劉海鈺 范彩偉 庹 雷 劉 峰 侯靜嫻

(中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南?？?570100)

近30年來，鶯歌海盆地中央底辟帶淺層和中深層的天然氣勘探已取得重大成果，發(fā)現(xiàn)了X1-1、X13-1/2、Z22-1等大氣田。其中，鶯歌海凹陷東斜坡(即中央底辟構造帶至鶯東斜坡帶之間的過渡區(qū)域)是該盆地重要的天然氣聚集帶，迄今已發(fā)現(xiàn)一批氣田及含氣構造，包括北段的H29-1含氣構造、中段的L1-1含氣構造以及南段的Z10-1、Z10-3、Z11-1氣田及L26-2含氣構造。鶯歌海凹陷東斜坡帶南段樂東10區(qū)已取得重大天然氣突破，而該斜坡帶中北段歷經多年勘探后仍未取得理想鉆探效果。

目前，有關鶯歌海凹陷東斜坡中北段天然氣來源與運移模式的相關成果報道較少，但有不少學者已對該斜坡南段天然氣來源與成藏模式做過深入研究[1-4]，認為該斜坡南段樂東氣田天然氣主要來自中新統(tǒng)梅山組—三亞組烴源巖，該套烴源巖生成的高成熟氣在較大的源-儲壓差驅動下通過隱伏斷裂垂向充注或沿砂體側向運移成藏。本文基于鶯歌海凹陷東斜坡已發(fā)現(xiàn)天然氣的組成和同位素數(shù)據(jù)、包裹體信息以及相關地質資料，重點對斜坡帶中北段天然氣成因及成藏特征進行深入分析，以期為該地區(qū)尋找有利勘探目標提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

鶯歌海盆地處于印支地塊與華南地塊的拼接帶——紅河大斷裂帶上，是新生代大陸邊緣伸展-轉換盆地[6-8]。該盆地走向為NW—SE向，平面呈菱形，從東向西可劃分為鶯東斜坡帶、中央坳陷帶和鶯西斜坡帶等3個一級構造單元，其中中央坳陷帶包括河內凹陷、臨高凸起和鶯歌海凹陷。鶯歌海凹陷東斜坡為中央底辟構造帶至鶯東斜坡帶之間的過渡區(qū)域。盆地自下而上發(fā)育漸新統(tǒng)崖城組與陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組與黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂東組(圖1)。

前人研究表明[9-11]，中新統(tǒng)半封閉淺海泥巖是鶯歌海盆地中央底辟構造帶已發(fā)現(xiàn)氣田的主要烴源巖；鶯東斜坡帶包括一號斷裂的上升盤和下降盤，為一繼承性發(fā)育的坡度較平緩的單斜，其中南部和北部較為寬緩，中部較為狹窄。鶯歌海凹陷東斜坡即一號斷裂下降盤，鉆探證實該區(qū)域地層沉積主要受海南隆起西部水系影響，縱向上發(fā)育多套良好的儲蓋組合[12]。

圖1 鶯歌海盆地構造區(qū)劃分及地層柱狀圖

2 天然氣地球化學特征與成因類型

鶯歌海凹陷東斜坡已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要由烴類氣體、CO2、N2等組成，不同區(qū)段天然氣地球化學特征差異較為明顯(表1)，其中斜坡北部的H29-1構造三亞組氣藏中烴類氣平均含量為90.92%， CO2平均含量為7.55%，干燥系數(shù)平均值為0.95；斜坡中部的L1-1構造黃流組氣藏中烴類氣含量高達95.47%，CO2含量僅為1.60%，干燥系數(shù)為0.96；而斜坡南部的L26-2和L35-1構造梅山組氣藏均表現(xiàn)為富含CO2特征，CO2含量為73.62%～85.40%，烴類氣含量低于15.00%。

表1 鶯歌海凹陷東斜坡天然氣地球化學特征Table 1 Geochemistry characteristics of nature gas in eastern slope of Yinggehai sag

近年來，在鶯歌海凹陷東斜坡中段L19-1、L13-1構造上新統(tǒng)鶯歌海組和X5-3-1井黃流組一段儲層中均鉆遇水層，所取氣樣甲烷碳同位素較輕(為-63.14‰～-47.36‰)，干燥系數(shù)大(為0.99～1.00)，幾乎不含重烴氣，具有典型的生物成因氣特征，依據(jù)干燥系數(shù)C1/(C1～C5)與甲烷碳同位素(δ13C1)值相關圖判識其天然氣成因類型為亞生物氣—生物氣(圖2)。而在該凹陷東斜坡深層(如L26-2、L35-1構造梅山組與H29-1構造三亞組)所鉆遇的天然氣甲烷碳同位素偏重(為-37.82‰～-32.14‰)，干燥系數(shù)為0.91～0.97(平均值0.94)，反映為成熟階段的煤型氣(圖2)。由此可見，該凹陷東斜坡天然氣甲烷同位素在縱向上具有分層性，表現(xiàn)為淺中層鶯歌海組、黃流組儲層中的天然氣甲烷碳同位素較輕，而深層梅山組、三亞組中的天然氣甲烷碳同位素偏重，反映出成熟的煤型氣主要富集在深層梅山—三亞組及以深地層。此外，在H29-1構造的三亞組以及L1-1構造的梅山組和三亞組熒光薄片中見熒光與油斑顯示，再次證實該凹陷東斜坡三亞組、梅山組油氣運移活躍。

圖2 鶯歌海凹陷東斜坡天然氣成因類型圖(底圖據(jù)文獻[13])

研究表明，天然氣中CO2碳同位素組成與其成因密切相關，根據(jù)CO2百分含量及其碳同位素值可以有效區(qū)分有機與無機成因的CO2[14-17]。根據(jù)戴金星(1993)的統(tǒng)計，我國天然氣有機CO2的碳同位素主頻分布在-12‰～-17‰，且濃度一般較低(<10%)；無機CO2的碳同位素主頻分布在-3‰～-8‰，且濃度一般較高(>10%)。此外，混合成因CO2的碳同位素值取決于混合比例及混合組分原始的碳同位素值[15]。分析表明，鶯歌海凹陷東斜坡北部H29-1構造天然氣中CO2碳同位素偏輕(-16.95‰～-12.70‰)，為有機成因；斜坡中部L1-1構造天然氣中CO2碳同位素偏重(為-7.15‰)，為無機成因；而斜坡南部L26-2和L35-1構造天然氣中CO2含量較高(大于70%)，且CO2碳同位素偏重(重于-8‰)，均為無機成因(圖3)。

圖3 鶯歌海凹陷東斜坡天然氣中CO2含量與 碳同位素關系(底圖據(jù)文獻[14])

3 烴源巖特征與氣-源對比

3.1 烴源巖特征

勘探證實，鶯-瓊盆地發(fā)育中新統(tǒng)(包括三亞組、梅山組及鶯黃組下部)和漸新統(tǒng)崖城組兩套烴源巖，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，其中中新統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育于鶯歌海盆地中央坳陷，為半封閉淺海及半深海砂泥巖沉積，是中央底辟構造帶氣田主要的氣源巖；而漸新統(tǒng)烴源巖廣泛分布于相鄰的瓊東南盆地，在鶯歌海盆地邊緣的鶯東斜坡帶及北部的臨高凸起也有分布，主要為濱岸平原沼澤相、濱海相和淺海相沉積[10-11,18-19]。鶯-瓊盆地漸新統(tǒng)與中新統(tǒng)烴源巖母質差異導致了其干酪根碳同位素的差異[11]，其中中新統(tǒng)泥巖干酪根碳同位素明顯偏重，介于-24.41‰～-24.16‰，高于下漸新統(tǒng)崖城組烴源巖干酪根碳同位素值(-27.3‰～-27.14‰)。此外，鶯-瓊盆地中新統(tǒng)和漸新統(tǒng)烴源巖生物標志物也存在差異，其中漸新統(tǒng)烴源巖以富含樹脂化合物(W、T)和奧利烷(OL)為特征，表現(xiàn)為典型的陸源輸入為主的特征；而中新統(tǒng)烴源巖雙杜松烷和奧利烷豐度較低，表現(xiàn)為混合母源輸入特征[11]。

3.2 氣-源對比

“氣”對“源巖”具有成因繼承性，可以利用成因追根溯源。利用天然氣乙烷碳同位素(δ13C2)與干酪根碳同位素(δ13C)的關系可進行氣-巖對比[1,20]。鶯歌海凹陷東斜坡北部的H29-1構造三亞組天然氣乙烷碳同位素偏重(-21.25‰～-23.73‰)，與中新統(tǒng)烴源巖干酪根碳同位素特征相似，而與漸新統(tǒng)烴源巖干酪根碳同位素特征差異較大，表明天然氣可能主要來自于中新統(tǒng)烴源巖。

利用“氣”與“源巖”成熟度匹配，可以進一步判識氣源。鶯歌海凹陷東斜坡梅山-三亞組天然氣δ13C1值分布范圍為-37.82‰～-32.14‰，利用鶯歌海盆地Ⅱ2—Ⅲ型干酪根生成的天然氣δ13C1-Ro關系方程[1]，計算出該斜坡天然氣成熟度Rc為0.97%～1.51%，為中等-高成熟階段的產物。由于鶯歌海凹陷東斜坡中北段鉆穿中新統(tǒng)的探井較少，且樣品多受泥漿污染，無法直接獲知該區(qū)段烴源巖的成熟度，因此對該斜坡北段的H29-1構造進行單點模擬，重建中新統(tǒng)烴源巖埋藏史與生烴史(圖6)。模擬過程中，利用H29-1構造鉆井MDT電纜地層測試獲得的地層溫度進行校正，結果顯示該區(qū)中新統(tǒng)梅山組—三亞組烴源巖(埋深2 800～4 000 m)成熟度較低(Ro=0.6%～1.0%)，漸新統(tǒng)陵水組下部泥巖剛進入濕氣高成熟階段(Ro>1.3%)。由于H29-1構造鉆遇的中新統(tǒng)泥巖巖性粗，有機質含量低(TOC<0.5%)，不具備大量生氣條件，因此可以排除東斜坡帶下伏中新統(tǒng)烴源巖的貢獻，該構造的天然氣可能來自凹陷內部的中新統(tǒng)烴源巖或靠近斜坡地區(qū)較深部位的成熟烴源巖。此外，在H29-1構造三亞組熒光砂巖的抽提物中檢測到高豐度、代表陸源輸入的奧利烷(OL)和雙杜松烷(W、T)(圖4)，雖與YC13-1構造的炭質泥巖有相似之處，但不是典型的煤系烴源巖特征，且與該構造梅山組、三亞組泥巖有較大差別，推測可能與漸新統(tǒng)烴源巖的貢獻有關。因此，H29-1構造的天然氣主要來自中新統(tǒng)烴源巖，也存在部分漸新統(tǒng)烴源巖的貢獻。

此外，鶯歌海凹陷東斜坡中段的L1-1構造黃流組天然氣甲烷碳同位素較輕(-47.70‰～-48.99‰)，其成熟度明顯低于中央底辟帶天然氣成熟度，推測該構造的天然氣可能來自附近斜坡帶成熟烴源巖；但是，該構造黃流組天然氣碳同位素值δ13C2>δ13C3(表1)，即出現(xiàn)倒轉現(xiàn)象，表現(xiàn)出混合氣特征，因此推測有中央坳陷帶高成熟氣的加入與附近斜坡帶低成熟氣混合的可能性。

圖4 鶯瓊盆地H29-1砂巖抽提物與H29-1、YC13-1泥巖質量色譜圖

4 天然氣成藏特征

4.1 烴源基礎

氣-源對比結果證實，鶯歌海凹陷東斜坡遠離生烴凹陷區(qū)，該區(qū)新近系自身不具備生烴能力，烴源主要來自凹陷內部中新統(tǒng)烴源巖或靠近斜坡地區(qū)較深部位的成熟烴源巖。生烴史模擬認為，鶯歌海凹陷內部及靠近斜坡地區(qū)的中新統(tǒng)烴源巖大規(guī)模生氣階段為±5.5 Ma～現(xiàn)今時期，凹陷主體烴源巖生氣強度平均達82.2×108m3/km2(圖5)，已達到富生氣凹陷的標準(即大于20×108m3/km2)[21]，有利于東斜坡深層三亞組、梅山組、黃流組及淺層鶯歌海組圈閉天然氣成藏。另據(jù)地震解釋結果，鶯東斜坡帶發(fā)育漸新統(tǒng)烴源巖，而且其埋深大，目前大多已進入高成熟—過成熟階段，也可為鶯歌海凹陷東斜坡的氣源供給提供補充。

4.2 成藏期與成藏時限

目前主要是利用流體包裹體均一溫度再結合地層埋藏史及熱史恢復來確定油氣成藏期次和時間[22]。鶯歌海凹陷東斜坡北段的H29-1構造三亞組儲層中包裹體較發(fā)育，包裹體類型主要為含烴鹽水包裹體和鹽水包裹體及少量含CO2包裹體，有弱熒光顯示，含烴鹽水包裹體均一溫度主要集中在130～150 ℃，反映該構造三亞組主要存在一期充注，且主要為烴類氣充注；再結合埋藏史及熱史恢復，推斷烴類氣充注時間可能稍早于2.0 Ma(圖6)。

圖5 鶯歌海盆地中新統(tǒng)烴源巖生烴強度

鶯歌海凹陷東斜坡中段的L1-1陵水組儲層發(fā)育有含烴鹽水包裹體、鹽水包裹體和含CO2鹽水包裹體，與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度為130～160 ℃，分析認為陵水組儲層至少存在一期烴類充注；再結合埋藏史恢復，推斷烴類充注時間可能在1.8 Ma之后。此外，前人研究發(fā)現(xiàn)，鶯歌海盆地中央底辟帶北部東方區(qū)X1-1氣田烴類氣和CO2的充注時間分別為3.7～1.8 Ma和0.4 Ma之后[23]。因此，相比較而言，鶯歌海凹陷東斜坡中北部構造烴類氣充注時間較東方區(qū)晚，約在2 Ma之后。

圖6 鶯歌海凹陷東斜坡H29-1構造三亞組儲層含烴包裹體均一溫度及埋藏史-熱史圖

4.3 復合輸導系統(tǒng)

氣-源對比表明，鶯歌海凹陷東斜坡烴源主要來自凹陷內的中新統(tǒng)烴源巖，也存在一號斷裂帶下降盤深部漸新統(tǒng)烴源巖的貢獻。分析認為，該斜坡帶具有復合輸導系統(tǒng)，天然氣成藏既有垂向運移，也存在側向運移。

1) 左行走滑張性破裂發(fā)育利于天然氣垂向運移。

以往的研究認為，鶯歌海凹陷東斜坡輸導特征分段性明顯，北段斷裂活動至T60結束，中段斷裂活動至T50結束，南段斷裂活動至T20結束，可見輸導性能從北段、中段到南段逐漸增強[24-26]。根據(jù)新采集的三維地震資料，并利用新的技術手段，研究認為鶯歌海凹陷東斜坡是左行走滑張性破裂發(fā)育的主要區(qū)域，三維地震剖面上呈現(xiàn)大量斷距不明顯、近東西向密集分布、平面延伸距離很短的小斷層或裂隙，為左行走滑斷裂派生南向張應力造成的局部張性破裂(微裂隙)，主要發(fā)育在距今10.5 Ma之前[22]，終止于T40界面，利于油氣在中新統(tǒng)及以下層系中富集。

2) 鼻狀構造發(fā)育利于天然氣側向運移。

研究認為，鼻狀構造發(fā)育對鶯歌海凹陷東斜坡天然氣橫向富集起主導作用，一號斷裂帶走滑剪切應力場可伴生擠壓褶皺，該斜坡發(fā)育3個寬緩的近南北向鼻狀褶皺凸起，均為北高南低傾沒入凹陷[25-26]。這些褶皺走向基本垂直于張性T破裂斷層走向，由南向北依次分布有樂東鼻狀凸起、嶺頭鼻狀凸起和?？诒菭钔蛊?圖7)，其中?？诒菭钔蛊餒29-1構造鉆遇三亞組氣藏，樂東鼻狀凸起Z10-1、Z10-2/10-3、Z11-1構造分別鉆遇黃流組、梅山組和三亞組等多個氣藏，表明海口鼻狀凸起和樂東鼻狀凸起油氣運移活躍，該斜坡發(fā)育的大型構造脊是天然氣橫向運移的優(yōu)勢通道。

3) 骨架砂體發(fā)育利于天然氣側向運移。

研究表明，鶯歌海凹陷東斜坡沉積主要受海南隆起西部水系影響[27]。通過對該斜坡中北段連井剖面對比，認為該區(qū)域發(fā)育大量上新統(tǒng)—中新統(tǒng)的地層巖性圈閉，連接凹陷成熟烴源區(qū)與斜坡帶的骨架砂體構成了良好的側向運移通道(圖8)。在儲層巖性方面，該斜坡北段的H29-1構造與中段的L1-1構造在黃流組沉積時期以細粒的泥質粉砂巖沉積為主，在梅山組—三亞組沉積時期發(fā)育厚層的粗粒細砂巖及含礫砂巖；在物源注入上，該斜坡中北段在中中新世及更早時期東部物源(即海南隆起)供給豐富，黃流組沉積時期東部物源注入相對衰減，推斷與盆地自左行走滑向右行走滑轉換有關[22]，因此該斜坡中北段天然氣勘探以尋找深層儲集體為主。

圖7 鶯歌海凹陷梅山組頂面(T40界面)深度構造

圖8 鶯歌海凹陷東斜坡中北段連井剖面

4.4 有利勘探方向

綜合分析認為，豐富的氣源基礎及良好的輸導系統(tǒng)可提高鶯歌海凹陷東斜坡天然氣的充注效率，可在很短的時間(約2 Ma)內規(guī)模成藏，該斜坡中北段天然氣成藏模式主要為通過T破裂垂向充注和沿著構造脊骨架砂體側向運移聚集(圖9)。一方面，該斜坡中北段T破裂基本上呈現(xiàn)同向展布、規(guī)模較小，終止于T40界面(即梅山組頂面)，難以形成互聯(lián)互通的網狀輸導網絡，利于油氣在中新統(tǒng)及以下地層富集成藏，但上新統(tǒng)的垂向運移條件較差。另一方面，該斜坡中北段構造脊骨架砂體在T40界面以深地層中更為發(fā)育，利于凹陷內高成熟-過成熟烴源巖生成的天然氣大規(guī)模側向運移聚集。但是，受到復合輸導體系的限制，該斜坡中北段天然氣分布存差異，鉆探證實中北段梅山組、三亞組儲層天然氣為成熟的煤型氣，而上新統(tǒng)鶯歌海組和上中新統(tǒng)黃流組儲層天然氣成熟度度低，主要為亞生物氣-生物氣，這說明深層高熟氣未能大規(guī)模突破T40界面。因此，鶯歌海凹陷東斜坡中北段天然氣勘探方向是在構造脊背景下尋找T40界面以深的有利目標。

圖9 鶯歌海凹陷東斜坡天然氣成藏模式(剖面位置見圖1a)

5 結論

1) 鶯歌海凹陷東斜坡已發(fā)現(xiàn)天然氣為富烴氣，烴類氣含量為89.54%～93.56%，CO2含量最高不超過10.02%，干燥系數(shù)達0.92～0.97；天然氣甲烷同位素(δ13C1)值在縱向上具有分層性，黃流組及鶯歌海組較淺儲層天然氣δ13C1值為-64.97‰～-47.36‰(屬于亞生物氣-生物氣)，梅山組和三亞組較深儲層天然氣δ13C1值為-37.82‰～-32.14‰(屬于成熟煤型氣)。

2) 氣-源對比表明，鶯歌海凹陷東斜坡中北段中深層成熟天然氣主要來自凹陷內的中新統(tǒng)烴源巖，也有部分斜坡帶漸新統(tǒng)烴源巖的貢獻。

3) 豐富的氣源基礎及良好的復合輸導系統(tǒng)可以提高鶯歌海凹陷東斜坡天然氣的充注效率，可在很短的時間(約2 Ma)內規(guī)模成藏。該斜坡中北段以T破裂和構造脊骨架砂體復合輸導為特征，其中T破裂終止于T40界面(即梅山組頂面)，骨架砂體在T40界面以深地層更為發(fā)育，該領域天然氣勘探方向是在構造脊背景下尋找T40界面以深的有利目標。