張建培 余逸凡 張 田 張紹亮 唐賢君

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

“深盆氣”最早在1927年發(fā)現(xiàn)于美國的圣胡安盆地，1976年在加拿大阿爾伯達(dá)盆地也發(fā)現(xiàn)了深盆氣藏，1979年J.A.Masters將其定名為“深盆氣”（Deep Basin Gas或 Deep Basin Gas Traps）［1］。與常規(guī)氣藏相比，相對(duì)密度小的“氣”位于構(gòu)造下傾部位或盆地中央砂巖中，密度大的“水”卻在構(gòu)造高部位，因此“氣水倒置”是深盆氣藏最大的特點(diǎn)。要形成這種“氣水倒置”的特殊氣藏必須具備3個(gè)主要條件：一是構(gòu)造平緩，若構(gòu)造陡峭，地層傾角大，重力分異作用顯著，氣水就不易“倒置”；二是儲(chǔ)層致密，在滲透性好、流體易流動(dòng)的儲(chǔ)層中也不易形成“氣水倒置”；三是在低部位氣區(qū)鄰近要有優(yōu)質(zhì)生氣母巖不斷地供氣，以使氣在開始運(yùn)移到儲(chǔ)層中去的時(shí)候可以把儲(chǔ)層中的水向上傾方向推進(jìn)，而在達(dá)到一定平衡時(shí)，雖仍有氣體上竄泄漏，但可以把水“頂住”，使之在一定高度上穩(wěn)定下來［2-5］。

深盆氣藏是分布于盆地深部的廣布型天然氣藏。西加拿大阿爾伯達(dá)盆地艾爾姆華士的深盆氣儲(chǔ)量達(dá)50×1012m3，幾乎占到整個(gè)阿爾伯達(dá)盆地油氣儲(chǔ)量的50%；在北美許多盆地也發(fā)現(xiàn)了這種特大型天然氣藏［6］；在中國的四川盆地、鄂爾多斯盆地以及松遼盆地也都有深盆氣藏的發(fā)現(xiàn)。深盆氣巨大的資源前景引起了地質(zhì)家們的廣泛關(guān)注。

東海陸架盆地西湖凹陷勘探研究表明，西湖凹陷具有形成深盆氣藏的良好地質(zhì)條件。筆者通過對(duì)西湖凹陷深盆氣形成的關(guān)鍵石油地質(zhì)條件和已發(fā)現(xiàn)氣藏特征的剖析，并類比國內(nèi)外典型深盆氣藏特征及石油地質(zhì)條件，探討了西湖凹陷深盆氣的勘探前景。

1 地質(zhì)背景

西湖凹陷位于東海陸架盆地東北部，呈NNE向展布，南北長約500 km，東西平均寬約130 km，面積約5.9×104km2；西面自北至南與虎皮礁隆起、長江坳陷、海礁隆起、錢塘凹陷及漁山東隆起等5個(gè)構(gòu)造單元相接，東鄰釣魚島隆褶帶，南與釣北凹陷相連，北鄰福江凹陷。西湖凹陷總體上可劃分為3個(gè)構(gòu)造帶，即西部斜坡帶、中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（以下簡(jiǎn)稱中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶）和東緣陡坡斷隆帶（圖1）。

西湖凹陷是在晚白堊世末期雁蕩運(yùn)動(dòng)構(gòu)造背景上發(fā)育起來的中新生代沉積凹陷，據(jù)鉆井和地震資料，以新生代碎屑沉積為主，最大厚度約18 000 m。西湖凹陷自下而上發(fā)育始新統(tǒng)前平湖組（E1—E2？由于缺少鉆井、測(cè)井、同位素、古生物等資料，地層屬性尚難確定）、平湖組六段（E2p6）、平湖組五段（E2p5）、平湖組三四段（E2p3-4）和平湖組一二段（E2p1-2），漸新統(tǒng)花港組下段（E3h2）和花港組上段（E3h1），中新統(tǒng)龍井組（N11l）、玉泉組（N12y）和柳浪組（N13l），上新統(tǒng)三潭組（N2s），更新統(tǒng)東海群（Qpdh）地層［7-12］。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

西湖凹陷形成于太平洋板塊俯沖產(chǎn)生的弧后伸展環(huán)境，其構(gòu)造演化可以劃分為裂陷（古新世—始新世）、拗陷（漸新世—中新世中期）和整體沉降（中新世晚期—第四紀(jì)）3個(gè)階段（表1）。

西湖凹陷構(gòu)造格架具有東西分帶、南北分塊、縱向上多構(gòu)造層疊合的基本特征，凹陷東西邊界都有斷裂控制，盆地原型為地塹式盆地［7-13］。

2 形成深盆氣藏的有利地質(zhì)條件

（1）寬緩穩(wěn)定的古地貌背景

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西湖凹陷形成于太平洋板塊俯沖產(chǎn)生的弧后伸展環(huán)境，具有由弧后深部物質(zhì)上涌和軟流圈上升造成拉伸形成的裂谷盆地性質(zhì)。從弧后拉張到弧后擠壓，主要受東側(cè)大洋板塊的北西向俯沖，以及俯沖帶向東遷移引發(fā)弧后次生擴(kuò)張中心和巖漿底辟中心同步東遷的影響。西湖凹陷始新統(tǒng)平湖組發(fā)育的構(gòu)造背景為前期弧后盆地的強(qiáng)烈拉張已經(jīng)趨于緩和，前期構(gòu)造拉張產(chǎn)生的巨大的盆地沉積可容空間進(jìn)入充填期，沉積盆地處于殘余弧后熱沉降階段［8-13］。隨著海平面下降及釣魚島弧的逐漸隆升，西湖凹陷開始演變?yōu)槭芫窒薜摹瓣懕砗Ｅ璧亍?，其地貌特征為盆寬底淺、地形平坦、水體不深。

根據(jù)西湖凹陷構(gòu)造發(fā)展演化史及現(xiàn)今構(gòu)造特征，西湖凹陷在始新世（主要為平湖組沉積時(shí)期）主要受引張力作用，如圖2所示，地層未發(fā)生褶皺反轉(zhuǎn)，地層傾角較小，在地震剖面上顯示為穩(wěn)定寬緩地貌［8-13］。同時(shí)平湖組穩(wěn)定的地震相特征也反映平湖組沉積時(shí)期為寬闊穩(wěn)定的沉積環(huán)境，沒有出現(xiàn)控凹斷層控制沉積使地層厚度突然增大的現(xiàn)象。這種寬緩穩(wěn)定的沉積背景為深盆氣的聚集提供了良好的構(gòu)造條件。

圖2 西湖凹陷中部構(gòu)造地質(zhì)剖面

（2）廣覆式多層系煤系烴源巖持續(xù)生烴

西湖凹陷發(fā)育始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組2套主要烴源巖系，其中平湖組主要為半封閉海灣背景下的陸表海、沼澤相煤系沉積，發(fā)育西湖凹陷主力烴源巖，烴源巖類型包括暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤。烴源巖厚度大、分布面積廣、埋藏深，廣覆式分布于整個(gè)凹陷［12-13］。暗色泥巖總體圍繞凹陷中心呈環(huán)帶狀分布，凹陷中心最厚，向隆起和斜坡區(qū)逐漸減薄，并具有明顯的分區(qū)性，在平面上南部厚度大于北部（圖3）。煤層及碳質(zhì)泥巖主要發(fā)育于沼澤、潮坪沉積環(huán)境，其分布格局與暗色泥巖有所不同，在凹陷中心厚度較薄，在西部邊緣區(qū)厚度相對(duì)較大（圖4），一般為30～50 m，局部地區(qū)超過50 m?；ǜ劢M沉積時(shí)期西湖凹陷演變?yōu)榈椿虻吵练e環(huán)境，烴源巖同樣包括暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層?；ǜ劢M下段烴源巖發(fā)育較好，暗色泥巖厚度較大，碳質(zhì)泥巖和煤層也相對(duì)較發(fā)育，是西湖凹陷一套重要的烴源巖層；花港組上段烴源巖發(fā)育程度一般。推測(cè)古新統(tǒng)—中下始新統(tǒng)也是西湖凹陷重要的烴源層。

分析結(jié)果表明，始新統(tǒng)平湖組煤和碳質(zhì)泥巖具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度，加之其分布廣泛、厚度大、多處于成熟—高成熟階段，為凹陷的主力烴源巖層系［14-16］。這些烴源巖有機(jī)碳含量高，是一般泥巖的數(shù)十倍以上，大部分地區(qū)Ro＞1.2%，局部地區(qū)多在2%以上，尤其是在深凹區(qū)域，烴源巖普遍達(dá)到了高成熟—過成熟階段，有機(jī)質(zhì)已進(jìn)入大量生氣階段。

西湖凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型為主，以生氣為主要特點(diǎn)，烴源巖廣覆式分布，生烴強(qiáng)度大，總生氣量大［17］，是“全天候”的優(yōu)質(zhì)烴源巖，其大約在44 Ma開始大量生烴，至今仍在生排烴，烴源巖的持續(xù)供烴為西湖凹陷深盆氣藏的形成提供了有利條件。

圖3 西湖凹陷平湖組三四段暗色泥巖等厚圖

（3）廣泛分布的致密砂巖儲(chǔ)集體

深盆氣藏以致密砂巖儲(chǔ)層為特征。西湖凹陷平湖組三四段發(fā)育潮汐海岸和潮控三角洲沉積［12-14，18-19］，潮汐海岸砂巖均屬于致密儲(chǔ)層，孔隙度為5%～10%，滲透率大部分小于5 mD；潮控三角洲砂巖連片分布，較潮汐海岸砂巖物性變好，但整體仍然屬于致密儲(chǔ)層，平均孔隙度為10%，平均滲透率約8 mD。整體來說，平湖組三四段潮汐海岸和潮控三角洲砂巖多為致密儲(chǔ)層，少部分為中孔、中滲儲(chǔ)層。平湖組一二段三角洲砂巖厚度較大，大面積連片分布，比平湖組三四段砂巖物性好，孔隙度為10%～20%，滲透率一般較低（1～100 mD，平均約20 mD），鉆探發(fā)現(xiàn)部分為致密儲(chǔ)層，部分為中孔、中滲儲(chǔ)層。砂體埋藏后經(jīng)強(qiáng)烈壓實(shí)和膠結(jié)作用進(jìn)入致密化階段，并且隨著埋深的加大儲(chǔ)集性能逐漸變差，形成廣泛分布的致密儲(chǔ)層［20］。

圖4 西湖凹陷平湖組煤層及碳質(zhì)泥巖等厚圖

（4）“千層餅”式交互接觸的源儲(chǔ)組合

西湖凹陷平湖組砂巖層多為薄層，且絕大部分屬于致密儲(chǔ)層，砂巖粒度較細(xì)，非均質(zhì)性較強(qiáng)。煤系地層發(fā)育在海陸過渡環(huán)境，沉積旋回性明顯，穩(wěn)定分布的煤系氣源巖與致密儲(chǔ)層緊密相鄰呈“千層餅式”交互接觸，相鄰儲(chǔ)層具有“近水樓臺(tái)先得月”的優(yōu)勢(shì)條件，煤系烴源巖生成的大量烴類物質(zhì)可直接排替地層水進(jìn)入致密儲(chǔ)集層中，而斷陷—拗陷期廣泛發(fā)育的張性斷層又為溝通烴源巖與儲(chǔ)集體創(chuàng)造了有利的條件［21］，同時(shí)烴類又不會(huì)借助砂體進(jìn)行長距離的側(cè)向運(yùn)移，這種有機(jī)質(zhì)豐度較高的源巖與致密儲(chǔ)集巖的交互接觸方式為深盆氣的聚集成藏提供了有利的條件。致密儲(chǔ)層中，氣體與含水巖石之間的界面張力遠(yuǎn)大于浮力，氣體很難單獨(dú)在浮力驅(qū)動(dòng)下上浮，在驅(qū)動(dòng)壓差作用下，氣體不斷推進(jìn)氣水界面前緣，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)前緣達(dá)到滲透性更好的砂體時(shí)，界面張力逐漸消失，浮力成為主要運(yùn)移動(dòng)力；此時(shí)如果持續(xù)供氣，將會(huì)在上部滲透性砂巖中形成受構(gòu)造控制的常規(guī)氣藏，而在致密砂巖中則形成上水下氣氣水倒置現(xiàn)象，大量的烴類被上覆水體封閉在致密儲(chǔ)層中形成深盆氣藏，形成一種氣水的動(dòng)態(tài)平衡。平湖組大面積分布的致密儲(chǔ)層與煤系烴源巖的交互接觸方式有利于形成深盆氣藏。

（5）生氣高峰期和成藏期晚

西湖凹陷平湖組烴源巖自始新世末期開始進(jìn)入生烴門限，在漸新世末期達(dá)到生烴高峰，同時(shí)受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期間巖漿作用的影響，于漸新世末期—中新世早期發(fā)生了第一期油氣充注事件。此時(shí)生成的油氣主要在受花港運(yùn)動(dòng)控制的局部反轉(zhuǎn)背斜帶的有限圈閉中聚集，但烴源巖演化程度偏低，是區(qū)內(nèi)一期次要的油氣運(yùn)聚事件。中新世中期至末期，盆地持續(xù)沉降，隨著埋深增加，地溫升高，平湖組烴源巖達(dá)到以生成濕氣為主的高成熟階段，底部甚至達(dá)到過成熟階段，大量生排烴期來臨。中新世末，平湖組之上的沉積地層厚度達(dá)2 500 m以上，強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，導(dǎo)致薄互層的平湖組砂巖大面積致密化而形成致密儲(chǔ)層。生排氣高峰期、致密儲(chǔ)層形成時(shí)間一致，有利于平湖組及其以下始新統(tǒng)—古新統(tǒng)深盆氣藏的形成，并在盆地的西部斜坡帶以及中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶淺部地層形成常規(guī)天然氣藏，完成了區(qū)內(nèi)最為重要的油氣充注事件［22］。此后，西湖凹陷未經(jīng)受大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，盆地保持持續(xù)沉降，所形成的油氣藏未遭受大的破壞，并且平湖組烴源巖現(xiàn)今仍在大量生烴排烴，上新世末至今研究區(qū)油氣可以得到持續(xù)充注，有利于深盆氣藏氣水平衡的保持，為深盆氣藏的保存起到關(guān)鍵作用。

（6）地層異常高壓普遍發(fā)育

已發(fā)現(xiàn)的深盆氣藏在含氣層段附近存在地層壓力異?，F(xiàn)象，有的以異常高壓為主（如加拿大阿爾伯達(dá)盆地深盆氣田），有的以異常低壓為主（如美國綠河盆地深盆氣田）［23］。西湖凹陷存在異常壓力［24］，主要分布在西部斜坡帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和西次凹等區(qū)域，不同區(qū)域壓力特征各異。西部斜坡帶中部異常高壓出現(xiàn)的深度相對(duì)較淺，約為3 300 m，但壓力系數(shù)較高，最大超過了1.7，已達(dá)到強(qiáng)超壓標(biāo)準(zhǔn)；西部斜坡帶中北部異常高壓地層的頂界埋深相對(duì)較大，約為3 600 m，但其壓力系數(shù)相對(duì)較小，多小于1.5，為超壓或弱超壓；西部斜坡帶中南部3 800 m以上儲(chǔ)層屬于正常壓力系統(tǒng)。西部斜坡帶中部與中北部出現(xiàn)超壓的深度雖然存在差異，但其對(duì)應(yīng)的層位基本一致，多存在于平湖組一二段。西次凹異常壓力出現(xiàn)的深度較大，超壓頂界面大致在3 700 m，壓力系數(shù)多小于1.4，以弱超壓為主。中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶花港組下段及平湖組也存在明顯的異常高壓。

3 西湖凹陷氣水分布特征及模式

勘探結(jié)果表明，西湖凹陷不同層段、不同構(gòu)造單元?dú)馑植继卣鞔嬖诓町悺?/p>

平湖組三四段：已鉆井在中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶主要產(chǎn)氣，為氣層，在西部斜坡帶氣水同出，個(gè)別井甚至主要產(chǎn)水，表現(xiàn)出由凹陷中心向斜坡上傾方向含水飽和度增大的趨勢(shì)，具有構(gòu)造高部位產(chǎn)水而低部位主要產(chǎn)氣的特征，總體上反映出深盆氣藏的特征。

平湖組一二段：中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶部分井產(chǎn)氣，部分井為氣水同層，個(gè)別井為干層或產(chǎn)水；西部斜坡帶以氣水同層為主，少部分為油、氣、水同層；由中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶到西部斜坡帶含水飽和度呈增加的趨勢(shì)，整體呈現(xiàn)氣水過渡的特征，與深盆氣藏中的氣水過渡帶相當(dāng)。

花港組下段：中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造中南部主要為氣水同層，北部主要為干層；西部斜坡帶整體含水飽和度比中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶高，其南段部分為油水同層，部分產(chǎn)水，北段主要產(chǎn)水?；ǜ劢M下段地層含水飽和度整體較平湖組大大增加，表現(xiàn)出由平湖一二段氣水過渡帶開始向飽含水帶過渡的趨勢(shì)，在高部位發(fā)育常規(guī)天然油氣藏。

花港組上段：中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶大部分井油、氣、水同出，具有常規(guī)油氣藏油水關(guān)系特點(diǎn)；西部斜坡帶除個(gè)別井產(chǎn)少量油外大部分主要產(chǎn)水。中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶花港組上段開始出現(xiàn)油藏，說明已逐步進(jìn)入常規(guī)油氣藏區(qū)。

根據(jù)西湖凹陷流體分布特征，推測(cè)其古新統(tǒng)—中下始新統(tǒng)為深盆氣藏飽含氣帶主要發(fā)育層段，平湖組一二段為深盆氣藏的氣水過渡帶，到花港組進(jìn)入常規(guī)油氣藏帶。西部斜坡帶中部為深盆氣藏氣水過渡帶的西側(cè)邊界，深盆氣在此多遭受破壞而逸散，但可再運(yùn)移至構(gòu)造圈閉中形成油、氣、水關(guān)系正常的常規(guī)油氣藏（圖5）。

圖5 西湖凹陷深盆氣藏與常規(guī)油氣藏氣水分布模式

4 深盆氣勘探前景

西湖凹陷始新統(tǒng)平湖組煤層、暗色泥巖及碳質(zhì)泥巖干酪根多為III型（腐殖型），有機(jī)質(zhì)豐度較高，烴源巖已大面積進(jìn)入成熟階段，凹陷中心早已達(dá)到高成熟階段，煤系烴源巖以大量生氣為主，且烴源巖現(xiàn)今仍在繼續(xù)生排烴。平湖組烴源巖具有巨大的生烴潛力，其中平湖組三四段及五六段烴源巖尤其重要，其早已進(jìn)入高成熟—過成熟階段，主要生成天然氣，從古至今持續(xù)生排烴，是一種“全天候”強(qiáng)生氣型烴源巖。平湖組潮控三角洲、辮狀河三角洲以及淺水三角洲砂體與泥巖呈“千層餅”狀交互疊置，整體表現(xiàn)為“泥包砂”的特點(diǎn)，儲(chǔ)層與烴源巖的這種交互接觸，是有利的生儲(chǔ)蓋組合結(jié)構(gòu)，且平湖組儲(chǔ)集層以在凹陷兩側(cè)邊緣大面積分布的致密砂巖為主。西湖凹陷普遍存在異常高壓，為深盆氣的形成提供了有力的動(dòng)力條件。因此，西湖凹陷平湖組及其以下地層具備形成深盆氣藏的有利地質(zhì)條件。深盆氣飽含氣帶分布于平湖組三四段及其以下地層，區(qū)域性的氣水過渡帶為平湖組一二段，花港組以上為常規(guī)儲(chǔ)層飽含水帶和常規(guī)油氣藏分布帶（圖5）?？傮w上，西湖凹陷具有良好的深盆氣勘探前景。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)烴源巖為多層系廣覆式持續(xù)生烴的煤系烴源巖，源巖分布廣、厚度大、埋藏深，以Ⅲ型干酪根為主，有機(jī)質(zhì)豐度高，多處于成熟—高成熟階段，已進(jìn)入大量生氣階段，自44Ma時(shí)開始大量生烴，至今仍在生排烴，為研究區(qū)深盆氣藏的形成提供了充足的氣源。

（2）研究區(qū)平湖組三四段及其以下地層寬緩穩(wěn)定的古地貌背景、廣泛發(fā)育的以潮汐海岸和潮控三角洲沉積為主的致密砂巖體與煤系烴源巖“千層餅式”或“交互式”接觸的源儲(chǔ)蓋組合，以及普遍發(fā)育的異常高壓等地質(zhì)因素，為該區(qū)深盆氣藏的形成提供了條件。

（3）勘探實(shí)踐表明研究區(qū)的氣藏在縱向上可分為飽含氣帶、氣水過渡帶、常規(guī)儲(chǔ)層飽含水帶（或常規(guī)油氣藏帶）等3個(gè)帶，具有深盆氣藏的基本特征。

（4）研究區(qū)具有形成深盆氣藏的有利地質(zhì)條件和良好的勘探前景。

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