中国西北地区侏罗系煤成气地球化学特征与勘探潜力

中国西北地区侏罗系煤系地层广泛发育,主要分布于塔里木、准噶尔、柴达木和吐哈等盆地,煤成气资源非常丰富。中国西北地区侏罗系虽然具有相似的构造及沉积背景,但其形成的煤成气地球化学特征既有相似性,又有差别,因此,分析总结不同盆地侏罗系含油气系统的煤成气地球化学特征和勘探潜力,对寻找不同类型的煤成气藏具有重要的借鉴意义。通过综合对比分析认为中国西北地区侏罗系煤成气的干燥系数呈现"湿气单峰型"、"湿气—干气双峰型"和"干气单峰型"3种类型;δ~(13)C_1值分布范围大,对应烃源岩从低熟到过成熟完整的序列;出现的部分C_2和C_3的同位素倒转主要是混源作用和生物作用造成的;烃源岩成熟度是造成不同地区天然气地球化学差异的主要原因。西北地区侏罗系煤成气勘探潜力大,构造气藏的勘探程度相对较高,构造—岩性、岩性气藏是西北地区侏罗系煤成气未来的主要勘探类型;塔里木盆地库车坳陷的侏罗系、准噶尔盆地南缘的白垩系—侏罗系、吐哈盆地侏罗系高成熟煤成气和柴达木盆地侏罗系高—过成熟煤成气勘探潜力大,是未来西北侏罗系煤成气勘探的重要领域。     

辽河坳陷东部凹陷低熟气地球化学特征

通过分析辽河坳陷东部凹陷29个天然气样品的地质和地球化学特征,探讨了研究区天然气成因类型的新认识。研究区主要烃源岩为古近系沙河街组和东营组,母质类型以偏腐殖型为主,热演化程度主体处于0.5%~1.0%之间。天然气组分以烃类气体占绝对优势,干气、湿气并存;δ13 C1值为-46‰~-38‰、δ13C2值为-30‰~-25‰、δ2 HCH4值为-250‰~-210‰;C5-7轻烃化合物中富含异构烷烃,庚烷值和异庚烷值均落在低演化区。对比分析吐哈低熟气特征,指出研究区探明天然气的主体属于低熟气范畴,满足其2个本质属性:母质为偏腐殖型、成熟度处于低演化阶段。气源对比表明,天然气主要来源于古近系沙三段(Es3)陆相湖盆偏腐殖型源岩,它的成熟度(RO)与基于"δ13C1—RO"计算得出的天然气RO值(0.50%~0.90%)在空间分布特征上相吻合。此外,微生物活动对气藏后期的改造作用也不容忽视:大部分C2+烃类被微生物消耗而使天然气组分变干;C2、C3含量降低至一定程度时,δ13C2值、δ13C3值呈现异常高,甚至达到正值,而δ13C1值受微生物活动影响较小;正庚烷容易被降解而使研究区天然气庚烷值相比吐哈低熟气更低。     

渤海湾盆地天然气勘探方向与目标

渤海湾盆地截止20世纪末已发现气田111个,探明气层天然气地质储量2 716.98×108m3,按其成因分为下第三系烃源气和石炭—二叠系煤成气2种。该文在重点分析了中国石油集团公司所辖4个探区石炭—二叠系煤成天然气资源潜力的基础上,提出扩大冀中东北部石炭—二叠系残留盆地勘探成果,突破临清坳陷丘县凹陷古生界原生天然气藏出气关,战略准备黄骅坳陷南部石炭—二叠系残留盆地等3个勘探方向和码头、韩村、曲周、馆陶、乌马营、王官屯等6个目标。      

吐哈盆地台北凹陷天然气碳氢同位素组成特征

吐哈盆地为中国重要的富油气盆地,目前该盆地的天然气勘探主要集中在台北凹陷,有关台北凹陷的天然气成因和来源一直存在诸多争议。通过分析台北凹陷巴喀、丘陵、鄯善和温米等4个油气田23个天然气样品的组分和碳氢同位素组成,结合前期红台和丘东气田天然气地球化学资料以及前人研究成果和区域地质背景,开展天然气成因和来源研究。结果表明:台北凹陷巴喀、丘陵、鄯善和温米等地区天然气以烃类气体为主。甲烷含量为65.84%～97.94%,重烃(C_(2—5))含量高达34.98%,非烃气体(CO_2、N_2)含量非常低,为湿气。天然气δ~(13)C_1值为–44.9‰～–40.4‰,δ~(13)C2值为–28.2‰～–24.9‰,δ~(13)C_3值为–27.1‰～–18.0‰,δ~(13)C_4值为–26.7‰～–22.1‰;天然气δD1值变化不大,为–272‰～–252‰,δD_2为–236‰～–200‰,δD_3为–222‰～–174‰。甲烷及其同系物(C_(2—5))基本上为碳氢同位素组成正序排列(δ~(13)C1δ~(13)C_2δ~(13)C_3δ~(13)C_4δ~(13)C_5、δD_1δD_2δD_3),与典型的有机成因烷烃气碳氢同位素组成特征一致。研究区天然气为成熟度较低的煤成气(Ro均值为0.7%),主要来自中下侏罗统煤系源岩。天然气氢同位素组成受到烃源岩热演化程度和形成环境水介质的影响,数据表明研究区天然气烃源岩为陆相淡水湖沼沉积。巴喀油田巴23井和柯19井天然气后期发生次生改造,为生物改造气。图9表2参58     

冀中坳陷北部天然气成因类型与勘探前景

经过近40 a的勘探,冀中坳陷北部(廊固和霸县凹陷)发现了生物气、低熟气、成熟气和煤型气等4种成因类型的天然气,以及生物气-低熟气、低熟气-成熟气和煤型气-低熟气的混合成因气。通过地球化学和成藏条件分析,查明了源于沙河街组的生物气、低熟气、成熟气和源于石炭—二叠系的煤型气的分布规律和鉴别特征,认为廊固凹陷柳泉和河西务地区明化镇组沉积期断层活动导致地表水渗入被抬升的沙三段烃源岩,进而导致微生物复苏而形成后生生物气,其他地区是低熟油气聚集场所;霸县凹陷文安斜坡是低熟气,同时也是煤成气聚集区,牛头镇二台阶是成熟油气聚集场所。通过天然气成藏控制因素分析,认为冀中坳陷北部天然气勘探前景良好。     

黄骅坳陷中生代构造运动对上古生界煤系烃源岩生烃演化的控制

近期,渤海湾盆地黄骅坳陷港北、乌马营和歧北等古潜山内幕与上古生界煤系有关的原生气藏勘探取得重大发现,揭示其巨大的油气资源潜力。为了深入认识该坳陷中生代构造运动对上古生界煤系烃源岩生烃演化的控制作用,采用构造解析、埋藏—热史分析、岩心薄片观察以及盆地生烃模拟等手段,综合分析了中生代构造体制与演化、盆地迁移过程、煤系烃源岩地球化学特征和生烃史,研究了中生代盆地沉降、迁移及岩浆活动对煤系烃源岩生烃的影响。研究结果表明:①黄骅坳陷中生代发生了多期、多类型的构造运动,构造事件主要有三叠纪克拉通抬升—沉降运动、侏罗纪差异压陷—压扭运动、白垩纪火山活动和伸展抬升运动;②盆地迁移过程为由南向北,孔店隆起为南、北迁移的重要界限;③黄骅坳陷上古生界煤系烃源岩经历两次生烃过程,存在着早期油气藏;④沧东凹陷上古生界煤系晚侏罗世末进入有效生烃门限,歧口凹陷上古生界煤系烃源岩早白垩世末进入生烃门限;⑤中生代构造运动对烃源岩一次生烃演化的控制主要体现在中生代各时期盆地迁移事件控制烃源岩一次生烃序列、岩浆岩局部加热事件促使烃源岩中有机质加速生烃和异常成熟等两个方面。结论认为,该研究成果明确了中生代构造运动对上古生界煤系烃源岩一次生烃演化的控制作用,对华北地区中生代构造运动、原型盆地恢复、煤系生烃演化研究以及油气勘探等都具有参考价值。     

中国天然气水合物气的成因类型

基于中国祁连山冻土带、南海北部珠江口盆地、台西南盆地的陆坡等天然气水合物样品资料,进行了天然气水合物气的成因类型分析。研究结果表明,祁连山木里地区中侏罗统江仓组发现的天然气水合物气主要是油型气,为自生自储型,δ~(13)C_1值为-52.7‰~-35.8‰,δ~(13)C_2值为-42.3‰~-29.4‰;还发现了少量煤成气,气源岩可能主要为中侏罗统木里组含煤地层,δ~(13)C_1值为-35.7‰~-31.3‰,δ~(13)C_2值为-27.5‰~-25.7‰。南海珠江口盆地与台西南盆地天然气水合物气主要是CO_2还原型生物气,δ~(13)C_1值为-74.3‰~-56.7‰,δD1值为-226‰~-180‰;还发现热成因气遗迹,δ~(13)C_1值为-54.1‰~-46.2‰。综合国内外20个地区(盆地)相关天然气水合物气地球化学资料,提出世界天然气水合物热成因气既有油型气也有煤成气,以油型气为主,在中国祁连山和加拿大温哥华岛附近识别出了少量煤成气,煤成气δ~(13)C_1值重即大于等于-45‰,δ~(13)C_2值大于-28‰;油型气δ~(13)C_1值为-53‰~-35‰,δ~(13)C_2值小于-28.5‰。世界天然气水合物气主要是生物成因气,并以CO_2还原型生物气为主,仅在俄罗斯贝加尔湖盆地发现乙酸发酵型生物气。CO_2还原型生物气δD1值重即大于等于-226‰,乙酸发酵型生物气δD1值轻即小于-294‰。世界天然气水合物的生物气δ~(13)C_1值最重的为-56.7‰,最轻的为-95.5‰,其中-75‰~-60‰是高频段。世界天然气水合物气δ~(13)C_1值最重为-31.3‰,最轻的为-95.5‰;δD_1值最重的为-115‰,最轻的为-305‰。     

准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩和天然气地球化学特征及低熟气勘探前景

对准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩有机地球化学特征进行了研究,结果显示准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩有机碳含量分布范围广泛,TOC为0.13%~81.06%,烃源岩评价为差—中等生油潜力,但生气潜力较大;镜质体反射率Ro分布和与热演化程度相关的生物标志化合物参数(OEP值、CPI值、甾烷和藿烷异构化参数、甲基菲指数等)表明大多数烃源岩处于未成熟—低成熟热演化阶段;有机质类型以III型为主,部分八道湾组和西山窑组烃源岩为II2型。此外,对准噶尔盆地东部侏罗系天然气组分和碳同位素组成分析结果表明,侏罗系天然气以烃类气体为主,甲烷含量为65%~98%,C1/C1-5为0.62~0.98,以湿气为主,碳同位素组成分布范围较广,其中甲烷同位素组成δ13 C1值为-50.7‰~-28.2‰,乙烷δ13 C2为-32.5‰~-23.7‰,丙烷δ13 C3值为-30.6‰~-21.6‰,以煤型气为主,仅三台—北三台地区天然气显示为油型气-煤型气混合的特征。在对准噶尔盆地东部地区侏罗系煤系烃源岩和天然气样品分析的基础上,通过与吐哈盆地典型低熟气区烃源岩和天然气地球化学特征对比认为准噶尔盆地东部阜东和三台—北三台地区已形成一定规模的低熟气聚集,具有巨大的勘探潜力,是准噶尔盆地低熟气有望取得突破的重点地区。     

渤海湾盆地CO2气田（藏）地球化学特征及分布

通过对渤海湾盆地典型CO2气田(藏)系统的地质与地球化学特征分析,研究了CO2气田(藏)的成因及分布规律.中国东部渤海湾盆地黄骅坳陷和济阳坳陷已发现11个CO2气田(藏),天然气地球化学特征分析显示:气田(藏)中CO2含量、δ13Cco2组成和R/Ra值互呈正相关关系,而CO2含量与CH4含量呈负相关关系δ13Cco2组成较重、R/Ra值及40Ar/36Ar值较大,说明CO2以幔源无机成因为主.黄骅坳陷CO2气田(藏)存在有机成因和无机成因两种不同类型的烷烃气,而济阳坳陷.CO2气田(藏)中的烷烃气是有机成因的,并以油型气为主.结合该区地质特征研究发现,火山幔源型CO2气田(藏)通常分布在高地温场、断裂交汇部位、火成岩区及其附近和R/Ra值高异常带,这些规律可为预测CO2富集有利区提供依据.图9表1参36     

四川盆地川西坳陷成都大气田致密砂岩气地球化学特征

川西坳陷是中国石化在四川盆地的重要探区之一,该区陆相致密砂岩气勘探近年来取得重要突破,发现了以上侏罗统致密砂岩为主力储层的成都大气田,但对其天然气来源及与邻区天然气特征差异的认识缺乏地球化学证据。天然气地球化学特征研究表明,成都大气田侏罗系致密砂岩气干燥系数（C₁/C_1?5）介于0.939~0.982之间,δ¹³C₁、δ¹³C₂和δD₁值分别介于-33.7‰~-30.7‰之间、-25.4‰~-22.3‰之间和-162‰~-153‰之间,烷烃气碳、氢同位素系列均表现出正序特征。碳氢同位素组成揭示了侏罗系致密气为典型煤成气。根据煤成气二阶段分馏模式计算所得R_O值与成都气田须家河组五段烃源岩实测R_O值一致,反映了侏罗系致密砂岩气主体来自须五段烃源岩。研究区下侏罗统白田坝组基本不发育有效烃源岩,对侏罗系气藏没有显著贡献。受气源及成藏过程的差异影响,川西坳陷不同气田侏罗系天然气具有不同的地球化学特征。     

鄂尔多斯盆地定北地区上古生界天然气来源

定北地区是中国石化在鄂尔多斯盆地的重要探区之一,近年来该区上古生界天然气勘探取得了重要突破,但对该区天然气成因和来源的研究程度偏低,前人对盆地内上古生界天然气是否发生了大规模侧向运移也存在争议。天然气地球化学特征研究表明,定北地区上古生界天然气为典型干气,干燥系数(C_1/C_(1-5))介于0.977～0.986之间,δ~(13)C_1值、δ~(13)C_2值和δD_1值分别为-30.6‰～-28.6‰、-25.9‰～-24.1‰和-191‰～-177‰,CH_4、C_2H_6碳、氢同位素组成均为正序特征。烷烃气碳、氢同位素组成等综合表明,定北地区上古生界天然气为典型煤成气。根据煤成气二阶段分馏模式计算所得R_O值与定北地区上古生界烃源岩样品实测R_O值一致,表明定北地区上古生界天然气主要来自原地的太原组—山西组烃源岩。位于鄂尔多斯盆地东北部的大牛地气田与定北地区相比,其天然气具有较低的δ~(13) C_1值、C_1/C值_(1-5)和C_1/C_(2+3)值及更高的C_2/C_1值,表现出来自相对较低成熟度的烃源岩的特征而不是运移效应,这表明鄂尔多斯盆地上古生界天然气未发生大规模的侧向运移。     

碳同位素组成异常的天然气成因探讨——以辽河坳陷东部凹陷为例

天然气碳、氢同位素组成特征是判识天然气成因类型、进行气源对比、确定天然气成熟度等的有效地球化学手段.研究认为,甲烷的碳同位素组成主要受源岩母质类型和热演化的影响,乙烷、丙烷等重烃的碳同位素组成主要取决于源岩有机质的碳同位素组成,同时也明显受热演化程度的影响.在辽河坳陷发现一类碳同位素组成异常的天然气,分布于辽河坳陷东部凹陷南部地区,其甲烷的碳同位素δ13C₁值为-44‰～-40‰,乙烷δ13C₂值为-13‰～-6.6‰,丙烷δ13C₃值为-6.1‰～+3.3‰.该类天然气的乙、丙烷异常富集重碳同位素,到目前为止,在天然气藏中还是首次发现.根据地球化学资料和地质背景分析认为,该天然气应该属于无机气和有机气的混合气体.      

歧口凹陷歧深1井气源综合对比

歧深1井是一口位于渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷滨海断鼻的深层探井,在4 823.0～5 088 m沙三段地层用10.32 mm油嘴日产气54 611l m3.天然气甲烷、乙烷碳同位素异常重,δ12 C1值在-35.7‰～-32.7‰之间δ13 C2值在-19.1‰～-15.2‰之间.通过对该井沙三段烃源岩热解气碳同位素和轻烃的研究,并结合天然气组分、碳同位素和轻烃以及储层包裹体的特征,认为该天然气属于高成熟天然气,主要来自研究区埋深更大的沙三段烃源岩,具有多期充注的特征.证实歧口凹陷存在高成熟,甚至过成熟天然气,进一步明确歧口凹陷深层天然气勘探要以沙二段、沙三段为主要目的层.     

渤海湾盆地石油储量增长规律及潜力分析

渤海湾盆地是目前我国已发现石油储量最多的大型油气盆地,它有三个大的油气富集带:西部的冀中坳陷带、中部的黄骅-临清坳陷带和东部的济阳-渤中-辽河坳陷带.通过大量勘探实例和储量增长规律研究,剖析各个油气富集带与地质特征的关系,认为渤海湾盆地资源潜力与勘探对策是:海域的储量探明程度仅为29.7%,是下步储量增长的重要潜力区;陆上以寻找构造+岩性的复合隐蔽油气藏为勘探重点,针对不同层系采取不同勘探策略,浅层以重新部署三维地震和老资料处理发现新的含油区带,中层开展老井复查、实行滚动勘探发现新层新块,深层开展有效储层研究、寻找碳酸盐岩油气藏.随着勘探程度的不断深入,渤海湾盆地的储量将会出现新一轮增长高峰.     

中国煤成气潜在区

煤成气在中国天然气工业中有重大作用，已探明天然气储量中煤成气占三分之二，大气田总储量中煤成气占五分之四，各大气区以产煤成气为主。中亚煤成气聚集域东部（中国境内）盆地和亚洲东缘煤成气聚集域中部（中国属辖）大陆架盆地是煤成气主要分布区。根据煤系和其上覆盖层沉积时的构造环境（活动）特征，中国煤成气田发育区有以下4种类型：①双稳定型；②稳定-活动型；③断陷-稳定型；④坳陷型。尽管目前中国的煤成气勘探取得重大成果，但仍有煤成气远景好的地区未作重点研究和勘探，如：四川盆地中部、塔里木盆地英吉苏凹陷、准噶尔盆地陆东-五彩湾地区、黄骅坳陷南皮凹陷和歧口凹陷、亚洲东缘煤成气聚集域中带和松辽盆地深层等煤成气潜在区。表1参21     

渤海湾盆地黄骅坳陷中生代构造特征分析

渤海湾盆地黄骅坳陷中生代受到印支运动与燕山运动的影响,但因被晚白垩世以来沉积物覆盖,没有很好的露头资料,使得其中生代构造运动的具体特征仍不清楚。基于地震等资料,利用平衡剖面分析以及计算缩短率等方法,分析了黄骅坳陷基底及盖层的构造几何学及运动学特征。根据三叠系、侏罗系、白垩系残余厚度与研究区构造演化剖面等资料,按照中生代构造运动强度将黄骅坳陷分为印支期强挤压区(南部地区)、中生代弱变形区(中部地区)和燕山运动强挤压区(北部地区)。黄骅坳陷中生代主要经历印支运动与燕山运动两期应力方向不同的挤压构造活动,其中印支期鲁西地块向北与黄骅坳陷发生挤压碰撞使得黄骅坳陷南部地区产生了大量逆冲断层,而燕山期燕山褶皱带对黄骅坳陷施加自北向南的挤压应力并促使其在北部地区形成了巨大复背斜。黄骅坳陷南部地区在印支期发生强烈变形,中部及北部地区印支运动响应微弱;燕山运动则正好相反,在黄骅坳陷北部地区活动强烈,在中部及南部地区响应微弱;黄骅坳陷中部地区即孔店-北大港地区构造活动微弱,为两期构造运动波及范围的分界带。中生代变形强烈的区域往往拥有更高的油气勘探潜力,总体上位于黄骅坳陷北部地区的潜山普遍优于位于中南部地区的潜山,而南部地区的潜山则普遍优于中部地区的潜山。本文研究结果对黄骅坳陷下一步潜山油气勘探具有一定的指导意义。     

徐家围子断陷沙河子组致密气地球化学特征及成因

随着松辽盆地非常规天然气勘探的深入,徐家围子断陷沙河子组致密气成为盆地深层天然气勘探新的热点并不断取得突破。为明确沙河子组致密气成因和分布规律,综合天然气组分、稳定碳同位素、包裹体测温等多种手段,对沙河子组致密气地球化学特征和成藏期次进行分析。结果表明:沙河子组天然气以甲烷为主,重烃含量低,普遍含有少量N_2和CO_2,其中δ~(13)C_1分布范围较大,为-33.24‰～-18.00‰,δ~(13)C_2偏重且分布相对集中,为-26.90‰～-15.26‰;碳同位素分布总体呈正序列,部分样品出现δ~(13)C_2大于δ~(13)C_3的倒转现象;沙河子组烃类气为煤型气,存在青山口组末期、嫩江组时期2次成藏过程,嫩江组期生成的高成熟度煤型气与青山口组末期相对低成熟度煤型气的混合是造成烃类气中δ~(13)C_2大于δ~(13)C_3的主要原因;CO_2为无机成因气,分布在基底断裂附近,是营城期火山活动时岩浆脱气作用的产物。     

塔里木盆地煤成气勘探潜力分析

塔里木盆地是我国重要的油气产区之一,迄今已发现了以克拉2气田为代表的一批大中型气田。盆地具有丰富的天然气资源,但目前探明程度仍然很低,是我国天然气勘探最有潜力的盆地之一。煤成气是塔里木盆地天然气的主体,目前已发现的10个大气田中有7个为煤成气田,三叠系-侏罗系煤系是塔里木盆地煤成气主要源岩,受其展布的控制,塔里木盆地煤成气主要分布在库车坳陷和南缘毗邻处以及塔西南坳陷。塔里木盆地潜在的煤成气勘探领域主要包括：库车坳陷深层致密砂岩气,成藏条件优越,勘探潜力巨大;塔西南坳陷勘探程度很低,有望发现更多的煤成气田;英吉苏凹陷是中晚侏罗世沉降中心之一,该区岩性气藏勘探前景良好。     

琼东南盆地低熟煤型气地球化学特征及勘探前景

琼东南盆地近年来发现的Y8等气田的天然气碳同位素值异常偏低,与以往发现的成熟—高成熟煤型气大不相同。在深入理解低熟气概念及进行详细地球化学分析后,认为研究区δ¹³C₁值分布在-47‰~-42‰之间,δ¹³C₂值分布在-28‰~-25‰之间的天然气是与吐哈盆地类似的低熟煤型气,天然气成熟度R_O值介于0.5%~0.8%之间,主要来自凹陷斜坡、凸起区低成熟演化阶段的崖城组烃源岩及盆地内大范围发育的中新统烃源岩。低熟煤型气的发现极大拓展了琼东南盆地烃源岩的研究范围,为盆地下一步勘探提供了新的思路。     

编者按

渤海是位于我国华北地区东北部半封闭的陆表海,总面积约7.3×104km2,有效勘探面积为5.57/×104km2.地质构造上居渤海湾盆地,它东邻胶辽断隆区、西为黄骅坳陷的延伸、北与下辽河坳陷相连、南与济阳坳陷相接,是渤海湾含油气盆地的重要组成部分.