神狐海域天然气水合物成藏模式
2017-07-21 杨胜雄、梁金强等 天然气水合物
广州海洋地质调查局于2015年在神狐海域钻探了19口井，首次将随钻成像测井(GVR)引人到对水合物的地质研究中。
本文基于这些GVR高分辨成像特征以及区域地质背景,对神狐海域水合物成藏模式进行剖析,即构造渗漏型与地层扩散型相混合的成藏模式｡
首先，让我们一起回顾一下随钻成像测井（GVR）的基本知识：
南海北部陆坡区神狐海域区域位置图
含水合物沉积层的电阻率测井和声波测井异常明显，相对高的电阻率和声波速度是水合物层典型的测井响应，因此通常用电阻率测井和声波测井的组合来识别水合物层。
以某井为例（下图），1460-1510m层段井径曲线较为规则，自然伽马数值较上部地层略低，中子孔隙度和密度测井曲线无明显异常，声波速度变快，电阻率数值明显增加，GVR成像上表现为高亮特征，综合测井曲线解释，确定该层段为水合物层。
南海北部神狐海域天然气水合物测井曲线响应
1510~1522m层段井径曲线规则显示无扩径，自然伽马数值未发生明显变化，中子孔隙度和密度数值降低，声波速度变慢，电阻率值较高且与中子、密度呈镜像特征，即电阻率值较高的位置，中子、密度测井值降低，GVR成像上也表现为高亮特征，综合测井曲线解释结果认为，该层段为气层。
珠江口盆地(东部)综合柱状图
神狐海域水合物的成藏模式
本文基于GVR高分辨成像特征以及区域地质背景,建立了神狐海域水合物成藏模式,即构造渗漏型与地层扩散型相混合的成藏模式｡
神狐地区水合物气体来源包括深部有机质热解成烃的热解气和海底沉积物中微生物作用成烃的生物气2种类型,文昌组和恩平组烃源岩热演化程度较高,从早上新世开始一直处于产气阶段,产生的热解气首先沿着NE､NW和NWW向断层向上运移,随着热解气沿断层向上运移并遇到孔隙度和渗透率均较大的砂岩时,一部分热解气沿着砂体或不整合面横向运移,并在合适的构造或地层圈闭的作用下形成常规油气藏｡
其余的热解气在流体势的作用下继续沿断层向上运移,在合适的高压､低温条件下热解气和流体结合形成水合物,先期形成的水合物形成时气压充足,常形成厚层状水合物｡水合物本身是一种良好的化学盖层,厚层状水合物形成了一定的圈闭,后期形成的水合物只能在厚层状水合物之下成藏,且水合物形成时气压逐渐降低,形成分散状和斑块状水合物｡
断层本身可作为热解气运移的通道,热解气和流体在断层附近被捕获形成水合物时便形成断层附近水合物,因此厚层状､分散状､结核状和断层附近水合物往往是构造渗漏型水合物｡珠江组､韩江组､粤海组､万山组和第四系地层热演化程度较低,有机质处于未成熟-低成熟阶段,未进入生烃门限,主要生成生物气,大量的生物气主要通过横向迁移至有利部位,在合适的温压条件下形成薄层状水合物,分布范围较广,构成了地层扩散型水合物藏。
南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式示意图
水合物成藏的主控因素
基于19个站位的钻探工作,并在其中5口井中有较好的水合物显示,水合物平均饱和度13.7-45.2%｡由此可见,研究区水合物的分布是存在差异性的,有必要探讨水合物差异性聚集的原因,分析水合物成藏的主控因素,从而为今后钻井方案的设计提供理论基础｡
水合物的成藏与气源条件､沉积条件､岩性条件､温压条件和构造条件密切相关,如果将水合物成藏系统看作一个整体的话,气源条件无疑是这个系统的“心脏”,没有气体来源便不会有水合物的产生与聚集｡
沉积条件包括沉积速率和沉积环境两方面因素,含水合物的地层沉积速率一般均超过30m/Ma,较高的沉积速率不仅有利于有机质在未遭受氧化便迅速埋藏,为水合物提供更充足的气源,而且还使得地层保留较大的储集空间,有利于水合物的保存。
浊积扇､斜坡扇以及等深流等沉积环境是水合物发育有利的沉积环境,一方面因浊积扇､斜坡扇及等深流沉积物颗粒较粗､储集性能好,另一方面这些沉积环境也可能是水合物分解之后的产物,因此沉积条件是水合物成藏系统的“骨骼”｡水合物往往倾向于在沉积物粒度大于其上下层段的部位赋存,岩性条件构成了水合物成藏系统的“肌肉”｡
水合物的形成需要高压､低温的特定环境,同时特定的高压､低温环境对水合物的成藏也具有保护作用,形成了水合物成藏系统的“皮肤”｡多边断层､泥底辟等地质构造常和水合物的成藏具有紧密的关系,根据对水合物成藏的影响,可将神狐海域发育的断层划分为3种类型:
(1) NW和NWW向长期活动的继承性较好的断层,部分断层与气烟囱或泥底辟相伴生;
(2) NE向形成时间较晚的断层,数量众多,主要分布在浅部地层中;
(3) 由于滑塌作用产生的多边断层,主要分布于坡度较陡的陆坡区,集中发育在第四纪地层中｡
这3类断层对气体和流体的运移具有重要的渗漏和沟通作用,构成了神狐海域气体和流体垂向和横向的疏导通道,是水合物成藏系统的“血管”｡
研究区水合物显示较好的井在GVR随钻成像上常发现有断层发育,主要有开启型､填充型和界面型3种类型。
开启型断层的断面为低阻特征(下图a-c),断层处于开启状态。
填充型断层的断面被高阻物质所充填(下图d､e),是一种闭合型的断层,不再作为气体或流体运移的通道。
界面型断层断面上下地层电阻率有明显差异,断层作为高阻地层和低阻地层的界面(下图f-h),有些情况下界面型断层也是岩性界面,开启型和界面型断层常作为气体或流体向上运移的通道,因此我们以GVR随钻成像为基础,探讨不同类型的断层对水合物成藏的控制作用
南海北部神狐海域断层随钻测井成像特征
（钻孔号省略）
1. 开启型断层
根据断层发育位置不同可将开启型断层分为两类:
第一类的开启型断层发育于气层下部泥岩中,中角度断层､北西倾向,上部见变形层理,可作为气体向上的运移通道,由于该断层发育于离深部气源较近的位置,气体流量和气压均充足,可形成较厚的水合物层,水合物层的厚度要大于下伏的气层;
第二类发育两条开启型断层,位于水合物层的顶部,这两套断层中高角度､北西倾向,是一条低角度的正断层叠加于一条高角度的逆断层之上,这两条断层均可作为气体向上的运移通道,由于这两条断层发育于离深部气源较远的位置,气体流量和气压条件较差,形成的水合物层较薄,水合物层厚度小于气层厚度｡
南海北部神狐海域不同类型断层对水合物成藏的影响
（钻孔号省略）
2. 填充型断层
根据填充物质的不同可将填充型断层分为两类:第一类发育两条填充型断层,位于水合物层上部,高角度､南东和北东倾向,前期作为气体运移通道,后期被水合物所充填,形成此类填充型断层;第二类的填充型断层发育于大套厚层气层底部,高角度､南东倾向,前期作为气体运移通道,后期被气体所填充,由于断层被填充造成下伏气藏中的气体无法向上运移,气层中的气体压力不足无法形成水合物,只形成大套厚层气层。
3. 界面型断层
界面型断层发育于水合物层顶部,高角度断层､北东倾向,该断层作为岩性界面对水合物起遮挡作用,并沟通了上下几套水合物层,造成含水合物层厚度最大｡
结论
结合随钻成像测井与区域地质背景可以更深入剖析水合物的赋存状态､成藏序列､成藏模式和主控因素等特征,弥补单独用岩心分析的不连续性和片面性,为今后水合物的开采和钻井方案的设计提供指导和帮助｡
(1) 神狐地区水合物主要存在厚层状､分散状､斑块状､断层附近和薄层状水合物,厚层状和分散状水合物相对饱和度最高,斑块状次之,断层附近和薄层状水合物相对饱和度最低;厚层状和分散状水合物构成了研究区的主力水合物层,且厚层状水合物位于顶部,分散状水合物位于底部｡
(2) 深部热解气通过断层运移至水合物稳定区聚集成藏,形成厚层状､分散状､斑块状和断层附近等构造渗漏型水合物;浅层生物气横向运移聚集至水合物稳定域,形成薄层状地层扩散型水合物｡
(3) 水合物的形成和分布受气源､沉积､岩性､温压和构造等条件的影响,本次研究发现神狐海域发育开启型､填充型和界面型3种类型的断层,断层控制着气体和流体的运移,进而控制了水合物在平面上的展布范围,断层为神狐海域水合物成藏的主控因素。