摘  要  由于莺歌海盆地众多底辟构造具有相似的成因联系，为研究其底辟构造特殊的天然气成藏条件，通过储层成岩作用、地层水化学分析等，对东方1-1气田进行了剖析，揭示出该气田的成藏地质条件与底辟运动及深部热流体活动息息相关，即：底辟运动为产生背斜构造创造了条件，深部热流体促进了有机质热演化，与底辟运动相伴生的断层与垂向裂隙为深部气源向浅部运移提供了快速通道，多期且具继承性的底辟活动使得天然气成藏期晚，近断层处热流体活动较强烈，临滨亚相粉细砂岩是良好储层，同时具有明显的含气地震信息异常。该盆地内其他底辟构造与东方1-1气田具有类似的成藏地质条件，在东方l-1气田成功开发的启示下，促进了一批与底辟运动有关的天然气田的发现。

关键词  莺歌海盆地  东方l-1气田  天然气成藏  底辟  热流体  运移通道  有机质热演化

1区域地质背景

莺歌海盆地是在印支地块与华南地块缝合线红河断裂上发展起来的新生代沉积盆地，其形成演化受控于红河断裂走滑活动^[1]。经历了初始裂陷、转换一伸展、塑性引张、热沉降和新的转换一伸展5个阶段^[2]，并且具有下断上拗的双重结构：古近系为断陷，新近系为坳陷，断陷期断裂发育，坳陷期断裂不发育^[2]。盆地沉积沉降速率快，为典型的欠压实型高温高压盆地。中新世一上新世的右旋走滑拉张作用在盆地中央产生了一系列泥一流体底辟构造^[3]。

东方l-l气田位于盆地的中北部(图1)，为上新统大型底辟短轴背斜，共钻探井和开发井40余口^[4]。该气田从上往下可分为4个气组：Ⅰ、Ⅱ_上、Ⅱ_下、Ⅲ_上气组，井间天然气组分(烃气、C0₂和N₂)差异很大且储层横向非均质性强。至l991年发现该气田后，因独特的天然气成藏地质条件而备受瞩目。

2天然气成藏条件

2．1底辟活动造就了浅层大型圈闭

莺歌海盆地浅层的背斜构造无不与泥底辟活动有着密切的关系。中新世-上新世为莺歌海盆地的加速热沉降时期，盆地处于伸展状态，表现为一个完整的坳陷。在右旋走滑背景下，盆地中央巨厚的欠压实泥岩发生塑性蠕动上拱，产生底辟。莺歌海组二段(Ny₂)中下部泥岩最厚处达2300 m，上拱幅度一般为200～300 m，上方的莺一段和莺二段上部基本处于陆架加积型地层，受底辟活动而形成正向构造。底辟在盆地内呈环状分布，中心区能量强，上拱冷却后中心塌陷成坑，裂断发育；而边缘区能量相对较弱，上拱后塌陷幅度小，背斜相对完整。东方l-1构造处于底辟区最北部边缘，为一个大型穹隆构造，闭合面积达278 km²。闭合幅度达240 m，仅在构造中心部位发育一些小断层，走向近南北，东陡西缓^[5]。

2．2热流体活动强烈，加速了有机质演化和成岩作用

强烈的热流体活动是莺歌海盆地的重要地质特征之一，底辟活动致深部热液的该盆地年轻的海相烃源岩受热历史较短，由此引起局部地温场的叠加，从而促进有机质热演化和生烃作用^[6]。

沉积地层中有机物对温度的变化十分敏感，高温热流体活动无疑会加速有机质的热演化速度^[7-8]。图2显示，在深度相同、时代相近的情况下，莺歌海盆地DF1-1-2井1300 m以下有机质的热演化(R。)程度明显高于LTl-1-1井。原因是DFl-1-2井靠近断裂，其天然气组分中C0₂的含量高达60％，包裹体均一温度也高于现今实测地温，深部热流体沿着断裂进入储层后加速有机质热演化。海盆地烃源岩成熟门限2 750 m，也低于因热流烘烤的底辟区的门限2300 m。

超高温中央底辟带的东南区黏土矿物以绿泥石、伊利石为主；东方区、乐东区虽然以伊／蒙混层、伊利石为主，但在热流体活跃层段出现高岭石、绿泥石含量异常，如东方区和乐东区l 500 m上下出现高岭石含量增高、绿泥石含量降低异常层段，这是由于大量的C0₂随着热流体从深部向上运移，在中浅层聚集，并溶于水中，碳酸根含量增加，随后碳酸释放出H^十，使地层水呈酸性，促使绿泥石向高岭石转化的结果。另外在热流体作用下，出现蒙脱石向伊利石转化突变异常现象，如靠近断裂的DFl-1-2井(图3)在1 200～1600 m，C0₂的含量高达40％，流体包裹体均一温度均大于现今地温，受热流体侵入，致使这些井区的混层比S％出现突变，由R。带突变到R₂带，R₁带变窄或缺失R₁带。

莺歌海盆地浅高温碳酸盐胶结物与热流体活动有关，东方1-1，乐东15-1浅中层胶结物示，含铁白云石和含铁方解石的形成温度间，这些高温矿物可产出在1300 m在150～160℃之间，碳酸盐矿物包裹体均一温度在100～1900C之间地层中，表明热流体沿着断裂进入储层后，其中的C0₂^2-、HC0^3-与储层中Mg²⁺、Fe²⁺结合形成富含Fe²⁺、Mg²⁺的碳酸盐胶结物如菱铁矿、铁白云石、铁方解石和白云石。

图4是东方1-1构造3井和5井的碳酸盐胶结物含量对比图。3井位于构造东部的断裂带附近，其富含Fe²⁺、Mg²⁺的碳酸盐胶结物如菱铁矿、铁白云石、铁方解石和白云石含量，明显比远离断裂带未受热流体影响的5井区高，也佐证了这些富含Fe²⁺、Mg²⁺的碳酸盐胶结物与富含C0₂热流体入侵有关(表2)。

根据温差引起碳酸盐溶蚀而形成次生孔隙带的模型，高温富含C0₂热流体从深部向上运移时，在深部饱和CaCO₃流体，由于温度降低，CaCO₃的溶解度逐步增大，CaCO₃浓度变得不饱和，进入储层后便会溶蚀碳酸盐胶结物和钙质生物壳体，形成次生孔隙。随着溶解作用的不断进行，溶液中CaCO₃浓度逐渐变大，当CaCO₃浓度再次达到饱和状态时，溶蚀作用便会停止，开始沉淀逐步形成胶结物。

  上述分析表明，热流体对碳酸盐胶结作用来说是把“双刃剑”，既有利于胶结作用，也可破坏胶结作用一溶蚀胶结物，莺歌海盆地热流体综合作用的结果是，胶结作用造成孔隙损失大于溶蚀作用而产生次生孔隙，在大多数层段胶结物含量高于溶蚀增加的孔隙度。

2．3储层粒度细，因埋藏浅，高孔高渗

因构造处于盆地中央，距当时岸线约有110 km，距红河人海口约160 km。岩石的成分成熟度较高，成分成熟度值在3％～30％之间，平均为10.7％。岩石类型以石英砂岩为主，莺二段各气组储集层岩性为粉-极细砂岩，陆源碎屑中石英百分含量在76％～97％之间，平均为89.2％；长石百分含量在2％～l4％之间，平均为5.9％；岩屑含量在1％～ll％之间，平均为4.9％。因离岸较远，水体能量便是影响储层质量的重要因素，有孔虫和钙质超微化石资料揭示属于滨海-内浅海环境。多期底辟活动，莺二段沉积时，此处为水下高地，地层厚度向底辟核部减薄，Ⅱ_上气组便是如此。

因水体能量相对较弱，平行层理和纹层发育，水平虫孔发育，偶见垂直虫孔，见小型浪成沙纹层理，少量块状层理，在构造核部，生物扰动强烈，仅局部残存有原生的波状、脉状层理；见揉皱、变形构造，局部含较多的生物碎屑，为浅海背景下的水下高地浅滩。

孔隙类型以粒问孔、粒间溶孔为主，少量生物体腔孔、杂基微孔。因埋藏时间短，埋藏浅，压实作用差或未压实，即使是细砂-泥质粉砂岩也具有较高的渗透性。

砂岩分选中等-好，颗粒常呈次棱次圆状，并多呈点状接触，胶结类型主要为孔隙式，砂岩的结构成熟度中等。胶结物为方解石、白云石、菱铁矿和黄铁矿，黏土矿物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石，产状为片状，主要贴附在颗粒上，见少量毛发状伊利石和书页状高岭石。

各气组受沉积成岩的影响，砂岩孔隙组合特征也各不相同。I气组平均孔径为小-中等，发育部分杂基微孔，孔隙发育程度为差-中等；Ⅱ_上气组平均孔径大-中等，发育少量杂基微孔，孔隙发育程度为中等好；Ⅱ_下、Ⅲ气组平均孔径中等，以原生粒间孔为主，孔隙发育程度为好-中等。

储层具有中高孔、中低渗的特点，孔隙度分布范围为15％～34％，中值24％，渗透率分布范围为0.3～640 mD，中值为27 mD。Ⅰ气组储层孔隙度分布范围为20％～30％，中值为24％，渗透率分布范围为0.2～160 mD，中值为l0 mD；Ⅱ_上气组储层孔隙度分布范围为22％～32％，中值为26％，渗透率分布范围为0.2～640 mD，中值为59 mD；Ⅱ_下气组储层孔隙度分布范围为l2％～32％，中值为24％，渗透率分布范围为0.1～160 mD，中值为26 mD；Ⅲ_上气组储层孔隙度分布范围为l4％～30％，中值为22％，渗透率分布范围为0.3～160 mD，中值为l3 mD。

临滨砂坝水动力条件最强，岩性较粗，出现粉、细砂岩，砂体的孔隙度和渗透率值高，物性最好；临滨滩砂、滨外砂坝与临滨砂坝相比，岩性相对较细，主要为粉砂岩，砂体孔隙度和渗透率值变低，物性相对较好；滨外浅滩，水动力条件最弱，储层泥质含量增多，孔隙度渗透率变差，物性不好。

在浅层也存在一些低电阻率气层。这些地层，泥质含量较高，且菱铁矿交代作用较强，泥质以条带状和分散状出现，颗粒细，比表面大，束缚水含量高。电阻率很低，有的仅有l.2 Ω·m。但天然气产能并不低。

2．4构造背景控制下的大型复合气藏

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ气组压力系数为l.03～1.14，属正常压力系统，地温梯度高达4.6℃／l00 m。Ⅱ_下、Ⅲ_上气组属于层状构造气藏，平面上Ⅱ_下、Ⅲ_上气组被断裂带分成东、西两个区。Ⅰ气组属于岩性气藏，Ⅱ_上气组属于岩性构造气藏。气田纵向上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ_上气组之间有厚泥岩封隔，西区Ⅱ_上与Ⅱ_下气组之间，泥岩隔层只是局部分布，具有统一的气水界面。不同区块不同层都是独立气藏，所以是一个由泥底辟背斜和断层控制为主的构造气田(图5)。

Ⅰ气组含气边界受非渗透砂岩控制，砂体分布范围小，气层物性差，测试时生产压差大(4.789～10.113MPa)，反映出边底水天然能量很弱，为定容气藏。而Ⅱ、Ⅲ气组，虽有边水，因储层的物性受水下高地影响，构造翼部储层物性差，Ⅱ气组水层的产水指数仅为13.26 m³／d，为弱弹性水驱。

2．5具明显的含气地震信息异常

东方l-l莺二段气层在地震剖面上具明显的低频强振幅特征，原因是高沉积速率的砂泥岩，压实和成岩作用弱，两者间密度速度差别很小，砂岩含气后，速度和密度都大大降低，产生强波阻抗差，形成亮点和AV0异常；高频吸收明显，并在气层较厚、产状较陡时具平点特征(图6)，这种现象在莺歌海盆地非常普遍，是识别浅层气层的重要手段之一。

3东方l-1气田的启示

 “供大于散”的动态平衡机制是浅层天然气成藏的主要条件。

莺歌海盆地泥底辟构造上方大量的海底气苗和麻坑及海南岛沿岸活跃的气苗说明天然气的扩散非常明显，而浅层气藏仍然存在，且充满程度较高，若没有气源补充，气藏很快就会衰竭。深部烃源现今仍源源不断地生、排气，浅层丰富的生物气就近储存，使浅层气层处在聚散动平衡中。这种“供大于散”的动态平衡机制是浅层天然气成藏的主要条件^[9]。

 “平衡-破坏-再平衡”多次成藏，形成纵向多个气藏叠置。

莺歌海盆地中新世以来，经历了多次泥拱活动，每一次活动都是一次成藏过程。深部天然气源源不断地补充老气藏，随着老气藏的被改造，在其上方便有新气藏形成，可以说新气藏是老气藏的次生气藏。泥拱活动为天然气运移提供了良好的纵向运移通道，所以这些新老气藏在纵向上相互叠置。

本区存在两种封闭，即通常的毛细管压力封闭和浓度封闭。胶结疏松的泥岩层，因粒度细，比表面大，束缚水饱和度高，占据了绝大部分孔隙空间，使喉道变细，大大增强了未成岩的黏土层的封盖能力。随着深度的增加，压实作用增强，毛细管压力封闭的能力也相应增强。即使浅层盖层质量不好，油气不断逸散，但烃源岩至今仍在不断地生排气，深部天然气源源不断地供给，使得浅层气藏得以存在。

在莺歌海盆地存在多个与东方1-1构造类似的底辟构造，产生了一些与底辟有关的长轴背斜或穹窿，构造的规模在100～200 km²之间^[10]，底辟活动派生的断层和垂向裂隙为深部气源向浅部运移提供了通道，上新世和更新世泥质粉砂岩在浅层也能成为优质储层。尤其是浅层高分辨率地震剖面上含量气地震信息，为浅层气勘探研究提供了新的依据，连续发现了乐东15-1、乐东22-1等4个气田和7个含气构造。

除了浅层存在与底辟有关的背斜外，在中深层仍存在与底辟有关的背斜构造。因底辟活动的多期性和继承性，深部构造具有同现今浅部构造类似的构造特征。只要深部存在天然气成藏条件，也能发现天然气田。正是由浅入深，发现了东方l3-1、13-2天然气田。

4  结束语

深部热流体促进了有机质热演化，底辟运动为产生背斜构造创造了条件，与底辟相伴生的断层与垂向裂隙为深部气源向浅部运移提供了快速通道，多期且具继承性的底辟活动造成天然气成藏期晚，近断层处热流体活动较强烈，临滨亚相粉细砂岩是良好储层，明显的含气地震信息异常，促进了与底辟运动有关的其他气藏的发现。

参考文献

[1] 张启明，郝芳．莺-琼盆地演化与含油气系统[J]．中国科学：D辑 地球科学，l997，27(2)：149-154．

[2] 黄保家，肖贤明，董伟良．莺歌海盆地烃源岩特征及天然气生成演化[J]．天然气工业，2002，22(1)：26-30．

[3] 龚再升，李思田．南海北部大陆边缘盆地油气成藏动力学研究[M]．北京：科学出版社，2004：25-29．

[4] 谢培勇．海上浅层大气田——DFl-1气田[J]．天然气工业，1999，19(1)：43-46．

[5] 张敏强．莺歌海盆地泥底辟构造带浅层气田形成条件与勘探开发前景EJ]．天然气工业，1999，19(1)：25-27．

[6] 解习农，李思田，董伟良，等．热流体活动示踪标志及其地质意义——以莺歌海盆地为例[J]．地球科学——中国地质大学学报，1999，24(2)：183-188．

[7] 何家雄，李明兴，陈伟煌．莺歌海盆地热流体上侵活动与天然气运聚成藏的关系[J]．天然气地球科学，2000，11(6)：29-43． 

[8] 李纯泉，杨计海．莺-琼盆地热流体活动示踪标志及其油气运聚指向意义[J]．天然气工业，2003，23(4)：19-22．

[9] 黄保家，李绪深，谢瑞永．莺歌海盆地输导系统及天然气主运移方向[J]．天然气工业，2007，27(4)：4-6．

[10]王立锋，马光克，周家雄，等．东方气田储层非均质性描述 [J]．天然气工业，2009，29(1)：38-40．

本文作者：童传新   王振峰 李绪深

作者单位：中国地质大学(武汉)   中海石油(中国)有限公司湛江分公司