馮 沖，黃志龍，童傳新，朱建成，范泓澈，劉江濤

（1.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；2.中國(guó)海洋石油總公司湛江分公司，廣東湛江524057；3.中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

0 引言

鶯歌海盆地位于海南島西側(cè)，盆地呈北北西向延伸的不規(guī)則菱形結(jié)構(gòu)，面積12×104km2，為南海北部大陸架西區(qū)發(fā)育的新生代轉(zhuǎn)換－伸展型含油氣盆地［1－2］。以鶯歌海盆地東北部的一號(hào)斷裂和西南部的紅河斷裂為界，盆地劃分為中央坳陷帶、河內(nèi)坳陷帶、鶯東斜坡帶和鶯西斜坡帶共4個(gè)二級(jí)構(gòu)造帶。基底巖性主要為前第三系花崗巖、變質(zhì)巖、凝灰?guī)r。盆地主要沉積第三系和第四系地層，地層由下向上依次為始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)的崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組以及第四系樂東組地層（圖1）。從沉積演化特征看，本區(qū)從下至上發(fā)育有3套蓋層：上第三系中新統(tǒng)三亞組一段、梅山組二段、上第三系上新統(tǒng)鶯歌海組二段（鶯東可延續(xù)到鶯歌海組一段）區(qū)域性蓋層。其中鶯歌海組二段為本區(qū)比較可靠的中深層區(qū)域性蓋層［3］。

圖1 鶯歌海盆地地層對(duì)比關(guān)系Fig.1 Stratigraphic Correlation of Yinggehai Basin

鶯歌海盆地淺層天然氣的成功勘探表明，氣藏的分布與蓋層之間存在密切關(guān)系，蓋層封閉能力強(qiáng)的地區(qū)有利于氣藏的富集與保存。然而，前人多用取權(quán)值的方法對(duì)蓋層的綜合封閉能力進(jìn)行評(píng)價(jià)［4－8］，研究結(jié)果受個(gè)人認(rèn)識(shí)程度影響較大。為此，筆者從蓋層的微觀封閉機(jī)理和宏觀發(fā)育特征等方面出發(fā)，建立了蓋層對(duì)天然氣封閉能力的綜合評(píng)價(jià)公式，并對(duì)鶯歌海組二段中深層區(qū)域性蓋層封閉能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為中深層天然氣成藏潛力研究提供參考。

1 蓋層發(fā)育與分布特征

鶯歌海組二段由范圍廣、厚度大且橫向分布非常穩(wěn)定的陸架、陸坡泥巖組成。根據(jù)地震資料解釋成果顯示，該地層最大厚度可達(dá)3 000m。在盆地西北部的臨高區(qū)，該地層為濱、淺海相，巖性以粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主；在盆地中央坳陷帶的東方區(qū)、樂東區(qū)，該地層沉積相以淺海相和半深海相為主，水體相對(duì)穩(wěn)定，巖性以泥巖為主，粉砂質(zhì)泥巖含量少，泥地比一般為77%～98%；在盆地東部的鶯東斜坡區(qū)，該地層沉積相仍以淺海相和半深海相為主，T13－1－1井揭示泥地比為91%［3］。根據(jù)泥巖單層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，泥巖單層厚度主要分布在10m以下，并且不缺乏25m以上單層厚度的泥巖，泥巖最大單層厚度超過400m（圖2）。

圖2 鶯歌海組二段泥巖蓋層厚度分布Fig.2 Distribution of Thickness of Mudstone Cap Rock in Member 2of Yinggehai Formation

2 蓋層微觀封閉能力

蓋層存在3種微觀封閉機(jī)理：毛細(xì)管封閉、壓力封閉和烴濃度封閉［9］。研究表明，烴濃度封閉是演化達(dá)到成氣階段的烴源巖所特有的，并只對(duì)擴(kuò)散相天然氣起封閉作用［10－11］。鶯歌海組二段有機(jī)質(zhì)生烴能力較弱，綜合評(píng)價(jià)為一套非烴源巖，起不到烴濃度封閉作用；因此，對(duì)其封閉能力的評(píng)價(jià)主要是毛細(xì)管封閉和壓力封閉能力。

2.1 毛細(xì)管封閉能力

衡量蓋層毛細(xì)管封閉能力的主要參數(shù)是排替壓力，排替壓力是巖石中潤(rùn)濕相流體（孔隙水）被非潤(rùn)濕相流體（油或氣）排替所需要的最小壓力［12］。蓋層的排替壓力越大，其蓋層的毛細(xì)管封閉能力越強(qiáng)，反之則越弱。

2.1.1 蓋層排替壓力與聲波時(shí)差、地震速度的關(guān)系

蓋層的排替壓力和聲波時(shí)差具有密切關(guān)系［13－16］，而地震速度是聲波時(shí)差的倒數(shù)；因此，可以利用聲波時(shí)差及地震速度資料求取蓋層的排替壓力。

研究區(qū)蓋層孔隙度與聲波時(shí)差之間存在線性關(guān)系（圖3）

式中：Δt為蓋層聲波時(shí)差；φ為蓋層孔隙度；判定系數(shù)為0.883。

圖3 鶯歌海盆地蓋層孔隙度與聲波時(shí)差的關(guān)系Fig.3 Relationship Between Porosity and Acoustic Time of Cap Rock in Yinggehai Basin

研究區(qū)蓋層孔隙度和排替壓力呈指數(shù)關(guān)系（圖4）

式中：Pd為蓋層排替壓力；判定系數(shù)為0.906 4。通過式（1）、（2）求得到聲波時(shí)差與飽和水排替壓力的關(guān)系為

式（3）中的飽和水排替壓力為實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)得的，其值比實(shí)際地層條件下的飽和水排替壓力略大，其誤差主要因?yàn)闅馑缑鎻埩Γé襴－g）具有隨溫度增高而降低的特征。因此，在應(yīng)用過程中需要對(duì)其進(jìn)行校正［17］。氣水界面張力的變化規(guī)律為

圖4 鶯歌海盆地蓋層排替壓力與孔隙度的關(guān)系Fig.4 Relationship Between Displacement Pressure and Acoustic Time of Cap Rock in Yinggehai Basin

式中：T為地溫；H為埋深；t為地溫梯度；T0為地表溫度（18℃）。由此得到地下巖石排替壓力（Pw）的計(jì)算公式

依據(jù)聲波時(shí)差與排替壓力的關(guān)系，可以利用測(cè)井聲波時(shí)差資料來預(yù)測(cè)井的排替壓力。

鶯歌海盆地有健全的地震測(cè)線網(wǎng)，地震資料預(yù)測(cè)地下巖石的排替壓力是可行的，這樣可以彌補(bǔ)測(cè)井聲波時(shí)差在無井區(qū)和深層無法預(yù)測(cè)排替壓力的不足，計(jì)算原理與聲波時(shí)差預(yù)測(cè)相同。

2.1.2 排替壓力分布特征

利用排替壓力的求取方法對(duì)鶯歌海組二段泥巖蓋層排替壓力的平面分布進(jìn)行研究。鶯歌海組二段下部界面排替壓力為1.5～5.0MPa，由盆地中心向盆地邊緣排替壓力逐漸增大。盆地中心欠壓實(shí)作用的影響大于埋深影響，導(dǎo)致樂東區(qū)排替壓力最小，大部分地區(qū)在2MPa以內(nèi)，蓋層物性封閉性較差；東方區(qū)排替壓力為2～3.5MPa；鶯東斜坡帶及臨高地區(qū)排替壓力最高，大于3.5MPa（圖5）。

2.2 壓力封閉能力

2.2.1 蓋層超壓的求取方法

對(duì)研究區(qū)中深層泥巖蓋層壓力的預(yù)測(cè)可根據(jù)聲波時(shí)差，利用等效深度法計(jì)算求得［18－19］

圖5 鶯歌海組二段下部蓋層排替壓力等值線Fig.5 Isoline of Displacement Pressure of Cap Rock in the Lower Member 2of Yinggehai Formation

式中：ΔP為蓋層剩余壓力；ρr為沉積巖平均密度；ρw為地層水密度；Δt0為外推地表處蓋層的聲波時(shí)差；c為蓋層正常壓實(shí)趨勢(shì)線斜率；z為蓋層埋深。同理也可以用地震速度資料求取剩余壓力。

2.2.2 蓋層超壓分布特征

鶯歌海組二段下部泥巖蓋層剩余壓力為0～55MPa；整體上東南高，西北低；樂東區(qū)最高，東方區(qū)次之，臨高區(qū)及嶺頭區(qū)最低。D15－1和D22－1井區(qū)剩余壓力可以達(dá)到45MPa以上，為典型的強(qiáng)超壓區(qū)。與樂東區(qū)相比，東方區(qū)由于底辟構(gòu)造差異對(duì)壓力系統(tǒng)的影響，剩余壓力明顯要小，F(xiàn)29－1和F1－1井附近剩余壓力為10～27MPa。嶺頭區(qū)及臨高區(qū)由于埋深變淺，分別向東和向西北方向剩余壓力逐漸降低為0（圖6）。

3 蓋層封閉能力綜合評(píng)價(jià)

從微觀封閉機(jī)理上看，蓋層排替壓力和剩余壓力的耦合是蓋層的綜合封蓋能力，再考慮到宏觀封閉特征，氣藏封蓋保存條件主要受蓋層厚度、排替壓力、剩余壓力、氣藏內(nèi)部壓力、斷裂對(duì)蓋層破壞程度和天然氣本身性質(zhì)（流動(dòng)黏度）的共同影響［20］。因此，可以用蓋層封閉能力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)來綜合反映上述5個(gè)因素對(duì)蓋層封蓋保存能力的作用，即

圖6 鶯歌海組二段下部蓋層超壓等值線Fig.6 Overpressure Isoline of Cap Rock in the Lower Member 2of Yinggehai Formation

式中：f為氣藏蓋層封閉能力綜合定量評(píng)價(jià)指標(biāo)；h為蓋層厚度；μ為天然氣黏度；k為氣藏壓力系數(shù)；a為斷裂對(duì)蓋層的破壞程度，其值為0～1［21］。

大量研究表明，斷裂活動(dòng)可破壞蓋層的封閉性，成為油氣向上運(yùn)移的通道［22－23］。鶯歌海盆地晚第三紀(jì)坳陷發(fā)育，斷裂不再活動(dòng)，對(duì)應(yīng)地震反射界面T60以上構(gòu)造成因斷裂不發(fā)育。目前發(fā)現(xiàn)的中新統(tǒng)及以上沉積地層的斷裂都是流體底辟成因的張性或張扭性斷裂，其特征是傾角大、斷距小、延伸距離短，平面上分布在底辟帶內(nèi)。這些斷裂對(duì)蓋層的破壞程度很小，可以忽略不計(jì)。

由于鶯歌海組二段下部氣藏很少，一般氣柱高度在50m之上的氣藏為有工業(yè)價(jià)值的氣藏，所以氣藏壓力系數(shù)取50m氣柱高度氣藏的值。天然氣黏度可根據(jù)Lee等的經(jīng)驗(yàn)公式求?。?4］。當(dāng)f＞0.75，蓋層封閉能力為強(qiáng)；當(dāng)0.75≤f≤0.5時(shí)，蓋層封閉能力為較強(qiáng)；當(dāng)0.5＜f≤0.25時(shí)，蓋層封閉能力為中等；當(dāng)f≤0.25時(shí)，蓋層封閉能力為差。

鶯歌海盆地鶯歌海組二段泥巖蓋層封閉能力強(qiáng)的地區(qū)分布在樂東區(qū)大部、臨高區(qū)南部及東方區(qū)東部到一號(hào)斷裂之間的地區(qū)，一號(hào)斷裂南段、東方區(qū)東部和北部地區(qū)為蓋層封閉能力較強(qiáng)的地區(qū)，研究區(qū)邊部由于地層上傾出露地表，蓋層封蓋能力逐漸減弱。鶯歌海組二段泥巖蓋層封閉能力中等及以上的地區(qū)可作為天然氣的有效蓋層；由現(xiàn)有氣藏的分布可知，鶯歌海組二段泥巖蓋層封蓋能力良好，中深層的天然氣保存條件優(yōu)越（圖7）。

圖7 鶯歌海組二段泥巖蓋層封閉性綜合評(píng)價(jià)Fig.7 Mudstone Cap Rock’s Evaluation Map in Member 2of Yinggehai Formation

4 結(jié)語

（1）從微觀封閉機(jī)理上看，蓋層的綜合封閉能力是蓋層排替壓力和剩余壓力的耦合，再考慮到蓋層宏觀特征，氣藏封蓋保存條件的優(yōu)劣主要受到蓋層厚度、排替壓力、剩余壓力、氣藏內(nèi)部壓力、斷裂對(duì)蓋層破壞程度和天然氣本身性質(zhì)（流動(dòng)黏度）的共同影響。

（2）結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)氣井的位置，鶯歌海組二段綜合封閉指數(shù)顯示，封閉能力中等及以上的蓋層都是天然氣的有效蓋層。

（3）鶯歌海組二段區(qū)域性蓋層評(píng)價(jià)認(rèn)為，封閉能力中等及以上的蓋層分布在樂東、東方區(qū)大部、臨高區(qū)南部和鶯東斜坡帶一號(hào)斷裂西南部地區(qū)，覆蓋面積大，從蓋層角度體現(xiàn)出該盆地中深層天然氣保存條件良好。

［1］ 張啟明，劉福寧，楊計(jì)海.鶯歌海盆地超壓體系與油氣聚集［J］.中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），1996，10（2）：65－75.

［2］ 何家雄，祝有海，翁榮南，等.鶯歌海盆地油氣滲漏系統(tǒng)及油氣勘探前景［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32（1）：1－10.

［3］ 陳希仁，冼仲猷.鶯歌海盆地的基本石油地質(zhì)條件［R］.廣東湛江：中國(guó)海洋石油總公司湛江分公司勘探開發(fā)研究院，1999.

［4］ 黃勁松，劉長(zhǎng)國(guó)，牟廣山.貝爾凹陷大一段下部旋回泥巖蓋層封閉能力綜合評(píng)價(jià)［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，33（6）：19－24.

［5］ 張立含，周廣勝，尚福華，等.綏濱坳陷城子河組泥巖蓋層封閉能力綜合評(píng)價(jià)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（1）：39－40.

［6］ 李建民，王樹海.貝爾凹陷布達(dá)特群潛山蓋層封閉能力綜合評(píng)價(jià)［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，30（3）：8－10.

［7］ 談?dòng)衩?，任來義，張洪安，等.深層氣泥巖蓋層封閉能力的綜合評(píng)價(jià)——以東濮凹陷杜橋白地區(qū)沙河街組三段泥巖蓋層為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2003，24（2）：191－195.

［8］ 王 歡，王 琪，張功成，等.瓊東南盆地梅山組泥巖蓋層封閉性綜合評(píng)價(jià)［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，33（2）：152－158.

［9］ 呂延防，付 廣，張發(fā)強(qiáng)，等.超壓蓋層封烴能力的定量研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，2000，18（3）：465－468.

［10］ 黃志龍，高耀斌，郝石生.天然氣蓋層濃度封閉的定量評(píng)價(jià)及其應(yīng)用［J］.沉積學(xué)報(bào)，1996，14（2）：89－94.

［11］ 付 廣，呂延防.天然氣擴(kuò)散作用及其研究方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［12］ Schowalter T T.Mechanics of Secondary Hydrocarbon Migration and Entrapment［J］.AAPG Bulletin，1979，63（5）：723－760.

［13］ 付 廣，陳章明，姜振學(xué).蓋層物性封閉能力的研究方法［J］.中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），1995，9（2）：83－88.

［14］ 付 廣，龐雄奇，姜振學(xué).利用聲波時(shí)差資料研究泥巖蓋層封閉能力的方法［J］.石油地球物理勘探，1996，31（4）：521－528.

［15］ 劉文國(guó)，吳元燕，況 軍.準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域蓋層排替壓力研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（1）：17－19.

［16］ 付 廣，付曉飛，孟慶芬.用聲波時(shí)差研究泥巖蓋層毛細(xì)管封閉能力［J］.石油物探，2003，42（2）：261－264.

［17］ 黃志龍，郝石生.蓋層突破壓力及排替壓力的求取方法［J］.新疆石油地質(zhì)，1994，15（2）：163－166.

［18］ 真柄欽次.壓實(shí)與流體運(yùn)動(dòng)［M］.陳荷立，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1981.

［19］ 付 廣，張發(fā)強(qiáng).利用聲波時(shí)差資料研究欠壓實(shí)泥巖蓋層古壓力封閉能力的方法［J］.石油地球物理勘探，1998，33（6）：812－818.

［20］ 許書堂，楊玉娥，張東霞，等.東濮凹陷深層氣蓋層封閉性及有效性研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（3）：316－319.

［21］ 呂延防，萬 軍，沙子萱，等.被斷裂破壞的蓋層封閉能力評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43（1）：162－174.

［22］ 渠 芳，陳清華.對(duì)孤島油田西南緣斷層活動(dòng)性的新認(rèn)識(shí)［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，31（4）：394－399.

［23］ 曠理雄，郭建華，童小蘭，等.準(zhǔn)噶爾盆地南緣東段油氣成藏條件及成藏模式［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，29（1）：34－40.

［24］ Lee A L，Gonzalez M H，Eakin B E.The Viscosity of Natural Aases［J］.Journal of Petroleum Technology，1966，18（8）：997－1000.