神狐海域气源特征及其对天然气水合物成藏的指示意义

要赋存于上新统 ! 第四系小于 2 300 m 的海相粉细砂 岩或泥质粉砂岩中, 并且已经在莺歌海盆地中部坳陷 第四系超浅层的乐东 28 1 构造以及乐东 22 1 气田, 发现单独成藏的以气层气形式产出的生物气气藏, 具 有一定的储量规模, 产 能甚高, 产量 超过 43. 6 ∃ 104 m3/ d。莺歌海盆地 上中新统 ! 第四系海相泥岩有机 碳含量一般平均为 0. 23% ~ 1. 05% , 估算其生物气生 成量 可 达 5 982 629 ∃ 108 m3 , 生物 气 资 源量 可 达 2 991. 3 ∃ 108 m3。琼东南盆地生物气烃 源岩有机质 丰度总体上比莺歌海盆地低一些或相当, 粗略估算琼 盆地生物气总生气量可达 4 374 532 ∃ 108 m3, 生物气 资源量可达 2 187. 2 ∃ 108 m3。珠江口盆地东部生物 气生成量为 661 500 ∃ 108 m 3, 生物气总 资源量可达 4 630. 5 ∃ 108 m 3 。
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神狐海域气源特征及其对 天然气水合物成藏的指示意义
苏丕波1 雷怀彦1, 2 梁金强3 沙志彬3 付少英3 龚跃华3
1. 厦门大学海洋与环境学院 2. 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气中心 3. 国土资源部 广州海洋地质调查局
苏丕波等. 神狐海域气源特征及其对天然气 水合物成藏的指示意义. 天然气工业, 2010, 30( 10) : 103 108. 摘 要 为了了解神狐海域天然气水合物成藏的气体来源及聚集特征, 根据过 SH2 井区高 分辨率地 震剖面构建 了 该区地质模型, 并进行了天然气水合物成藏模拟 。在恢 复 SH2 井 区地史和 热演化史的 基础上, 利用 EA SY% Ro 模型 计 算了 SH2 井区烃源岩的成熟度演化史, 结合探区采样成果对水 合物的 气源特 征进行 了初步 探讨。结果 表明: 深部发 育 的 2 套烃源岩( 古近系文昌组和恩平组) 演化程度均较高( Ro > 2% ) , 处于产 干气阶段, 热解生气潜力巨大; 浅部新近系 珠 江组 、韩江组、粤海组和万山组基本处于未成熟 ! 低成熟阶段( R o< 0. 7%) , 有机质丰度较高, 是生物气的烃源 岩, 具有 生 物生气的巨大潜力。同时, 神狐海域地质构造复杂, 断层与底辟发 育, 这些 断裂和底 劈构造成为 连接浅 部水合 物稳定 域 和气 源的桥梁, 为生物成因气和深部热解气的运移提供了 良好的通道。当气源和天然气水合物稳定域的时空 匹配得当, 在适当的地质条件下便可形成天然气水合物。初步预测该区天然气水合物资源潜力巨大, 是勘探远景区。 关键词 天然气水合物 气源对比 有机质成熟度 生物气 运移通道 油气藏形成 烃源岩 神狐海域
作者简介: 苏丕波, 1981 年生, 博士研究生; 主要从事天然气水合物气源条件与成藏模拟研究工作。地址: ( 361005) 福建省厦 门 市厦门大学海洋与环境学院海洋楼 A 栋 411。电话: 18666151486 。E mail: spb_525@ sina. co m
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天然气工业
DOI: 10. 3787/ j. issn. 1000 0976. 2010. 10. 025
气体的充足供应是形成天然气水合物( 以下简称 水合物) 不 可或缺的条件[ 1] , 要了解水合 物的聚集特 征, 必须首先研究其中烃类气体的来源。生物成因气、 热解成因气、无机成因气均可作为水合物的气体来源, 这些不同成因的天然气运移至特定低温高压条件下, 均可形成水合物矿藏[ 2 3] 。就目前研究的成果来说, 气 体来源主要以有机成因气为主[ 4] , 有机成因烃类气体 包括生物成因气和热解成因气, 目前世界上所发现天 然气水合物中所含甲烷大多以生物成因为主, 除俄罗 斯的梅索亚哈气田、日本南海海槽以及加拿大麦肯齐 三角洲等少数几个水合物分布区采集到的甲烷样品具
PY34 1 和 PY30 1 构造的浅层已发现生物气气藏。 2007 年 4~ 6 月, 广州海洋地质调查局在神狐海
域研究区内实施了天然气水合物钻探, 先后在 3 个站 位成功钻获了天然气水合物实物样品, 对其中的 SH 2 站位沉积物样品中的气体进行的气相色谱分析的结果 显示[ 10] : CH 4 的 体积 分 数 占 96% ~ 99% , C2 H 6 和 C3 H8 的体积分数很低, 干燥系数( C1 / C2 ) 一般在数百 至 1 000 以上, 为典型的干气。SH 2 站位含水合物层 的总有机碳含量平均值为 0. 43% , 已达到了作为生物 气烃源岩的标准, 对 SH 2 站位进行有机质成熟度的热 演化模拟( 图 1) , 结果表明: 浅部地层珠江组、韩江组、 粤海 组 和万 山 组 Ro 值低 于 0. 7% , 多 在 0. 2% ~ 0. 6% , 处于未熟 ! 低成熟的生烃门限附近, 属于良好 的生物气的烃源岩。这几套层序厚度大, 泥岩含量高, 热成熟低, 有机质丰度较高[ 11] , 其中, 上中新统 ! 第四
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图 1 SH2 站位有 机质成熟度( Ro) 演化模拟图
系海相泥岩有机碳含量平均为 0. 22% ~ 0. 49% , 且不 同层位及层段均变化不大, 第四系有机碳含量平均为 0. 22% ~ 0. 28% , 上新统有机碳含量平均为 0. 30% ~ 0. 39% , 上中新统有机碳含量平均为 0. 49% ; 上中新 统 ! 全新统海相泥岩生烃潜力( S1 + S2 ) 平均为 0. 13 ~ 0. 32 mg / g, 与莺歌海盆地大体一致。由此推测, 该 区具备生成生物气的巨大潜力。 2. 2 热成因气烃源岩特征
根据沉积环境分析[ 9] , 神狐海域水合物研究区陆 源沉积物供给充分, 沉积速率较高, 比开放性大洋高 2 ~ 3 倍。第四纪以浅海 ! 半深海 ! 深海相细粒沉积为 主, 该时期沉积层中砂岩含 量仅为 15% ~ 50% , 大部 分地区砂岩含量低于 25% ; 上新世, 该区以 半深海 ! 深海沉积为主, 该时期沉积层中的砂岩含量分布大体 在 20% ~ 60% , 大部分区域砂岩含量低于 45% , 仍然 以偏细粒沉积为主; 上中新世, 以浅海 ! 半深海沉积为 主, 地层砂岩含量分布大体 在 25% ~ 75% , 大部分区 域砂岩含量低于 50% 。由于快速沉积的半深海沉积 区聚积了大量的有机碎屑物, 迅速埋藏在海底未遭受 氧化作用而保存下来, 并在沉积物中经细菌作用转变 为大量的生物甲烷气。并且, 快速堆积的沉积体易形 成欠压实区, 从而可构成良好的流体输导体系, 有利于 生物气藏的形成。在珠江口盆地东部白云凹陷北斜坡
2 烃源岩特征
2. 1 生物气烃源岩特征 近海油气勘探表明[ 8] , 南海北部边缘盆地生物气
的烃源岩分布相当广泛, 纵向上从上中新统至第四系, 甚至在局部区域的中中新统的不同层段均有分布; 区 域上盆地内均有大套浅海相和半深海相的泥质烃源岩 展布, 其有机质丰度相对较高, 已达到了作为生物气烃 源岩的标准, 且具有一定的生烃潜力。目前, 莺 ! 琼盆 地的诸多探井在浅层均见到生物气显示, 多以水溶气 的形式产出, 亦有呈气层气分布而形成游离气藏的, 主
有典型的热成因气特征外, 大多数为生物成因气特征, 个别具混合成因的气体特征( 如墨西哥湾和普拉德霍 湾) 。笔者主要以南海北部神狐海域为研究区, 对该区 气源特征及其与水合物的成藏关系进行了初步探讨。
1 地质概况
神狐海域位于南海北部陆缘陆坡区的中段, 经历 了与南海北部陆缘相似的地史演化过程, 南海北部大 陆边缘在新生代经历了被动大陆边缘的发育史, 分布 着巨厚的新生代沉积。新生界地层自下而上依次为古 新统、始新统、渐新统、中新统、上新统和第四系, 共划 分 7 个地层层序( A, B, C, D, E, F, G) ( 表 1) 。神狐海 域水合物研究区主要位于珠江口盆地珠二坳陷白云凹 陷, 水深为 200~ 2 000 m, 面积约为 20 000 km2, 凹陷 内陆源沉积物供给充分, 沉积速率较高, 新生界平均沉 积厚度为 4 000~ 7 000 m, 最大沉积厚度约为 12 000 m。地史上经历多次地壳运动和多阶段的构造演化, 地质构造复杂, 断裂 ! 褶皱体系非常发育[ 5] , 断层切穿 较新的沉积层延伸至水合物稳定域, 为天然气向浅部
基金项目: 国家重点基础研究发展计划( 973 计划) 项 目 南海北 部天然气 水合物 成藏的 气源条 件研究 ( 编号: 2009CB219501) 和国土资源部公益性行业科研专项项目 天然 气水合物成藏的控 制因素 研究 ( 编 号: 200811014) , 国家 自然科 学基金 项目 南海 北 部深水盆地油气渗漏系统与天然气水合物富集机制研究 ( 编号: 40930845) 。
2010 年 10 月
表 1 神狐海域研究区地层层 序划分表
系 第四系
新 近 系
古 近 系
白垩系
地层 统
上新统
中新统
渐新统 始新统 古新统
组
万山 组 粤海 组 韩江 组 珠江 组 珠海 组 恩平 组 文昌 组 神狐 组
层序 距今年龄/ Ma 代号
A
1. 64
5. 2
B
C
10. 4
D
23. 3
E
35. 4 F
根据古气候条件、古地理环境及高分辨率地震资 料地震相特征综合分析认为: 神狐海域水合物研究区 白云凹陷在始新世 ! 早渐新世具有潮湿的气候环境、 全封闭的深洼陷、高的沉积速率, 该时期形成了巨厚的 文昌 ! 恩平组烃源岩。这 2 套烃源岩在邻区钻探中已 证实是珠江口盆地主要烃源岩。而渐新统珠海组则可 能是潜在的烃源岩层, 这几套烃源岩的地化特征研究 表明[ 12 13] : 始新统文昌组, 中深湖相泥岩, 白云凹陷中 的面积为 1 900 km2 , 厚度为 1 700~ 3 000 m。T OC 平均值为 2. 94% , H I 平均值为 483. 4 mg/ g, 氯仿沥 青 A 含量平均值为 0. 225% ; 干酪根 H / C 原子比为 1. 5~ 1. 0, 大多在 1. 2, 表明有机质类型为腐泥 ! 混合 型; 下渐新统恩平组为沼泽相、河流相和滨 ! 浅湖相沉 积, 面积 2 860 km2, 厚度为 1 100~ 2 300 m。烃源岩 多为煤系泥岩, 含丰富的 陆源树 脂。T OC 平均 值为 2. 4% , H I 平均值为 146. 1, 氯仿沥青 A 含量平均值 为0. 197 6% ; 干酪根 H / C 原子比多在 1. 2~ 0. 7, 表明 有机质类型以偏腐殖混合 ! 腐殖型为主; 上渐新统珠 海组, 渐海相, T OC 平 均值为 1. 83% , H I 平均 值为 154. 28 mg/ g, 氯仿沥青 A 含量平均值为 0. 46% , 机
56. 5 G
65. 0
地震 反射界面
T1 T2 T3
T5
T6 T7 Tg
水合物稳定带运移创造了有利条件, 而褶皱构造易于 捕获天然气, 促使水合物的形成。
对神狐海域 226 个站位获得的 591 个顶空气样品 进行了烃类气体含量的测试分析, 结果显示[ 6] : 海域浅 表层沉 积 物中 普 遍 存 在 游 离 气, 13 C1 ( PD B) 值 为 - 46. 2 # ~ - 74. 3 # , 平均为- 60. 9 # , 除 2 个样品的 13 C1 值为- 46. 2 # 和- 51 # 外, 大多数样品的 13 C1 值小于- 57 # , 证实神狐海域浅表层沉积物顶空气主 要来源于生物气。此外, 有 55 个站位顶空气甲烷的含 量在垂向上保持了相对较高的丰度, 特别是位于调查 区北部白云凹陷内的 5 个站位, 甲烷的含量分别接近 了 120 L / kg 和 200 L/ kg , 暗示其深部可能有持续 稳定的游离甲烷供应, 可 能是来自于深部的 热解气。 据 ODP184 航次钻探成果, 研究区附近的东沙陆坡区 渐新统及以上地层有机碳含量高, 在 1144、1146 等多 个站位发现生物成因气和热解成因气的富集。王建桥 等人对调查区东部的 ODP1146 站位顶空气样品进行 了分析, 结果也显示为混合气体的特征[ 7] 。由此推测, 研究区浅部地层中的天然气可能兼有生物气和热解气 2 种来源。