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第 3 7卷第 4期 2 0 1 5年 7月 石 油 察 嚣沾 届 P ET ROL EUM GEoLOGY E XP ER耵 E NT Vo 1 . 3 7, No. 4 J u 1 . , 2 0 1 5 文章编号 1 0 0 1 - 6 1 1 2 2 0 1 5 0 0 - 0 5 0 0 - 0 6 建南 气 田志 d o i 1 0 . 1 1 7 8 1 / s y s y d z 2 0 1 5 0 4 5 0 0 留系天然气地球化学特征及气 源探讨 - 李爱荣 , 李净红。 , 张金功。 , 宋立军 1 . 西安石油大学 地球科学与士程学院, 西安7 1 0 0 6 5 ; 2 . 西北大学 大陆动力学国家重点实验室/ 地质学系, 西安7 1 0 0 6 9 ; 3 . 武汉工程科技学院 地质科学与工程学部 , 武汉4 3 0 2 0 0 摘要 根据建南气田及邻 区的天然气组分 、 烷烃碳 同位素等资料 , 结合 区域烃源岩 研究 资料 , 研究 了该 区志留系天然气 的地球化 学特征及其气源特征。结果表明 , 建南气 田志 留系天然气 为干气 , 非烃气 体总含 量低且 无 H , S气体 ; 烷烃气 碳 同位 素均 小于 一 4 0 % o , 属于油型气成因 , 其母源为腐泥型于酪根 。l n c / C 2 - I n C / C 相关性表明现今的志留系气藏 以原 油二次裂解贡献为 主。结合该气藏地质特征综合分析认为 , 建南气田志留系天然气来源于志 留系龙 马溪组碳质页岩 , 烷烃气碳 同位素局 部倒转为 同源不同期的天然气混合所致, 即晚期原油裂解气与早期干酪根降解气混合。中上扬子区广泛分布且已成熟的志留系龙马溪组 页岩预示 志留系和石炭系的天然气勘探前景 良好。 关键词 天然气 ; 地球化学特征 ; 气源 ; 志 留系 ; 建南气田 ; 川 I 东地 区 中圈分类号 T El 2 2 . 1 文献标志码 A Ge o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d o r i g i n o f n a t u r a l g a s f r o m t h e S i l u r i a n i n J i a n n a n g a s f i e l d L i A i r o n g , L i J i n g h o n g , Z h a n g J i n g o n g , S o n g L i j u n 1 . S c h o o l o fE a r t h S c ie n c e a n d E n g t n e e r i n g , X i ’ a n S h i y o u U n i v e i q, ’ a lz , S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 , C h i n a ; 2 . S t a t e K e y L a b o r a t o r y ofC o n t i n e n t a l D y n a m i c s D e p a r t m e n t ofG e o l o g y , N o r t h w e s t U n i v e r s i t y , X i ’ a n , S h a a n x i 7 1 0 0 6 9 , C h i na; 3 . G e o l o g y S c i e n c e a nd E n g i n e e r i n g D e p a rt m e n t , Wu h a n U n i v e i ofE n g i nee r i n g S c ie n c e ,W u h a n , b e 4 3 0 2 0 0 , M Abs t r a c t Th e g e o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d o r i g i n o f t h e g a s a r e s t u d i e d a c c o r d i n g t o g a s c o mp o s i t i o n a n d C ar- b o n i s o t o p e d a t a f r o m t h e J i a n n a n a n d a d j a c e n t a r e a s a n d c o m b i n e d w i t h r e g i o n al h y d r o c arb o n s o u r c e r o c k d a t a . Re s u l t s s h o w t h a t t h e S i l u r i a n n a t u r a l g a s i n t h e J i a n n a n g a s fi e l d i s d r y .T h e c o n t e n t o f n o n h y d r o c a r b o n g a s i s l o w,a n d n o H2 S e x i s t s . T h e c a r b o n i s o t o p e s o f n - a l k a n e s a r e l o we r t h a n 一4 0 ‰ ,i n d i c a t i n g a p e t r o l i f e r o u s g a s o ri g i n f r o m s a p r o p e l k e r o g e n s . The c o r r e l a t i o n b e t w e e n I n C l / C 2 a n d I n C 2 / C 3 s h o w s t h a t t h e p r e s e n t d a y S i l u ri a n g a s ma i n l y c o me s f r o m t h e s e c o n d a ry c r a c k i n g o f c r u d e o i l . T h e a n aly s e s o f g e o l o g i c f e a t u r e s i n d i c a t e t h a t t h e S i l u r i a n g a s i n t h e J i a n n a n g a s fi e l d s o u r c e f r o m t h e c arb o n a t e s h a l e i n t h e L o n g ma x i F o r ma t i o n . Th e l o c al r e v e r s a l o f a l k a n e c a r b o n i s o t o p e s c a n b e e x p l a i n e d b y t h e mi x i n g o f l a t e s t a g e c rud e o i l c r a c k i n g g a s a n d e a r l y s t a g e k e r o g e n d e g r a d a t i o n g a s . T h e L o n g ma x i s h ale i s ma t u r e a n d wi d e s p r e a d i n t h e mi d d l e a n d u p p e r Ya n g t z e r e g i o n,i n d i c a t i n g i t i s a g o o d p r o s p e c t f o r n a t u r a l g a s e x p l o r a t i o n i n S i l u r i a n a n d Ca r b o n i f e r o u s . Ke y wo r d s n a t u r al g a s ;g e o c h e mi c al c h ara c t e ri s t i c s ; g a s s o u r c e ; S i l u r i a n ; J i a n n an g a s fi e l d ; e a s t e r n S i e h u an B a s i n 建南气田位于川东褶 皱带东缘的石柱复 向斜 中部 图 1 。经过长期勘探 , 纵向上已发现 6个工 业气层 , 嘉陵江组 、 飞仙关组 、 长兴组 、 黄龙组 、 韩 家店组及龙马溪组 。2 0 0 6年 , 建南气田中国石化 海相重点探井J s 1 井于志留系韩家店组及小河 坝组获 得 工业气 流 . 韩 家 店组 砂岩 天然 气 流达 5. 1 3x1 0 m /d C 卜 。J s l 井是 中国南方志 留系第一 口投入正规开发 的致密砂岩气 井[ 3 ] , 表 明鄂西 渝 东区志留系天然气勘探具有 良好的潜力 . 标志着建 南气 田下古生界 良好 的天然气资源前景。 鄂西渝东区古 生界发育 多套烃源岩 震旦系 陡山沱组、 寒武系牛蹄塘组 、 奥 陶系五峰组、 龙马溪 组页岩、 二叠系生屑灰岩 、 泥灰 岩、 煤系 , 且都达 到 了高成 熟 、 高一过成熟 , 都 具备 良好 的供气潜 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 00 ; 修订 日期 2 0 1 5 - 0 5 2 0 。 作者简介 李 爱荣 1 9 7 6 一 , 女 , 博士 , 讲师 , 从事油藏描述 、 油气 田地质与开发 的教学与研究工作。E - m a i l l a r 9 5 0 3 1 6 3 . c o m。 通信作者 李净红 1 9 8 5 一, 男, 硕士 , 讲师 , 从事油气 成藏地球化学研究。E mai l o i l . a n d g a s s o h u . e o il l 。 基金项 目 国家 自然科学基 金项 目 4 1 0 7 2 0 9 6 资助。 5 0 2 石 油 察 髓 沾 届 第 3 7卷 不会出现如此大差距。因此, 龙马溪组天然气藏中非 烃气体应与韩家店组相似 , 属于低氮气藏的范畴。 2 天然气碳 同位 素特征 志留系韩家店组气藏的 6 C , 数值为一 4 0 . 2 ‰ , 其值很低 , 一般甲烷 6 c 在一 5 5 % 。 一 3 0 % o , 都属于 油型气的范围 图2 。该层天然气烷烃碳同位素存 在倒转现象, 烷烃气 c值连线束 呈“ M” 型. 具有 6 C1 6 C2 C4 6 1 3 C , 然 后 按 6 ”C 大 于 或 小 于 一 2 8 % 。 划分为腐殖型气或腐泥型气。 从表 2中可 以看 出. J s 1 井 中志留统韩家店组 天然气 干燥 系数 C / C ≥9 8 % , 6 “C 值 均小 于 一 3 0 % 。 。 烷烃气系列不属于标准的负碳同位素系 列, 与其共生的C O , 气体的碳同位素小于一 1 0 % o , 即 有机成因。烷烃气碳同位素中6 ” C 2 值小于一 2 8 % 0 , 具典型油型气特征。 更 枷 一 . J s l S 3 7 9 4 3 8 8 4m J s l - S 2 3 8 5 8 m 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 图2 川东地区建南气田J s l井 志留系韩家店组天然气烷烃碳同位素分布 F i g . 2 Ca r b o n i s o t o p e s o f a l k a n e s f r o m S i l u r i a n H a n j i a d i a n F o r m a t i o n , w e l l J s l , J i a n n a n g a s fi e l d , e a s t e rn Si c h ua n Ba s i n 表 2 川东地区建南气 田 J s l井 及邻区志留系天然气碳同位素数据 Ta b l e 2 Ca r b o n i s o t o p e s o f S i l u r i a n n a t u r a l g a s f r o m w e l l J s l a n d a a j a c e n t a r e as 。 e ast e r n S i c h u a n B a s i n %0 注 长芯 1井数据源 自王社教 [ 。 根据 ” C 一 8 1 3 C 与 8 1 3 C 两项指标可以很好的 划分有机气 的成 因类型。将建南气 田与邻 区 川 东北 、 川西北 、 威 远 的天然气碳 同位素测试结果 投到 6 C , 与 z x 6 C , 一 6 “ C 相关 图上, J s 1 井志留 系落在油型气区 图 3 。 3 。 2 天然气有机成因类型 国内外学者[ 1 4 , 2 1 - 2 2 , 2 8 - 3 3 ] 常用 B e h a r的实 验模 型区分干酪根降解气 和原油二次裂解气。本研究 中, J s 1 井韩家店组 中天然气 的 l n C / C , 值变化 范围小 , 为 3 . 8 2 4 . 1 8 ; 而 I n C , / C 值明显增大 , 为 1 . 6 2 2 . 0 5 , 具原油裂解气特征 图4 。建南气 田 石炭系天然气变化与志留系相似 , 但 I n C / C 值 变化范围较宽 . 可能为干酪根降解气和原油二次裂 解气混 合 导致。该 气 区二 叠一三 叠 系天然 气 的 l n C / C 一 l n C / C 相关性较差 , 且干酪根降解 气的贡献较大。 4 气源探讨 上述综合分析表明 。 韩家店组和龙马溪组天然 气组分 、 干燥系数及 甲烷碳 同位素都 十分相似 , 具 有同源的特征 。根据前人对中上扬子古生界烃源 岩研究成果分析 . 中上扬子区下震旦统陡山沱组页 岩、 寒武系牛蹄塘组 水井沱组 页岩及上奥 陶统 煤型气区 混合气区 一 油 型气区 。 、 ● ◆△ 4 , I △一 。_ - . . . L ● ● 威 远 -z 咖 ’.. .. 。 j } - △ 川 东 .G 曦 I 图3 川 I 东地区建南气田及川东气区不同层位 天然气同位素6 1 3 C 2 与 A 8 ” C 2 8 1 3 C 。 相关图 F i g . 3 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n 6 1 3 C 2 a n d a 8 ” c 2 一 占 ” c 1 o f n a t u r g a s f r o i J i a n r mn g as fi e l d a n d e a s t e rn S i c h u a n B a s i n 第 4期 李爱荣, 等.建南气田志留系天然气地球化学特征及气源探讨 5 0 3 l n c. / c 2 图4 川东地区建南气田及川东不同层位 天然气的 l n C I / C 2 一 l n C 2 / C 3 相关 图 F i g . 4 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n I n C 1 / C 2 a n d I n C 2 / C 3 0 f n a t u r a l g a s f r o m J i ann a n g a s fi e l d a n d e a s t e r n S i c h u a n B a s i n 五峰组一下志留统龙马溪页岩组属于腐泥型 , 后两 者属于 区域性烃源岩 . 也是 区域性盖层。建南气 田 所处的鄂西渝东 区志留系烃源岩十分发育 , 为 I型 干酪根 , 且都达到高一过成熟阶段 , 具有 良好 的供 烃条件 1 - 2 , 3 3 - 3 4 ] 。J s l井志 留系气藏具有超压特征 , 气藏底部为五峰组一龙马溪组厚层页岩 , 顶部为韩 家店组厚层泥岩, 封闭性好 , 志留系下伏天然气和 上覆部分煤系天然气充注难以实现。因此 , 志留系 天然气 为 自生 自储 自盖型 , 与前人 I 3 ] 研 究认 为 的超压流体封存箱成藏模式相匹配。 烷烃存在多项性碳同位素倒转 , 常受多因素复 杂条件的影响。不同地质环境 中同位素倒转 的原 因也是不 同. 导致同位素倒转 的因素一般以某 1个 或某 2个 因素主导。戴金星对天然气碳 同位素倒 转研究认为有多种因素[ 3 1 有机烷烃气和无机 烷烃气 相 混 合 ; 2煤 成 气 和 油 型 气 的混 合 ; 3 同型不同源气或 同源不 同期气的混合 ; 4 天 然气 的某一 或某些组 分被细 菌氧化 ; 5 地 温增 高 ; 6 后生 6 “c扩散速率或地层水对烷烃气溶解 等因素引起分馏。 地质结构分析表明 . 建南气区深部断裂并不发 育 , 无机气的混入可能性不大。气藏地质结构排除 了上部煤成气混入 的可能性 。同时 , 近 4 k m的超 压气藏 中细菌氧化的可能性较小。 根据 烷 烃 气 同位 素 特 征 参 数 l n C / C , 一 l n C , / C 相关性分析 , J s 1井志 留系天然气 以原 油裂解气为主。而烷烃气同位素中6 ” c 。 6 c , 部 分倒转且 6 C , 特别轻, 该现象主要是受 同源不同 期气混合所致。志留系龙马溪组优质烃源岩在生 油阶段会产生大量的湿气 。 而重烃气 中乙烷含量最 高且同位素较轻。另外 , 早期原油后生过程产生裂 解气也比干酪根晚期裂解气要轻。 从已发表的关于建南气 田及川东地 区石炭系 天然气地球化学资料来看 , 中上扬子石炭系天然气 地球 化学 特 征 C H 含 量 为 9 3 . 4 7 %, N 含 量 为 4 . 1 2 % , C O 含量 为 0 . 7 9 % , C / C 为 9 8 . 3 1 , 6 乃C 为 一3 5 . O ‰~一3 7 . 9 % o , 6 C 2为 3 2 . 7 6 % o一 一 4 1 . 4 4 % 。 与志留系天然气相似度甚高。 都 具有原油裂解气特征 图 4 。戴金星曾指出, 四川 盆地黄龙组天然气来 自志 留系。 同位素倒转为早期 伴生气与晚期裂解气混合造成的_ 3 。中上扬子区 石炭系天然气来源于志留系也指示志 留系天然气 同位素倒转可能也受到后生 8 c扩散速率或地层 水对烷烃气溶解等因素引起分馏影响。另外 , 地球 化学数据证实建南气 田石炭系天然气原始母 源为 志留系烃源岩 . 与早期从地质结构方面得到的认识 一 致 , 中扬子鄂西渝东区志留系烃源岩广泛分布且 生烃潜力大 , 石炭系天然气的勘探潜力甚好。 参考文献 [ 1 ] 马文辛 , 刘树 根 , 黄文 明, 等 . 鄂西渝东志 留系储 层特征及非 常规气勘探前景[ J ] . 西南石油大学学报 自然科 学版 , 2 0 1 2, 3 4 6 2 7 3 7 . Ma W e n x i n, Uu S h u g e n, Hu a n g W e n mi n g , e t a 1 . Re s e r v o i r r o c k s c h a r a c t e r s o f S i l u r i a n a n d i t s u n c o n v e n t i o n a l g a s p r o s p e c t i o n i n We s t e r n H u b e i E ast e rn C h o n g q i n g[ J ] . J o u rnal o f S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e rsi t yS c i e n c e&Te c h n o l o g y Ed i t i o n,2 01 2, 3 4 6 2 7 3 7 . [ 2 ] 肖开华 , 李双建 , 汪新伟 , 等. 中、 上扬 子区志 留系油气成 藏特 点与勘探前景[ J ] . 石油与天然气地质 , 2 0 0 8 , 2 9 5 5 8 9 5 9 6 . X i a o K a i h u a , L i S h u anj i a n, Wang X i n w e i , e t a1. 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