松辽盆地天然气成因探讨(为庆祝《新疆石油地质》创刊30周年而作)

松辽盆地徐家围子断陷的天然气成因备受争议,焦点是有机成因气还是无机成因气.费托合成烃的反应可以发生如光合作用那样的碳同位素分馏作用,但未必显示碳同位素的反序分布.热液条件下费托反应在自然界更普遍,但其碳氢同位素的动力学分馏特征尚不十分清楚,碳同位素组成用于油气物源示踪识别仍有很大的不确定性.松辽盆地深部地壳特征表明,中地壳有一低速高导层,地幔流体CO2、H2可在此进行费托合成烃的反应,这种超临界的流体的反应可形成烃和烃类化合物.根据这一思路,松辽盆地深部(不仅仅是火山岩,还有花岗岩等基底岩石)有更多的天然气尚待勘探与发现,也可在其他盆地寻找大油气田.     

柴达木盆地东部第四系生物模拟及其应用

初步对柴达木盆地东部第四系生物成因气进行了模拟实验,证实盆地生物气具有很大的潜力。     

松辽盆地北部昌德东气藏CO2成因的地球化学判据

CO2气藏中CO2的百分含量、CO2伴生的烃类气体含量、稀有气体的含量及同位素、CO2产出的地质背景、δ13CCO2以及伴生甲烷同系物的碳同位素系列等特征都可以用来对CO2成因进行判别。昌德东气藏天然气中的CO2含量最高(89%~90%),CO2的碳同位素值为-4.06‰~-6.61‰,落在无机成因区,3He/4He值为3.9×10-6和4.5×10-6,介于幔源与壳源之间,伴生甲烷同系物的碳同位素都呈倒序排列,具有无机成因气负碳同位素系列的特征。对其更具体的母源区的判别有赖于对松辽盆地北部深部地质结构的研究及CO2/3He等新的CO2成因判据的探索。     

徐家围子断陷烷烃气碳同位素反序机制

松辽盆地徐家围子断陷深层天然气甲烷碳同位素重,且烷烃碳同位素序列大部分为倒转和反序。关于这些碳同位素反序的天然气是有机成因还是无机成因,一直存在争议。为此,进行了一系列烃类生成和合成实验。利用徐家围子断陷幔源二氧化碳进行了费-托合成实验,其烃产物大部分未发生碳同位素反序。选取松辽盆地深层沙河子组低成熟烃源岩,开展了生气模拟实验,并在对模拟产物进行化学组成和碳同位素测定的基础上,根据模拟实验温度条件与地质条件的差异,客观地选定了化学组成和碳同位素特征均与徐家围子断陷深层天然气一致的端元气,进行泥岩和煤生成的烃气产物在理论上的混合。混合结果表明,两种有机成因的端元气,在一定的混合比例区间内,会发生碳同位素倒转和反序。因此,无机合成的烃气碳同位素并不一定反序,而有机成因天然气混合也可能出现碳同位素反序现象。对生气模拟实验结果、现代火山泉水逸出气以及研究区源岩生烃条件综合分析表明,徐家围子断陷深层天然气以有机成因气为主。     

柴达木盆地三湖地区生物气地球化学特征及重烃组分成因分析

柴达木盆地三湖地区的天然气区是目前我国发现的最大生物气区.系统采集了该区涩北一号气田、涩北二号气田和台南气田不同气层组的35个天然气样和11个地层水样,进行了天然气组分和碳、氢同位素分析,同时对地层水的氢、氧同位素也进行了分析.结果表明:天然气组分以甲烷为主,CH4>99%,C2 <0.15%,干燥系数为0.999;气体同位素组成特征为-68.6‰<δ13C1<-63.9‰,-50.6‰<δ13C2<-40.7‰,-36.2‰<δ13C3<-31.9>‰,-234.7‰<δD1<-214‰;δ13C1与δD1关系图和δDH2o>与δD1关系式都显示出三湖地区生物甲烷形成途径以CO2还原为主.认为三湖地区生物气中重烃与该盆地热成因重烃地球化学特征明显不同,其重烃成因复杂,可能为生物成因和低温热成因共同作用的结果.     

长岭断陷无机成因天然气的判别与分布特征

通过对松辽盆地长岭断陷烷烃气和CO2碳同位素资料的分析,认为该地区存在无机成因天然气。烃类气体中具有重碳同位素异常(δ13 C1>-30‰)和负碳同位素系序(δ13 C1>δ13 C2>δ13 C3>δ13 C4)的同位素分布特征,CO2碳同位素分布在-4.63‰～-16.7‰,部分天然气表现出无机成因烃类气体的特点。3 He/4 He值为0.88Ra,指示有幔源氦的存在,说明该区天然气可能是壳幔混源。长岭断陷天然气藏中不仅无机成因烷烃气由北向南逐渐减少,且幔源CO2也表现出从西北向东南含量明显减少,与区域构造、断裂走向和火山岩密切相关等与无机成因烷烃气相似的分布特征。     

柴达木盆地东部天然气地球化学特征与勘探方向

柴达木盆地东部三湖地区天然气分布广泛,除已发现5个气田和2个含气构造外,还有大量的气显示.该地区天然气地球化学特征为甲烷碳同位素组成轻、重烃气含量低,经成因判识为典型的生物气,甲烷成因主要与二氧化碳还原作用有关.部分样品中检测到一定含量的C_5-C_8烃类,个别样品乙烷和丙烷碳同位素组成偏重,揭示该地区天然气中可能混有一定量热成因气.综合分析认为,柴达木盆地东部三湖地区生物气成藏具备良好的烃源条件和较好的保存条件.建议在天然气勘探中积极扩大目标领域,适当关注浅层和极浅层生物气、深层生物气以及深部热成因油气.图12表1参20     

柴达木盆地第四系生物气形成机理、分布规律与勘探前景

从生物气成烃条件、运移方式和封盖机理等方面，研究柴达木盆地第四系生物气藏形成机理、分布规律，原始有机质物气生成模拟实验结果表明，原始有机质生物转化率 可以高达85%以上。虽然第四系烃源岩残余有机质丰度低，平均有机碳含量为0.3%，但低丰度烃源岩仍然可以形成大型生物气田。柴达木盆地中东部三湖地区生物气主要以水溶相运移为主，即在盆地南侧和深部生成的生物气溶解在地层水中，由南向北侧向运移，当到达北侧时，埋藏变浅，地层水矿化度变高，天然气从地层水中析出，以游离相形式垂向运移成藏。在柴达木盆地向北斜坡地区，同时存在物理封闭，饱和盐水封闭和动态封闭3种机理。柴达木盆地第四系生物气藏形成条件良好。三湖地区北斜坡仍然是今后生物气的勘探重点地区，东部察尔汗地区和北斜坡深层是生物气勘探的有前景的地区。图5表3参12     

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浅层复合(混合)天然气藏广泛存在于含油气盆地中，有效鉴别浅层复合(混合)天然气藏中天然气的成因可为浅层气勘探提供有价值的信息。我国含油气盆地浅层天然气组分及碳同位素组成分布特征表明，浅层天然气在总体上显示相对较高的甲烷含量和相对较低的甲、乙、丙烷碳同位素比值。浅层复合(混合)气藏中天然气的来源决定了气藏不同的复合(混合)类型，如以生物气为主与低温热成因气的复合，以低温热成因气(生物-热催化过渡带气)为主与成熟/高成熟热成因气的复合，以及低熟油伴生气与微生物降解气的复合。浅层复合(混合)气无论是甲烷碳同位素分布特征还是组分组成特征大部分都与生物气与热成因气的混合气相似，但从重烃组分含量，乙、丙烷碳同位素比值及其差值的不同，可以判断浅层复合(混合)气藏中天然气各组分的主要来源。     

柴达木盆地西部坳陷区混源气判识

通过柴达木盆地西部坳陷区13个油气田的34个天然气样品组分和碳同位素值分析,运用天然气的甲烷、乙烷和丙烷碳同位素组成判识,柴达木盆地西部坳陷区天然气可划分为腐泥型原油伴生气,混合型原油伴生气,煤型气和混合成因气等4种类型混源气。西部坳陷区的大多数天然气属同源同阶的腐泥型原油伴生气、混合型原油伴生气或煤型气,由生物气或未熟混合型原油伴生气和低熟混合型原油伴生气复合而成的混合成因气仅分布于尕斯断陷亚区尕斯库勒油田浅层(上第三系),跃进二号西交点,以及油砂山油田和昆北断阶带乌南油田。     

普光气田的天然气可能是无机成因的

普光气田天然气的成因由于地质储量和气源等认识有待深入而备受关注。普光气田的深部中地壳存在一个低速层，该低速层是一个塑性层，具流变性质，是充满气体及离子的热液流体。一方面，热液流体与橄榄岩等超基性岩发生蚀变反应，生成Fe²⁺、Mg²⁺及V、Ni等；另一方面，CO₂(或CO)与H₂在中地壳的恰当温度、压力下，在V、Ni等金属的催化下，发生费-托合成烃的反应。这时，携带K⁺、Na⁺、Cl^-、Fe²⁺、Mg²⁺的热液体上升到沉积地层，当遇到碳酸盐岩时，便发生Mg²⁺交代或Fe²⁺、Mg²⁺交代形成铁白云石及盐岩等，当遇到碎屑岩（硅酸盐）时，便发生绿泥石化（Mg²⁺交代）、伊利石化（K⁺交代）、蒙脱石化（Mg²⁺交代）作用并生成盐类矿物。费-托反应生成的烃可沿断裂系统上升到储层中（如白云岩及砂岩）而成藏。研究结果表明，普光气田天然气的成因及成藏模式可能就是通过上述途径实现的，即普光气田的天然气可能是无机成因的。川东地区还是一个地球强烈排气的区域，那些尚没有圈闭成藏的天然气影响了当地气候（如酷热、森林大火等）。结论认为：寻找普光气田型的天然气藏（生物礁-白云岩-膏盐组合）是21世纪四川盆地天然气勘探的主要目标     

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论文探讨了文33块天然气中CO₂气及有机气体的成因。文33-204井CO₂含量高近80%、碳同位素值重δ13C_CO2为－9.0‰，CO₂同位素指示介于有机成因与无机成因之间，与同区块高部位CO₂含量低的其他井天然气同位素差别大，伴生的烃类气体组分与碳同位素表现为油型湿气特征。综合研究认为，文33块含二氧化碳高的文33-204、文269、文269-1的天然气中有机组分与CO₂是不同源，有机组分来源于下第三系泥岩地层，CO₂气体主要来源于石炭—二叠系的煤系地层，同区块而CO₂低的天然气，有机组分与CO₂为同源的，均来源于下第三系泥岩地层。     

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天然气有无机成因的。探讨了烷烃气和二氧化碳的死亡温度，说明在高温的地球深处有无机成因气存在。研究并给出了鉴别有机成因和无机成因烷烃气、鉴别有机成因和无机械因二氧化碳的指标。     

北部湾盆地福山凹陷CO2气成因探讨

北部湾盆地福山凹陷油气钻探中发现了高含CO₂气的天然气气藏。对CO₂气稳定碳同位素、伴生稀有气体氦和氩同位素进行了分析研究，结果显示，福山凹陷CO₂气稳定碳同位素偏重，(13C_CO2为-5.01～-10.08‰，绝大多数样品大于-7.0‰，为无机成因CO₂气特征；伴生稀有气体氦同位素³He/⁴He值为(4.74~5.03)×10^-6，R/Ra值为3.38～3.59；伴生稀有气体氩同位素⁴⁰Ar/³⁶Ar值为1881～2190，也显示出幔源或壳幔混合CO₂气的特征。综合判定认为，福山凹陷CO₂为壳幔混合成因。始新统流沙港组岩浆岩体分布特征与CO₂气藏分布范围基本一致，也表明幔源-岩浆可能是福山凹陷CO₂气的主要来源。与南海北部边缘盆地其它地区如珠江口盆地西部、琼东南盆地东部CO₂气成因一致，都为幔源-岩浆来源，或壳幔混合来源。     

储层自生方解石碳同位素值应用于油气运移示踪

以鄂尔多斯盆地上古生界气层为例，探讨了砂岩储层中自生方解石的碳同位素组成特征及变化机制，并剖析了其与天然气成熟度和二氧化碳碳同位素值之间的内在联系，进而认为：方解石的碳同位素组成与天然气的二氧化碳参与胶结物沉淀作用有关；其碳同位素值变化主要取决于含二氧化碳天然气的热演化程度；气源层早期成气演化阶段生成的成熟度较低的天然气中二氧化碳碳同位素值轻，所形成的自生方解石碳同位素相应较轻；而后期生成的成熟度较高的天然气中二氧化碳碳同位素值重，造成方解石碳同位素值相对也较重。因此可据储层自生方解石碳同位素比值与天然气成熟度及相应二氧化碳碳同位素值之间的关系，结合该盆地上古生界天然气的生成和运聚特点，将自生方解石碳同位素值作为油气运移示踪指标，并以此确定出米脂气田石盒子组气层天然气是由南向北运移的。     

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对鄂尔多斯盆地上古生界存在幔源成因无机气以及盆地的构造特征有利于幔源气上涌的观点进行置疑。鄂尔多斯盆地构造稳定，断裂主要集中在周缘，而且以挤压性质为主，并不利于幔源气的上涌；通过对天然气地球化学特征的分析，上古生界的天然气主要是上古生界石炭—二叠系煤系为烃源岩的煤成气组成：大部分甲烷的δ13C₁＜－30‰，显示有机成因，而部分δ13C₁＞－30‰是由于高成熟或者过成熟煤成气甲烷较重的结果；烷烃气虽发生单项碳同位素倒转，属于煤系不同源气或同源不同期煤成气的混合结果，烷烃气均为有机成因；部分二氧化碳气藏具有δ13C_CO2≥－8‰，为无机成因，是碳酸盐岩水解或者酸溶作用的结果；对盆地中氦的分析结果表明主要为壳源成因     

柴达木盆地东坪—牛东地区天然气地球化学特征及来源探讨

以柴达木盆地东坪—牛东地区天然气组分及碳同位素数据为基础,分析了天然气地球化学特征及成因和来源。研究区烃类气体以甲烷为主,重烃(C₂₊)含量低,介于0.5%~6.5%之间。东坪地区天然气干燥系数>97%,为干气;牛东地区天然气干燥系数介于90.3%~98.1%之间,具有干气、湿气共存的特点。天然气δ¹³C₁值介于-17.58‰~-36.4‰之间,δ¹³C₂平均>-29‰,其中东坪3区块烷烃碳同位素倒转,呈现无机成因气的特征,结合CO₂含量与δ¹³C_CO2值的关系,以及研究区发育高成熟侏罗系煤系源岩的地质背景,综合研究认为天然气为有机成因的煤型气。通过天然气成熟度和流体包裹体研究,结合阿尔金山前东段的成藏模式,认为牛东地区天然气来源于昆特依凹陷下侏罗统煤系源岩,存在2期充注:第一期以油为主;第二期以高成熟天然气为主。东坪地区天然气来源于坪东—一里坪凹陷下侏罗统煤系源岩,存在4期高成熟和过成熟天然气的充注,并导致了烷烃碳同位素的倒转。     

珠江口盆地番禺低隆起天然气成因和气源分析

指出:珠江口盆地番禺低隆起天然气组成差异较大,既有烃类含量很高的纯烃气藏,也有无机成因的二氧化碳气藏和高含氮气藏;天然气乙烷碳同位素值绝大多数小于-28‰,以混合气和油型气为主;甲烷碳同位素值介于-44.2‰～-33.6‰之间,C2+含量介于4.76%～10.98%之间,C1/(C2+C3)值介于6.28～21.44之间,大多属于高成熟―过成熟天然气;与天然气相伴生的高成熟凝析油具有较高的Pr/Ph值(2.58～6.38),双杜松烷有一定丰度,C304-甲基甾烷含量低,来自于恩平组烃源岩。利用ln(C1/C2)―ln(C2/C3)和(δ13C2-δ13C3)―ln(C2/C3)图版,结合油-气-岩的综合分析,认为番禺低隆起天然气以来自于恩平组烃源岩干酪根裂解气为主,以原油裂解气和文昌组烃源岩晚期干酪根裂解气为辅。     

费—托合成实验中烷烃气碳同位素分馏机理

40多年来的费—托合成模拟实验表明,只有部分结果出现了烷烃气碳同位素反序现象。通过较为完整的分析发现,其原因可能是:随着模拟实验时间的增加与温度的升高并随着产物转化率的增高,控制烷烃气碳同位素分馏的因素逐渐由动力学机制转变为热力学平衡,烷烃气碳同位素序列将由反序转变为部分倒转再到类似常规天然气的正序分布。只有在较短时间(转化率较低)或者开放体系(随生随排)条件下才遵从动力学分馏。电火花放电合成实验仅代表了理想状态下动力学分馏过程。     

吐哈盆地雁木西油田天然气成因分析

雁木西油田所产天然气在吐哈盆地有一定的特殊性，主要表现为含有一定量的硫化氢气体，部分样品的氮气含量高、甲烷含量低、烃类碳同位素值较重，并且重烃碳同位素值发生了倒转。探讨这些特殊性有助于全面认识吐哈盆地的天然气来源、成因与分布规律等，为此在天然气地球化学特征分析的基础上，结合具体的地质条件对天然气的来源、成因进行了系统地分析并取得了如下认识：①雁木西油田的原油溶解气分布在鄯善群和白垩系油藏中，成因上为腐殖型天然气，由烃类和非烃类组成；②烃类气体由甲烷和重烃组成，不同组分的含量与干燥系数均在较宽的范围内变化，但都表现为湿气特征；③非烃类气体主要由N₂、H₂S、CO₂等组成，其中CO₂含量普遍较低；④烃类气体、部分非烃气体及其伴生的原油主要来自侏罗系烃源岩，部分高含量的氮气为大气来源，硫化氢与深部石炭系海相碳酸盐岩有关；⑤部分天然气遭受了次生变化，烃类碳同位素值偏重、重烃碳同位素值倒转均与细菌的生物降解作用有关。