南海北部海域高溫超壓天然氣勘探新進展與關鍵技術*
——以鶯歌海盆地樂東斜坡帶為例

李緒深 楊計海 范彩偉 鄧 勇 李 輝 譚建財 李 虎 劉愛群

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

隨著我國油氣勘探逐漸由陸上向海上發(fā)展，南海北部海域已經(jīng)成為油氣勘探主戰(zhàn)場，其中鶯歌海盆地是我國南海北部海域重要的高溫高壓含油氣盆地，該盆地發(fā)育大型走滑及底辟等構造活動，具有斷裂缺乏、快速沉降、泥多砂少等特征[1-5]。鶯歌海盆地歷經(jīng)多年勘探，先在底辟帶淺層發(fā)現(xiàn)東方1-1、樂東15-1、樂東22-1等淺層氣田，后續(xù)在東方區(qū)底辟帶中深層發(fā)現(xiàn)東方13-1、13-2等多個大中型高溫高壓氣田[6-7]。

隨著鶯歌海盆地底辟區(qū)油氣勘探程度的逐漸提高，以及瓊東南盆地深水重力流峽谷水道勘探的成功啟示[8-9]，鶯歌海盆地勘探重點開始向樂東斜坡帶重力流巖性圈閉成藏體系轉移，但是該區(qū)相對底辟區(qū)具有地層埋藏更深、溫壓更高等特征。樂東斜坡帶地層鉆桿或電纜測試資料表明，埋深4 000 m以下層段的地層壓力超過100 MPa，壓力系數(shù)達2.30，地層溫度超過200℃，地溫梯度達46.8℃／km，具有典型高溫超壓屬性，從而導致該區(qū)成藏條件更為復雜，一直以來都是盆地勘探高風險地區(qū)（以往勘探失利井占比達92%，商業(yè)成功率為0），研究人員曾普遍懷疑該區(qū)是否具備大型儲集體和天然氣運移富集條件。

“十三五”期間，基于大量新采集三維地震資料和已鉆井錄測井資料，重點開展了樂東斜坡帶深水砂巖沉積過程和高溫超壓天然氣富集等成藏條件研究[10-11]，建立了斜坡帶不同重力驅動機制發(fā)育的深水砂巖沉積模式和“早期走滑破裂+晚期超壓活化”天然氣富集新模式；同時創(chuàng)新形成了非欠壓實地層孔隙壓力預測和非亮點巖性氣藏預測等勘探技術，解決了高溫超壓條件下的非欠壓實地層孔隙壓力預測和非亮點儲層預測的難題，促使鶯歌海盆地斜坡帶中深層高溫超壓勘探獲得重大突破，實現(xiàn)了盆地斜坡帶第一個商業(yè)氣田和千億方天然氣富集區(qū)的勘探發(fā)現(xiàn)。

1 區(qū)域地質概況

鶯歌海盆地是我國南海北部海域的一個大型新生代沉積盆地，盆地東北側毗鄰北部灣盆地的南部隆起和海南隆起區(qū)，西側與昆嵩隆起相接并延伸至河內坳陷，面積約為11×104km2，新生代最大沉積厚度超過17 km。受紅河走滑斷裂帶的影響，該盆地沿北西-南東向呈菱形展布（圖1）。

圖1 鶯歌海盆地基底構造綱要及地層柱狀圖Fig.1 Basement structure outline and stratigraphic column of Yinggehai basin

樂東斜坡帶位于鶯歌海盆地凹陷斜坡帶南段，自下而上發(fā)育始新統(tǒng)嶺頭組，漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組，以及第四系更新統(tǒng)樂東組等地層。其中，梅山組和三亞組的淺海相泥巖是樂東斜坡帶主要烴源巖，梅山組、黃流組重力流海底扇水道與淺海相泥巖構成了主要儲蓋組合（圖1）。

2 高溫超壓天然氣勘探新進展

“十三五”期間，通過對樂東斜坡帶高溫超壓天然氣的儲集體預測以及運移通道和蓋層評價等成藏條件的研究，取得了一系列勘探新進展，創(chuàng)新形成了兩項勘探關鍵技術，解決了高溫超壓條件下的非欠壓實地層孔隙壓力預測和非亮點儲層預測難題，在該地區(qū)先后鉆探了L1、L3、L2等多個相鄰構造，所鉆井在中新統(tǒng)梅山組、黃流組均鉆遇了厚層氣層。其中，L1構造X6井單井測井解釋氣層135.8 m，儲層孔隙度9.6%，含氣飽和度63.8%，該井在L1構造黃流組主水道鉆遇厚層氣層，首次完整揭示了主水道5個氣組，創(chuàng)造了鶯歌海盆地單井發(fā)現(xiàn)氣層最厚的記錄。另外，L1構造X3井測試結果證實了樂東斜坡帶低孔-低滲儲層具備商業(yè)產(chǎn)能，實現(xiàn)了鶯歌海斜坡帶商業(yè)氣田的重大突破。迄今為止，樂東斜坡帶巖性圈閉群獲得天然氣地質儲量約2 000×108m3，資源潛力超過4 800×108m3，成為中國海上首個高溫超壓天然氣富集區(qū)，證實了南海北部海域高溫超壓天然氣勘探潛力，也體現(xiàn)了高溫超壓天然氣成藏條件研究和勘探技術創(chuàng)新在油氣勘探中的指導作用。

2.1 不同條件重力驅動觸發(fā)的深水砂巖沉積模式準確預測優(yōu)質儲集體發(fā)育位置

鶯歌海凹陷內重力流沉積物主要受物源供應與沉降中心的雙重控制，大型海底扇多集中于中央底辟帶，對軸向重力流水道的研究則多側重于瓊東南盆地中央峽谷區(qū)。此前對樂東區(qū)及毗鄰斜坡帶的盆地中央海底扇和軸向水道也有初步研究，但盆地中央海底扇和軸向水道是否富砂的預測難題一直未能解決。“十三五”期間，通過沉積物力學原理分析、巖心觀察、測井成像和地震沉積學特征的研究，進一步開展了鶯瓊盆地成盆構造與深水砂巖沉積過程的研究，發(fā)現(xiàn)樂東區(qū)臨近海南島一側較大規(guī)模的三角洲陸源碎屑物源注入是深水沉積富砂的先決條件，在先存構造控制的二級坡折及張性滑移面附近發(fā)育了滑移搬運沉積、砂質碎屑流搬運沉積和滑塌搬運沉積，重力驅動是該區(qū)深水砂巖搬運來源的主要方式。在此基礎上，建立了盆地中央海底扇和軸向水道等深水砂巖沉積模式和分布預測方法，該方法已成功應用到鶯歌海盆地樂東斜坡帶，準確預測了深水砂巖優(yōu)質油氣儲集體的發(fā)育位置。

研究表明，樂東區(qū)臨近海南島一側（即一號斷裂上升盤）較大規(guī)模的三角洲陸源碎屑物源注入是深水沉積富砂的先決條件，大范圍分布、厚層深水砂巖發(fā)育地區(qū)上傾物源方向總是對應較大的古淺水三角洲；地震剖面顯示三角洲為大套前積楔狀體，平均厚度超過200 m，鉆井揭示其巖性為厚層含礫中砂巖。研究發(fā)現(xiàn)，河流水系、大型古淺水三角洲、深水砂巖儲集體具有一一對應關系，樂東區(qū)一號斷裂坡折三角洲前積體向海南隆起方向對應寧遠河和燈樓河（其中寧遠河長約84 km，平均流量20.6 m3／s），向凹陷中心方向均發(fā)育了黃流組深水砂巖（圖2）。

樂東斜坡帶大范圍發(fā)育滑移沉積、相對上傾的三角洲和相對下傾的滑塌及碎屑流厚層沉積，其中滑移沉積區(qū)地層厚度薄，甚至缺失，但通過相干和傾角切片、成像測井技術可以識別滑移地層并確定其空間分布。該區(qū)滑移范圍近500 km2，發(fā)育在三角洲前端和大型水道之間，滑移地層多呈階梯狀，滑移斷層斷面呈中低角度，走向與斜坡平行（圖3）。L2構造上探井鉆遇單層砂巖厚度約50 m，厚度只有三角洲平均厚度的1／8～1／6，巖性和粒度與上傾的三角洲基本一致，主要為含礫細砂巖—中砂巖；沉積構造主要為塊狀層理和疊合層理，局部少見變形層理，砂巖底部與下伏泥巖呈突變接觸，內部可見較多低—中角度天然裂縫（為灰質充填，方向較為雜亂），推測這些較高頻率出現(xiàn)的低—中角度裂縫是砂巖在滑移過程中剪切產(chǎn)生的。

圖2 鶯-瓊盆地黃流組沉積相圖Fig.2 Sedimentary facies map of Huangliu Formation in Yinggehai-Q iongdongnan basins

圖3 樂東斜坡深水重力驅動沉積地震剖面解釋圖（剖面位置見圖2）Fig.3 Seismic profile interpreation deep water gravitv-driven deposition in Ledong slope（see Fig.2 for locaiton）

樂東斜坡帶軸向水道主要由大規(guī)模的滑移作用所形成（圖3）。這些水道均位于盆地二級坡折處，該部位地層坡度變大、沉降速率大，泥巖沉積增厚明顯，受先存隱伏斷裂的影響會形成大型穿時張性滑移面，地層沿滑移面會形成大型條形張裂巨溝，連續(xù)的下傾滑動使多段張裂巨溝相連，最終發(fā)育成平行于坡折方向的軸向水道或峽谷。水道或峽谷地貌一旦形成，底流改造和重力流匯聚作用會進一步侵蝕加大水道的規(guī)模。樂東10-1水道是滑移和滑塌作用成因的典型實例。該水道下傾深部發(fā)育張性滑動面，滑動面切入深部梅山組地層，張性滑移形成的大型水道寬約3.5～12.0 km，長約180 km，下切深度300～500 m；滑移和滑塌作用形成的軸向大型水道是大規(guī)模砂質碎屑流沉積富集區(qū)，砂質碎屑巖沉積段厚度超過300 m，巖性以含礫中—細砂巖為主，泥質含量低，與對應母源三角洲巖性一致；該水道沉積特征豐富，主要為塊狀層理，可見變形構造、沖刷面、混雜堆積、火焰構造、沖刷面等沉積構造，局部夾雙紋層泥巖，內部含不規(guī)則砂礫及撕裂泥礫（砂質碎屑流沉積物）。

2.2 “早期走滑破裂+晚期超壓活化”天然氣富集新模式準確預測高溫超壓天然氣富集區(qū)

鶯歌海盆地發(fā)育漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)2套海陸過渡相或海相烴源巖，其中中新統(tǒng)梅山組、三亞組以淺海相泥巖為主、厚度大，是樂東斜坡帶主要生烴層系[11]。在大型構造脊的油氣優(yōu)勢運移通道附近尋找有利的儲蓋組合和圈閉類型，是樂東區(qū)斜坡帶高溫超壓天然氣勘探取得突破的重要途徑。基于沉積儲層、運移裂隙和蓋層評價等成藏條件的研究，在該區(qū)建立了“早期走滑破裂+晚期超壓活化”天然氣富集新模式和基于水力破裂壓力系數(shù)計算的不同成藏體系蓋層定量評價方法。

黃流組沉積晚期受盆地左行走滑作用的影響，北段河內凹陷構造擠壓遭受剝蝕，南段鶯歌海凹陷旋轉伸展控制了樂東斜坡帶深部發(fā)育的鼻狀凸起[2]。同時，大型擠壓鼻狀構造伴生了多期近東西向張性T破裂，相干屬性切片及地震剖面顯示樂東斜坡帶伴生了多期大量的張性T破裂，其上限基本止于梅山組頂界面T40（圖4）。

圖4 鶯歌海盆地樂東斜坡帶中新統(tǒng)T破裂相干屬性切片（a）及2 750 ms地震剖面（b）Fig.4 Section of the Miocene T fractures（a）and 2 750 ms of seismic section（b）in Yinggehai basin Ledong slope belt

隨著樂東區(qū)中深層的埋深、溫度和壓力的增大，梅山組、三亞組烴源巖進入高成熟階段并大量生烴，在晚期超壓驅動下發(fā)生大規(guī)模排烴運移；同時，走滑斷裂及其伴生的微裂隙在晚期生烴增壓作用下開始活化并持續(xù)發(fā)育，溝通了三亞組、梅山組烴源和黃流組圈閉，成為立體高效的油氣運移通道體系。樂東區(qū)中深層地層在強超壓作用下由深至淺發(fā)生水力破裂，形成了大量微斷裂或裂隙，這些微斷裂或裂隙在剖面上表現(xiàn)為密集發(fā)育的小斷距或無斷距的微斷裂，是中深層天然氣跨層垂向運移的有利通道。在晚期深部地層超壓驅動下，油氣通過活化走滑斷裂及其伴生的微裂隙、強超壓水力破裂的微裂隙，先垂向運移至各期水道-海底扇儲集體，受到黃流組一段高質量泥巖蓋層的封蓋遮擋后，再沿構造脊和砂體經(jīng)過一定距離的橫向運移到達巖性圈閉高部位富集成藏，這種模式形成的氣藏主要是構造背景控制下的巖性油氣藏（圖5）。

蓋層定量評價表明，不同成藏體系蓋層條件差異明顯。區(qū)域研究認為，樂東斜坡帶黃流組沉積晚期主要沉積淺海相砂泥互層，地層泥質含量高、壓實作用強，與上覆鶯歌海組半深海相巨厚層欠壓實泥巖組合形成了高質量區(qū)域蓋層，具有良好的封閉能力。計算結果表明，樂東區(qū)底辟部位的蓋層水力破裂壓力系數(shù)大于1，該套蓋層現(xiàn)今仍保持水力破裂，隨著距底辟距離的逐漸增大，蓋層水力破裂壓力系數(shù)向周緣逐漸降低；而在樂東斜坡帶，其蓋層水力破裂壓力系數(shù)則明顯低于底辟帶，蓋層普遍具有較好的封閉能力（圖6）。樂東斜坡帶水道砂體縱橫疊置交錯，橫向展布范圍大，具有廣泛的儲集空間，有利于深部的油氣運移至圈閉最終成藏，勘探前景良好。

圖5 鶯歌海盆地樂東斜坡帶成藏模式圖（剖面位置見圖1）Fig.5 Pattern of accumulation in Ledong slope belt of Yinggehai basin（see Fig.1 for location）

圖6 鶯歌海盆地斜坡帶黃流組一段蓋層水力破裂壓力系數(shù)Fig.6 Hydraulic fracturing pressure coefficient of a section of Huangliu formation in slope belt of Yinggehai basin

3 高溫超壓天然氣勘探關鍵技術

3.1 非欠壓實地層孔隙壓力預測技術

鶯歌海盆地淺層及底辟區(qū)地層孔隙壓力預測都是基于傳統(tǒng)的泥巖欠壓實模式，利用地層速度預測計算地層孔隙壓力精度高。但在樂東斜坡帶L1構造X1、X2井鉆井過程中，傳統(tǒng)泥巖欠壓實模式預測地層孔隙壓力誤差較大，導致鉆井提前完鉆而未能實現(xiàn)地質目的。分析認為，樂東斜坡帶中深層孔隙壓力預測存在2個方面的難點：①地層速度不能反映地層壓力變化（高速高壓），除傳統(tǒng)的泥巖欠壓實異常壓力成因外，該區(qū)可能還存在非欠壓實異常壓力成因；②超高的地層孔隙壓力和相對低的地層破裂壓力使得鉆井作業(yè)窗口較窄，對孔隙壓力預測精度要求更高。

樂東斜坡帶已鉆探5口井，地層孔隙壓力系數(shù)最高達2.28，利用地層速度按照泥巖欠壓實模式計算的地層孔隙壓力遠小于實際的測壓數(shù)據(jù)，表明除傳統(tǒng)的泥巖欠壓實異常壓力成因外，該區(qū)還存在非欠壓實異常壓力成因。為此，針對樂東斜坡帶中深層提出了非欠壓實地層孔隙壓力預測技術，通過已鉆井速度與密度交會，建立地層加載趨勢線（趨勢線代表欠壓實異常壓力成因），當數(shù)據(jù)點明顯偏離加載趨勢線時，表明存在非欠壓實異常壓力成因；再與經(jīng)典實驗模型成因曲線對比，判斷壓力成因機制為水熱增壓和生烴增壓；最后采用擬合函數(shù)法實現(xiàn)孔隙壓力預測，即先利用地層速度計算背景泥巖孔隙壓力，再統(tǒng)計不同深度背景壓力與實測壓力的誤差，最后將壓力系數(shù)誤差和地層埋深構建擬合函數(shù)（圖7）。該技術成功解決了利用地層速度按照欠壓實模式預測地層孔隙壓力精度較低的問題，并能準確判斷非欠壓實異常壓力成因機制，而且通過擬合函數(shù)法可以突破不同層段限制，應用范圍廣。利用該技術對該區(qū)X3—X6等多口井地層孔隙壓力進行了預測，平均鉆井作業(yè)窗口誤差率由前2口井的13%降低至3.5%，對合理設計井身結構和作業(yè)窗口提供了資料支持和技術保障。

圖7 鶯歌海盆地樂東斜坡帶非欠壓實地層孔隙壓力預測技術Fig.7 Non-underpressure field layer pore pressure prediction technique of the Ledong slope zone in Yinggehai basin

3.2 中深層高溫高壓非亮點儲層綜合預測技術

樂東斜坡帶中深層儲層埋深大，成巖作用強，儲層普遍低孔、低滲，巖石物理特性表現(xiàn)為高阻抗，地震上表現(xiàn)為不同于東方13區(qū)中層“兩紅夾一黑強振幅、低頻亮點”的非亮點響應特征。正演研究表明，隨著儲層物性變好，孔隙度增加，其縱波阻抗降低，砂泥巖阻抗更加接近，這給該區(qū)甜點儲層預測帶來兩大挑戰(zhàn)：①由于非亮點儲層縱波阻抗高于或接近泥巖阻抗，利用振幅屬性、波阻抗反演等方法難以區(qū)分該區(qū)非亮點儲層和泥巖；②該區(qū)水道-海底扇側向遷移快，晚期水道對早期水道有較強的侵蝕切割作用，儲層橫向分布不穩(wěn)定，由于甜點儲層與泥巖阻抗差異小，導致每一期水道-海底扇內甜點儲層的邊界難以刻畫。

針對以上地質難題，從基礎巖石物理分析、地震正演研究入手，發(fā)現(xiàn)非亮點儲層頂面表現(xiàn)為I類、II類AVO特征，圍巖表現(xiàn)為IV類AVO特征。因此，利用AVO類型的差異，通過疊前反演、構建Fn屬性、分角度疊加數(shù)據(jù)與疊前反演數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋的技術手段，攻克了中深層非亮點儲層預測及砂體邊界刻畫等難題，建立了樂東斜坡帶高溫超高壓非亮點儲層預測技術方法（圖8），主要包括：

1）巖石物理分析及正演研究：該區(qū)非亮點儲層表現(xiàn)為低密度、高縱波速度、高縱波阻抗、低縱橫波速度比特征，砂泥巖縱波阻抗、縱橫波速度比有一定重疊。

2）AVO正演分析：該區(qū)非亮點儲層頂面表現(xiàn)為I類和II類AVO特征，其中I類AVO儲層近道部分疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為強反射波峰，遠道部分疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為弱波峰，全疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為強波峰；II類AVO儲層近道部分疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為中等強度波峰，遠道部分疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為弱波峰或弱波谷，全疊加數(shù)據(jù)表現(xiàn)為弱波峰或弱波谷反射。

圖8 鶯歌海盆地樂東斜坡帶中深層高溫高壓非亮點儲層綜合預測技術Fig.8 Comprehensive prediction technology of middle and deep high temperature and high pressure non-bright spot reservoirs in Ledong slope zone of Yinggehai basin

3）疊前反演：縱橫波速度比（Vp／Vs）數(shù)據(jù)體可以在一定程度上識別該區(qū)非亮點儲層，但由于疊前道集品質及疊前反演的穩(wěn)定性問題，單獨利用疊前反演數(shù)據(jù)識別暗點儲層存在一定多解性，依然存在較大風險，需結合其他數(shù)據(jù)體來降低暗點儲層識別風險。

4）構建Fn屬性：該區(qū)II類AVO非亮點儲層在疊后地震上表現(xiàn)為弱振幅，通過遠道數(shù)據(jù)疊加與近道數(shù)據(jù)疊加差值構建Fn屬性，可實現(xiàn)對II類AVO非亮點儲層的“亮點”成像。

5）多數(shù)據(jù)體聯(lián)合解釋與綜合識別：該區(qū)I類AVO型儲層在全疊加數(shù)據(jù)體上表現(xiàn)為強振幅波峰，在疊前反演數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為低Vp／Vs；II類AVO型非亮點儲層在Fn屬性體上表現(xiàn)為強振幅，在近道數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為強反射波峰，在疊前反演數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為低Vp／Vs。通過以上數(shù)據(jù)體聯(lián)合解釋可有效識別該區(qū)非亮點儲層，大大降低甜點儲層識別的風險和砂體邊界刻畫的不確定性。

利用該技術在樂東斜坡帶共落實非亮點巖性圈閉7個，識別率提升了90%，預測潛在天然氣資源量超過3 000億立方米，鉆井已證實預測砂體鉆探符合率達到87%。

4 結論

1）針對鶯歌海盆地樂東區(qū)及毗鄰斜坡帶盆央海底扇和軸向水道富砂預測的難題，建立了盆央海底扇和軸向水道等深水砂巖沉積模式和分布預測方法。較大規(guī)模的三角洲陸源碎屑物源注入是深水沉積富砂的先決條件，二級坡折及張性滑移面附近發(fā)育滑移搬運沉積、砂質碎屑流搬運沉積和滑塌搬運沉積，其中滑移搬運和砂質碎屑流沉積物可作為有利儲集體。

2）基于運移裂隙和蓋層評價等成藏條件的研究，建立了“早期走滑破裂+晚期超壓活化”天然氣富集新模式和基于水力破裂壓力系數(shù)計算的不同成藏體系蓋層定量評價方法。樂東斜坡帶形成了大型構造脊、走滑斷裂與T破裂微斷裂組合構成的油氣運移通道體系，且蓋層水力破裂壓力系數(shù)小，水力破裂風險較低，是鶯歌海盆地高溫超壓天然氣成藏的有利區(qū)帶。

3）創(chuàng)新形成了2項勘探關鍵技術，即非欠壓實地層孔隙壓力預測技術和中深層非亮點儲層綜合預測技術，解決了高溫超壓條件下的非欠壓實地層孔隙壓力預測和非亮點儲層預測難題，促進了樂東斜坡帶大中型氣田的發(fā)現(xiàn)。