琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存特征分析

刘 平，李绪深，唐圣明，李文龙，童传新（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存特征分析

刘 平，李绪深，唐圣明，李文龙，童传新
（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

天然气水合物是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一。我国南海蕴藏着丰富的水合物资源，目前已在南海北部陆坡神狐、东沙、海马区发现丰富的水合物资源。本文分析了琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存的地质条件，开展了地球物理资料的分析与海底反射（BSR）识别，计算了水合物热动力学稳定带厚度。研究表明，琼东南盆地南部隆起带具备水合物赋存的地质条件，渗漏构造发育，游离气丰富，BSR表现为强振幅、不连续等特征，水合物稳定带厚度大，具有较大的天然气水合物资源潜力。

天然气水合物；成藏条件；地震反射剖面；稳定带；琼东南盆地

引言

2016年6月，中国地质调查局宣布在南海北部陆坡西部“海马冷泉”区获得大量的天然气水合物样品，这是继南海北部陆坡神狐、东沙海域之后，在新海域找矿的重大突破，进一步证实了南海海域天然气水合物的分布广泛和巨大资源潜力。

天然气水合物是由水分子和碳氢气体分子组成的具有笼状结构的似冰雪状结晶的化合物，被普遍认为将是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一。在国家油气资源短缺背景下，勘探和研究南海北部陆坡赋存的油气和天然气水合物资源，是维护我国能源和国家安全的战略需求，也是我国经济社会可持续发展和现代化建设的重要保障，同时，对于缓解我国能源需求紧张局势具有重大的战略意义［1－2］。

本文旨在通过对琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存的地质条件分析、似海底反射（BSR）识别与异常体地震属性分析、对水合物热动力学稳定域分析，预测天然气水合物有利勘探区与资源潜力。

1 地质背景

琼东南盆地为南海北部大陆边缘新生代断陷盆地。盆地在剖面上主要表现为古近纪属断陷、断坳结构，盆地内部受基底断裂控制形成了一系列的半地堑、地堑、地垒、掀斜断块、断阶和隆起等构造形态；新近纪－第四纪则属坳陷结构，以热沉降为主要特征［3］。琼东南盆地的断陷结构及其展布特征主要受盆地基底断裂构造的控制，在盆地的不同区段表现出明显的差异性。根据盆地内凹陷及凸起的平面组合关系，可以将琼东南盆地的断陷结构总结为“南北分带、东西分块”的特征（图1）。南北向，盆地可划分为3个主要构造带，即北部坳陷带、中央坳陷带和南部隆起带。东西向，以盆地中部北西走向断层发育区（即陵水区）为界，将盆地划分为东、西两个具有不同构造走向的裂谷段。南部隆起带在古近世持续暴露地表，遭受剥蚀，中新世开始至今逐渐沉降，接受海相沉积，发育厚层生物礁［4］。

图1 琼东南盆地构造纲要图［3－4］Fig.1 Structural outline of the Qiongdongnan Basin（after Zhu Weilin et al.，2007；He Jiaxiong et al.，2008）

2 琼东南盆地南部隆起带水合物成藏条件

21 温压场条件

天然气水合物是在高压低温环境下由甲烷、乙烷和二氧化碳等低分子量气体与水分子结合形成的固态物质，水合物的分布深度和厚度明显受温压条件的控制。已获得水合物样品的珠江口盆地神狐海域天然气样品压力处于12～18mPa［5］。现今琼东南盆地南部隆起带海底压力在（6～13）×106Pa，平均压力约为10×106Pa，再加上海底地层的压力，研究区压力条件与神狐海域压力相当。

琼东南南部隆起区绝大多数地区水深超过1000m，海底温度约为0～5℃。琼东南大地热流平均值为775 mW／m2，地温梯度约为391℃／km。神狐海域热流值为74～78 mW／m2，地温梯度为大于45℃／km［6］。因此，琼东南南部隆起带具备水合物赋存的高压低温条件。

22 储集条件

沉积地层作为水合物存在的孔隙介质，其可容空间、沉积物类型等是影响水合物饱和度的重要因素［7］。研究区在黄流组沉积前，南部隆起区沉积速率小于100m／Ma。黄流组沉积后，盆地加速沉降，南部隆起区沉积速率大于500m／Ma，为天然气水合物提供足够的储集空间（图2）［8］。同时，全新世与更新世的沉积物样品表明，沉积物的含沙量＞50%，均为细粒沉积物，为天然气水合物的成藏提供了良好的储集场所。

23 气源条件

研究表明，天然气水合物形成气源不仅有微生物成因烃气，还包括热分解成因烃气。琼东南盆地油气勘探证实，盆地发育三套烃源岩：始新统湖相烃源岩、下渐新统崖城组海岸平原相半封闭浅海相烃源岩、上渐新统陵水组～中新统（三亚、梅山、黄流组）浅海半深海相烃源岩。始新统和下渐新统崖城组是盆地主力烃源岩，自莺歌海组以来，盆地处于高排烃阶段［3］。

根据在琼东南盆地海底153个样品分析，琼东南海底浅表层甲烷含量为662～38573μL／kg，均值为1128μL／kg。同位素测定甲烷碳同位素为－4365‰～－3992‰，表明气源为混合气源［9］。

24 构造条件

地震剖面分析表明（图3），琼东南盆地南部隆起区断裂和流体底辟发育，为深部油气藏中烃类组分向海底渗漏提供了有利的通道，为天然气水合物的形成提供物质来源，为天然气水合物运移提供了良好条件［10－11］。

总之，琼东南盆地南部隆起区具有有利温压条件、充足可容空间、良好的构造背景、稳定的气源，具备水合物成藏的优越条件。

3 琼东南盆地南部隆起带水合物地球物理特征

天然气水合物层在地震剖面上具有高波阻抗，其下往往存在似海底反射（BSR）等特点，被认为是目前天然气水合物识别的重要标志之一。通常认为BSR为一定温压条件控制下水合物沉积层的底界面，其在地震剖面上具有典型的识别特征：近似平行于海底，可见到BSR与地层斜交的现象；振幅强度变化较大，横向上可在一定范围内追踪；BSR反射波与海底反射波的极性相反；BSR附近层位存在明显的速度倒转现象［12］。

图2 琼东南盆地AA’测线沉降史分析图（剖面位置如图1）Fig.2 Diagram showing the subsidence history along the AA′line in the Qiongdongnan Basin

图3 BB’测线地震剖面（剖面位置见图1）Fig.3 Seismic reflection profile along the BB′line in the Qiongdongnan Basin

然而，世界上天然气水合物赋存典型海域如布莱克海台、墨西哥湾和水合物脊等地区的科学钻探研究表明，天然气水合物和BSR之间并非具有严格的对应关系。因而，综合利用地震数据中所包含的几何学、动力学、运动学和统计学特征识别天然气水合物一直是地球物理学家研究的内容之一［13］。本文在地震资料常规解释的基础上，结合道积分、瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率等分析，对研究区BSR进行了识别与界定。

两条典型地震剖面分析表明，琼东南盆地南部隆起带BSR基本与海底平行，少有与地层反射波斜交现象（图4、5）。BSR连续性不强，无明显规律性。主要是由于研究区断裂、泥火山／泥底辟、麻坑等流体渗漏构造发育，导致水合物赋存层错断分散而形成现今反射不连续。BSR波形多表现为强或中强振幅，BSR上下地层波阻抗差较大，并出现明显的空白带，表明研究区蕴含丰富的游离气，水合物丰度高，资源潜力大。

图4 CC’测线地震剖面（a）、道积分（b）、瞬时振幅（c）、瞬时相位（d）、瞬时频率图（e）（剖面位置见图1）Fig.4 Seismic reflection profile（a），trace intergration（b），instantaneous amplitude（c），instantaneous phase（d）and instantaneous frequency（e）along the CC′line in the Qiongdongnan Basin

4 琼东南盆地南部隆起带水合物稳定带分析

水合物仅在特定的压力和温度条件下才能稳定存在，所以研究水合物发育区的压力、温度以及与温度相关的地温梯度、热导率和热流等参数，可以预测水合物存在范围，即天然气水合物稳定带，其控制着水合物在纵向和横向上的分布特征，决定水合物藏资源潜力的大小，可用于预测目标区水合物资源量。水合物稳定带厚度是水合物稳定带的重要指标，在天然气水合物资源评估中具有重要的意义［14］。本文以Sloan的CSMHyd程序计算了琼东南盆地南部隆起带天然气水合物热力学稳定域［15］。以研究区LSA、CCB两口井相关参数，计算并绘制了天然气水合物的压力（深度）和温度稳定区间图（图6、7）。以水温梯度和天然气水合物相边界曲线的交点确定天然气水合物稳定存在的最小水深，根据天然气水合物相边界曲线和沉积物中的地温梯度曲线的交点来计算水合物稳定带底界沉积物的温度，再结合水深与海底温度等数据求取水合物稳定带的厚度。由此计算LSA井生物气水合物稳定带厚度357m，裂解气水合物稳定带厚度为447m。CCB井生物气水合物稳定带厚度493m，裂解气水合物稳定带厚度为555m。

图5 DD’测线地震剖面（a）、道积分（b）、瞬时振幅（c）、瞬时相位（d）、瞬时频率图（e）（剖面位置见图1）Fig.5 Seismic reflection profile（a），trace intergration（b），instantaneous amplitude（c），instantaneous phase（d）and instantaneous frequency（e）along the DD′line in the Qiongdongnan Basin

图6 LSA井不同成因水合物稳定带底界深度和厚度Fig.6 Depth and thickness of different gas hydrate stability zones through the LSA well

5 结论

琼东南盆地南部隆起带具备水合物赋存的高压、低温和较好的沉积、构造背景，具有丰富的混合气源，是水合物成藏的良好地区。在地震剖面上，研究区流体渗漏构造发育，BSR表现为强振幅、不连续等特征，游离气丰富，水合物丰度高。对两口典型井进行水合物温度带分析，生物气水合物稳定带平均厚度达425m，裂解气水合物稳定带厚度达501m，表明研究区具有较大的天然气水合物资源潜力。

图7 CCB井不同成因水合物稳定带底界深度和厚度Fig.7 Depth and thickness of different gas hydrate stability zones through the CCB well

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The occurrence of the gas hydrates in the southern up lift zone of the Qiongdongnan Basin

LIU Ping，LIXushen，TANG Shengming，LIWenlong，TONG Chuanxin
（Zhanjiang Branch，CNOOC，Zhanjiang 524057，Guangdong，China）

Gas hydrates as a new type of clean energy resources are expected to have the great potential to replace coal，oil and natural gas in the 21st century.The South China Sea abounds in gas hydrate resources.Up to now，abundant gas hydrate resources have been explored in the Shenhu，Dongsha and Haima areas on the northern slope of the South China Sea.The present paper dealswith geological conditions for the occurrence of the gas hydrates，recognition of bottom simulating reflection（BSR）from the geophysical profiles and calculation of the thickness of gas hydrate stability zones in the southern uplift zone of the Qiongdongnan Basin.The findings show that the southern uplift zone of the Qiongdongnan Basin is conspicuous by developed fluid leakage structures，plentiful free gas，discontinuous and strong amplitudes of bottom simulating reflection，and tremendous thickness of the gas hydrate stability zones，and thus will be highly prospective for the exploration of the gas hydrate resources in the study area.

gas hydrate；accumulation；seismic reflection profile；stability zone；Qiongdongnan Basin

TE122.1

A

10093850（2017）01007306

20160731；改回日期：20160923

刘平（1978－），女，博士，工程师，主要从事海洋油气勘探开发研究。Email：liup＿zhanjiang＠163com

国家自然科学基金重大研究计划资助（91428205）