鶯歌海盆地斜坡區CO2分布特征及主控因素

段亮 史德鋒 劉航 曹陽 金峰

中海石油（中國）有限公司海南分公司 海南 ?？?570300

在油氣藏中，除富集石油、甲烷氣等烴類能源，還伴生有CO2，N2等非烴類氣體，這些非烴類氣體往往混雜在油氣中，給油氣勘探開發造成不利影響，是不可忽略的勘探風險[1]。為提高油氣田的經濟性，自20世紀60年代鶯歌海盆地開展勘探工作以來，國內就中央底辟區已開展了大量的研究工作，認為CO2主要為殼源無機成因，少部分混有幔源。但對鶯東斜坡帶CO2的成因和來源尚無系統分析。本文在前人大量實測數據的基礎上，結合最新勘探成果，從鶯歌海盆地天然氣成因類型、充注期次、分布特征及主控因素入手，分析鶯東斜坡帶天然氣動平衡差異，探討斜坡帶的蓋層條件與CO2分布的關系，為評價CO2風險提供支持。

1 區域地質背景

鶯歌海盆地位于印-澳板塊、太平洋板塊和歐亞板塊的交匯地帶，為巖石圈拉伸和紅河斷裂走滑雙重機制控制下發育的轉換—伸展型盆地。盆地面積約為9.9×104Km2，整體為NW-SE向展布[1]。鶯歌海盆地由中央坳陷、鶯東斜坡、河內東斜坡、鶯西斜坡共四個構造單元組成。其中，凹陷斜坡帶為鶯東斜坡Ⅰ號斷層下降盤與中央底辟帶之間的過渡區帶。

區域研究表明，鶯歌海盆地是晚白堊世～古新世發育的沉積盆地，盆地演化經歷了古近紀的斷陷、斷坳和新近紀的熱沉降、加速沉降多個階段。盆地發育中新統、漸新統兩套烴源巖。斷陷期，該盆地沉積環境以海陸過渡相為主，拗陷期以淺海相沉積為主。沉積地層包括：斷陷期的始新統、崖城組；斷拗期的陵水組；拗陷期沉積的三亞組、梅山組、黃流組、鶯歌海組和樂東組。盆地主力儲集體為中新統梅山組～黃流組大型海底扇～軸向水道儲集體，厚層穩定分布的淺海相泥巖是其主要蓋層。縱向上發育多個有效儲蓋組合：三亞組三角洲～水道儲層與上覆淺海泥巖儲蓋組合，梅山組～黃流組海底扇、軸向水道儲層與上覆淺海泥巖儲蓋組合，鶯歌海組～樂東組濱外砂壩儲層與上覆淺海～半深海相泥巖儲蓋組合。

2 鶯東斜坡區CO2 成因及充注特征

2.1 CO2 成因判識

依據CO2碳同位素特征及其所伴生的氦同位素特征來判斷CO2成因是國內外普遍采用的方法。其判別標準為[2]有機成因δ13Cco2＜-10‰，而無機成因δ13Cco2＞-10‰。無機來源的CO2氣體有兩種，一是來源于地殼中碳酸鹽礦物的高溫分解，另一個來源是地幔脫氣。而3He是地球內部的幔源表征，4He則是地殼中放射性物質衰變產物，是殼源的表征，因此3He /4He可被用來判識與劃分氦氣的成因及來源。

無機成因的C O2含量高，體積分數介于20%～80%，δ13Cco2介于-7‰～0‰。無機成因的CO2分布廣泛，無論是底辟帶還是凹陷斜坡帶，無論是淺層還是中深層，都有該類型CO2富集；中深層的樂東10等構造中，都含有大量無機成因CO2。除無機成因之外，鶯歌海盆地還有少量有機成因和混合成因的CO2分布。其中，有機成因CO2含量普遍較低，體積分數一般小于15%，δ13Cco2＜-10‰，在淺層和中深層均有可能分布?；旌铣梢虻腃O2含量介于5%～20%之間，δ13Cco2在-20‰～-5‰左右，具有一定縱向分異的特征。

2.2 CO2 充注時間

鶯東斜坡區由于遠離底辟和深大斷裂，其熱流體活動較弱，地層上拱幅度小，斷裂數量少且斷距小，依靠大型構造脊和裂隙運移。

以樂東10構造為例，通過包裹體計算該區均一溫度為150℃～170℃，表明該區天然氣成藏時間較晚。結合埋藏史分析，凹陷斜坡帶黃二段成藏時間1.15Ma～ 0.46Ma，CO2充注期為1.01Ma～0.1Ma，總體上CO2與烴類氣屬于同期充注。雖為一期充注，但該區黃流組上部氣層的甲烷碳同位素相對較輕為-33.42‰ ～ -21.44‰），下部的相對較重（-29.81‰～-28.8‰），具有明顯的分異特征。因此，CO2充注主要為晚期，且晚于凹陷斜坡區烴類氣充注時間。

3 鶯東斜坡區CO2 分布特征

鶯東斜坡區介于凹陷底辟區和Ⅰ號斷裂之間，熱流體活動相對較弱，斷裂數量少，主要依靠大型構造脊和斷裂幕式運移。天然氣在幕式充注運移中，表現為頂部層系富烴，深層富CO2，而中部層系混合的特征。

以樂東10構造為例，其平面上，近Ⅰ號斷裂帶，CO2含量整體高；縱向上，隨埋深增加，CO2含量有增加的趨勢。其主力儲層黃一段和黃二段上氣組中，CO2含量相對較低，為7.4%～23.2%；黃二段下氣組以及梅山組CO2含量整體較高，為63%～68%。梅一段由于埋藏深度增加，CO2含量為63.2%，梅二段CO2含量平均為69.9%，CO2含量向深部明顯增加。

4 CO2 分布主控因素

鶯歌海盆地CO2成因、充注及分布特征分析表明，泥底辟熱流體晚期多期的局部上侵活動，形成盆地殼源型CO2的同時，造成了其CO2運聚分布具有分期、分層、分區、分帶的特點[3]。盆地天然氣生運聚與散失的動態平衡是其晚期成藏的關鍵，表現在以下三個方面：巨厚烴源和高熱流是基礎背景、泥底辟及伴生斷裂是重要條件、熱流體局部性侵入是主導因素。

4.1 巨厚烴源和高熱流是基礎背景

鶯歌海盆地坳陷時期，沉降沉積速率快、沉積厚度超萬米、面積超過2×104km2的晚新近系及第四系海相含鈣砂泥巖。該區泥底辟及熱流體上侵活動頻繁而強烈，大地熱流值及地溫梯度最大分別高達95mW/m2以上和5.7℃/100m[29]，是典型“深～熱盆”。自距今 5.5 Ma 以來，由于盆地快速熱沉降及底辟活動產生的熱流體沿底辟斷裂及鶯歌海凹陷東斜坡隱伏斷裂上侵[4]，為無機成因 CO2生成提供了重要的熱源，導致深部梅山組和三亞組的鈣質泥巖（或許有碳酸鹽巖）快速熱分解而生成大量 CO2并運聚成藏[5]。因此，盆地的CO2主要在5.5Ma以后生成，巨厚烴源和高熱流場條件是其生成、運聚、成藏的基礎條件。

4.2 泥底辟及伴生斷裂是重要條件

在鶯歌海盆巨厚海相含鈣砂泥巖發生巖石化學熱解，形成規模巨大的殼源型CO2氣源后，大量的CO2在底辟、斷裂幕式活動中，向上覆地層薄弱帶，孔滲條件好的儲集層及伴生構造圈閉中聚集，最終形成了含有CO2規模不等的天然氣藏。在此過程中，泥底辟及深大斷裂所形成的的輸導體系是CO2運移聚集的重要條件。

4.3 熱流體局部性侵入是主導因素

自新生代以來，盆地多期構造運動產生了多期熱流體活動，且以晚期（上新世后1.9Ma左右）的基底熱流最大，泥底辟熱流體的上侵活動最為強烈，而強烈的熱流體上侵活動導致了大量天然氣，包括CO2等非烴氣的快速形成。因此，熱流體局部性侵入是控制CO2分布的主導因素，控制著CO2分層、分期、分區分布。

在鶯東斜坡區，雖缺乏類似于底辟裂隙的運移通道，但鶯東斜坡區下部斷裂常與Ⅰ號斷裂相接，因此深部高成熟天然氣與基底碳酸鹽巖高溫熱解生成的CO2相混合，也可通過下伏的深大斷裂斷裂垂向充注和斷砂脊側向等方式運移至上覆圈閉，進而導致上覆圈閉中天然氣高含CO2。

5 CO2 運聚與散失的動平衡

鶯歌海盆地天然氣生運聚與散失的動態平衡是盆地晚期成藏的關鍵[6]，且運聚與散失的動平衡差異控制了天然氣的組分差異。

鶯東斜坡區的蓋層條件在橫向上有明顯差異，表現為近物源，砂泥互層，砂泥比高的特征；遠物源，砂地比低，蓋層條件變好。若蓋層條件好，混合氣后期充注時，早期低熟氣藏得以保存，晚期充注的高熟含CO2混合氣難以影響，故CO2含量小；反之，晚期蓋層破裂，原成藏系統遭到破壞，混合了含有大量CO2的高熟天然氣。

謝玉洪[7]通過對鶯歌海盆地中深層高溫高壓層系蓋層進行系統的分析，明確了蓋層封閉的本質是毛細管封閉，基于泥巖蓋層排替壓力、聲波時差及孔隙度之間的關系，認為超壓誘發的水力破裂是油氣多層位聚集的根本原因，進而提出了蓋層水力破裂壓力系數定量評價蓋層水力破裂風險性。

應用該方法，對鶯歌海盆地黃流組一段蓋層條件進行了評價。結果顯示，凹陷斜坡帶蓋層水力破裂壓力系數明顯低于底辟帶，具有較好的封閉能力。該結果不僅明確了區域風險，有效指導了該區的勘探開發，對凹陷斜坡帶蓋層相對均質的區域進行非烴風險評價具有重要指導意義。

6 結束語

（1）鶯歌海盆地斜坡帶CO2分布整體具有“縱向往新層系變少，橫向近底辟、斷裂變高”的趨勢。盆地內CO2大部分為無機殼源成因，主要來基底碳酸鹽巖熱解和鈣質泥巖熱解；有機成因的CO2含量明顯低。

（2）盆地CO2主要來自晚期深部侵入，蓋層條件控制了CO2的分布。若蓋層條件好，晚期充注的高熟含CO2混合氣難以影響，CO2含量小；反之，晚期蓋層破裂，原成藏系統遭到破壞，有高含CO2的風險。因此，均質條件下，可通過蓋層封閉性，判斷CO2風險。