蘇丕波 梁金強(qiáng) 張 偉 劉 坊 王飛飛 李廷微 王笑雪 王力峰

1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 2.中國地質(zhì)調(diào)查局天然氣水合物工程技術(shù)中心 3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）

0 引言

天然氣水合物（以下簡稱水合物）是由水分子組成的籠狀構(gòu)架將甲烷等小型氣體分子吸附其中而形成的冰狀固體。自然界中，水合物主要分布在陸域永久凍土帶和海域水深大于300 m的海底沉積物中。作為一種特殊的油氣資源，水合物因其分布廣泛、資源潛力大、高效清潔而備受各國科學(xué)家的關(guān)注。近年來，國外學(xué)者[1-5]提出了天然氣水合物含油氣系統(tǒng)（Gas Hydrate Petroleum System）的概念，認(rèn)為在上述系統(tǒng)中，決定水合物形成的各個(gè)要素是可以被識別和評價(jià)的。這些要素包括：水合物的溫—壓穩(wěn)定性條件、氣源、水、氣的運(yùn)移、儲(chǔ)集層和時(shí)間。天然氣水合物含油氣系統(tǒng)理論極大地促進(jìn)了水合物勘探評價(jià)的研究，在水合物的形成、分布和穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題上取得了一系列重要的進(jìn)展，有效地指導(dǎo)了墨西哥灣盆地及北阿拉斯加[5-6]、郁陵盆地[7]、印度東海岸[8]等多個(gè)地區(qū)水合物的勘查與鉆探。

與常規(guī)含油氣系統(tǒng)相比，水合物含油氣系統(tǒng)有其獨(dú)特性：①水合物成藏的儲(chǔ)集層不是一個(gè)圈閉，而是由一定的低溫高壓環(huán)境所形成的穩(wěn)定域范圍；②在水合物形成的穩(wěn)定域范圍內(nèi)，沒有足夠的氣體形成水合物藏，只能靠外部天然氣供給，因此天然氣運(yùn)移通道是水合物含油氣系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵要素；③水合物成藏的氣體來源廣泛，除了傳統(tǒng)的熱成因氣以外，淺層生物氣也是其重要的氣源?；诖耍覈鴮W(xué)者[9-11]認(rèn)為水合物存在著自身成藏系統(tǒng)（Gas Hydrate Reservoir System），它由烴類生成體系、流體運(yùn)移體系、成藏富集體系構(gòu)成。該系統(tǒng)概念明確了水合物成藏與含油氣系統(tǒng)成藏的區(qū)別，但由于當(dāng)時(shí)缺乏相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)，研究者尚未闡述成藏過程地質(zhì)要素及其相互作用的重要性，缺乏對各要素之間的時(shí)空耦合性研究，而僅從地質(zhì)要素組合形成的各個(gè)過程進(jìn)行了分析。

因此，筆者利用水合物勘查實(shí)踐資料，借鑒常規(guī)油氣成藏系統(tǒng)理論，提出了我國海域天然氣水合物成藏系統(tǒng)的概念（Gas Hydrate Reservoir Forming System）。認(rèn)為水合物成藏系統(tǒng)是指水合物成藏過程中必不可少的各種地質(zhì)要素及其相互作用，其主要包含了氣源供給系統(tǒng)、流體輸導(dǎo)系統(tǒng)及礦藏儲(chǔ)集系統(tǒng)，反映了水合物從形成到保存的地質(zhì)作用過程及地質(zhì)要素組合。它們彼此之間在時(shí)間和空間上的有效匹配將共同決定水合物的成藏特征。筆者以此系統(tǒng)論思想為基礎(chǔ)，從水合物成藏的氣源供給系統(tǒng)、流體輸導(dǎo)系統(tǒng)及礦藏儲(chǔ)集系統(tǒng)出發(fā)，結(jié)合水合物實(shí)際調(diào)查和勘探結(jié)果，深入分析了南海北部神狐海域勘查區(qū)水合物成藏系統(tǒng)特征，以期為后續(xù)神狐海域及南海水合物勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景與水合物勘探

神狐海域水合物富集區(qū)位于南海北部陸坡中段，構(gòu)造上位于珠江口盆地深水區(qū)珠二坳陷白云凹陷（圖1-a）。該區(qū)域海底地貌起伏顯著，主要發(fā)育海丘、海谷、沖蝕槽、沖蝕溝等地貌，水深介于1 000～1 700 m，具有優(yōu)越的水合物成藏條件，是我國水合物勘探程度最高的區(qū)域。目前，中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局（以下簡稱廣海局）已在該海域?qū)嵤┝薌MGS1、GMGS3、GMGS4、GMGS5等多個(gè)航次的水合物科學(xué)鉆探（圖1-b），鉆井50余口，獲取了大量的水合物實(shí)物樣品，證實(shí)存在千億立方米級天然氣儲(chǔ)量的水合物藏[12-14]；2017年，我國在神狐海域成功實(shí)施了水合物試開采，平均日產(chǎn)氣量為0.52×104m3，最大日產(chǎn)氣量為 3.50×104m3，60 天產(chǎn)氣總量達(dá) 30.90×104m3[15]。2020年，在神狐海域?qū)嵤┑诙喫衔镌囬_采，平均日產(chǎn)氣量為 2.87×104m3，30 天產(chǎn)氣總量達(dá) 86.14×104m3，充分證實(shí)了神狐海域具有巨大的水合物資源潛力，擁有廣闊的水合物勘探開發(fā)前景。

神狐海域具有斷陷裂谷和坳陷沉降雙層結(jié)構(gòu)[16]，自古近紀(jì)至新近紀(jì)，斷層從下到上越來越發(fā)育，古近紀(jì)底部的斷裂主要發(fā)育在現(xiàn)在的隆起及凹陷的邊界上，將古近紀(jì)分割成為多個(gè)孤立的箕狀斷陷，主要為北東向和北西向，是裂谷斷陷期沉積的主控因素。與之相應(yīng)，神狐海域從下而上依次為陸相裂陷、海陸過渡相或海相坳陷沉積，且總體呈海進(jìn)趨勢。早始新世神狐期以湖相泥巖夾薄層砂巖與粉砂巖沉積為主；晚始新世—早漸新世恩平期以平原河流相、沼澤相及湖相砂泥巖互層沉積為主，夾較多的煤線及薄煤層；晚漸新世珠海期屬海陸交互相，后期隨著海平面上升以海相沉積占主導(dǎo)地位；中中新世以來，海進(jìn)范圍逐步加大，在南海北部陸緣區(qū)從北向南水深逐步增大，依次沉積了中新統(tǒng)珠江組—粵海組、上新統(tǒng)萬山組和第四系瓊海組構(gòu)成的濱?！獪\海—半深?！詈Ｋ樾紟r沉積[17]。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成大量晚期構(gòu)造圈閉，同時(shí)誘發(fā)深部海相超壓泥質(zhì)巖類的塑性流動(dòng)，形成規(guī)模巨大的泥底辟和氣煙囪活動(dòng)帶，構(gòu)成流體運(yùn)移的重要通道[18]。

圖1 南海北部神狐海域水合物富集區(qū)位置圖

2 水合物成藏系統(tǒng)

2.1 氣源供給系統(tǒng)

水合物成藏的氣源供給系統(tǒng)是水合物成藏系統(tǒng)研究中的最基本問題，包括水合物成藏的氣體來源、成因類型以及氣源潛力等。碳同位素分析結(jié)果顯示，自然界目前已發(fā)現(xiàn)水合物藏的氣體均來自有機(jī)成因氣。其中，海域發(fā)現(xiàn)的水合物中的甲烷絕大多數(shù)是微生物成因的；但墨西哥灣、里海、黑海、加拿大Mallik等地區(qū)發(fā)現(xiàn)的水合物中的天然氣為熱解成因氣[19-21]；越來越多的地區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)水合物中存在生物氣和熱解氣混合成因的氣體[22-23]。

2.1.1 水合物成藏的氣體來源

2007年，廣海局在神狐海域首次實(shí)施水合物鉆探，成功獲得水合物樣品，鉆后分析結(jié)果表明，水合物為Ⅰ型水合物，成藏氣體主要以生物成因?yàn)橹?，熱成因氣貢獻(xiàn)極少[24]。但鉆前根據(jù)神狐海域油氣地質(zhì)特征，推測該區(qū)域應(yīng)存在熱成因的天然氣源，但一直未獲證實(shí)。2015—2016年，廣海局又先后在神狐海域開展了GMGS3和GMGS4兩個(gè)航次的水合物鉆探，從GMGS3航次現(xiàn)場水合物巖心分解氣、裂隙氣及頂空氣組分及甲烷同位素測試結(jié)果表明[25]，水合物氣源組成包括生物成因氣及熱解成因氣兩種成因類型（圖2）。氣體組分中以甲烷占絕對優(yōu)勢，其含量超過92%，在數(shù)個(gè)站位的測試還發(fā)現(xiàn)含量相對較高的C2+以上烴類氣體，且呈現(xiàn)隨深度增大而增加的趨勢，表明了深部熱成因氣對水合物成藏有貢獻(xiàn)。GMGS3航次的水合物取心站位所有層段氣體樣品均以甲烷占絕對優(yōu)勢，甲烷含量在烴類氣體中均高于93.5%。并且在W11、W17、W18、W19等井中還檢測到含量相對較高的乙烷和丙烷，甚至是丁烷和戊烷，首次揭示出該區(qū)域存在Ⅱ型水合物的地球化學(xué)證據(jù)[22,25]。這與GMGS1航次鉆探的水合物氣體有較大區(qū)別，GMGS1航次鉆獲的水合物氣體為生物成因氣，氣體組分中乙烷和丙烷等重?zé)N含量極低，甲烷含量占絕對優(yōu)勢[24]。GMGS4航次在神狐海域鉆獲的水合物氣體樣品也與GMGS3航次類似。2017年神狐海域首次水合物試采獲取的天然氣測試結(jié)果也表明水合物為生物氣和熱解氣混合成因[26]，進(jìn)一步證實(shí)了深部熱成因氣對水合物成藏有貢獻(xiàn)。

圖2 白云凹陷水合物天然氣與常規(guī)天然氣成因判識圖

2.1.2 水合物成藏的氣源潛力

神狐海域水合物鉆探區(qū)位于珠二坳陷白云凹陷—番禺低隆起油氣富集區(qū)。常規(guī)油氣勘探證實(shí)，番禺低隆起的烴類氣主要為成熟氣，具有油型氣和煤成氣的混合成因特征，以煤成氣為主，其主要?dú)庠磶r為白云凹陷偏腐殖混合型—腐殖型干酪根有機(jī)質(zhì)的漸新統(tǒng)恩平組泥巖，次要?dú)庠磶r為白云凹陷腐泥型—偏腐泥混合型干酪根有機(jī)質(zhì)的始新統(tǒng)文昌組泥巖。與神狐海域水合物鉆探區(qū)臨近的PY29-1、PY30-1、PY34-1等油氣田鉆井證實(shí)了其油氣來源于白云凹陷古近紀(jì)及始新統(tǒng)烴源巖，生成的大量油氣向凹陷北坡及番禺低隆起運(yùn)移并聚集成藏[27]。根據(jù)神狐海域水合物與鄰區(qū)常規(guī)天然氣田氣體同位素對比結(jié)果（圖2），結(jié)合前人對白云凹陷烴源巖的研究成果，認(rèn)為神狐海域水合物中的生物成因氣來自于中新統(tǒng)及上部未熟—低熟烴源巖生成的生物氣，熱成因氣主要來源于恩平組和文昌組湖相泥質(zhì)烴源巖或煤系地層[25,28]。該區(qū)域盆地模擬研究結(jié)果表明，不僅淺部中新統(tǒng)及上部未成熟—低成熟烴源巖的生物氣生氣潛力巨大，而且深部文昌組、恩平組烴源巖熱演化程度高，熱解氣產(chǎn)氣潛力同樣巨大[29]。

2.2 流體輸導(dǎo)系統(tǒng)

通常，水合物穩(wěn)定域內(nèi)部生成的微生物甲烷氣較少，也很難達(dá)到足夠的溫度形成熱解氣。因此，要形成高豐度的水合物藏，必須要有充足的天然氣通過有效的通道運(yùn)移至水合物穩(wěn)定域。因此，流體輸導(dǎo)系統(tǒng)是水合物成藏系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部分。沉積地層中，氣體主要以3種方式運(yùn)移：①游離氣相擴(kuò)散作用；②水溶氣相隨水介質(zhì)運(yùn)移；③獨(dú)立氣相的浮力作用。擴(kuò)散作用過程緩慢，較難形成大型水合物藏，而具有滲透性的裂縫、斷裂、底辟等通道系統(tǒng)可以作為氣體運(yùn)移的高效輸導(dǎo)系統(tǒng)，有利于水合物規(guī)模成藏。全球勘探發(fā)現(xiàn)的水合物富集區(qū)均證實(shí)這些區(qū)域存在由斷裂、底辟、氣煙囪等構(gòu)成的天然氣輸導(dǎo)系統(tǒng)，如美國墨西哥灣和布萊克海臺區(qū)水合物的形成和分布與斷裂系統(tǒng)關(guān)系密切，日本南海海槽和韓國郁陵盆地發(fā)育的泥底辟及氣煙囪直接控制了水合物的分布[30-33]。

神狐海域氣體運(yùn)移輸導(dǎo)體系發(fā)育，高角度溝源斷層、泥底辟、氣煙囪等垂向通道發(fā)育特征明顯，大部分與似海底反射層（Bottom Simulating Reflector，簡稱BSR）直接溝通，構(gòu)成了深部古近紀(jì)成熟熱成因氣及中新統(tǒng)上部生物氣垂向運(yùn)移的優(yōu)勢通道（圖3）。在神狐海域GMGS1航次鉆探區(qū)（SH3、SH5、SH7等井區(qū)）（圖3），典型氣煙囪發(fā)育，構(gòu)成了氣源垂向運(yùn)移輸導(dǎo)通道，在地震剖面上呈現(xiàn)出直立的模糊和空白反射帶；在神狐海域GMGS3和GMGS4航次鉆探區(qū)（W17、W18等井區(qū)）（圖3），高角度斷裂、氣煙囪模糊帶和泥底辟發(fā)育，同樣構(gòu)成了水合物氣源運(yùn)移通道。此外，神狐海域第四紀(jì)海底滑塌異常發(fā)育（圖4），可在地震剖面上觀察到與BSR發(fā)育具有明顯聯(lián)系的滑坡面及滑塌體內(nèi)部的滑塌斷層，可作為水合物氣源的側(cè)向輸導(dǎo)通道，進(jìn)一步擴(kuò)大了氣體的影響范圍，與水合物在神狐海域廣泛分布密切相關(guān)[34]?？傊?，多種類型含氣流體輸導(dǎo)通道是神狐海域水合物廣泛分布、大規(guī)模成藏的基礎(chǔ)，同時(shí)含氣流體的差異可能是導(dǎo)致該區(qū)域水合物非均勻分布的因素之一。

圖3 神狐海域流體輸導(dǎo)系統(tǒng)地震剖面特征圖

圖4 神狐海域海底滑坡與BSR分布關(guān)系圖

2.3 水合物礦藏儲(chǔ)集系統(tǒng)

理論上，只要在一定的低溫高壓環(huán)境下，具有充足的氣體和適量的水，就可形成水合物。因此，水合物儲(chǔ)集層不是一個(gè)圈閉，而是一個(gè)由低溫高壓環(huán)境控制的穩(wěn)定域范圍。

已有發(fā)現(xiàn)表明，水合物主要形成于穩(wěn)定域深度在海底以下600 m以內(nèi)的地層中。這部分地層沉積物往往為疏松未固結(jié)的黏土、砂質(zhì)/粉砂質(zhì)黏土，孔隙度高，可達(dá)50%或更高。水合物飽和度則受儲(chǔ)集層巖性、裂隙及下部運(yùn)移而來的甲烷通量共同控制。在較小的甲烷通量情況下，巖性相對粗的砂質(zhì)沉積物中或裂隙中形成的水合物飽和度更高；在甲烷通量較大的情況下，巖性對水合物儲(chǔ)集層的控制作用減弱，即使?jié)B透性較差的黏土依靠氣體壓力也可以成為高飽和度水合物的儲(chǔ)集層。

2.3.1 水合物穩(wěn)定域分布特征

水合物儲(chǔ)集層范圍是指水合物形成的穩(wěn)定域。它一般受溫度、壓力、海水鹽度和氣體組分的影響[35]。海底溫度和壓力是海域水合物穩(wěn)定域主要控制因素，而海底沉積層溫度與區(qū)域熱流有關(guān)，壓力則主要與水深有關(guān)。因此，當(dāng)水深一定情況下，區(qū)域熱流值越低，地溫梯度越低，沉積層溫度也越低，形成的水合物穩(wěn)定域越厚。神狐海域熱流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，熱流值介于96.11～60.84 mW/m2，平均熱流值為76.72 mW/m2。熱流值主要集中介于 65 ～ 75 mW/m2（約占47%）和75～85 mW/m2（約占28%）。與區(qū)域熱流背景值對比發(fā)現(xiàn)，該區(qū)的熱流平均值高出珠江口盆地中央隆起帶和南部坳陷帶5～6 mW/m2，表明研究區(qū)地層中流體相對活躍，深部熱液運(yùn)移速度相對較大。神狐海域熱流分布圖（圖5-a）顯示：西部熱流的變化趨勢由南往北表現(xiàn)為“低—高—低—高”的帶狀分布特征，表明該區(qū)地層的局部不均一性；東部熱流普遍較低，呈均勻梯度變化。鉆探區(qū)的西部為熱流值小于76 mW/m2的相對低熱流區(qū)域，南部和北部為熱流值大于80 mW/m2的高熱流區(qū)域。鉆探成果顯示，鉆獲水合物樣品的井幾乎均位于西部和東部熱流低值中心區(qū)域，而位于高熱流區(qū)域的鉆探井（如SH5井）未發(fā)現(xiàn)有水合物分布。因此，可以推定，在假設(shè)氣源組分、地層鹽度坡面相似以及氣源供給速率大致相同的情況下，低熱流值更利于水合物成藏。

通過對水合物溫壓相平衡曲線分析，可以預(yù)測水合物穩(wěn)定域深度和范圍。從神狐海域甲烷水合物（Ⅰ型水合物）穩(wěn)定域底界埋深圖（圖5-b）可知，現(xiàn)有的溫度和壓力條件下，神狐海域北部的甲烷水合物穩(wěn)定域埋深大部分區(qū)域均小于230 m。水合物穩(wěn)定域北部淺、南部深，沒有完全與熱流的分布呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是與海底深度的變化基本表現(xiàn)為正相關(guān)，這說明在地形變化大的區(qū)域內(nèi)（海水深度介于800～1 500 m），壓力對穩(wěn)定域底界呈現(xiàn)出一定的驅(qū)動(dòng)力。但在等深度分布時(shí)，海底熱流變化對穩(wěn)定域底界制約作用明顯。

2.3.2 水合物儲(chǔ)集層的控制因素

神狐海域第四系沉積時(shí)期，繼承了上新統(tǒng)陸坡—峽谷沉積體系格局，南北走向的大型水道自南西向北東依次發(fā)育，不同水道形成各自的天然堤—水下扇沉積體系[36]。但受到沉積期海底起伏影響更顯著，水下扇被迫分布于不同的低洼部分，形成不連續(xù)水下扇沉積（圖6）。天然堤上的沖蝕溝槽沉積，隨著水道—天然堤的發(fā)育，也相應(yīng)發(fā)生遷移或垂向加積，導(dǎo)致天然堤上沖蝕溝槽和水下扇形成不規(guī)則沉積形態(tài)。在水道兩側(cè)的邊坡以及天然堤前端向深水傾伏部位，由于海底地形較陡，沉積負(fù)載應(yīng)力過大，在第四系還形成了大量的局部滑塌沉積。水道及水下扇相對粗粒沉積的分布特征，反映了相對粗粒受水道體系和海底起伏雙重作用的影響：水道體系通過水動(dòng)力條件控制了水道的整體輸送能力；沉積期海底起伏則進(jìn)一步控制了相對粗粒沉積的具體分布形態(tài)[36]。

神狐海域水合物儲(chǔ)層發(fā)育在深水峽谷—水下扇體系，總體上為黏土質(zhì)粉砂沉積，巖性偏細(xì)，平均粒徑介于6.5～12.5 μm。測井解釋表明，水合物儲(chǔ)層巖性和物性變化較大，非均一性明顯。細(xì)粒儲(chǔ)層通常是不利于水合物大規(guī)模聚集成藏的，但神狐水合物儲(chǔ)層沉積物顯微結(jié)構(gòu)顯示，部分儲(chǔ)層中富含有孔蟲，形成具有較高的孔滲性的富含有孔蟲黏土質(zhì)粉砂儲(chǔ)層，為高飽和度水合物的形成和聚集提供了儲(chǔ)集條件[22,37-38]。同時(shí)，水合物飽和度與儲(chǔ)層中有孔蟲含量呈正相關(guān)關(guān)系，表明水合物成藏受儲(chǔ)集空間影響。然而，高豐度有孔蟲富集層段并非總是與高飽和度水合物賦存相對應(yīng)，即有孔蟲等生物碎屑的高豐度并不是水合物富集成藏的充分條件，二者之間并沒有必然聯(lián)系，這在GMGS3航次和GMGS4航次鉆探的結(jié)果中得到進(jìn)一步證實(shí)[14,36]。

圖5 神狐海域水合物分布區(qū)的熱流分布（a）與穩(wěn)定域底界埋深（b）圖

圖6 神狐海域海底峽谷沉積地震反射特征及其與高飽和度水合物成藏關(guān)系圖

3 成藏系統(tǒng)要素匹配關(guān)系

在水合物成藏系統(tǒng)中，氣源是基礎(chǔ)，運(yùn)移是關(guān)鍵，儲(chǔ)集層則決定了水合物賦存特征及規(guī)模。因此，各成藏要素并非孤立存在，而是在有效的時(shí)空匹配關(guān)系下才能形成規(guī)模水合物藏。

3.1 空間上各成藏要素具有較好的耦合關(guān)系

從目前的鉆探成果來看，神狐海域水合物的分布與BSR分布對應(yīng)較好。BSR主要分布于海底海脊的脊部及海脊向深海平原傾沒位置，且BSR的分布與泥底辟和氣煙囪發(fā)育分布區(qū)有良好的空間疊置關(guān)系，表明氣體的運(yùn)移輸導(dǎo)條件可能控制了該區(qū)域水合物平面分布[34]?？v向上，BSR主要分布在水道—天然堤體系中，在天然堤沖蝕溝槽下部水合物穩(wěn)定域底界BSR尤為明顯，表現(xiàn)出強(qiáng)反射穿層特征。在空間上，神狐海域水合物成藏要素匹配良好，氣源、運(yùn)移通道及儲(chǔ)集層匹配越好，水合物形成的飽和度越高。在鉆獲高飽和度水合物的GMGS3航次W18等井區(qū)BSR的正下部或側(cè)下部存在地震模糊帶（圖3、6），這些模糊帶是地層中含氣后因超壓而向上部低壓力部位充注和運(yùn)移，并因地震波能量被吸收而在地震反射剖面上形成模糊或空白反射的結(jié)果，表明氣體運(yùn)移充注與高飽和度水合物成藏關(guān)系密切；同時(shí)，通過地震反射剖面，在W11和W17等井區(qū)水合物藏下部識別出高角度斷裂（圖3、6），在高角度斷裂上方可以直接形成水合物藏，斷層在溝通氣源與水合物穩(wěn)定域及氣體運(yùn)移輸導(dǎo)過程中起到關(guān)鍵作用[34,36]。因此，氣源、運(yùn)移通道及儲(chǔ)集層有效空間耦合促使高飽和度水合物的運(yùn)聚成藏。

3.2 時(shí)間上水合物具有多期成藏特征

鉆探結(jié)果顯示，神狐海域水合物層在穩(wěn)定域內(nèi)部表現(xiàn)出產(chǎn)出狀態(tài)多樣、厚薄不一的特點(diǎn)。在成像測井曲線上也可清晰地觀察到這一特征，如W19井鉆探揭示的水合物層呈現(xiàn)出分散狀水合物—薄層狀水合物—厚層狀水合物變化序列（圖7-a）；W11井表現(xiàn)出薄層狀或分散狀水合物—厚層狀水合物—薄層狀或分散狀水合物—分散狀水合物—厚層狀水合物垂向周期性產(chǎn)出的特點(diǎn)（圖7-b）。這種水合物多層多產(chǎn)狀分布現(xiàn)象，可能指示神狐海域水合物具有多期成藏的特征，不同期次水合物的形成可能與氣體含量及局部儲(chǔ)層溫壓變化有關(guān)。上述水合物多層多期分布的特征可能代表了水合物二次或多次成藏的過程。神狐海域海底沉積充填復(fù)雜，峽谷水道切割充填形成水道—天然堤系統(tǒng)，具有水道遷移及多期次水道發(fā)育的特征[36]。同時(shí)，神狐海域第四紀(jì)海底滑塌發(fā)育，大量沉積物沿斜坡發(fā)生滑動(dòng)，形成滑坡面及滑塌體內(nèi)部的滑塌斷層，部分?jǐn)鄬忧懈盍怂衔锓€(wěn)定域甚至直達(dá)海底。尤其是水合物穩(wěn)定域下部泥底辟及氣煙囪等廣泛分布，伴隨的熱流體活動(dòng)勢必會(huì)對水合物穩(wěn)定域產(chǎn)生影響，引起水合物穩(wěn)定域上下遷移。在這些沉積構(gòu)造的影響下，原已聚集成藏的水合物可能因溫壓穩(wěn)定條件被破壞而發(fā)生分解，導(dǎo)致水合物層減薄，飽和度降低，甚至消失；當(dāng)穩(wěn)定域再次形成之后，氣體重新聚集在儲(chǔ)層中形成新水合物層，這一過程可能多次發(fā)生，最終表現(xiàn)出水合物多期成藏，垂向上呈規(guī)律性的變化特征。

圖7 神狐海域水合物單井成像測井特征圖

4 水合物成藏特征

4.1 縱向上呈游離氣、游離氣＋水合物的成藏組合特征

神狐海域W17井的電阻率曲線、聲波速率、孔隙水鹽度等均反映出BSR上下均存在水合物[14,39]，測井曲線指示BSR之下數(shù)十米范圍內(nèi)產(chǎn)出多個(gè)薄層水合物，且與游離氣存在共存情況。從該區(qū)域其他測井綜合解釋結(jié)果來看，垂向上同樣存在明顯的成藏組合特征，自下而上主要表現(xiàn)為游離氣層、水合物＋游離氣層、高飽和度水合物層、低飽和度水合物層的分布特征（圖8），或者呈現(xiàn)出游離氣層、低飽和度水合物層、高飽和度水合物層的分布特征。

從水合物成藏系統(tǒng)來看，以熱解氣為來源形成的Ⅱ型水合物往往比以生物氣為來源形成的Ⅰ型水合物具有更厚的穩(wěn)定域分布范圍。依據(jù)常規(guī)油氣勘探結(jié)果，白云凹陷珠海組和珠江組的部分烴源巖以及韓江組、粵海組、萬山組和第四系的全部烴源巖的成熟度均低于0.5%，處于未成熟階段，可以生成大量生物氣[40]；神狐組及恩平組烴源巖現(xiàn)今處于成熟—過成熟階段，仍處于生排烴過程。白云凹陷—番禺低隆起油氣勘探表明，該區(qū)油氣藏具有晚期成藏特征（晚于5 Ma）[41]。對于生物氣，只要淺層烴源巖進(jìn)入低成熟階段即可大量生成，其對水合物藏的供給要明顯早于熱解氣。由于氣源供給時(shí)間的不同，生物成因氣與熱成因氣分別在不同深度形成水合物。早期，在有效時(shí)空匹配下，生物成因氣通過輸導(dǎo)通道到達(dá)水合物穩(wěn)定域先形成一層Ⅰ型水合物，在Ⅰ型穩(wěn)定域底界之下則聚集一定量生物氣，從而在Ⅰ型水合物穩(wěn)定域底界表現(xiàn)為連續(xù)性的強(qiáng)振幅反射的BSR。當(dāng)后期來源于更深部的輸導(dǎo)通道形成，熱成因氣上升，由于C2+氣源更易形成水合物，在BSR之下形成Ⅱ型水合物，從而BSR之下表現(xiàn)為水合物和游離氣共存的特點(diǎn)。而在BSR之上儲(chǔ)集空間之中形成水合物之后，因水合物層的孔滲性降低，將阻止下部氣體進(jìn)一步向淺層運(yùn)移，僅有少量的氣體可通過水合物穩(wěn)定域內(nèi)部的斷裂和裂縫及孔滲性較高的通道繼續(xù)向上運(yùn)移，聚集形成飽和度相對低的水合物層。因此，BSR之上依次為較高飽和度的Ⅰ型水合物層、較低飽和度的Ⅰ型水合物層，BSR（Ⅰ型水合物穩(wěn)定域底界）之下至Ⅱ型水合物底界之上，游離氣與Ⅱ型水合物共存。Ⅱ型水合物底界之下則往往還有存在游離氣層，神狐海域W17井和W01井水合物鉆探已證實(shí)存在同一井中賦存Ⅰ型和Ⅱ型水合物，且在BSR之下還出現(xiàn)水合物與游離氣共存現(xiàn)象[39,42]。

4.2 平面上儲(chǔ)集層非均一性強(qiáng)、水合物差異聚集明顯

雖然神狐海域水合物總體是以賦存于海底以下300 m以內(nèi)、以黏土質(zhì)粉砂為主的細(xì)粒儲(chǔ)層中，但鉆井揭示不同井區(qū)水合物的厚度、飽和度差異非常顯著[43]。從鉆探結(jié)果來看：水合物這種非均勻分布特征在GMGS1、GMGS3、GMGS4等航次鉆探站位中均有體現(xiàn)，不同鉆井的結(jié)果之間存在較大差異（圖9-a）。神狐海域不同區(qū)域水合物的賦存分布特征及其飽和度等差異明顯（圖9-b）。這種水合物差異性聚集的特點(diǎn)可能受水合物儲(chǔ)集層及含氣流體運(yùn)移輸導(dǎo)通道差異發(fā)育控制[34]。神狐海域不同井區(qū)不同深度水合物儲(chǔ)集層非均一性特征明顯，水合物聚集空間與儲(chǔ)層孔滲等條件關(guān)系密切，而儲(chǔ)集空間則影響水合物飽和度（圖9-c～e）。神狐海域鉆獲高飽和度水合物井位儲(chǔ)集層中含有高豐度的有孔蟲化石，其為水合物的聚集提供了更多空間[37]。然而，并非含有有孔蟲的井位就發(fā)育高飽和度水合物，其可能受其他因素影響[36]。

圖8 神狐海域水合物成藏序列測井響應(yīng)特征圖

5 水合物成藏系統(tǒng)模式

根據(jù)上述神狐海域水合物成藏系統(tǒng)要素匹配關(guān)系及成藏特征，神狐海域水合物成藏系統(tǒng)具有“雙源、多流、多期”特征。來自白云凹陷深部文昌組和恩平組的烴源巖生成的熱解氣在早期生氣階段，由于與輸導(dǎo)通道及儲(chǔ)集層不具備時(shí)空匹配關(guān)系，對水合物成藏沒有貢獻(xiàn)，而后期則通過泥底辟、氣煙囪及斷層等多類型通道運(yùn)移至穩(wěn)定域。中新統(tǒng)及其上部未成熟—低成熟烴源巖生成的生物成因氣由于具有持續(xù)供烴能力，可以通過自源近距離擴(kuò)散方式進(jìn)入水合物穩(wěn)定域。同時(shí)，也可通過斷裂、底辟等多種通道運(yùn)移至水合物穩(wěn)定域。進(jìn)入水合物穩(wěn)定域后的氣體沿海底滑塌面、滑塌內(nèi)部的調(diào)節(jié)斷層及裂隙等在穩(wěn)定域內(nèi)部運(yùn)移，最終在半深?！詈－h(huán)境下通過水道—天然堤沉積體系形成的水下扇等相對粗粒的沉積物儲(chǔ)集層中聚集形成水合物藏。水合物層形成之后因極低的孔滲條件而對下部氣體形成阻擋作用，自由氣體將聚集在水合物層下部，待水合物穩(wěn)定域發(fā)生改變，水合物分解、氣體、水及水合物重新進(jìn)入相平衡狀態(tài)而形成新一期的水合物層。因此，在氣源供給及穩(wěn)定域周期性變化的控制下，神狐海域水合物多期成藏，最終形成了自由氣體，不同飽和度水合物＋游離氣和純水合物共存且在垂向上周期性出現(xiàn)的成藏序列。氣源條件受烴源巖熱演化影響，而水合物穩(wěn)定條件同樣受熱流、地溫梯度等影響，共同決定了水合物藏分布的大致范圍；氣體運(yùn)移輸導(dǎo)通道的差異性發(fā)育決定了水合物非均勻分布的特點(diǎn)，儲(chǔ)集層的優(yōu)劣則決定了水合物飽和度高低。因此，神狐海域水合物成藏分布受雙源、多流、儲(chǔ)集層類型共同控制。水合物成藏模式如圖10所示。

圖9 神狐海域鉆井揭示的水合物非均勻分布特征圖

圖10 神狐海域水合物成藏系統(tǒng)模式圖

6 結(jié)論

1）神狐海域水合物富集區(qū)氣源供給來自深部熱成因氣及淺部生物成因氣，具有斷裂、底辟、氣煙囪等復(fù)雜的輸導(dǎo)體系，良好的儲(chǔ)集層主要位于深水峽谷—水下扇有孔蟲發(fā)育的區(qū)域。

2）神狐海域水合物成藏系統(tǒng)與常規(guī)油氣系統(tǒng)存在聯(lián)系，水合物成藏要素在空間上匹配良好，在雙氣源供給及水合物穩(wěn)定域變化的控制下，水合物具有多層分布、多期成藏特點(diǎn)。

3）神狐海域水合物縱向上呈游離氣、游離氣＋水合物、水合物成藏組合特征；平面上儲(chǔ)集層非均一性強(qiáng)，水合物差異聚集明顯。

4）神狐海域水合物成藏系統(tǒng)具有“雙源、多流、多期”特征，其成藏分布受生物氣及熱解氣雙氣源、斷裂及底辟與氣煙囪等多通道、儲(chǔ)集層類型共同控制。