南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3钻探区天然气水合物运聚成藏的差异性

张 伟 梁金强 何家雄 丛晓荣 苏丕波 林 霖 梁 劲

1.中国地质调查局广州海洋地质调查局 2.国土资源部海底矿产资源重点实验室3.中山大学海洋科学学院 4.中国科学院大学 5.中国科学院广州能源研究所

全球勘探发现或推测证实的天然气水合物（以下简称水合物）富集区，均发现存在油气运移或流体渗漏运聚系统，且与水合物的烃源供给、运聚成藏及分布等联系紧密[1-5]。同时，水合物气源研究结果表明，生物气和热解成因气对水合物成藏均具有重要贡献[6-7]，但无论是哪种气源，都必须通过一定的运移方式和运移疏导通道，方可到达水合物稳定域形成水合物。因此，运移疏导系统构成了气源与浅层温压稳定域之间的“桥梁”。实际的含气流体运移过程是极其复杂的，不仅有纵向上的运移还有横向上的运移过程，如通过不整合面，岩性通道（地层、骨架砂、河道等）等，横向和纵向运移系统相互匹配，沟通了深部气源与浅部的水合物成藏稳定域[8]。因此，天然气运移疏导系统与水合物聚集成藏之间的关系密切，是研究水合物成藏过程的关键。

2007年和2015年，广州海洋地质调查局在南海北部陆坡神狐海域先后组织实施了两个航次的水合物钻探（GMGS1和GMGS3），这两个钻探区均位于珠江口盆地白云凹陷（图1），且均获取了水合物实物样品（不可视水合物）。钻探结果表明，尽管两个钻探区水深和地温梯度等条件均处于适合水合物形成的稳定域内，且基本相同，但两次钻探所揭示的水合物气体来源、储层沉积物及水合物类型等存在差异，水合物的饱和度和厚度等在空间上表现出明显的非均质性[9-10]，亟需探明导致这些差异产生的原因，分析各自水合物运聚成藏的控制影响因素，从而为今后水合物钻探站位优选提供决策依据[11]。初步研究认为[9]，两个钻探区水合物差异聚集成藏与天然气的运移疏导系统关系密切，然而目前对于两个钻探区含气流体运移通道的识别、精细刻画以及运移通道与水合物形成和空间分布的耦合关系研究不足。为解决上述问题，基于研究区高分辨率准3D地震资料，结合实际钻探结果，笔者从“水合物运聚体系”角度，对上述两个钻探区含气流体运移疏导通道类型、发育演化特点及其对水合物成藏的控制和影响等方面进行了对比分析研究。

1 研究区概况

图1 南海北部神狐海域水合物钻探区GMGS1与GMGS3钻探航次位置及区域地质背景图

本文研究区位于珠江口盆地珠二坳陷白云凹陷（图1-a、图1-b），其现今海底地形较为平坦（平均坡度为3°），但发育多条海脊与冲蚀峡谷水道相间排列（图1-b）；水深自北向南逐渐加深（1 000～1 700 m）。前古近纪以来珠江口盆地东部构造活动较强烈，珠琼运动等多期构造运动相继发生并形成大尺度控盆控坳断裂，控制了盆地构造格局及凹陷沉积充填；盆地早期为断陷结构，中晚期以坳陷沉降为主，形成了现今“断—坳”双层结构，自下而上沉积充填了陆相—海相的巨厚新生代地层[12-13]（图1-c）。

白云凹陷快速沉降沉积，处在洋陆过渡型地壳，地温场偏高、热流值大，且晚中新世晚期以来的新构造运动诱发古近纪厚层超压泥页岩塑性流动，产生了大规模的底辟活动带，导致泥底辟和气烟囱较发育。泥底辟及气烟囱模糊带主要发育于凹陷中心，面积约为1 000 km2，泥底辟幅度最大可达8 km，少数底辟可刺穿至近海底[14-15]。泥底辟形成演化过程中的拱张活动，导致在不同深度形成了上覆拱张背斜、高角度的断裂和垂向裂隙系统，为该区水合物的形成提供了天然气等流体运移疏导通道条件[15-16]。此外，在白云凹陷周缘斜坡区域发育NWW向和近EW向为主的区域大尺度断层，其断距较大，通常为沟源断层，是深部古近纪热解气向新近纪及海底浅层运移疏导的重要通道[17-18]。总之，白云凹陷发育多种类型的含气流体运移疏导通道，控制和影响了第四纪沉积层中水合物运聚成藏及其分布特点。

2 GMGS1与GMGS3钻后对比

2007年GMGS1航次钻探8个站位，在其中的SH2、SH3、SH7共3个站位获得水合物样品，钻后研究结果表明[19]，水合物分布在200 m bsf（bsf表示海底以下深度，下同）上下的细粒泥质沉积物中，以分散式或胶结式充填，水合物分解气气体组分中甲烷占绝对优势，含量高达99.7%，仅检测出微量乙烷等以上重烃。GMGS1钻探区含水合物沉积层厚度介于10～47 m,钻获水合物的平均饱和度可达到20%，最高达48%。

2015年GMGS3航次钻探19个站位，23口钻井，均获得水合物显示，且在其中的4口井进行了原位测量并取心获得水合物实物样品。水合物主要分布于100～250 m bsf，饱和度介于0～76%，气体组分仍以甲烷为主（含量最高达99.5%），但乙烷、丙烷，甚至丁烷含量明显高于GMGS1水合物分解气（含量最高分别为 8 735 μg/g、579 μg/g 和 928 μg/g）。通过钻探发现了厚度大、饱和度高、展布规模及储量大的扩散型水合物矿体[20]。

GMGS3航次与GMGS1航次钻探结果差异显著，GMGS3不仅获取了生物成因的Ⅰ型水合物，还在W17、W19等井发现了热成因的Ⅱ型水合物，而且水合物层厚度、饱和度普遍大于GMGS1所发现的水合物[20-21]。GMGS3发现的高饱和度水合物储层为富含有孔虫的粉砂质细粒沉积物[10]，与国际上主要在粗粒砂质储层中发现的高饱和度水合物差异明显[22]。初步研究认为：尽管GMGS3钻探区脊部的含水合物沉积层与GMGS1钻探区相同，但钻探站位所处构造和沉积位置存在差异（图1）。陆坡西侧的GMGS1钻探站位主要位于陆坡限制型峡谷群的脊部，气体来源以微生物成因气为主，热成因气的贡献非常有限，含水合物沉积层对应为北部小型水道侵蚀所导致的薄层透镜状细粒浊积体；而相邻东侧的GMGS3钻探站位主要处在峡谷群的脊部和下游段—倾没端位置，气体来源以混合成因气为主，存在部分热成因气的贡献[21]。

3 水合物运聚成藏的差异性

3.1 运聚疏导体系类型

3.1.1 GMGS1运聚体系

GMGS1钻探区水合物运聚体系研究相对深入，前人通过GMGS1钻探区地震资料的解释，识别出多种与水合物运聚成藏有关的疏导体系，包括气烟囱（流体底辟）、断裂体系（区域大尺度断层、上新世深水扇中的正断层、第四纪滑脱断层）[9,23]（图2）。其中气烟囱模糊带在该钻探区发育最为普遍，但必须指出的是神狐海域这种气烟囱与世界各地典型的气烟囱在地震剖面上的反射特征存在一定的差异，大多表现出地层含气或深部流体向浅层运移后造成的无定型杂乱或模糊反射，而非典型的柱状空白反射，前人大多将其解释为气烟囱或流体底辟，为区分及表述方便，本文统一以气烟囱模糊带来表述。气烟囱模糊带主要位于钻探区西北部和东南部海底峡谷脊部位置（图1-b），在地震剖面上表现为大规模的模糊或杂乱反射带，这些异常反射带与似海底反射层（Bottom Simulating Ref l ector, BSR）对应关系较好，表明气烟囱模糊带对水合物成藏过程中含气流体的运聚疏导有重要作用[23-25]。通过地震资料，前人在上新世深水扇中还发现了正断层[23]，一系列正断层与深水扇的形态存在一定的联系，且这些正断层通常与气烟囱模糊带相沟通（图2），当含气流体沿着气烟囱模糊带向上垂向运移时，可能会有部分气体沿着深水扇中的正断层发生侧向运移，进而变相地扩大了气烟囱模糊带所能够影响的范围，可能会使水合物分布的范围增加[23]；上新世以来，神狐海域海底滑塌异常显著，滑移体在地震剖面上表现为中强连续性特征，这种滑塌可能与水合物分解有关[26]。海底滑塌体内部形成了大量滑脱断层，部分滑脱断层切割了水合物稳定域底界（Bottom of the Gas Hydrate Stability Zone,BGHSZ）并沟通至海底，含气流体可沿着滑脱断层运移至海底，从而可能造成部分天然气逸散而降低水合物饱和度甚至无法形成水合物藏[21,25]。

图2 神狐海域GMGS1钻探区含气流体运移疏导通道类型与发育特征图（地震测线位置见图1）

3.1.2 GMGS3运聚体系

通过对GMGS3钻探区高精度地震资料系统解释和判识，同样识别出了多种类型天然气运聚疏导通道，包括气烟囱模糊带、疑似泥底辟模糊带、底辟伴生断层、高角度沟源断裂及第四纪滑塌断层（图3、4）。

与GMGS1钻探区类似，GMGS3钻探区广泛发育气烟囱模糊带，且与BSR空间耦合关系良好，在BSR强反射区下部或侧翼均能发现流体渗漏在地震剖面上产生的效应，包括地震反射模糊带、杂乱反射带甚至空白反射带。气烟囱模糊带两侧同相轴发生中断，内部反射同相轴可观察到下拉特征（图3）。通过地震资料，还识别出疑似泥底辟，且与气烟囱模糊带类似，底辟体内部地震反射杂乱或模糊，但是两侧反射同相轴因泥源物质的上拱而被牵引上拉，泥底辟模糊带顶部直达BSR底部，部分地震剖面甚至能观察到BSR“上拱”弯曲的现象。与泥底辟和气烟囱模糊带伴生的断层在GMGS3钻探区异常发育，在气烟囱和泥底辟体模糊带周缘及侧翼能识别出大量高角度的伴生断裂，断裂上端附近地层中还能观察到含气后的“亮点”，形成“旗状”反射（图3）。在泥底辟模糊带顶部还能观察到因泥源物质上拱而形成的拱张断裂。GMGS3钻探区更靠近LW3-1气田泄压区，除底辟伴生断层外，还发育沟源断裂，沟通了深部古近纪烃源岩与浅层水合物温压稳定域，相较于GMGS1钻探区具有较大差异[25]（图4）。由于神狐海域海底滑塌普遍发育，从GMGS3钻探区地震剖面上可以观察到明显的滑塌特征，与GMGS1钻探区类似，滑塌体沿滑塌面朝地层走向发生滑动，部分BSR与滑塌面重叠，滑塌体内部形成的滑塌断层沟通了BGHSZ与海底（图5），从地震资料反应的构造地质特征显示，在滑塌发生过程中因水合物分解，部分气体可能沿着这些滑塌断层运移逸散至海底，从而造成水合物饱和度的降低甚至破坏水合物[21]。这一构造地质特征与GMGS1钻探区相同。

图3 神狐海域GMGS3钻探区含气流体运移疏导通道类型与发育特征图（地震测线位置见图1）

3.2 运聚疏导体系发育演化特征

上述分析表明，GMGS1与GMGS3钻探区发育了基本相同的疏导体系类型，广泛发育的气烟囱及泥底辟模糊带、规模小但数量多的不同类型断裂体系共同构成了神狐海域含气流体的运聚通道系统，控制了该区水合物的形成和富集。但是，进一步分析地震地质特征发现，两个钻探区含气流体疏导系统发育演化特征存在诸多异同点。

3.2.1 底辟/气烟囱模糊带差异性对比

GMGS1钻探区虽然没有发育沟通深部地层的沟源断裂，但该区气烟囱模糊带异常发育，主要发育NW和SN向的两个气烟囱模糊带，主要沿海底脊部分布（图1-b）。地震剖面显示（图2），大部分气烟囱模糊带为直立的柱状外形，与围岩边界明显，自下而上侵入刺穿T5—T2多个反射层；气烟囱模糊带两侧地震反射同相轴在气烟囱模糊带边界发生中断，内部主体部分呈现杂乱或模糊反射特征，部分可观察到明显的同相轴下拉，这是典型的气烟囱地震反射特征；杂乱和模糊反射上部通常出现空白反射带，其上部普遍出现增强反射特征，代表自由气体充注的“亮点”反射。气烟囱模糊带的顶部形态各异，当气体通过气烟囱模糊带垂向向上运移至模糊带顶部时，若气体不发生扩散，顶部形态通常为穹顶状；当气体发生横向扩散时，模糊带顶部外形也呈发散的花冠状或囊状[23-25]。从地震反射剖面上看，气烟囱模糊带“根部”向下延伸至T5反射层，因此其可能发源于珠海组或更深部的恩平组—文昌组[15-16]。

地震剖面显示，自下而上，GMGS1钻探区发育的气烟囱模糊带内部结构可以分为3个部分：下部杂乱反射带、中部空白反射带及上部强振幅反射带[9,23-25]。气烟囱模糊带多发育于T5之下的珠海组泥岩层，甚至可能源于文昌组—恩平组沉积层，向上刺穿T5、T4、T3和T2到达浅部。前人研究认为，气烟囱是地质历史时期深部流体向上运移的有利通道[27-29]。同时，也说明该区曾经存在着较强的超压[16]。从地震剖面上可以观察到，指示水合物存在的BSR分布与气烟囱模糊带具有较好的相关性，BSR通常出现在气烟囱模糊带的顶部，但是比气烟囱模糊带分布的范围要大。这是因为，BSR之下从深部运移上来的流体在压力减小的情况下发生气液分离，在气烟囱模糊带顶部形成了天然气的局部聚集，进而达到过饱和而形成水合物，从而在气烟囱模糊带顶部产生了振幅较强的BSR。另外，由于钻探区大多数气烟囱模糊带顶部到达浅层海底滑塌面，滑塌体在滑塌面上滑脱，使其成为一个大的破碎带，带内沉积物孔渗性通常较好。因此，天然气可以在该破碎带内进行横向运移，造成强反射层范围加大，说明气烟囱模糊带为深部流体向浅层运移提供了较为有利的通道条件[9,23,25]。

GMGS3钻探区气烟囱模糊带发育特征并没有GMGS1钻探区典型，但是气烟囱模糊带广泛发育，部分地震剖面显示气烟囱模糊带连片发育，同一剖面上能观察到几个大小不一的气烟囱模糊带的组合。除少部分气烟囱模糊带具有与GMGS1钻探区气烟囱模糊带类似的柱状外形外（图3），大部分气烟囱模糊带主要呈现出杂乱、无定型的结构，自下而上模糊带范围大小发生变化，顶部普遍发生扩散，形成扇状和枕状外形。气烟囱模糊带内部反射模糊、杂乱，可观察到反射同相轴下拉现象，两侧同相轴在模糊带发生中断，模糊带顶部地震反射增强，应是气体充注的体现。个别地震测线还识别出了疑似泥底辟，泥底辟内部反射模糊、杂乱，无同相轴下拉的特征，而两侧地层则因泥源物质上拱牵引而表现出同相轴上拉的特征（图3）。该区泥底辟模糊带通常与气烟囱模糊带相伴生，且伴生大量断裂及裂缝构造。

GMGS3钻探区气烟囱和疑似泥底辟模糊带从地震剖面上尚无法确定其“根部”（与地震资料品质有关），气烟囱模糊带越往深部，地震反射越杂乱，无法判断其切穿层位。推测发育于T5反射层之下，向上刺穿T4、T3、T2、T1，部分测线气烟囱模糊带到达第四纪浅层。BSR在GMGS3钻探区呈连续分布特征，大致与海底平行，且极性与海底相反；大多数BSR在横向上反射波振幅强度及连续性有一定变化。但具强振幅反射特征的BSR通常位于气烟囱模糊带的顶部及周围，二者空间匹配较好，气烟囱模糊带与伴生断裂沟通了上部BSR，将深部气体运移疏导至水合物温压稳定域。

3.2.2 断层差异性对比

3.2.2.1 大尺度断层

GMGS1钻探区深部断裂发育较少，主要在T5反射层之下识别出一些平板式的小型正断层，其活动性较差，断距一般较小且切割地层厚度亦小（图2）。中浅部的断层发育程度增加，多分布在T3之上，以海底扇正断层及海底滑塌形成的犁式正断层为主。根据钻探区的断层的平面和剖面分布及发育特征[9,25]，钻探区的断层上部发育较多，下部发育少，上部断层和下部断层互相不沟通，难以构成天然气自深部向浅部运移的垂向通道。与GMGS1钻探区不同的是，GMGS3钻探区发育沟源断裂（图4），在剖面上发育一条NWW向展布的继承性正断层（F1），其断穿T2、T3、T4和T5并继续向下延伸，推断该断层可能下切到深部的文昌组与恩平组烃源岩，可以作为深部天然气向浅层运移的垂向通道。需指出的是，通过LW3-1气田附近的地震剖面解释结果也发现，在LW3-1气田附近发育两条相距较近的F2和F3沟源断层，其走向NE，为正断层，都切穿T2—T5这4个地震反射层位并向下延伸，可能切穿到深部恩平组和文昌组烃源岩。此外，在该钻探区浅部地层中也发育多条断层，且可以通过砂体与F2和F3断层沟通。

因此，GMGS3钻探区及东部邻区发育的可沟通深部烃源岩的沟源断裂，一方面可能成为深部热成因天然气的垂向运移通道，直接疏导深部热成因天然气向上运移；另一方面，断层与海底滑塌形成的破碎带或砂体构成天然气的复合疏导体系，当深部热成因天然气到达浅层之后，可继续通过海底滑塌形成的破碎带在横向上运移聚集，进而在水合物稳定域内形成水合物。而GMGS1钻探区缺乏沟通深部古近纪烃源岩与浅层水合物稳定域的沟源断裂，限制了深层热成因气体向浅层运移，进而使得GMGS1钻探区表现出气源以微生物气占绝对优势而热成因气贡献极少的结果[21,25]。

3.2.2.2 底辟伴生断层

底辟和气烟囱的发生通常伴随深部的高温超压及到达浅层后的泄压释放，在底辟活动过程中往往会造成地层的扰动，在底辟四周及顶部通常会形成大量的底辟断层和微裂缝。GMGS1钻探区部分底辟模糊带两侧及顶部能观察到较发育的伴生断层[9,23-25]，如过SH2 和SH3站位的地震剖面显示（图2），在花冠状气烟囱模糊带的顶部和内部伴生有多条底辟伴生断层或裂隙，其应是异常高压条件下形成的流体压裂，可以作为含气流体的垂向运移通道，从气烟囱模糊带内部和两侧向上运移的气体能够通过这些流体压裂裂隙等通道继续向气烟囱模糊带上部温压稳定域中运移聚集，进而在气烟囱模糊带上部一定距离形成水合物[23-25]。

GMGS3钻探区地震资料显示，疑似泥底辟和气烟囱模糊带内部和四周发育大量底辟伴生断层，在疑似泥底辟模糊带顶部还发育小型拱张断裂；尽管GMGS3钻探区同样也发育与GMGS1钻探区类似的产状较缓的底辟伴生断层，但大部分GMGS3钻探区的底辟模糊带伴生断层与GMGS1钻探区气烟囱模糊带伴生断层存在明显区别，前者以正断层为主，断层倾角大，产状陡直，绝大部分断层位于BSR下部，沟通了深部气源与水合物稳定域。因此，GMGS3钻探区底辟模糊带伴生断层多起到垂向运移通道的作用，提高了气烟囱和泥底辟模糊带的含气流体运移的效能。GMGS1气烟囱模糊带伴生断层也以正断层为主，但是断层产状相对平缓，以铲式正断层为主，断距小，在地震剖面上构成“Y”字形、树枝状等组合形态，呈曲折、断续状分布，断层切穿地层厚度较小，且大部分伴生断层并未与BSR直接沟通，而是与模糊反射带在侧向及顶部沟通，更多地体现出侧向运移疏导通道的作用，进而拓宽了含气流体运移范围或为天然气的侧向运移与储集提供了通道和空间[23,25]。

3.2.2.3 海底滑塌断层

神狐海域上新世—第四纪海底滑坡异常发育，滑坡体在空间上相互叠置[30]，这些海底滑坡形成了初始的区域滑坡面，神狐海域所发现的BSR大多位于滑坡面附近或者与滑坡面基本重合[19,25]（图2、3、5）。海底滑坡致使滑坡碎屑均一化，形成具有较大孔隙度和渗透率的地层，不但为浅层气的侧向运移提供了良好的疏导体系，还扩大了水合物形成的孔隙空间；同时在海底滑坡内部往往因块体的运移，产生挤压褶皱和滑塌断层，使得地层稳定性遭到破坏，因而当海底滑坡发生时，水合物能够存在的稳定条件会被破坏，在顶界，由于温度的升高，气体溶解度降低，游离气逸出，水合物由顶部开始分解，可以沿着滑移面和滑塌断层运移，甚至渗漏逸散至海底，从而降低了水合物气体饱和度，影响水合物成藏。从地震剖面可以观察到（图5），GMGS1钻探区海底滑塌断层比GMGS3钻探区更为发育，可能造成GMGS1钻探区部分站位水合物分解，气体沿滑脱断层逸散，降低水合物饱和度甚至破坏水合物藏；而GMGS3钻探区海底滑塌断层相对发育较少，气体保存较好，最终使得该区滑塌面附近富集水合物且水合物饱和度相对GMGS1钻探区整体偏高。

3.3 含气流体疏导效能预测

GMGS3钻探岩心水合物分解气及释压空隙气（从岩心气胀空隙抽出的气体）地球化学分析结果表明[21]，天然气以甲烷占绝对优势，但在部分站位还检测到一定量的乙烷和丙烷等重烃，相较于GMGS1钻探区水合物分解气气体组分中重烃含量明显升高；且气源成因判识表明，GMGS3钻探区水合物气源以微生物气和热成因的混合成因为主，热成因气对水合物成藏具有重要贡献，相较于GMGS1钻探区，GMGS3钻探区热成因气对水合物成藏的贡献更大。两个钻探区地理位置相接，区域构造沉积特征差异较小，二者同属于白云凹陷富生烃凹陷，但是水合物气源却显示出较明显的差异。进一步分析发现，从含气流体运移通道的类型来看，GMGS1钻探区以气烟囱模糊带和中小尺度断层作为主要的运移路径，缺乏沟源断裂，而GMGS3钻探区更靠近东部底辟构造和沟源断层发育的区域。从上述气体运移通道发育地质特征的差异结果得知，相较于GMGS1钻探区，GMGS3钻探区内的通道运移效能更高，更有利于源自深部的热成因气沿着底辟和断层垂向运移至水合物稳定带内形成更高饱和度的水合物。

GMGS1钻探区水合物主要是呈浸染状存在于细粒的沉积物之中，水合物分布不均，表明该区水合物成藏是一个分散式系统。前人研究表明，底辟和气烟囱模糊带等流体输导系统是聚集性流体（天然气）运移疏导的优良通道，然而，GMGS1钻探区钻探站位显示向上运移的甲烷通量较低[31]，这一矛盾现象暗示气烟囱模糊带可能不是该钻探区聚集性流体运移疏导的高效通道，需要进一步分析含气流体运移疏导通道的运移效率[9]。

毗邻GMGS3钻探区的LW3-1气田成藏地质特征分析表明[9,25]，断层在深部油气疏导及运聚成藏过程中起到了至关重要的作用，文昌组和恩平组烃源岩生成的成熟—高熟油气通过断层向上覆储层中运移，而处在LW3-1气田油气泄压区内的GMGS3钻探区热成因气体在水合物成藏中的作用可能表明，钻探区内所发育的沟源断裂与气烟囱模糊带等流体疏导通道互相匹配，起到高效运移疏导深部天然气的作用，来自白云凹陷深部古近纪烃源岩生成的热成因天然气通过沟源断裂，气烟囱及泥底辟模糊带等垂向疏导通道运移至浅层温压稳定域中形成水合物，考虑到GMGS1钻探区气烟囱模糊带运移深部气体的效率相对较低，GMGS3钻探区沟源断裂对水合物气源的疏导占主导地位。此外，不同运聚体系的组合样式也会造成流体疏导体系效能的差异。GMGS1钻探区主要是通过气烟囱模糊带对深部气体的运移疏导，浅层断层和深部断层缺乏沟通，深部气体难以大规模运移疏导，水合物气源最终表现出以浅层生物气为主；而GMGS3钻探区沟源断裂、底辟和气烟囱模糊带、底辟高角度断层等组合发育，对深部气体的运移疏导效率更高，应该是导致GMGS3钻探区热成因天然气对水合物的成藏贡献高于GMGS1钻探区的原因之一。

3.4 运聚体系与水合物赋存关系对比

水合物运聚体系发育类型及特征是水合物钻前站位选择的重要依据，两钻探区站位选择均是在水合物运聚体系较发育的位置，且多种类型的运聚通道与BSR的空间耦合关系均较好[9,21,23-25]，然而GMGS1和GMGS3钻探区实际钻探结果表明，水合物具有不均匀分布的特征，在水合物运聚体系较发育的站位并非均能钻获一定饱和度的水合物甚至未能钻获水合物样品。这一现象不仅说明水合物富集成藏可能还存在除运聚体系之外的控制因素，也说明运聚体系与水合物赋存关系复杂，还需结合其他因素综合研究。

GMGS1航次钻后分析发现，虽然花冠状模糊反射带在该区的分布和发育有限，但是其与水合物的形成和富集及分布有着密切关联[24]，钻遇水合物的SH2、SH3、SH7站位均位于花冠状气烟囱模糊反射带附近，而没有钻获水合物的站位，在相应地震反射剖面上也未识别出这种花冠状的气烟囱模糊带（图2）。气烟囱模糊带与水合物这种良好对应关系表明，模糊带顶部气体扩散越明显，可能表明气源向温压稳定域充注量越大，越容易形成水合物。

GMGS3钻探区所有站位均获得水合物显示，但是不同站位水合物饱和度差异较大，即存在差异聚集的特征，进一步分析相对高饱和度水合物（饱和度约为60%）产出站位（W17、W18、W19等）发现，在BSR下部不仅发育气烟囱和底辟模糊带等通道，还在这些通道的侧翼和顶部发育大量的高角度底辟伴生断层，沟通了BSR下部气源与浅层温压稳定域[21]，但不同类型疏导通道的有效组合才能形成和富集相对高饱和度的水合物，而在其他部分站位气烟囱等发育并不典型，仅表现出模糊或杂乱的反射特征，对深部气源的运聚疏导的效能尚有待进一步研究。此外，部分站位还存在沟通BGHSZ与海底的滑塌断层，可能在海底滑坡发生过程中导致水合物分解，致使部分气体沿滑塌断层运移逸散至海底，最终导致水合物饱和度降低，这种效应可能在GMGS1钻探区内部分未钻获水合物站位中也有体现。

3.5 水合物成藏模式差异

根据上述两个钻探区水合物运聚体系的综合对比分析及钻探结果，结合白云凹陷油气成藏地质特征分析，笔者认为两个钻探区水合物成藏机制之所以存在差异，在于其发育了不同的疏导体系。GMGS1钻探区水合物气源以生物成因气占绝对优势，热成因气贡献极少，原因在于该区离白云凹陷中心相对GMGS3钻探区更远，且该区未发育沟通深部烃源岩与浅部水合物温压稳定域的沟源断裂，气烟囱模糊带对气源的运移疏导效能有限，即使有深部热成因气运移疏导至浅层，但该区发育海底滑塌断层且和气烟囱模糊带伴生断层相沟通，导致气体沿气烟囱模糊带伴生的铲式正断层发生侧向运移，甚至运移疏导至浅层滑塌断层中发生逸散，气源供给的减少使得部分水合物储层中无法聚集足够量的天然气而未能形成水合物藏，这应该是导致GMGS1钻探区部分站位未发现水合物的原因[9,23,25]。

综上所述，笔者总结并对比了两个钻探区水合物成藏模式（图6）。就GMGS1钻探区而言，来自白云凹陷深部的部分热成因气体通过气烟囱模糊带向上运移，一部分气体通过孔渗性较好的砂体发生了横向运移或者被储层所捕获，剩余的气体继续向浅层运移，当遇到气烟囱模糊带侧向的伴生断层时，气体发生侧向运移，继续运移至海底滑塌断层之中发生逸散，剩下的少部分热成因气与浅层原地生物成因气混合继续沿气烟囱模糊带及其顶部的伴生断层运移至水合物稳定域，从而形成水合物藏（图6-a）。而GMGS3钻探区沟源断裂发育，且底辟、气烟囱模糊带与伴生高角度断裂等组合匹配对气体的运移效能相对于GMGS1钻探区可能更高，促使热成因气贡献显著增强，一方面，天然气在断层附近温压条件适宜的场所即可被捕获而形成水合物；另一方面，当气体运移遇到气烟囱和泥底辟模糊带通道时则继续向浅部地层运移，热成因气则与浅层生物气混合后向浅层水合物温压稳定域运聚成藏[11,21,32]（图6-b）。因此，虽然GMGS1和GMGS3钻探区均处在白云富生烃凹陷且相距甚近，区域地质背景及构造沉积充填特征相同，但局部地质地貌及沉积物和运聚疏导系统条件的差异，亦可导致同一地质背景下两个相距很近的钻探区水合物矿体差异明显，其中含气流体运移通道类型、发育演化特征和运移效能的差异，可能是导致二者在气体来源及运聚富集程度等出现较大差异的重要原因，故最终造成了两个钻探区钻探结果的差异。

4 结论与认识

1）GMGS1钻探区主要发育气烟囱模糊带、不同类型断裂体系运聚通道，但浅层和深部断层缺乏沟通，深部古近纪热成因气体向浅层温压稳定域的运移效能较低。GMGS3钻探区发育了包括气烟囱与泥底辟模糊带、底辟伴生断层、高角度沟源断裂及第四纪滑塌断层等多种类型的运聚疏导体系，沟源断裂对深部古近纪烃源岩生成的气体运移疏导效能高，造成热成因气对水合物成藏的贡献要大于GMGS1钻探区。

2）GMGS3钻探区气烟囱模糊带发育特征没有GMGS1钻探区典型，但大部分气烟囱模糊带具有类似GMGS1钻探区的柱状规则外形，呈现出杂乱或模糊反射，自下而上气烟囱模糊带范围大小基本未发生变化，而GMGS1钻探区气烟囱模糊带顶部形成囊状、花状等外形，代表气体发生了横向扩散。

图6 神狐海域GMGS1（a）与GMGS3（b）钻探区水合物成藏模式对比图（图b据本文参考文献[32]修改）

3）GMGS3钻探区底辟伴生断层多起到垂向运移通道的作用，与气烟囱和泥底辟模糊带组合匹配并提高了含气流体运移的效能。GMGS1钻探区气烟囱模糊带伴生断层更多地体现出侧向运移疏导通道的作用，拓宽了天然气的侧向运移范围。

4）GMGS1与GMGS3钻探区均位于白云富生烃凹陷，地质背景及沉积充填特征相同，但是含气流体运移通道类型及其组合、发育特点和运移效能的差异，使得二者在气源疏导类型及气体供给量有所不同，最终促使神狐地区水合物差异性聚集成藏。

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