莺歌海盆地底辟流体动态平衡体系及气藏模式

宋瑞有，于俊峰，韩光明，郝德峰，杨宝成

莺歌海盆地底辟流体动态平衡体系及气藏模式

宋瑞有，于俊峰，韩光明，郝德峰，杨宝成

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

中央底辟带是莺歌海盆地天然气的主产区，底辟的物质构成及活动方式，直接控制着天然气的成藏过程与特点。为探索莺歌海盆地底辟构造带天然气成藏过程和气藏特征，阐述了底辟的主要侵入方式，重点总结并剖析了底辟流体的动态平衡形式，分析了流体动态平衡控制下的气藏特点。依据物质构成和侵入方式，可将研究区底辟群分为缓慢挤入型、持续刺穿型、周期塌陷型及混合突破型，前3种分别属于泥底辟主导的层递扩散体系、流体前锋诱导的刺穿碎裂体系、流体柱主导的周期性宣泄动态平衡体系。在动态平衡体系下，气藏为多期充注的混合气，气藏多层叠置，充注程度不一；同构造层结构复杂，多个含油气系统并存；天然气地球化学组分具分层性，碳同位素值倒置。气藏勘探中，区分底辟侵入方式尤其必要，应综合从目标圈闭的类型、砂体与底辟的关系及邻近相关气藏等进行综合分析，以判断圈闭的含气性。

莺歌海盆地；中央底辟带；底辟构造；侵入方式；动态平衡体系；气藏模式

底辟构造指在特定地质条件下，低密度物质发生塑性流动，挤入或刺穿上部地层形成的构造［1］。依据底辟核上侵和塑性流动的物质类型，可分为泥底辟、盐底辟和火成岩底辟等［2］。分布于莺歌海盆地的底辟是特殊的地质异常体，由低密度流体、泥质、砂质等混杂而成，可称为泥-流体底辟［3-6］，研究其底辟物质的特性与活动方式，对油气勘探具有重要意义［5，7-10］。

泥质和流体混合比例的不同，及向浅层侵入方式的差异，会形成不同的底辟构造。在能量配置下，底辟体通过复杂的侵入过程，不断改造围岩，使围岩产生裂隙或破碎化，底辟顶部隆起或塌陷，随之流体从流体源侵入新的封闭体系。当流体增多，能量不断聚集，流体就会冲破原来的封闭体系，进行能量再次分配，形成一个动态平衡过程。由于动态平衡原因，会导致气藏充注、保存、破坏与散逸，决定气藏形成的时间及组分。

中央底辟带是莺歌海盆地天然气富集的有利区带，当前90%以上的储量和100%的产量来自中央坳陷带的底辟构造。分布于南海北部莺歌海盆地中央坳陷带的底辟群是典型的泥-热流体底辟（图1），这些底辟的幕式活动过程形成了多种动态平衡体系，为底辟构造带天然气的聚集成藏起到关键作用。本文阐述了莺歌海盆地底辟的主要侵入方式，总结了其侵入过程中流体的动态平衡形式，在此基础上，分析了流体动态平衡控制下的气藏特点。

1　莺歌海盆地底辟侵入方式

许多研究者对莺歌海盆地泥-热流体底辟的成因机制进行了深入的研究，大部分研究者认为，这种底辟构造是由快速充填欠压实引起的动态平衡而形成［11-15］；文献［16］用构造应力作用等相关底辟诱导理论来解释其成因。文献［11］根据底辟构造形态，把底辟构造划分为龟背、穿刺和刺穿3个阶段；文献［15］根据埋藏深度和活动能量等，把莺歌海盆地底辟构造分为深埋型、浅埋型和塌陷型3类。

笔者认为，对底辟侵入进行动态分类才最有意义，可以直接体现天然气的聚散过程，因为底辟侵入的泥-热流体本身就是天然气的载体。按照其动态侵入特点，莺歌海盆地底辟可以大致分为4种侵入方式：缓慢挤入型、持续刺穿型、周期塌陷型和混合（交替）突破型。前3种分别属于不同的动态平衡体系：缓慢挤入型为泥底辟主导的层递扩散体系，其物质具有高黏度、低塑性的特点，如东方1-1、乐东28-1底辟；持续刺穿型为流体前锋诱导的刺穿碎裂体系，具有下部泥底辟和上部流体底辟的双元结构，流动性强，如乐东15-1、乐东22-1底辟；周期塌陷型为流体柱主导的周期性宣泄动态平衡体系，底辟能量较强，如昌南6-1底辟。

2　流体动态平衡体系

2.1泥底辟主导的层递扩散体系

这种动态平衡体系整个侵入过程都以塑性泥质为主，底辟活动携带的气相、液相也沿其产生的裂隙进入新的储集单元（图2）。相对于流体底辟，泥底辟具有密度大、流动慢、刺穿力弱的特点，但往往规模大、侵入持续时间长、波及面广。因此，可以形成庞大的流体动态平衡体系。

图2　泥底辟层递扩散体系动态平衡过程示意

此动态平衡体系下，流体的充注是逐层完成的，故称为泥底辟主导的层递扩散体系。其特点是早期砂体圈闭形成后，天然气先充注，后期受成岩作用及构造作用影响，早期圈闭因底辟活动而形成的裂缝愈合，气藏得以保存，便逐层充注浅层圈闭。

整个动态平衡过程，底辟能量变化逐渐趋缓，不存在明显的宣泄。能量宣泄一般会产生地层塌陷，形成底辟沉积层厚于侧翼的现象；而东方底辟区气藏破坏期，为底辟能量的蓄积阶段，能量相对平衡，其连续的底辟沉积层，也证明了能量的相对稳定。

2.2流体前锋诱导的刺穿碎裂体系

流体前锋诱导的底辟，下部是砂泥质，上部多为流体。这些流体由气相、液相混合而成，具有极强的流动性和渗透性，故刺穿和破碎岩层更为容易。流体前锋刺穿过程由于能量集中，会造成底辟上部地层的直接破碎，产生诸多裂隙，流体占据这些裂隙，形成裂隙群和砂体共存的动态平衡体系。

这种动态平衡体系存在2种流体充注形式（图3）。

（1）底辟上部背斜圈闭流体充注这种充注形式跟泥底辟主导的层递扩散体系比较相似，但由于其流体的高流动性，深层紧邻底辟的砂体1往往充注后遭到破坏，只有相对远离底辟的气藏才得以保存。浅层砂体2在充注以后，由于流体进一步向浅层侵入，早期气藏一般会遭到破坏，但后期往往和上部砂体3构成新的动态平衡体系。深部泥底辟的巨大能量将沿着裂隙以流体的形式释放，流体释放后底辟能量减弱，中浅部地层中的裂隙、裂缝等重新合拢，底辟在矿物演变以及有机质生烃排烃等作用下继续增压，直到下次超压的形成。在超压的作用下，裂缝、微裂隙等重新开启，以流体形式向外释放能量，浅层砂体得到二次充注。

图3　流体前锋诱导的刺穿碎裂体系动态平衡过程示意

（2）向斜型断块圈闭流体充注泥底辟生长和刺穿过程中，上部碟形层是逐层断陷形成的，每期断裂活动，都会伴随断层上下盘砂体内流体的充注与散逸，砂体内天然气组分性质跟断层封堵性和断层活动时间相关。乐东15-X气田即属这种成因。

2.3流体柱主导的周期性宣泄动态平衡体系

周期性宣泄动态平衡体系是流体柱超强能量释放并引起上部地层局部塌陷形成的动态平衡体系。与流体前锋诱导的刺穿动态平衡体系不同的是，这些流体并不是只沿浅层裂隙缓慢侵入，而是底辟上部的大部分空间被流体占据，在破碎的围岩范围内，裂隙是相互联通的，流体可以横向流动置换，为一个统一的流体柱。

一旦下地壳地幔物质活动引起底辟热液温度骤升，抑或构造因素等使流体能量积累到上覆地层的极限破碎状态，底辟就会发生，进行能量宣泄。由于流体底辟的高流动性，其刺穿阶段便会使能量突增（图4），在流体突破盖层的瞬间，能量暴增并使流体喷出地表，随之能量减弱并引起地层塌陷、充填，进入能量再次蓄积阶段。昌南6-1构造即属于这种成因。

周期性宣泄流体大规模喷发的动态平衡过程不像流体侵入那样缓慢，而是在短时间内完成的，因此会对围岩储集层气藏造成明显的破坏。通常，储集层天然气充注往往处于流体底辟的刺穿阶段，动态下流体既可以持续刺穿并扩展空间，又可以进行水溶气的析出，析出的天然气便在储集层形成气藏。而流体释放阶段，能量瞬间释放不但会打破流体系统的原始平衡状态，超压下，也会使底辟附近地层结构遭到破坏，故砂体封闭性也遭到破坏，引起天然气散逸。裸眼井气层出砂研究表明，通常井壁围岩发生破碎的方式为剪切破坏，由岩石抗张强度、原始地层与井底间的压差决定，岩石抗张强度一定的情况下，压差越大，地层骨架越容易遭到破坏。由于周期性宣泄动态平衡体系每次喷发都在瞬间完成，因此，瞬间喷发的宣泄能量时刻存在超强的压差，是平时井底压差的十几倍，甚至几十倍，所以地层骨架极容易破碎而坍塌，封闭的气藏也容易遭到强烈破坏，而且周期性宣泄动态平衡体系活动的周期短，但活动频率高，昌南6-1底辟在第四纪晚期仍在活动，因此，天然气充注程度低，未形成饱和气藏。

图4　流体柱主导的周期性宣泄动态平衡体系动态平衡过程示意

3　动态平衡体系下的天然气藏存在形式

3.1底辟气藏纵向多层叠置且充满度不一

在中央底辟带，气藏往往不是仅存在于某个特定地层段内，而是从超浅层—深层逐层叠置分布的，而且气藏之间的充注程度是不同的［17］。原因在于动态平衡过程是幕式的，流体性质、活动强度以及动态平衡聚散方式决定了充注期次和强度。

东方1-1底辟构造为最具有代表性的层递扩散形成的叠置气藏（图5）。这些气藏分布在中新统黄流组一段，上新统莺歌海组二段下部以及莺歌海组二段上部，相对于浅层，黄流组一段底辟侧翼的气藏形成时间早，气充注幅度高，水层薄，水动力系统控制和幕式运移下［18］，形成具有独立的气水系统［19-20］。2010年，在底辟侧翼的岩性圈闭钻探了DF14井，取得了中深层高温高压领域的商业性气流，气柱高度达189 m，充满度54.7%，整个东方区气柱充满度29.4%～87.0%.总体上浅层充满度高，深层充满度低，底辟附近充满度高，远离底辟充满度低。

底辟活动期间，深部气藏和中浅部气藏形成统一的动态平衡体系，底辟活动早期，深部的气体沿着底辟运移通道或者底辟波及区的微裂隙通道向上运移，在有效圈闭内成藏；后期底辟多期活动将深部气体往上运移，对早期气藏形成了破坏作用，当深部气藏遭到破坏，流体逐层突破顶盖层圈闭，大部分天然气进行二次运移并在浅层聚集，使浅层气藏充注程度增高。底辟的反复多次活动，也是造成气藏天然气组分差异大的主要原因之一。

图5　东方区气藏成藏模式

3.2同构造层具多个含油气系统

对于同一构造层，受底辟幕式活动、断裂封闭性质和充注流体组分的控制，断块之间具有不同的含油气系统。如东方1-1区T27构造，在平面上被南北向断裂分成东、西2个断块，不同断块、不同层组都是独立的气藏，东、西断块的气水界面相差近20 m［21］。

图6　乐东15-X气田莺歌海组x面构造示意

乐东15-X气田莺歌海组气藏含气系统更加复杂（图6），乐东15-X气田构造北陡南缓，结构十分复杂，整个背斜被6条北西向断裂和一条近南北向断裂分割成12块。南部断块的L1井、A1井、A2井等开发井钻至-1 400 m构造等深线附近，圈闭高部位靠断层封堵，整个断块受F1断层控制，CO2含量低，为1.24%～17.64%；中部A4井和A5井受F1断层、F2断层和F3断层挟持，CO2含量分别为36.79%和31.70%，而L3井在-1 400 m构造等深线附近莺歌海组二段下部，CO2含量达79.70%；北部的A6井在-1 200 m构造等深线附近，为构造高部位，理论上，根据CO2的分异作用，其CO2含量应该最低，但却达到92.36%.由此可见底辟天然气藏的复杂性，底辟活动形成的裂隙系统使得气藏复杂多样化，不仅可以成为烃源和圈闭的桥梁和纽带［22］，还可以对圈闭起遮挡作用，增大了气藏组分的差异。

总之，在底辟区，由于流体底辟本身是天然气运移的载体，故底辟带天然气成藏遵循其动态平衡形式。动态平衡过程不但控制了天然气组分在纵向上的分层性，也控制了它们在同一构造面组分、成熟度及气水界面的复杂分布，掌握底辟侵入方式下的动态平衡过程，将有助于更好地预测天然气藏分布及其组分变化规律。

3.3天然气地球化学特征

（1）组分的分层性天然气组分的分层性主要体现在烃类气和非烃类气（主要为CO2）的互层关系。总体上，烃类气含量最高的是超浅层的第四系乐东组，其次是中新统的黄流组，波动最大的是乐东组下段和上新统莺歌海组（表1）。

表1　莺歌海盆地底辟构造天然气地球化学和碳同位素组成

各构造层间，上新统莺歌海组钻遇的CO2含量最高（表1），如东方1-1底辟DF12井和DF13井，CO2含量为55.06%～71.00%；乐东底辟LD202井和LD221井CO2含量57.60%～80.42%；而东方29-1区所钻的7口井均见有CO2，含量最高达到89.00%.第四系乐东组次之，如LD202井为52.16%；共有11口高温高压井钻遇黄流组，DF11井在2 785.0～2 799.0 m的CO2含量为49.52%，2011年钻探的DF136井2 819.5～2 865.0 m的CO2含量为50.00%～70.00%.

虽然目前对CO2的来源认识逐渐深刻［23-27］，但对天然气组分具有层状分布特点还肤浅。中新统三亚组钙质泥岩4×106a时才开始大量生成CO2，梅山组钙质泥岩也在约2×106a开始大量生成CO2，黄流组储集层早期以充注烃类气为主，晚期捕获的CO2量有限。

笔者认为，在动态平衡下，晚期生成的CO2对早期充注的黄流组圈闭影响是有限的，正如层递扩散体系揭示的天然气充注过程：成岩条件下，致密储集层圈闭容易封闭，早期充注的气藏得以保存，除非圈闭紧邻底辟而容易被破坏；后期天然气主要沿底辟向浅层运移，而此时正值CO2大量生成期，故莺歌海组CO2含量高。

（2）甲烷碳同位素值倒置从浅层至深层，甲烷碳同位素值为-65.57‰～-23.76‰，随着深度增加，总体变重，结合烃类气的干燥系数判断，有机质成熟度逐渐增高（表1）。

超浅层受底辟活动影响小，不发育同深部必然联系的断裂构造，故在超浅层背斜构造内聚集了高纯度的低熟生物气，如LD223井和LD282井，在395～562 m天然气甲烷碳同位素值仅为-65.57‰～-63.14‰.

但是超浅层之下不受生物气影响的地层，往往会出现甲烷碳同位素值深浅层倒置的现象。如DF8井，莺歌海组1 342～1 405 m甲烷碳同位素值-54.09‰～-50.32‰，而同区其他井同深度甲烷碳同位素值为-35.5‰～-29.6‰；更明显的是LD221井，第四系1 486 m附近甲烷碳同位素值为-26.9‰，而LD202井莺歌海组在1 700 m以下甲烷碳同位素值却为-33.01‰，明显高于寻常。

通过对比结果表明，浅层圈闭充注了深部运移上来的天然气，而后期，深层圈闭似乎没有得到充注，圈闭充注的越晚，天然气成熟度越高，甲烷碳同位素值越偏高，这是层递扩散体系最明显的现象。

诸多底辟构造区现在仍处于流体动态平衡过程中，有的甚至在海底就可以观察到。如底辟喷口的“麻坑”构造［28］，现今仍存在活跃的气苗，甲烷碳同位素值一般小于-30‰，大部分为煤型气，少数属油型气，无生物成因气，说明气苗与“麻坑”的物质来源于盆地深部。

4　结论

（1）根据物质类型和侵入方式，可将莺歌海盆地发育的泥-热流体底辟分为4种类型：缓慢挤入型、持续刺穿型、周期塌陷型及混合突破型。

（2）泥底辟主导的层递扩散体系特点是天然气先充注早期砂体圈闭，后逐层充注浅层圈闭。流体前锋诱导的刺穿碎裂体系存在2种流体充注形式：一种是底辟上部背斜圈闭流体充注，圈闭充注后早期气藏一般会遭到破坏，但后期往往和上部砂体建立新的动态平衡体系，得到二次充注；另一种是向斜型断块圈闭流体充注，上部碟形层是流体刺穿过程中逐层断陷形成的，砂体内天然气组分性质跟断层封堵性和断层活动时间相关。周期性宣泄动态平衡体系是流体柱超强能量释放并引起上部地层局部塌陷过程形成的动态平衡体系。

（3）动态平衡体系下的底辟气藏多层叠置，多期充注且充注程度不一；天然气地球化学组分分层，碳同位素局部倒转高成熟气；构造层复杂，多个含油气系统并存。

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（编辑顾新元）

Diapiric Hydro-Dynamic Balance System and Gas Reservoir Model in Yinggehai Basin

SONG Ruiyou，YU Junfeng，HAN Guangming，HAO Defeng，YANG Baocheng
（Zhanjiang Branch，CNOOC，Zhanjiang，Guangdong 524057，China）

The central diapir zone is the key gas-producing area in Yinggehai basin.Material compositions and activities of the diapir directly control the natural gas accumulation course and features.For probing the course and features，this paper demonstrates the main intrusion pattern，emphasizes and summarizes the diapiric hydro-dynamic balance system and analyzes the gas reservoir characteristics under the control of dynamic balance of fluids.According to material compositions and intrusion pattern，diapirs in the study area can be classified into 4 types such as slow wedging，continuous penetrating，periodic collapsing and mixed breakthrough.The former 3 types belong to stepping diffusion system dominated by mud diapir，penetrating fragment system induced by fluid front and periodic collapsing dynamic balance system dominated by fluid column，respectively.In a dynamic balance system，gas reservoirs are charged with multi-stage mixed gas and overlapped with each other in different charging degrees.The structure of syntectonic stratum is complex and several petroleum systems can coexist.Petrochemical components of natural gas exhibit delamination and inversion of carbon isotope value could be found.It is necessary to distinguish intrusion pattern of diapirs during gas reservoir exploration.Integrated analysis should be conducted regarding target trap type，relationship between sand body and diaper and the neighboring gas reservoirs to identify gas-bearing properties of the traps.

Yinggehai basin；central diapir zone；diapiric structure；intrusion pattern；dynamic balance system；gas reservoir model

TE111.1

A

1001-3873（2016）05-0530-07DOI：10.7657/XJPG20160506

2016-03-18

2016-05-25

国家科技重大专项（2016ZX05024-005）

宋瑞有（1980-），男，山东诸城人，工程师，油气勘探，（Tel）13824827799（E-mail）12938315@qq.com