莺歌海盆地乐东气田天然气成藏条件及富集模式

李绪深 裴健翔 李彦丽

中海石油（中国）有限公司湛江分公司研究院

1 区域地质背景

莺歌海盆地是南海北部陆架上发育的快速沉降、快速充填、沉积巨厚地层的新生代盆地。受强超压和晚期区域右旋走滑剪切构造应力场的共同作用，盆地发育一系列泥—流体底辟构造［1－3］，由此形成了一批与底辟构造有关的气田和含气构造。大量研究成果表明，盆地高温、高压以及大规模超压流体的存在，造就了其独特的构造及演化模式［4］。底辟、热流体的幕式活动促使烃类也具有幕式排放与充注的特征；加之莺歌海盆地气源充足，使得天然气藏整体上处于“供大于散”的动平衡状态［5－7］，在中—浅层形成了一些大型次生天然气藏，典型的有东方1－1气田、乐东气田（由乐东22－1、乐东15－1这2个气田组成，下同）。

乐东气田位于莺歌海盆地中央坳陷带南部（图1），其气藏类型为底辟背斜控制的构造型（构造—岩性）气藏。其储层为新近系上新统—第四系海相砂岩，埋深介于390～2 200m。1996年、1993年分别在2个构造钻探第一口探井，经测试获得高产工业气流之后，迄今为止已钻探井和开发井超过30口。乐东气田含气层段主要位于第四系乐东组一、二、三段和新近系莺歌海组一段中，天然气组分和来源都比较复杂。近年来，随着勘探开发程度的不断深入，对其成藏条件和富集模式也有了进一步的认识。

图1 乐东气田区域位置示意图

2 天然气成藏条件

2．1 底辟上拱为天然气聚集提供了富集场所

莺歌海组二段中下部沉积巨厚的泥岩，由于快速沉积欠压实等作用的影响，引发泥底辟的活动。底辟上拱活动时，中心区能量强，上拱冷却后塌陷幅度大，断裂发育；而边缘区能量相对较弱，上拱后塌陷幅度小，背斜相对完整，圈闭形成时间较晚。乐东22－1构造被断层切割成南北两区，构造主体部位在北区，为较完整穹隆构造 ，长轴为15km，轴向NNW，短轴为11 km，面积约为140km2，闭合幅度约为70m，构造平缓；构造南区为断鼻，圈闭面积约为10km2，闭合幅度约为50m。乐东15－1构造圈闭面积约为70km2，闭合幅度高达260m，为断层复杂化的大型穹隆背斜构造，这些穹隆背斜为天然气聚集提供了富集场所。

2．2 优越的烃源条件

快速沉积的巨厚欠压实泥岩是莺歌海盆地良好的烃源岩，同时其也是泥底辟发育的物质基础。泥底辟发育演化中孕育的高温超压环境影响着烃源岩有机质演化［8］，表现在两个方面：①高温对有机质的演化起到了积极作用。莺歌海盆地海相烃源岩较年轻，但是由底辟热流体的活动引起局部地温场叠加，可促进有机质的热演化和浅部地层有机质提前进入生烃门限；②强超压环境对有机质热演化有一定的抑制作用。黄保家等对该区进行了逼近地质条件下的海相烃源岩高温高压生烃模拟实验，结果证实高压泥岩在进入准变质的高熟及过熟阶段时，仍能产出丰富的液态烃［9］。上述研究结果表明，超压地质环境使深部超压地层有机质热演化减缓、生烃作用时间延长，从而在一定程度上扩大了生烃窗范围，有利于晚期形成的圈闭（乐东22－1／15－1构造）成藏，具体来说，就是有利于有机质生排烃时间与圈闭形成时间二者之间的匹配。

2．3 高压型复式地温—地压系统为中—浅层气藏的形成提供了内在动力

高压型复式地温—地压系统是指深部为高温—高压系统，中—浅层为正常温压系统［10］。这种复式温压系统是莺歌海盆地中央底辟带的一个显著特点。目前在底辟带中—浅层也发现了相当一部分气藏，反映出高压型复式地温—地压系统具有较强的动能，深部能量高于浅部，为中—浅层气藏的形成提供了内在动力。在深部温压系统内，天然气沿断裂—微裂隙从深部层系垂向运移到中—浅层温压系统里的圈闭中聚集。乐东气田位于生烃凹陷，天然气由深部的高压地层垂向运移到异常高压面上部中—浅层的正常压力层段中聚集成藏。

2．4 断裂—微裂隙系统为天然气运移提供了良好的通道

据目前的研究成果认为，断裂—微裂隙是形成乐东气田中—浅层气藏必不可少的成藏要素。由于热流体活动强度的不同，底辟刺穿能量也不同。因此在底辟构造带及其顶部形成了断裂及微裂隙，其构成了天然气垂向运移的通道。随着底辟断裂和微裂隙周期性开启，深层流体阶段性向浅部运移。根据其成因及规模可将其分为下述3种类型［11］。

2．4．1 底辟刺穿断裂

这类断裂主要是由于穿层流体压裂所形成，断面近于垂直，倾角介于70°～90°，断距极小，延伸长度可达上百米，甚至上千米。这些断裂发育区在地震反射剖面上为空白反射区或模糊区。断裂穿过超压体系和过渡带，向上消失于正常压力体系内。

2．4．2 拱张断裂

这类断裂主要分布于泥—流体底辟的上部或旁侧，该部位处在底辟上隆形成的局部张性构造应力场中，因而形成的断裂以正断层为主。剖面上断裂比较平直，其倾角介于50°～80°；平面上这些断裂呈花瓣状或放射状。这类断裂主要分布于正常压力体系和过渡带之间。

2．4．3 微裂隙

微裂隙在底辟构造带广泛发育。宏观上，表现为在浅层构造地层横向上地震相位间断现象；微观上，从岩心薄片中可更明显观察到微裂隙特征（被黏土矿物充填，或切穿其他矿物颗粒）。这些微裂隙为垂向和侧向输导提供了良好通道。

目前研究表明，底辟活动的能量决定了其断裂—微裂隙发育程度的不同［12］，乐东22－1气田底辟为弱能量底辟，地层上拱的幅度较低，剖面形态为低幅背斜，由于底辟上拱能量弱，导致其上覆巨厚地层中断裂不甚发育，但微裂隙广泛存在，这些微裂隙疏导系统无疑成为天然气及流体向浅部运聚的主要通道（如图2－a）。乐东15－1气田底辟属于特强能量底辟，地层上拱幅度高，且底辟活动能量及作用力均已大大超过了上覆地层岩石的破裂极限强度。因此，浅部拱张断裂极其发育，与深部底辟刺穿断裂共同构成了天然气及流体向浅部运聚的垂向疏导体系（如图2－b）。

2．5 陆架沉积坡折部位强制海退背景下形成的砂岩可作为良好的储层

乐东区从S27层序界面开始，新增可容纳空间速率减缓，而物源高速供给，导致了陆架坡折的持续进积，形成了多个“S”形前积的沉积坡折。相对粗粒的砂岩沉积在坡折之上，而多余的沉积物向盆地输送。在沉积坡折部位除了发育高位前积体外，还发育相对海平面快速下降期形成的强制海退低位前积体。二者虽然形态及内部反射结构相似，但后者形成于较浅水环境，粗碎屑较多。乐东气田钻井揭示了强制海退低位前积体的特征。其岩性组合多表现为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩或粉细砂岩构成的反旋回特征，自然伽马曲线呈漏斗形；联井显示砂体呈多期次特征。岩心自下而上见水平—斜—垂直虫孔，并有板状及波状交错层理；底栖有孔虫占优势，属浅水相的滨海砂坝。这些砂岩多局限在坡折部位前积体顶部，而在坡折之下斜坡部位或者更远处，则发育斜坡扇和盆底扇，沉积物粒度较细（图3、4）。

图2 乐东气田底辟构造与断裂—微裂隙发育特征图

图3 乐东15－1构造强制海退低位前积体典型地震剖面图

图4 乐东区乐东组—莺歌海组一段砂体沉积模式示意图

在强制海退时期，海平面存在一定的波动，造成砂体沿陆架坡折边缘条带状展布。条带砂体沿走向方向上的连通性好；但由于各次海退的强度差异，沿倾向方向上条带砂体之间连通性变差或有重叠，从而可形成多套气藏。另外，单个砂体的面积适中，侧向尖灭或相变明显，容易形成岩性圈闭。该区储集体除了上述滨海砂坝外，还发育风暴相沉积的砂岩（图4）。乐东15－1气田主力层Ⅱ下和Ⅲ气组就为内陆架近岸浅水环境中形成的近源风暴砂，单层厚度介于1～4m，叠合厚度达十几米，在气田范围内分布较稳定，岩性以石英细砂岩或粉砂岩为主。储层孔渗性较好，主力层段属高孔中渗储层，孔隙度平均为26．9%，渗透率平均为206 mD。总体上，乐东气田储层储集空间包括粒间孔、粒间溶孔、生物体腔孔和杂基微孔。因储层岩石埋藏浅，压实作用差或未压实，细砂—泥质粉砂岩也具有较高的渗透率。

3 底辟构造与天然气富集模式

3．1 底辟构造与天然气空间配置关系

从前面成藏条件的分析可知，乐东气田与底辟二者之间密不可分。底辟上拱形成的中—浅层圈闭为天然气聚集提供了富集场所；底辟深部高温超压系统为天然气运移提供了内在动力；与底辟活动有关的断裂—微裂隙系统提供了垂向运移通道。最终天然气聚集在底辟成藏条件配置好的顶部及两侧的构造和岩性圈闭中。

此外，乐东22－1气田和乐东15－1气田天然气组分（烃类气、CO2等）的分布具有不同的特征。乐东22－1气田烃类气主要富集在上部储层中，CO2主要富集在烃类气储层的下部，靠近断裂的储层中CO2含量较高，而远离断裂的储层中CO2含量减少（如图5－a）。乐东15－1气田烃类气也主要分布在上部储层，CO2在断裂上下盘和远离断裂的储层中都有分布，其含量变化没有明显的规律性（如图5－b）。推测造成这种差异的原因可能跟热流体的活动强度，以及断裂—微裂隙垂向输导通道通畅程度的不同有关，而这两者都是由底辟活动能量的大小所决定的［13］。

图5 乐东气田天然气藏剖面图

3．2 底辟发育演化与天然气晚期富集模式

莺歌海盆地泥底辟的形成、演化具有增压、刺穿、再增压、再刺穿的幕式热流体活动特征，而油气的运移、聚集成藏、保存、散失（再次运移）与此交替过程相伴随［14］。因此，底辟发育演化过程与油气生成及运聚成藏等均具有成因联系和耦合配置关系，从而控制了天然气富集模式。

莺歌海盆地底辟构造在莺歌海—黄流组沉积时期开始形成，从区域上看，乐东区底辟构造形成稍晚，但是晚期活动强，第四纪仍有强烈活动，具有多期幕式活动的特点。乐东气田发育多个气层，主要位于莺歌海组一段和乐东组一、二、三段地层中。不同气层之间烃类气体、氮气和二氧化碳的含量、甲烷和二氧化碳的同位素组成都存在巨大差异。通过流体包裹体资料可以明显地看出其分期充注、多源混合—幕式成藏的特征。此外，再结合区域底辟演化特征，综合分析认为天然气藏的形成时间很晚，为晚期富集。

采用生烃动力学和碳同位素动力学的研究方法推测，乐东区气藏的形成时间介于距今1．2～0．1Ma，其中晚期富二氧化碳天然气的充注在距今0．3Ma以后［15］（如图6），同时依据储层的非均质性造成的天然气组分和碳同位素值的差异，将中—浅层天然气的充注过程分为以下3期。

图6 莺歌海盆地乐东区天然气成藏事件图

第Ⅰ期为生物气向第四系浅层储层（深度介于300～600m）的充注。该类天然气甲烷含量高，为87．09%～88．14%，重烃含量很低，甲烷碳同位组异常偏轻，δ13C1为－63．14‰～－55．72‰，干燥系数高。第Ⅱ期为底辟活动期间梅山组二段与三亚组一段生成的热成因气沿底辟垂向运移并向第四系中浅层（深度介于600～1 500m）充注。该类天然气甲烷含量高，具有一定的 N2含量（13．3%～23．7%），CO2为有机来源、含量低（小于1%），甲烷碳同位素值（δ13C1）变化比较宽，为－40．15‰～－28．60‰，成熟度高，反映了有机质热演化程度增加。第Ⅲ期与更晚的底辟活动有关，此时，底辟活动强烈，沟通了深部，来自深层的CO2和烃类天然气的混合气向中浅层充注。天然气CO2含量高达21．46%～80．4%，为壳源型、壳幔混合型非生物CO2［16］，烃气为14．3% ～61%，δ13C1为－29．08‰～－26．92‰，较Ⅱ期富烃气的δ13C1值重，表明其烃源岩成熟度更高，注入储层时间晚。该期充注的天然气主要聚集在早期气藏的下部，或对早期形成的气藏进行改造，将早期注入的烃类天然气向圈闭边缘驱赶。

由此可见，乐东气田中—浅层天然气的充注过程与底辟的期次幕式活动相匹配，底辟发育演化的时间、期次和强度控制了烃类气体充注时间、期次，影响了气藏组分，决定了中—浅层天然气的富集模式。

4 结论

1）乐东气田是与底辟构造有关的中—浅层大型天然气藏，烃源条件优越，底辟上拱形成的圈闭为天然气聚集提供了富集场所，底辟深部的高温高压影响有机质的演化，同时其也是天然气沿着与底辟活动有关的断裂—微裂隙垂向运移的内在动力。陆架沉积坡折部位强制海退背景下形成的砂岩可作为良好的储层。

2）总体来说，该区天然气的富集与底辟构造关系密切。底辟构造既决定了天然气的空间配置关系，同时底辟发育演化过程又与油气生成、运聚成藏等均具有成因联系和耦合配置关系，从而造就了乐东22－1／15－1气藏多源混合—幕式成藏的晚期富集模式。

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