墨西哥湾砂岩型水合物成藏模式

天然气水合物

       在墨西哥湾北部Alaminos Canyon 21(AC21)、Walker Ridge313（WR313）和GreenCanyon 955（GC955）区块砂岩储层发现了天然气水合物。砂岩中相互连通的颗粒间孔隙内充填水合物与球状和分散型水合物不同，孔隙充填水合物较小，范围约10mm。GC955区块钻探目的是确定砂岩储层的天然气水合物，该区域地球物理资料显示充足气源、浅部沉积物大量断层提供的明显气体运移通道，而且与大型和持续的更新世水道—堤坝复合体有关的砂岩储层，横跨相邻工业井的地震资料显示水合物稳定带上部存在较厚的富砂地层。该区块位于一个盐枕被侵入破碎和抬升的晚更新世水道复合体上，进行了3口钻井，即I，H和Q井。水合物稳定带底部圈闭内含有大量振幅异常，该异常靠近但位于水道轴的西部。

       GC955-I井主要目的是水合物稳定带底部上320ft上的振幅峰值，该振幅出现4Wm电阻率异常，临近001井15ft水合物层（图1）。995-I井用来评价在水合物稳定带（GHSZ）内钻遇纯砂层的可能性，该位置地震资料显示无强振幅异常，避免了钻遇气流的风险。钻前地震反演预测的水合物饱和度在井位周围为28%-69%，大部分大于45%。从955-I井进行的电缆测井资料较好，从井径校正数据看，除砂层外大部分井径变化不大。该井明显具有三个主要地层，从海底至1240ft，伽马射线值为75API，是一个泥岩为主的地层；从1240ft至1620ft，伽马射线变化较大，最低达20API，表明为泥砂互层，含有不同厚度的薄砂层，从1-2ft至10ft厚。从1620ft以下深度，主要为细粒沉积物。电阻率在该井变化不大，大部分电阻率低值表为含水地层（无水合物和气体），仅在局部薄层出现电阻率增加，达3-5Ωm，表明为薄砂层。

图1过JIP及工业井的任意地震剖面及电阻率（黑线）和伽马射线（绿线）

       GC955-H井目标是砂岩相的振幅异常峰值及强波谷，位于构造圈闭的翼部和大型正断层东部的下降盘（图2）。该井位评价表明很可能在水合物稳定带钻遇砂岩及水合物层下钻遇游离气的中等风险。地震反演分析表明砂岩中水合物饱和度为50%左右。955-H井钻探显示从海底到深度1275ft，上部为泥岩层，电阻率在深度650ft逐渐增加到1.5Wm。从该深度至975ft，电阻率变化较大，范围为4-7Wm，方位电阻率成像表明出现高角度裂隙。从975ft（裂隙充填水合物底部）到1275ft砂岩层的颈部，电阻率在1.5至3Wm之间变化。从1275ft至1600ft，伽马射线比较低，为一个325ft厚的砂层，电阻率在该层变化较大，在上部80ft，电阻率稳定降低至0.8Wm。接着增加到20Wm或更高，而并没有岩性变化。随后的86ft（从1358-1444ft），电阻率从20至200Wm，该层存在大量薄互层。在1444ft，电阻率迅速降低至0.5Ωm，表明孔隙充填物的急剧变化，同样没有岩性变化。

图2 过GC955-Q强振幅异常任意测线的地震剖面、断层和电阻率、伽马射线测井

       GC955-Q井位于构造脊部，位于强地震波峰的地层和构造最高点，该位置水合物稳定带底部不好确定，但是该位置被认为是最可能含厚层或多个含水合物的区域，和H井位一样，存在强波谷反射，是最可能出现气流的井位（图1）。在主要目标层位下，剖面存在大量波峰和波谷的强振幅。从海底至深度1320ft，伽马射线值发生变化，但是一般较低，表明为一个富泥地层，含有少量薄层粉砂和砂层。电阻率逐渐从1Wm增加至水合物稳定底部2Wm，经过该井过一个断层区，尽管靠近955-H井裂隙充填水合物层，但是该井没有任何泥岩地层存在水合物证据。从深度1320至1440ft（伽马射线最深处），伽马射线值稳定降低，表明砂层顶部向上变薄。该层1360-1410ft深度含有一个薄砂层，含有大量黏土含量，电阻率为1.5Wm，如果含有水合物，饱和度为中等含量。从1420ft到电阻率测量的最深处1454ft，电阻率变化较大，从3-10Wm变化，几个峰值达20Wm，表明薄层状砂岩，与H井相似。从声波测井看，在整个砂层，电阻明显增加，表明含有水合物。

       Diana盆地位于墨西哥湾西北部，德克萨斯Galveston南部160英里，平均水深1478m，盆地边界是相对较浅的盐体，含有大量上新世-更新世砂岩层，大量盐体侵入到上新世及更新世的砂岩和泥岩地层。上第三系沉积环境有块体搬运复合体（MTD）和深水浊流沉积物组成，盆地中有5个油气田，主要为Diana（EB945）、南Diana（AC 65）、Marshall(EB949)、Madison(AC24)和Hoover(AC25)。勘探区BSR不明显或不存在，主要通过油气系统来进行水合物研究。前期油气系统的地质解释表明深水相复杂的砂岩分布，包括有限的供给水道系统、有限的水道复合体和朵叶体。

       图3为钻井曲线及地震剖面，水合物稳定带内主要有五个小层。层1约76.2米，剖面上呈平行、连续反射，为半深海的泥质沉积。层2约152.4米厚，地震上为低频、未成层的均匀相、以泥质为主，顶部含有薄的砂质沉积物，主要为不含砂的MTD层。层3为36.58米厚的砂质沉积物，顶部具有强波峰，底部具有强波谷。层4相对较薄约76.2米，为泥质和粉砂质与砂质的互层，呈连续、平行的反射特征。层5是以泥质为主的不含砂的MTD，具有杂乱反射和成层性差的反射特征。随钻测井表明，井B在层3位置，总的砂层厚度达38.1米，不含泥质沉积物。伽马测井曲线有一个明显降低，电阻率在该层段为2.0（欧姆·米），随后降低到背景电阻率。纵波速度在该层段未见明显增加，这正好与实验室观测到细粒沉积物区低水合物含量纵波速度变化不大相吻合。

图3 墨西哥湾MTD发育区的水合物层

       Diana盆地两个主要目标（EB992和AC21）至少有三个因素表明气体被运移至水合物稳定带。第一，两个都位于深部油气聚集区，AC21位于南Diana油田（AC65），产气层位5850ft；EB992井位于Rocketfeller油田上，该油田储层是晚更新世地层（1.7Ma），是常规烃类发现的最年轻地层。第二，两个井位都位于或靠近大范围隆起区，AC21包括浅部盐体挤入形成的AC65和AC66陡倾斜构造隆起区块，也包括一系列构造圈闭高点。从晚更新世地层提取的地震振幅异常与构造特征一致，被认为是含气地层，背斜脊发育在EB992南部。第三，两个目标井位都至少与一个切穿局部地层的断层相连，该断层连接了深部构造高点和晚更新世地层，为气体从深部运移浅部地层提供垂向通道。

       Rocketfeller油田储层的气源为生物成因，从晚第三纪到白垩纪运移热成因的通道不充分。因此，EB992井可能是生物气，来自于Rocketfeller断层的聚集流和原位有机碳由于微生物作用生成的甲烷。利用阿尔奇方程估算出水合物饱和度为低-中等含量，约占孔隙空间的20-40%。

       利用电阻测井响应解释的水合物层，为高孔隙砂岩储层低-中等饱和度水合物，而且，储层矿物、薄层影响和地层水盐度也可能影响电阻率。砂岩储层未见任何含气异常，即使JIPII钻探和初始评价后，都存在一个问题：为什么浅部地层没有完全充气？可能有多种解释，最可能是目标储层太年轻，如果假设充气为热成因气（气体组分未知），储层的绝对年龄可能在两个方面影响水合物饱和度：一方面可能是由于水合物层砂体比较新，可能未赶上排气阶段；另一方面可能是还一直处于充气阶段，未达到气饱和，水合物气源可能是原地生物成因气。该假设同样适用于生物成因气。在EB990井，距离AC21-B井4.1英里，砂层为含水而不是部分充填水合物，排除了局部的孔隙水盐度和矿物组分变化。EB990含水砂岩和EB992-001井、AC21-A和AC21-B井含水合物砂岩的主要差异在于含水合物的砂岩层是垂向的独立体，被埋藏相对较深。