鄂尔多斯盆地大牛地下古生界天然气地球化学特征及其来源综合判识

近年来,鄂尔多斯盆地大牛地古生界天然气勘探取得重要进展,尤其是下古生界奥陶系风化壳连续高产工业气流的发现,展示了良好的勘探前景,但大牛地下古生界天然气成因及气源研究相对薄弱,直接制约了下一步勘探部署,为此系统开展了大牛地古生界天然气组分、碳氢同位素、稀有气体组分和同位素等地球化学分析。大牛地古生界天然气中甲烷占绝对优势,含有一定量的重烃,非烃气CO₂和N₂含量相对较高,既有典型的成熟阶段生成的湿气,也有高过成熟阶段生成的干气。大牛地上古生界天然气为典型煤型气,而下古生界天然气既有煤型气,也有油型气。古生界天然气中CO₂主要为有机成因,少数为无机成因,无机成因CO₂赋存于下古生界储层,可能主要由下古生界烃源岩中碳酸盐岩热解产生。综合运用烃源岩岩石脱附气碳同位素—天然气碳同位素—干酪根碳同位素、天然气甲烷氢同位素、稀有气体Ar同位素定年及混源模拟实验等综合地球化学手段,明确了大牛地上、下古生界煤型气均来源于上古生界煤系烃源岩,而下古生界油型气中混有0~45%的煤型气,主要来源于下古生界马家沟组烃源岩。     

天然气成因类型及其鉴别

中国经过20年天然气科技攻关，已形成天然气成因类型及其鉴别标志的理论体系和方法。天然气成因类型可划分为有机成因气、无机成因气、混合成因气3大类。有机成因气根据演化程度划分为生物气、生物一热催化过渡带气、热解气和裂解气，根据母质类型划分为煤成气（包括煤成热解气和煤成裂解气，在天然气资源中占主导地位）和油型气（主要是原油伴生气，包括油型热解气和油型裂解气）；无机成因气以二氧化碳为主，分为岩石化学成因和幔源成因两种主要类型；混合成因气是两种或两种以上成因类型气混合而成的天然气，常见的主要有3类（同一烃源岩不同热演化阶段生成天然气的混合，不同烃源岩生成天然气的混合，有机成因气和无机成因气的混合）。常用的天然气成因类型鉴别指标有天然气组分、烷烃气碳同位素、二氧化碳碳同位素和轻烃参数，其中，碳同位素是判别各类成因天然气最有效和最实用的指标。图1表2参41     

珠江口盆地番禺低隆起天然气成因研究

为了给白云凹陷深水区下一步油气勘探提供依据,文章运用多种天然气成因判别方法，对珠江口盆地番禺低隆起10口井38个天然气组分数据和60个稳定碳同位素数据进行了综合分析，认为该区天然气以烃类气体为主，其中甲烷含量占绝对优势，非烃气主要为N₂和CO₂，分布极不均匀；番禺低隆起的烃类气以成熟气为主，具有油型气和煤成气的混合成因特征，且以煤成气为主，其主力气源岩为白云凹陷Ⅱ₂-Ⅲ型干酪根有机质的恩平组泥岩，次要气源岩为白云凹陷Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根有机质的文昌组泥岩；非烃气N₂和CO₂主要为无机成因。     

阜新盆地无机成因气探讨

评价盆地天然气资源的首要问题是确定天然气的来源。指出,阜新盆地是断陷型裂谷盆地,其中具有沟通地幔和岩石圈的深大断裂,地幔物质沿该深大断裂将大量无机成因天然气带入地球浅部聚集;聚集的天然气具有甲烷含量高、甲烷碳同位素和二氧化碳碳同位素值高3、H e/4H e值较高等特点。认为盆地存在有源于地幔的无机成因气,这种无机气与浅部地层的有机成因气混合后可以形成气藏。     

崖13-1气田油气混合特征研究

崖131气田位于莺歌海盆地和琼东南盆地交界处,其气源长期存在争论。采用天然气GS/MS分析新技术,根据该气田天然气生物标志化合物、有机包裹体生物标志化合物、储集层包裹体温度、油气轻烃组成及碳同位素等资料,对其天然气的气源和混合作用进行综合研究,结果表明:该气田的天然气为典型的混合气,由不同类型有机质、不同热演化程度气源岩生成的天然气(煤成气和高成熟—过成熟海相成因气,以海相成因气为主)混合而成,北区块是Ⅲ型、Ⅱ型干酪根成因的混合气藏,南区块主要是Ⅱ型干酪根成因的气藏。主力气源岩是崖南凹陷沉积中心下第三系崖城组、陵水组的浅海相泥岩,生烃母质具有Ⅱ型干酪根特征。该气田的凝析油为煤成油,在蒸发分馏作用下形成;琼东南盆地存在切穿多层烃源岩的深断裂,形成局部低压带,为产生蒸发分馏作用提供了重要地质背景。图5表3参6(傅宁摘)     

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对乌龙1井综合寻井气测、罐顶气分析及试气测试中所取天然气的组分、各种同位素的分析对比后认为，乌龙1井所显示的天然气为裂缝型干气。其中烃类气体为油型高温裂解气，气源是上三叠统烃源岩，目前达到干气阶段的过成熟期；位于3140－4620m的二氧化碳为无机成因的幔源气，位于2411．3－2425m的二氧化碳为无机成因的壳源型气，后者天然气组分的特殊性可能与火成岩的侵入有关。天然气中有机成国与无机成因并存表明楚雄盆地北部地区仍有在有利区块寻找工业性气藏的勘探前景，并存在兼探常规天然气和无机成因深源二氧化碳气的条件。     

准噶尔盆地天然气地球化学特征及成因判识新图版

准噶尔盆地是中国西部典型的多烃源叠合盆地,发育石炭系、二叠系佳木河组、二叠系风城组、二叠系下乌尔禾组及侏罗系5套气源岩层系,主要气源岩在盆地内广泛分布,部分地区处于高—过成熟阶段,进入气源岩主生气期,具备勘探大气田的物质基础。准噶尔盆地天然气来源多、混源、成因复杂,常规天然气成因判识指标对部分地区天然气的成因判识不准确。针对这一问题,系统梳理和分析不同层系、不同地区天然气地球化学特征,结合不同烃源岩生烃特征,建立天然气成因判识新图版,据此图版对准噶尔盆地天然气成因进行判识,结果表明：(1)准噶尔盆地高演化阶段的油型气与低演化阶段的煤型气难以用传统方法界定,无法有效划分天然气类型与成熟度将会影响该地区的气源判识和成因研究工作,需要建立新的判识方法;(2)建立准噶尔盆地天然气成因及来源判识新图版,能够有效判识不同地区天然气成因及来源,且对低演化阶段煤型气以及高演化阶段油型气较为适用;(3)西北缘玛湖、沙湾大量存在二叠系风城组及下乌尔禾组油型气,石炭系、二叠系佳木河组、侏罗系烃源岩也有显著贡献;准南以侏罗系煤型气为主,从低成熟气到过成熟气均有分布;准东和腹部以高演化阶段石炭系和侏罗系煤型气为...     

辽河盆地东部凹陷天然气的地球化学特征及成因分类

本文通过对辽河盆地东部凹陷天然气组分、甲烷及其同系物碳同位素、稀有气体同位素特征的分析,认为该区存在两大类、三类、八种成因类型的天然气。在所有天然气类型中,除煤型生物气尚未证实外,其它类型天然气在东部凹陷均有分布,其中以油型气为主,煤型气次之,无机气仅占少量,且大部分天然气往往呈混合气形式出现。结合地质背景分析,得出东部凹陷下第三系煤层及煤系地层的广泛发育是本区煤型气形成的基础,深部断裂发育及构造强裂活动是无机气形成的关键条件的结论,提出了在目前的勘探状况下,东部凹陷下一步应围绕下第三系煤系地层发育区寻找煤型气,并在构造活动强烈、深大断裂发育区寻找无机气和复合气的勘探思路。     

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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     

方正断陷不同成因天然气地球化学特征及成藏模式

方正断陷天然气成因类型复杂,查明气源对其天然气勘探具有重要意义。根据天然气组分及烷烃碳同位素特征,结合成气地质背景,对天然气的成因类型进行了分析。通过不同构造单元的烃源岩有机质类型及热演化程度差异,对比天然气热成熟度并进行气源探讨。结果表明：方正断陷天然气可以分为3类。A类天然气为干气,成因类型为催化过渡带气,为新安村组-乌云组湖相泥岩所生;B类天然气为湿气,成因类型为热成因煤型气,与腐殖型有机质生成的原油相伴生,为煤系泥岩所生;C类天然气亦为湿气,成因类型以热成因油型气为主,具有一定的腐殖型有机质生气贡献,与腐殖型有机质生成的原油相伴生,为混源气。伊汉通断裂两侧构造的差异活动是造成东、西两个次凹天然气地球化学特征及成藏模式有明显差异的最主要因素。     

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民和盆地构造位置处于祁连山褶皱系东部，是一个中新生代发展起来的断、坳山间盆地。盆地中西部中侏罗统窑街组蕴藏着丰富的煤炭资源，煤层气局部富集于窑街、炭山岭煤田。煤岩有机地球化学及煤层甲烷碳同位素研究表明，该区煤层气具有油型与煤型混合气特征。煤层气分布具有明显的分带现象，由浅到深分别为ＣＯ２—Ｎ２带、Ｎ２带、Ｎ２—ＣＨ４带、ＣＨ４带。煤层气富集主要受煤的变质程度，顶、底板岩性，出露程度，埋藏深度及构造等因素的控制，且多分布于背斜、断块等构造的高部位。     

辽河盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价

辽河盆地是我国煤、油、气共生盆地之一，开展该盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价，对于优选煤层气有利探区，实现该区煤层气与常规油气共采具有重要意义。从气源条件、储集条件和保存条件3个方面，分析了东部凹陷深部煤层气的成藏条件，并对其进行综合评价，结果表明东部凹陷具有煤层分布面积广、厚度大、变质程度低、含气量低、含气饱和度高、埋藏较深、煤层气地质储量丰富及保存条件良好等特点，认为该区煤层气成藏条件较好，能够实现与常规油气共采，具有很好的勘探开发前景。     

民和盆地原油地球化学特征与油源对比

民和盆地是一个油、煤、气共生的盆地,其原油属中等密度、低粘度、低硫高蜡较轻质油,具饱和烃含量高(占原油的60%~80%)和C27甾烷含量低、C29甾烷含量高等特点。指出中侏罗统窑街组的暗色泥岩、油页岩、碳质泥岩及煤为主要烃源岩,上侏罗统享堂组及下白垩统河口组砂岩为主要储集岩。通过饱和烃气相色谱、甾烷、霍烷、生物标记化合物等的对比表明,民和盆地原油与中侏罗统窑街组的暗色泥岩和油页岩有较明显的亲缘关系,因此认为民和盆地的原油主要来自中侏罗统窑街组的暗色泥岩和油页岩。     

火山活动与石油、天然气的生成

火山活动形成火山岩体和侵入岩体对沉积层形成了热源灶体,依火山岩体和侵入岩体与生油层的层序关系可分为上灶、中灶和下灶,形成灶体生烃模式。火山活动向沉积盆地供给了地球深部来源的CO、CO,和H,等地球深部无机成因的非烃气体,它们可以合成烃,使沉积盆地的沉积盖层出现合成生烃机制。来自地球深部的无机成因的天然气中还有甲烷碳同位素≥-25‰、甲烷同系物碳同位素组成成反序排列的无机烷烃气并在松辽盆地形成了无机烷烃气藏;火山活动为沉积盆地送来了岩浆岩,其中的地幔岩中见有烷、烯、炔等烃类物质;岩浆岩中的结晶岩含有烷烃类物质,且有随密度增加含经量增加的趋势;岩浆岩中的火山岩也含有烷烃物质,也有随密度增加含烃量增长的趋势,同时还有随密度增加烃类物质的碳原子数也有增加的趋势。火山活动还向沉积盆地供给热液流体,以水为载体的某些金属元素,如Fe、Mn、Zn、Cu、Pd等促进了烃类物质的生成量,使具有二元结构的沉积盖层盆地出现了催化生烃模式。总之,火山活动对沉积盖层呈二元结构的盆地的油气生成增加多种模式,使二元结构盆地存在有机生油机制、合成生油机制,同时也存在无机生烃机制。     

渤海湾盆地临清坳陷西部中生界烃源岩生烃演化

临清坳陷西部中生界烃源岩尚未进行系统研究,制约了该区中生界勘探。利用钻井、地震资料结合地球化学特征对中生界烃源岩进行评价。研究表明：中生界烃源岩为下-中侏罗统坊子组煤层和下白垩统丘城组半深湖相-深湖相暗色泥岩和油页岩,主要分布于丘县凹陷和南宫凹陷。坊子组煤系地层为中等-较好烃源岩,丘城组暗色泥岩和油页岩为中等-好烃源岩。利用构造演化史动态分析了中生界烃源岩的生烃演化过程,分析认为：丘县凹陷中生界烃源岩经历过2期生烃过程,第一期发生在白垩纪中晚期,生成煤层气和少量低熟油;第二期发生在古近纪,达高成熟-过成熟阶段,以生成裂解气为主;南宫凹陷中生界烃源岩在古近纪成熟,主要生成成熟油。下白垩统暗色泥岩厚度巨大,有机质类型较好,可构成自生自储式生储盖组合,具有良好的勘探前景。     

葡深1井深层烃源岩地球化学特征

采用地球化学和盆地模拟技术相结合的方法。研究了松辽盆地北部葡深1井深层烃源岩的地球化学特征,内容包括有机质的丰度、类型以及有机质热演化特征。利用盆地模拟技术模拟烃源岩各地质时期的热演化阶段。结果表明,葡深井下白垩统的登娄库组、营城组,少河子组均发育有暗色泥岩,有机质丰度为中一差,有机质类型较差,有机质成熟较高（多处于高－过成熟状态）。综合认为生油潜力较差,以生气为主。     

松辽盆地汪升地区深层天然气地球化学特征及成因

松辽盆地汪家屯—升平地区天然气化学组分和碳同位素特征的综合分析表明,该区天然气的成因类型有油型气、煤型气和混合气,但单一型的天然气很少,以混合气为主。混合气是由同一源岩中不同有机质生成的天然气混合造成的,以原生混合气为主。纵向上,天然气中重烃气在下部地层含量高,向上逐渐减少;具有甲烷碳同位素值变化大、组分碳同位素倒转系列常见而正碳同位素系列较少见的碳同位素分布特征。非烃气体的分布,纵向上以登娄库组以下的营城组火山岩系含量最高,平面上高含量非烃气体的分布常与深大断裂的走向相一致,可能主要为无机成因。     

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东海陆架盆地是发育于华夏板块之上的中、新生代叠合盆地，其下地壳性质与浙闽隆起区一致。盆地前第三纪主要发育侏罗—白垩系沉积，沉积岩主要分布于南部的台北坳陷内。中生代构造演化可分为早中生代坳陷盆地发育和晚中生代断陷盆地发育两个阶段，为下坳上断形式的中生代陆相复合盆地。盆地中生界具有形成油气藏的基本地质条件，其中中下侏罗统暗色泥岩及煤层为主要生烃岩系；上白垩统砂岩具较好的储集性能，储集空间以孔隙—裂缝型为主。     

石油地质学中几个有争议的问题

油气有机成因说认为，岩石中的分散有机质是生成油气的原始物质，但大量的实际资料证实，岩石中的分散有机质并未参与油气生成过程，在自然界中也并不存在实验室中从岩样粉末中抽提出有机质所要求的条件。在地球深处有取之不尽的游离氢和挥发性碳化物，它们在幔源的高温高压条件下发生反应，形成烃类流体所有的烃类聚集，包括油田、气田，沥青矿和可燃性页岩都是在晚第三纪由深部流体非生物生成的。提出了煤与石油一样，都是由深部热液而形成的观点。在由地幔热液流生成油气和油气聚集的过程中，断至地幔的深大断裂(输导断裂)起着至关重要的作用。