T5反射層，因此其可能發源于珠海組或更深部的恩平組—文昌組[15-16]。

地震剖面顯示，自下而上，GMGS1鉆探區發育的氣煙囪模糊帶內部結構可以分為3個部分：下部雜亂反射帶、中部空白反射帶及上部強振幅反射帶[9,23-25]。氣煙囪模糊帶多發育于T5之下的珠海組泥巖層，甚至可能源于文昌組—恩平組沉積層，向上刺穿T5、T4、T3和T2到達淺部。前人研究認為，氣煙囪是地質歷史時期深部流體向上運移的有利通道[27-29]。同時，也說明該區曾經存在著較強的超壓[16]。從地震剖面上可以觀察到，指示水合物存在的BSR分布與氣煙囪模糊帶具有較好的相關性，BSR通常出現在氣煙囪模糊帶的頂部，但是比氣煙囪模糊帶分布的范圍要大。這是因為，BSR之下從深部運移上來的流體在壓力減小的情況下發生氣液分離，在氣煙囪模糊帶頂部形成了天然氣的局部聚集，進而達到過飽和而形成水合物，從而在氣煙囪模糊帶頂部產生了振幅較強的BSR。另外，由于鉆探區大多數氣煙囪模糊帶頂部到達淺層海底滑塌面，滑塌體在滑塌面上滑脫，使其成為一個大的破碎帶，帶內沉積物孔滲性通常較好。因此，天然氣可以在該破碎帶內進行橫向運移，造成強反射層范圍加大，說明氣煙囪模糊帶為深部流體向淺層運移提供了較為有利的通道條件[9,23,25]。

GMGS3鉆探區氣煙囪模糊帶發育特征并沒有GMGS1鉆探區典型，但是氣煙囪模糊帶廣泛發育，部分地震剖面顯示氣煙囪模糊帶連片發育，同一剖面上能觀察到幾個大小不一的氣煙囪模糊帶的組合。除少部分氣煙囪模糊帶具有與GMGS1鉆探區氣煙囪模糊帶類似的柱狀外形外（圖3），大部分氣煙囪模糊帶主要呈現出雜亂、無定型的結構，自下而上模糊帶范圍大小發生變化，頂部普遍發生擴散，形成扇狀和枕狀外形。氣煙囪模糊帶內部反射模糊、雜亂，可觀察到反射同相軸下拉現象，兩側同相軸在模糊帶發生中斷，模糊帶頂部地震反射增強，應是氣體充注的體現。個別地震測線還識別出了疑似泥底辟，泥底辟內部反射模糊、雜亂，無同相軸下拉的特征，而兩側地層則因泥源物質上拱牽引而表現出同相軸上拉的特征（圖3）。該區泥底辟模糊帶通常與氣煙囪模糊帶相伴生，且伴生大量斷裂及裂縫構造。

GMGS3鉆探區氣煙囪和疑似泥底辟模糊帶從地震剖面上尚無法確定其“根部”（與地震資料品質有關），氣煙囪模糊帶越往深部，地震反射越雜亂，無法判斷其切穿層位。推測發育于T5反射層之下，向上刺穿T4、T3、T2、T1，部分測線氣煙囪模糊帶到達第四紀淺層。BSR在GMGS3鉆探區呈連續分布特征，大致與海底平行，且極性與海底相反；大多數BSR在橫向上反射波振幅強度及連續性有一定變化。但具強振幅反射特征的BSR通常位于氣煙囪模糊帶的頂部及周圍，二者空間匹配較好，氣煙囪模糊帶與伴生斷裂溝通了上部BSR，將深部氣體運移疏導至水合物溫壓穩定域。

3.2.2 斷層差異性對比

3.2.2.1 大尺度斷層

GMGS1鉆探區深部斷裂發育較少，主要在T5反射層之下識別出一些平板式的小型正斷層，其活動性較差，斷距一般較小且切割地層厚度亦小（圖2）。中淺部的斷層發育程度增加，多分布在T3之上，以海底扇正斷層及海底滑塌形成的犁式正斷層為主。根據鉆探區的斷層的平面和剖面分布及發育特征[9,25]，鉆探區的斷層上部發育較多，下部發育少，上部斷層和下部斷層互相不溝通，難以構成天然氣自深部向淺部運移的垂向通道。與GMGS1鉆探區不同的是，GMGS3鉆探區發育溝源斷裂（圖4），在剖面上發育一條NWW向展布的繼承性正斷層（F1），其斷穿T2、T3、T4和T5并繼續向下延伸，推斷該斷層可能下切到深部的文昌組與恩平組烴源巖，可以作為深部天然氣向淺層運移的垂向通道。需指出的是，通過LW3-1氣田附近的地震剖面解釋結果也發現，在LW3-1氣田附近發育兩條相距較近的F2和F3溝源斷層，其走向NE，為正斷層，都切穿T2—T5這4個地震反射層位并向下延伸，可能切穿到深部恩平組和文昌組烴源巖。此外，在該鉆探區淺部地層中也發育多條斷層，且可以通過砂體與F2和F3斷層溝通。

因此，GMGS3鉆探區及東部鄰區發育的可溝通深部烴源巖的溝源斷裂，一方面可能成為深部熱成因天然氣的垂向運移通道，直接疏導深部熱成因天然氣向上運移；另一方面，斷層與海底滑塌形成的破碎帶或砂體構成天然氣的復合疏導體系，當深部熱成因天然氣到達淺層之后，可繼續通過海底滑塌形成的破碎帶在橫向上運移聚集，進而在水合物穩定域內形成水合物。而GMGS1鉆探區缺乏溝通深部古近紀烴源巖與淺層水合物穩定域的溝源斷裂，限制了深層熱成因氣體向淺層運移，進而使得GMGS1鉆探區表現出氣源以微生物氣占絕對優勢而熱成因氣貢獻極少的結果[21,25]。

3.2.2.2 底辟伴生斷層

底辟和氣煙囪的發生通常伴隨深部的高溫超壓及到達淺層后的泄壓釋放，在底辟活動過程中往往會造成地層的擾動，在底辟四周及頂部通常會形成大量的底辟斷層和微裂縫。GMGS1鉆探區部分底辟模糊帶兩側及頂部能觀察到較發育的伴生斷層[9,23-25]，如過SH2 和SH3站位的地震剖面顯示（圖2），在花冠狀氣煙囪模糊帶的頂部和內部伴生有多條底辟伴生斷層或裂隙，其應是異常高壓條件下形成的流體壓裂，可以作為含氣流體的垂向運移通道，從氣煙囪模糊帶內部和兩側向上運移的氣體能夠通過這些流體壓裂裂隙等通道繼續向氣煙囪模糊帶上部溫壓穩定域中運移聚集，進而在氣煙囪模糊帶上部一定距離形成水合物[23-25]。

GMGS3鉆探區地震資料顯示，疑似泥底辟和氣煙囪模糊帶內部和四周發育大量底辟伴生斷層，在疑似泥底辟模糊帶頂部還發育小型拱張斷裂；盡管GMGS3鉆探區同樣也發育與GMGS1鉆探區類似的產狀較緩的底辟伴生斷層，但大部分GMGS3鉆探區的底辟模糊帶伴生斷層與GMGS1鉆探區氣煙囪模糊帶伴生斷層存在明顯區別，前者以正斷層為主，斷層傾角大，產狀陡直，絕大部分斷層位于BSR下部，溝通了深部氣源與水合物穩定域。因此，GMGS3鉆探區底辟模糊帶伴生斷層多起到垂向運移通道的作用，提高了氣煙囪和泥底辟模糊帶的含氣流體運移的效能。GMGS1氣煙囪模糊帶伴生斷層也以正斷層為主，但是斷層產狀相對平緩，以鏟式正斷層為主，斷距小，在地震剖面上構成“Y”字形、樹枝狀等組合形態，呈曲折、斷續狀分布，斷層切穿地層厚度較小，且大部分伴生斷層并未與BSR直接溝通，而是與模糊反射帶在側向及頂部溝通，更多地體現出側向運移疏導通道的作用，進而拓寬了含氣流體運移范圍或為天然氣的側向運移與儲集提供了通道和空間[23,25]。

3.2.2.3 海底滑塌斷層

神狐海域上新世—第四紀海底滑坡異常發育，滑坡體在空間上相互疊置[30]，這些海底滑坡形成了初始的區域滑坡面，神狐海域所發現的BSR大多位于滑坡面附近或者與滑坡面基本重合[19,25]（圖2、3、5）。海底滑坡致使滑坡碎屑均一化，形成具有較大孔隙度和滲透率的地層，不但為淺層氣的側向運移提供了良好的疏導體系，還擴大了水合物形成的孔隙空間；同時在海底滑坡內部往往因塊體的運移，產生擠壓褶皺和滑塌斷層，使得地層穩定性遭到破壞，因而當海底滑坡發生時，水合物能夠存在的穩定條件會被破壞，在頂界，由于溫度的升高，氣體溶解度降低，游離氣逸出，水合物由頂部開始分解，可以沿著滑移面和滑塌斷層運移，甚至滲漏逸散至海底，從而降低了水合物氣體飽和度，影響水合物成藏。從地震剖面可以觀察到（圖5），GMGS1鉆探區海底滑塌斷層比GMGS3鉆探區更為發育，可能造成GMGS1鉆探區部分站位水合物分解，氣體沿滑脫斷層逸散，降低水合物飽和度甚至破壞水合物藏；而GMGS3鉆探區海底滑塌斷層相對發育較少，氣體保存較好，最終使得該區滑塌面附近富集水合物且水合物飽和度相對GMGS1鉆探區整體偏高。

3.3 含氣流體疏導效能預測

GMGS3鉆探巖心水合物分解氣及釋壓空隙氣（從巖心氣脹空隙抽出的氣體）地球化學分析結果表明[21]，天然氣以甲烷占絕對優勢，但在部分站位還檢測到一定量的乙烷和丙烷等重烴，相較于GMGS1鉆探區水合物分解氣氣體組分中重烴含量明顯升高；且氣源成因判識表明，GMGS3鉆探區水合物氣源以微生物氣和熱成因的混合成因為主，熱成因氣對水合物成藏具有重要貢獻，相較于GMGS1鉆探區，GMGS3鉆探區熱成因氣對水合物成藏的貢獻更大。兩個鉆探區地理位置相接，區域構造沉積特征差異較小，二者同屬于白云凹陷富生烴凹陷，但是水合物氣源卻顯示出較明顯的差異。進一步分析發現，從含氣流體運移通道的類型來看，GMGS1鉆探區以氣煙囪模糊帶和中小尺度斷層作為主要的運移路徑，缺乏溝源斷裂，而GMGS3鉆探區更靠近東部底辟構造和溝源斷層發育的區域。從上述氣體運移通道發育地質特征的差異結果得知，相較于GMGS1鉆探區，GMGS3鉆探區內的通道運移效能更高，更有利于源自深部的熱成因氣沿著底辟和斷層垂向運移至水合物穩定帶內形成更高飽和度的水合物。

GMGS1鉆探區水合物主要是呈浸染狀存在于細粒的沉積物之中，水合物分布不均，表明該區水合物成藏是一個分散式系統。前人研究表明，底辟和氣煙囪模糊帶等流體輸導系統是聚集性流體（天然氣）運移疏導的優良通道，然而，GMGS1鉆探區鉆探站位顯示向上運移的甲烷通量較低[31]，這一矛盾現象暗示氣煙囪模糊帶可能不是該鉆探區聚集性流體運移疏導的高效通道，需要進一步分析含氣流體運移疏導通道的運移效率[9]。

毗鄰GMGS3鉆探區的LW3-1氣田成藏地質特征分析表明[9,25]，斷層在深部油氣疏導及運聚成藏過程中起到了至關重要的作用，文昌組和恩平組烴源巖生成的成熟—高熟油氣通過斷層向上覆儲層中運移，而處在LW3-1氣田油氣泄壓區內的GMGS3鉆探區熱成因氣體在水合物成藏中的作用可能表明，鉆探區內所發育的溝源斷裂與氣煙囪模糊帶等流體疏導通道互相匹配，起到高效運移疏導深部天然氣的作用，來自白云凹陷深部古近紀烴源巖生成的熱成因天然氣通過溝源斷裂，氣煙囪及泥底辟模糊帶等垂向疏導通道運移至淺層溫壓穩定域中形成水合物，考慮到GMGS1鉆探區氣煙囪模糊帶運移深部氣體的效率相對較低，GMGS3鉆探區溝源斷裂對水合物氣源的疏導占主導地位。此外，不同運聚體系的組合樣式也會造成流體疏導體系效能的差異。GMGS1鉆探區主要是通過氣煙囪模糊帶對深部氣體的運移疏導，淺層斷層和深部斷層缺乏溝通，深部氣體難以大規模運移疏導，水合物氣源最終表現出以淺層生物氣為主；而GMGS3鉆探區溝源斷裂、底辟和氣煙囪模糊帶、底辟高角度斷層等組合發育，對深部氣體的運移疏導效率更高，應該是導致GMGS3鉆探區熱成因天然氣對水合物的成藏貢獻高于GMGS1鉆探區的原因之一。

3.4 運聚體系與水合物賦存關系對比

水合物運聚體系發育類型及特征是水合物鉆前站位選擇的重要依據，兩鉆探區站位選擇均是在水合物運聚體系較發育的位置，且多種類型的運聚通道與BSR的空間耦合關系均較好[9,21,23-25]，然而GMGS1和GMGS3鉆探區實際鉆探結果表明，水合物具有不均勻分布的特征，在水合物運聚體系較發育的站位并非均能鉆獲一定飽和度的水合物甚至未能鉆獲水合物樣品。這一現象不僅說明水合物富集成藏可能還存在除運聚體系之外的控制因素，也說明運聚體系與水合物賦存關系復雜，還需結合其他因素綜合研究。

GMGS1航次鉆后分析發現，雖然花冠狀模糊反射帶在該區的分布和發育有限，但是其與水合物的形成和富集及分布有著密切關聯[24]，鉆遇水合物的SH2、SH3、SH7站位均位于花冠狀氣煙囪模糊反射帶附近，而沒有鉆獲水合物的站位，在相應地震反射剖面上也未識別出這種花冠狀的氣煙囪模糊帶（圖2）。氣煙囪模糊帶與水合物這種良好對應關系表明，模糊帶頂部氣體擴散越明顯，可能表明氣源向溫壓穩定域充注量越大，越容易形成水合物。

GMGS3鉆探區所有站位均獲得水合物顯示，但是不同站位水合物飽和度差異較大，即存在差異聚集的特征，進一步分析相對高飽和度水合物（飽和度約為60%）產出站位（W17、W18、W19等）發現，在BSR下部不僅發育氣煙囪和底辟模糊帶等通道，還在這些通道的側翼和頂部發育大量的高角度底辟伴生斷層，溝通了BSR下部氣源與淺層溫壓穩定域[21]，但不同類型疏導通道的有效組合才能形成和富集相對高飽和度的水合物，而在其他部分站位氣煙囪等發育并不典型，僅表現出模糊或雜亂的反射特征，對深部氣源的運聚疏導的效能尚有待進一步研究。此外，部分站位還存在溝通BGHSZ與海底的滑塌斷層，可能在海底滑坡發生過程中導致水合物分解，致使部分氣體沿滑塌斷層運移逸散至海底，最終導致水合物飽和度降低，這種效應可能在GMGS1鉆探區內部分未鉆獲水合物站位中也有體現。

3.5 水合物成藏模式差異

根據上述兩個鉆探區水合物運聚體系的綜合對比分析及鉆探結果，結合白云凹陷油氣成藏地質特征分析，筆者認為兩個鉆探區水合物成藏機制之所以存在差異，在于其發育了不同的疏導體系。GMGS1鉆探區水合物氣源以生物成因氣占絕對優勢，熱成因氣貢獻極少，原因在于該區離白云凹陷中心相對GMGS3鉆探區更遠，且該區未發育溝通深部烴源巖與淺部水合物溫壓穩定域的溝源斷裂，氣煙囪模糊帶對氣源的運移疏導效能有限，即使有深部熱成因氣運移疏導至淺層，但該區發育海底滑塌斷層且和氣煙囪模糊帶伴生斷層相溝通，導致氣體沿氣煙囪模糊帶伴生的鏟式正斷層發生側向運移，甚至運移疏導至淺層滑塌斷層中發生逸散，氣源供給的減少使得部分水合物儲層中無法聚集足夠量的天然氣而未能形成水合物藏，這應該是導致GMGS1鉆探區部分站位未發現水合物的原因[9,23,25]。

綜上所述，筆者總結并對比了兩個鉆探區水合物成藏模式（圖6）。就GMGS1鉆探區而言，來自白云凹陷深部的部分熱成因氣體通過氣煙囪模糊帶向上運移，一部分氣體通過孔滲性較好的砂體發生了橫向運移或者被儲層所捕獲，剩余的氣體繼續向淺層運移，當遇到氣煙囪模糊帶側向的伴生斷層時，氣體發生側向運移，繼續運移至海底滑塌斷層之中發生逸散，剩下的少部分熱成因氣與淺層原地生物成因氣混合繼續沿氣煙囪模糊帶及其頂部的伴生斷層運移至水合物穩定域，從而形成水合物藏（圖6-a）。而GMGS3鉆探區溝源斷裂發育，且底辟、氣煙囪模糊帶與伴生高角度斷裂等組合匹配對氣體的運移效能相對于GMGS1鉆探區可能更高，促使熱成因氣貢獻顯著增強，一方面，天然氣在斷層附近溫壓條件適宜的場所即可被捕獲而形成水合物；另一方面，當氣體運移遇到氣煙囪和泥底辟模糊帶通道時則繼續向淺部地層運移，熱成因氣則與淺層生物氣混合后向淺層水合物溫壓穩定域運聚成藏[11,21,32]（圖6-b）。因此，雖然GMGS1和GMGS3鉆探區均處在白云富生烴凹陷且相距甚近，區域地質背景及構造沉積充填特征相同，但局部地質地貌及沉積物和運聚疏導系統條件的差異，亦可導致同一地質背景下兩個相距很近的鉆探區水合物礦體差異明顯，其中含氣流體運移通道類型、發育演化特征和運移效能的差異，可能是導致二者在氣體來源及運聚富集程度等出現較大差異的重要原因，故最終造成了兩個鉆探區鉆探結果的差異。

4 結論與認識

1）GMGS1鉆探區主要發育氣煙囪模糊帶、不同類型斷裂體系運聚通道，但淺層和深部斷層缺乏溝通，深部古近紀熱成因氣體向淺層溫壓穩定域的運移效能較低。GMGS3鉆探區發育了包括氣煙囪與泥底辟模糊帶、底辟伴生斷層、高角度溝源斷裂及第四紀滑塌斷層等多種類型的運聚疏導體系，溝源斷裂對深部古近紀烴源巖生成的氣體運移疏導效能高，造成熱成因氣對水合物成藏的貢獻要大于GMGS1鉆探區。

2）GMGS3鉆探區氣煙囪模糊帶發育特征沒有GMGS1鉆探區典型，但大部分氣煙囪模糊帶具有類似GMGS1鉆探區的柱狀規則外形，呈現出雜亂或模糊反射，自下而上氣煙囪模糊帶范圍大小基本未發生變化，而GMGS1鉆探區氣煙囪模糊帶頂部形成囊狀、花狀等外形，代表氣體發生了橫向擴散。

圖6 神狐海域GMGS1（a）與GMGS3（b）鉆探區水合物成藏模式對比圖（圖b據本文參考文獻[32]修改）

3）GMGS3鉆探區底辟伴生斷層多起到垂向運移通道的作用，與氣煙囪和泥底辟模糊帶組合匹配并提高了含氣流體運移的效能。GMGS1鉆探區氣煙囪模糊帶伴生斷層更多地體現出側向運移疏導通道的作用，拓寬了天然氣的側向運移范圍。

4）GMGS1與GMGS3鉆探區均位于白云富生烴凹陷，地質背景及沉積充填特征相同，但是含氣流體運移通道類型及其組合、發育特點和運移效能的差異，使得二者在氣源疏導類型及氣體供給量有所不同，最終促使神狐地區水合物差異性聚集成藏。

[ 1 ] Crutchley GJ, Pecher IA, Gorman AR, Henrys SA & Greinert J.Seismic imaging of gas conduits beneath seafloor seep sites in a shallow marine gas hydrate province, Hikurangi Margin, New Zealand[J]. Marine Geology, 2010, 272(1/4): 114-126.

[ 2 ] Rajan A, Bünz S, Mienert J & Smith AJ. Gas hydrate systems in petroleum provinces of the SW-Barents Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2013, 46: 92-106.

[ 3 ] Bünz S, Mienert J & Berndt C. Geological controls on the Storegga gas-hydrate system of the mid-Norwegian continental margin[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2003, 209(3/4): 291-307.

[ 4 ] Dewangan P, Ramprasad T, Ramana MV, Mazumdar A, Desa M& Badesab FK. Seabed morphology and gas venting features in the continental slope region of Krishna–Godavari Basin, Bay of Bengal: Implications in gas-hydrate exploration[J]. Marine and Petroleum Geology, 2010, 27(7): 1628-1641.

[ 5 ] Horozal S, Lee GH, Yi BY, Yoo DG, Park KP, Lee HY, et al.Seismic indicators of gas hydrate and associated gas in the Ulleung Basin, East Sea (Japan Sea) and implications of heat fl ows derived from depths of the bottom-simulating ref l ector[J]. Marine Geology, 2009, 258(1/4): 126-138.

[ 6 ] Klapp SA, Bohrmann G, Kuhs WF, Mangir Murshed M, Pape T,Klein H, et al. Microstructures of structure I and II gas hydrates from the Gulf of Mexico[J]. Marine and Petroleum Geology,2010, 27(1): 116-125.

[ 7 ] Kida M, Khlystov O, Zemskaya T, Takahashi N, Minami H,Sakagami H, et al. Coexistence of structure I and II gas hydrates in Lake Baikal suggesting gas sources from microbial and thermogenic origin[J]. Geophysical Research Letters, 2006, 33(24):L24603.

[ 8 ] 何家雄, 盧振權, 張偉, 劉志杰, 李曉唐. 南海北部珠江口盆地深水區天然氣水合物成因類型及成礦成藏模式[J]. 現代地質, 2015, 29(5): 1024-1034.He Jiaxiong, Lu Zhenquan, Zhang Wei, Liu Zhijie & Li Xiaotang.Biogenetic and sub-biogenetic gas resource and genetic types of natural gas hydrates in Pearl River Mouth Basin, northern area of South China Sea[J]. Geoscience, 2015, 29(5): 1024-1034.

[ 9 ] Su Ming, Sha Zhibin, Zhang Cuimei, Wang Hongbin, Wu Nengyou, Yang Rui, et al. Types, characteristics and signif i cances of migrating pathways of gas-bearing fl uids in the Shenhu Area,northern continental slope of the South China Sea[J]. Acta Geologica Sinica, 2017, 91(1): 219-231.

[10] 郭依群, 楊勝雄, 梁金強, 陸敬安, 林霖, 匡增桂. 南海北部神狐海域高飽和度天然氣水合物分布特征[J]. 地學前緣, 2017,24(4): 24-31.Guo Yiqun, Yang Shengxiong, Liang Jinqiang, Lu Jing'an, Lin Lin & Kuang Zenggui. Characteristics of high gas hydrate distribution in the Shenhu area on the northern slope of the South China Sea[J]. Earth Science Frontiers, 2017, 24(4): 24-31.

[11] 楊勝雄, 梁金強, 陸敬安, 曲長偉, 劉博. 南海北部神狐海域天然氣水合物成藏特征及主控因素新認識[J]. 地學前緣,2017, 24(4): 1-14.Yang Shengxiong, Liang Jinqiang, Lu Jing'an, Qu Changwei& Liu Bo. New understandings on the characteristics and controlling factors of gas hydrate reservoirs in the Shenhu area on the northern slope of the South China Sea[J]. Earth Science Frontiers,2017, 24(4): 1-14.

[12] 張功成, 楊海長, 陳瑩, 紀沫, 王柯, 楊東升, 等. 白云凹陷——珠江口盆地深水區一個巨大的富生氣凹陷[J]. 天然氣工業,2014, 34(11): 11-25.Zhang Gongcheng, Yang Haizhang, Chen Ying, Ji Mo, Wang Ke,Yang Dongsheng, et al. The Baiyun Sag: A giant rich gas-generation sag in the deepwater area of the Pearl River Mouth Basin[J].Natural Gas Industry, 2014, 34(11): 11-25.

[13] 鐘志洪, 施和生, 朱明, 龐雄, 何敏, 趙中賢, 等. 珠江口盆地構造—地層格架及成因機制探討[J]. 中國海上油氣, 2014,26(5): 20-29.Zhong Zhihong, Shi Hesheng, Zhu Ming, Pang Xiong, He Min,Zhao Zhongxian, et al. A discussion on the tectonic-stratigraphic framework and its origin mechanism in Pearl River Mouth Basin[J]. China Offshore Oil and Gas, 2014, 26(5): 20-29.

[14] 張樹林, 陳多福, 黃君權. 白云凹陷天然氣水合物成藏條件[J].天然氣工業, 2007, 27(9): 7-10.Zhang Shulin, Chen Duofu & Huang Junquan. Conditions of accumulation of gas hydrate in Baiyun sag[J]. Natural Gas Industry,2007, 27(9): 7-10.

[15] 王家豪, 龐雄, 王存武, 何敏, 連世勇. 珠江口盆地白云凹陷中央底辟帶的發現及識別[J]. 地球科學——中國地質大學學報, 2006, 31(2): 209-213.Wang Jiahao, Pang Xiong, Wang Cunwu, He Min & Lian Shiyong. Discovery and recognition of the central diapiric zone in Baiyun Depression, Pearl River Mouth Basin[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 2006, 31(2): 209-213.

[16] 石萬忠, 宋志峰, 王曉龍, 孔敏. 珠江口盆地白云凹陷底辟構造類型及其成因[J]. 地球科學——中國地質大學學報, 2009,34(5): 778-784.Shi Wanzhong, Song Zhifeng, Wang Xiaolong & Kong Min. Diapir structure and its origin in the Baiyun Depression, Pearl River Mouth Basin, China[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 2009, 34(5): 778-784.

[17] 朱偉林. 南海北部深水區油氣地質特征[J]. 石油學報, 2010,31(4): 521-527.Zhu Weilin. Petroleum geology in deepwater area of northern continental margin in South China Sea[J]. Acta Petrolei Sinica,2010, 31(4): 521-527.

[18] 孫龍濤, 周蒂, 陳長民, 詹文歡, 孫珍. 珠江口盆地白云凹陷斷裂構造特征及其活動期次[J]. 熱帶海洋學報, 2008, 27(2):25-31.Sun Longtao, Zhou Di, Chen Changmin, Zhan Wenhuan & Sun Zhen. Fault structure and evolution of Baiyun Sag in Zhujiang River Mouth Basin[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2008,27(2): 25-31.

[19] Wang Xiujuan, Collett TS, Lee MW, Yang Shengxiong, Guo Yiqun & Wu Shiguo. Geological controls on the occurrence of gas hydrate from core, downhole log, and seismic data in the Shenhu area, South China Sea[J]. Marine Geology, 2014, 357:272-292.

[20] Yang Shengxiong, Zhang Ming, Liang Jinqiang, Lu Jing'an,Zhang Zijian, Holland M, et al. Preliminary results of China's third gas hydrate drilling expedition: A critical step from discovery to development in the South China Sea[J]. Fire in the Ice,2015, 15(2): 1-5.

[21] Zhang Wei, Liang Jinqiang, Lu Jing'an, Wei Jiangong, Su Pibo,Fang Yunxin, et al. Accumulation features and mechanisms of high saturation natural gas hydrate in Shenhu Area, northern South China Sea[J]. Petroleum Exploration and Development,2017, 44(5): 708-719.

[22] Boswell R, Frye M, Shelander D, Shedd W, McConnell DR &Cook A. Architecture of gas-hydrate-bearing sands from Walker Ridge 313, Green canyon 955, and Alaminos canyon 21: Northern Deepwater Gulf of Mexico[J]. Marine and Petroleum Geology, 2012, 34(1): 134-149.

[23] 蘇明, 楊睿, 吳能友, 王宏斌, 梁金強, 沙志彬, 等. 南海北部陸坡區神狐海域構造特征及對水合物的控制[J]. 地質學報,2014, 88(3): 318-326.Su Ming, Yang Rui, Wu Nengyou, Wang Hongbin, Liang Jinqiang, Sha Zhibin, et al. Structural characteristics in the Shenhu Area, northern continental slope of South China Sea, and their inf l uences on gas hydrate[J]. Acta Geologica Sinica, 2014, 88(3):318-326.

[24] 楊睿, 閻貧, 吳能友, 喬少華, 蘇明, 梁金強, 等. 南海神狐水合物鉆探區不同形態流體地震反射特征與水合物產出的關系[J]. 海洋學研究, 2014, 32(4): 19-26.Yang Rui, Yan Pin, Wu Nengyou, Qiao Shaohua, Su Ming, Liang Jinqiang, et al. Seismic ref l ecting characteristics of fl uid and its effect on gas hydrate distribution in the Shenhu Area, South China Sea[J]. Journal of Marine Sciences, 2014, 32(4): 19-26.

[25] Su M, Yang R, Wang H, Sha Z, Liang J, Wu N, et al. Gas hydrates distribution in the Shenhu Area, northern South China Sea: Comparisons between the eight drilling sites with gas-hydrate petroleum system[J]. Geologica Acta, 2016, 14(2): 79-100.

[26] Wang Lei, Wu Shiguo, Li Qingping, Wang Dawei & Fu Shaoying.Architecture and development of a multi-stage Baiyun submarine slide complex in the Pearl River Canyon, northern South China Sea[J]. Geo-Marine Letters, 2014, 34(4): 327-343.

[27] 梁金強, 張光學, 陸敬安, 蘇丕波, 沙志彬, 龔躍華, 等. 南海東北部陸坡天然氣水合物富集特征及成因模式[J]. 天然氣工業, 2016, 36(10): 157-162.Liang Jinqiang, Zhang Guangxue, Lu Jing'an, Su Pibo, Sha Zhibin, Gong Yuehua, et al. Accumulation characteristics and genetic models of natural gas hydrate reservoirs in the NE slope of the South China Sea[J].Natural Gas Industry, 2016, 36(10): 157-162.

[28] 梁勁, 王靜麗, 楊承志, 康冬菊, 陸敬安, 梁金強. 珠江口盆地東部海域含天然氣水合物沉積層的地球物理特征[J]. 天然氣工業, 2017, 37(2): 126-133.Liang Jin, Wang Jingli, Yang Chengzhi, Kang Dongju, Lu Jing'an& Liang Jinqiang. Geophysical characteristics of gas hydrate bearing sediments in the eastern sea area of the Pearl River Mouth Basin[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(2): 126-133.

[29] Heggland R. Detection of gas migration from a deep source by the use of exploration 3D seismic data[J]. Marine Geology, 1997,137(1/2): 41-47.

[30] He Ye, Zhong Guangfa, Wang Liaoliang & Kuang Zenggui.Characteristics and occurrence of submarine canyon-associated landslides in the middle of the northern continental slope, South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2014, 57: 546-560.

[31] Wu Nengyou, Zhang Haiqi, Yang Shengxiong, Zhang Guangxue,Liang Jinqiang, Lu Jing'an, et al. Gas hydrate system of Shenhu Area, Northern South China Sea: Geochemical results[J]. Journal of Geological Research, 2011, 2011: 370298.

[32] 蘇丕波, 梁金強, 付少英, 呂萬軍, 龔躍華. 南海北部天然氣水合物成藏地質條件及成因模式探討[J]. 中國地質, 2017,44(3): 415-427.Su Pibo, Liang Jinqiang, Fu Shaoying, Lü Wanjun & Gong Yuehua. Geological background and accumulation models of gas hydrate reservoir in northern South China Sea[J]. Geology in China, 2017, 44(3): 415-427.