气烟囱是指源岩或早期圈闭在压力平衡打破之后，流体泄压通过上覆地层，致使上覆地层不均匀含气及含有携带物，导致地震波扭曲在地震资料上形似烟囱的现象(关进安等，2009；卢振权等，2013).在全世界许多盆地发现气烟囱现象(如挪威北海、西非、墨西哥湾、南海、柴达木盆地、四川盆地等)，在烃类运移与聚集方面，发挥了重要作用(李冬等，2011；何丽娟等，2011).气烟囱在地震体上的响应特征并不是单一的，而是一个宏观上有联系的统一体(Hustoft et al., 2007).这为认识及识别气烟囱提供了可靠额依据.气烟囱的形成可能是幕式的，也可能是连续性的(邱楠生等，2007；吴时国等，2009；解习农等，2011).通过气烟囱在地震剖面的振幅异常，例如常伴有海底麻点，碳酸盐盐丘，泥火山及浅层气聚集的振幅异常(Hustoft et al., 2007；Helge et al., 2009)，可以分析地层和流体的变化.烃类从深层运移到浅部储层聚集成藏，有利于油气勘探，但也预示着浅层气的超压钻探危险(Hovland and Judd，1988).通过气烟囱在地震体及各种衍生属性体的异常特征，比如同相轴错断、振幅局部增强等特征识别气烟囱和有关流体储集的范围(Allen and Peddy，1993)，也有人利用多属性、神经网络支持向量机等技术方法识别烟囱体(Reilly， et al.， 2008; Stuevold et al., 2003; Hashemi et al., 2008).前人利用地震响应模型模拟了气烟囱持续性活动的形成过程，解释了烟囱迁移的裂缝网络和围岩不均匀含气导致地震波的扭曲现象(Borge et al., 2007)，并运用地震属性瞬时相位角属性有效的解释了气烟囱的泄漏路径(Nourollah and Keetley， 2010).本文通过实际地震资料及各种相关关属性手段：如神经网络，瞬时振幅及最小振幅，相干等，从根部、烃类的垂向运动和烃类运移的顶部进行描述异常的振幅及振幅组合特征，有助于揭示气烟囱的迁移痕迹，是研究油气成藏的有效手段.本文主要针对地震体上气烟囱的异常特征与油气关系识别气烟囱带及其体系，为烃类运移与聚集成藏提供重要信息，进而有效预测烃类的空间分布.

1 气烟囱的类型划分

由于气烟囱大部分诱导因素发育在深部地层，在地震剖面上探测不到或者地震分辨率太低，导致气烟囱形成机制的不确定性.初步认为可能来自超压源岩，也可能是深层已成藏圈闭遭到破坏形成的.有学者根据地层沉积后流体泄露使得永久变形以及流体上串导致地震成像变化相关异常进行分类(Hustoft et al., 2007).也有学者依据地层的压实程度及其与气烟囱的相互影响把断层和底辟、气烟囱区分进行讨论.但多数从不同角度关注烟囱本身的形态异常及其变化，本文主要研究气烟囱形态异常与油气聚集的关系，介绍了三种典型特征并进行具体分析：与多边形断层相关的管状，与各种底辟活动相关的模糊穹窿状及发育范围广泛的网状或线状，该分类从现象入手，有助于解释和研究具有气烟囱现象相关的成藏及寻找有利圈闭问题.下面根据气烟囱在地震体上的形态及其与油气有紧密联系分为三种类型进行介绍.

第一类与泥岩多边形断层有关(图 1)，以中挪威陆架边缘盆地为例，晚古新世-早始新世(55 Ma)大陆裂谷分开以及随后的热沉降，导致冰川被动大陆边缘盆地的形成，始新世-中中新世挤压活动导致该区N-S方向延伸的背斜构造.烃类正好来源于下部背斜构造圈闭有力勘探区储层泄露的热成因气，有助于天然气水合物的形成和浅层气的聚集.多边形断层普遍形成于压实和脱水的早期阶段，代表潜在的渗透率不均匀性.普遍认为超低渗透率封盖层发育多边形断层，这些断层对封闭的完整性有影响(Aminzadeh et al., 2002).多边形断层普遍发育在细粒岩性中，这类岩性主要为粘土、硅质和钙质软泥.多边形断层被作为传递液体的通道，这些微小断层未活动时，流体渗流的速度非常低.这表明断层活动时，发生膨胀及短暂的烃类喷流现象.

图 1

图 1 中挪威陆架边缘storegga斜坡北翼管状分布 (据Stuevold et al., 2003) Fig. 1 The distribution map of acoustic pipes at the northern flank of the Storegga Slide of the mid- Norwegian continental margin(Stuevold et al., 2003)

第二类是以各种底辟活动相关的穹窿状有关，侵入体本身刺穿上覆地层，侵入过程导致地层强烈的破坏和盖层变形，包括泥底辟，盐底辟，泥火山等，刺穿上覆地层，并携带流体和下伏地层的沉积物.到浅层遇到储层，易于聚集成为浅层气，但往往浅层气之下成像模糊，造成勘探困难，现在多采取叠前深度偏移或转换波勘探成像(图 2).

图 2

图 2 墨西哥湾地区气烟囱图(据Heggland et al., 2001) (a)气烟囱地震剖面图;(b)神经网络训练的烟囱体可视化. Fig. 2 The gas chimney map in the Gulf of Mexico(Heggland et al., 2001) (a)the seismic profile map of gas chimney;(b)The chimney body visualization of the neural network training.

第三类是以覆盖范围广泛烃源岩及下伏储层超压有关的网状或线状类型，形成机制推测下方厚层源岩高温环境下生烃产生的持久压力或局部构造活动导致地热上涌使得压力增加大范围产生水力压力破裂.直接沟通上方储层，释放压力的范围广泛，而不是集中于一点，上覆地层的储层发育，渗透性好，释放流体的速度小，有利于烃类聚集于过路的储层，在剖面上显示异常反射，有利于油气藏聚集，这是气烟囱油气运移聚集最为有利的成藏模式(图 3).

图 3

图 3 各种底辟相关的穹窿状侵入剖面图 (a)马来西亚地区浅层气剖面图(据Reilly et al., 2008); (b)印度尼西亚Ujung Pangkah油田浅层气剖面(据Reilly et al., 2008); (c)尼日利亚某浅层气藏剖面特征(据Aminzadeh et al., 2002). Fig. 3 Dome-like intrusive body profile map related to various kinds of diapir structure (a)Shallow gas section in Malaysia area(Reilly et al., 2008); (b)Shallow gas section of Ujung Pangkah gas field in Indonesia(Reilly et al., 2008); (c)Profile of shallow gas and gas chimney in Nigeria area(Aminzadeh et al., 2002).

地下深部流体的压力释放速度与上覆地层组合关系及相对位置决定了气烟囱在地震体上特征的不同表现，压力平衡一旦打破，流体释压向上逃逸，导致上覆地层的破坏和改造(Hustoft et al., 2007).流体根据地层物性差异以不同的方式向上覆地层运移，在地震体上的表现形式多种多样.

2 气烟囱的地震响应特征、识别

气烟囱的地震响应特征主要是从以下方面识别，包括气烟囱的同相轴反射特征：振幅局部增强、相位转换、同相轴连续性中断，频率降低等特征；气烟囱的波组波系特征：空白区、模糊带、杂乱反射、局部下洼、上拱等特征；气烟囱宏观外形特征：外部形态、大小、位置等.基于以上异常特征组合对气烟囱体系进行分类探讨.

第一类以中挪威陆架边缘管状气烟囱为例，中挪威陆架边缘storegga斜坡北翼管状构造分布，与下伏重力卸载地层压实脱水形成的远洋硅质泥多边形断层相关.高分辨地震数据解释揭示了上覆600~700 m厚的Naust地层相关软沉积物变形和上覆流体导管发育，流体迁移主要开始于中新世Kai地层细粒沉积物中的多边形断层(Hovland and Judd，1988).这些多边形断层在地震资料上表现为上突特征，可能是上覆致密地层，渗透性差，脆性好，与下伏多边形断层有关的流体上涌刺穿上覆坚硬地层有关，压力集中释放，微裂隙携带细粒沉积物和流体上涌，易于形成管状气烟囱.而Top Naust S地层的下拉效应产生一个延长的凹槽特征，推测是当由这些管簇刺穿水合物稳定区时，天然气聚集，致使上下界面阻抗差增大造成的.海底地震反射振幅强下拉现象表明管状构造顶部伴随麻点发育(图 1).

第二类为与各种底辟有关的穹窿状.这类气烟囱往往与泥底辟，盐底辟，火山侵入或深部地层强烈活动有关.以墨西哥湾地区为例，盐构造的顶部出现了浅层气富集的高振幅异常现象，海底出现的丘状或凹状反射可能是泥火山或者是碳酸盐建隆，这与流体的向上逃逸往往有关.箭头所指高振幅异常代表勘探区.弱振幅表明气体从深层向浅层及其海底的迁移路径(图 2a).三维可视化烟囱体展示了气体从深层到浅层及其海底的迁移过程(海底界面(棕色)，层位A(绿色)和层位B(蓝色)，红色轮廓的高振幅为浅层和深层探区，盐底辟为白青色，探测的气烟囱路径为黄色)(图 2b).

以马来西亚地区为例，高弯度水道的浅层气砂岩为高振幅异常反射，浅层气的出现造成正下方空白反射区或模糊区出现.由于下部地层超压现象明显，上覆地层的破坏严重以及上覆浅层气对地震波的吸收导致波场透明不畅、成像模糊(图 3a).以印度尼西亚Ujung Pangkah油田为例，盐丘运动引起的上拱使得上方产生了一个背斜圈闭，浅层区异常高振幅表明圈闭聚集气的出现.这种底辟类型的气烟囱泄漏往往流体释压速度快，泄漏到浅层遇到好的储层形成浅层气，但浅层气下方由于成像问题造成勘探困难，目前多采用叠前深度偏移或转换波成像.John采用了横波资料成功地解决了由于气烟囱过路引起的成像模糊问题，含气储层及上覆地层构造认识清楚(Granli et al., 1999).以西非尼日利亚某浅层气藏地震数据体进行特殊处理之后，发现了气藏下部气烟囱的运移路径，表明认识气烟囱迁移路径与有利储层的配置关系对油气的勘探非常重要(图 3).

第三类是与烃源岩或者下伏成藏区超压有关的网状与线状类型.以孟加拉扇某气田为例，孟加拉扇具有厚度巨大、分布广泛、有机质含量较高的优质烃源岩，且在部分深海区块钻井取样中，对烃源岩进行了热演化分析，证实中新世泥岩已经成熟，下中新统泥岩层相对成熟度更高，为区域性分布的主力烃源岩.泥质沉积丰富，由于快速沉积以及烃源岩热演化造成的超压现象.同时研究区属于印度东南的孟加拉湾盆地，向东紧邻孟加拉扇西部发育走滑-俯冲带，发育近南北向逆冲断层，构造作用强度向海减弱，大型断裂基本不发育，以微裂隙为主，为该类型的气烟囱形成具备了条件.

这种类型的气烟囱在地震体上以网状与线状交错出现，同相轴的连续性低于周围地区.气烟囱带以低振幅杂乱反射为主，这种气烟囱通道呈现在超压含气源岩或者含气储层上方，气烟囱带含气是流体慢速运移的标志.在储层带横向连续性好，孔渗高，呈现亮点反射特征，聚集了流体使得地震波速度降低，甚至造成振幅极性反转(图 4).这种类型流体大量侧向迁移，使得局部地区振幅异常增强，而相邻其它振幅减弱.该地区断层不太发育，压力释放速度相对小，使得流体大量渗入该区的渗透储层中，因此上覆地层物性和流体释压速度决定了流体的迁移状况.在物性好的地区流体压力容易释放，导致储层大量含气，在地震资料上为高振幅亮点反射特征.物性差产生水力压力破裂，流体上涌携带细粒沉积物且少量含气，在地震剖面上显示模糊区.海底麻坑现象在相干体属性上可以清晰的看到，预示着流体运移和烃类泄漏一直在持续，浅层气的聚集不存在超压现象或超压现象不严重，麻点大小及麻坑深度取决于较软沉积物的厚度及气烟囱活动的剧烈程度(图 4a，b).

图 4

图 4 孟加拉扇气烟囱剖面图Fig. 4 The gas chimney distribution map in Bengal fan

图 5

图 5 海底相干属性图及麻点分布Fig. 5 The coherent attribute figure and pockmarks distribution in the seafloor

我国柴达木盆地三湖坳陷第四纪发育多个生物气田，在气田上部发育大量气烟囱现象，气田发育部位及周围可以清晰的看到气烟囱的路过迹象，烟囱带内随机地、不连续地分布着强振幅和弱振幅，泄露路径为空白反射或杂乱反射(梁全胜等，2006).气烟囱在一个区块内的分布显示流体分布特征.反射相对较弱，同相轴混乱程度不严重，常常出现亮点，暗点，平点和相位转换及其连续性中断，偶见杂乱反射，这类现象对应的上覆储层物性相对较好，流体释放压力的速度慢，导致储层聚集大量流体.这种特征由于对地层造成的破坏不严重，对于宏观地层解释及认识地质现象不受太大影响.

地震反射异常特征是地层的真实情况及地震波反射响应的综合反映，气烟囱特征主要取决于气体向上运移对原沉积地层进行破坏并改造以及地层饱和流体在地震信号的响应耦合关系.根据上述特殊现象识别烟囱，整体上从烟囱的泄漏根部、烟囱带到顶部的浅层气及麻点等各种现象联系起来进行综合分析，认为振幅的各种变化及AVO响应等异常特征有助于识别气烟囱体系.探索地质现象及成藏规律时要关注流体对地层的改造，同时有利于分析地层物性及寻找有利圈闭.

3 气烟囱成藏模式及油气勘探意义

烃类垂向迁移主要靠流体积累的压力和上浮浮力，流体垂向及侧向迁移取决于地层物性和释压速度，好储层往往容易被充注，流体运移选择优势通道在气烟囱带上的运移也是适用上.通过以上讨论，总结了气烟囱成藏模式.

第一类成藏模式多发育于细粒沉积物差异负载产生的多边形断层及上覆地层致密脆性好的地层.当流体压力前缘达到最小主应力地层，开始破裂，水利压力破裂产生的裂缝可以穿刺上覆几百米的地层，直到压力前缘进入高渗透区和高孔隙度区.高聚集气区与周围地层相比造成视速度构造下拉现象.管状顶部构造高阻抗差表明自身碳酸盐岩和海地附近汽水化合物的结晶，表明导管长期泄露甲烷气体.

第二类成藏模式在多数情况下由于地下深层活动比较剧烈，流体上串的速度很快造成地层破坏严重，直到浅层遇到物性好的储层聚集成藏，往往在底辟活动之上地层地震数据展示了浅层气聚集，对寻找浅层气圈闭有利.

第三类成藏模式流体在下伏流体压力的作用下，运移过程中优先选择渗透好的通道，使得优质储层聚集成藏，在地震体上显示强振幅.气烟囱不仅在垂向上运移到浅层地层甚至到海底，侧向运移的范围也能达到几百米甚至更远，尤其缅甸区块气烟囱和储层有良好的匹配关系，气烟囱带覆盖范围很广.

气烟囱在地震体和属性图上异常的识别及气烟囱为流体垂向及侧向运移提供通道，对烟囱带和周围地层单元的相带分析，有利于找到含油气储层.与多边形断层有关的管簇类往往伴生天然气水合物和浅层气.与底辟活动相关的穹窿状顶部聚集浅层气，造成它正下方地层成像模糊，能不能成为勘探目标取决于浅层气压力预测的准确性及其偏移的成像情况.而广泛发育的网状和线状类型的气烟囱与上覆的地层匹配关系良好，气烟囱作为运移通道，把流体运移到上覆储层单元，在烟囱带周围及其顶部形成良好的含气储层(图 7)，这种类型的特征在世界很多地区都有发现.

图 6

图 6 柴达木盆地高分辨率气烟囱分布图 (据梁全胜等，2006) Fig. 6 The gas chimney distribution map in Qaidam Basin(LIANG et al., 2006)

图 7

图 7 气烟囱模式图 (a)与多边形断层相关的管状;(b)与底辟活动相关的穹窿状;(c)与烃源岩及下伏储层超压有关的网状或线状.Fig. 7 The model pattern of gas chimney (a)The pipe type relevant to the polygonal fault;(b)The dome-like intrusive body relevant to diapir activities; (c)The threadiness and net type relevant to hydrocarbon source rocks and underlying reservoir.

4 结 论

4.1 根据气烟囱在地震剖面上的表现特征及与油气聚集位置关系可把气烟囱分为与多边形断层相关的管状、与底辟活动相关的穹窿状及与烃源岩及下伏储层超压有关的网状或线状等三种类型.

4.2在地震剖面上解释了三种与油气有关的气烟囱类型，识别并解释了反射异常特征及与上覆储层之间的匹配关系，找出了勘探有利区.

4.3 三种气烟囱具有不同成藏模式，其中第三类成藏模式规模大，对油气聚集成藏最为有利.