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石油天然 气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 2 月第 3 0 卷第 6 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J . J P I D e c . 2 0 0 8 V o 1 . 3 0 N o . 6 吐哈盆地天然气成 因的再认识 苏传国,侯读杰 中国地 质大学 北京能源学院, 北京1 0 0 0 8 3 包建平 长江大学地球化学系, 湖北荆州4 3 4 1 0 2 白喜俊 中国石油勘探开发研究院 规划所, 北京1 o o o 8 3 朱建 国 吐哈油田分公司 勘探开发研究院。 新疆哈密8 3 9 0 0 0 [ 摘要]吐哈盆地是我国西北典型的侏罗系含煤盆地,发育丘东一 温吉桑型、巴喀型及依拉湖型 3种类型 的天然气。根据最新的地球化学研 究及分 析结果,对 丘东一 温吉桑 型、 巴喀型天 然气 的成 因进行 了重新分 析 ,认为 巴喀型的天然气并非煤成气 与幔源 气的混源 ,而是 受生物 降解所 致;丘东一 温 吉桑类 型的天然气 也不是 “ 生物一 热催化过度带”形成 的煤成 气,而是深层上 二叠统湖湘 泥岩生成 的油型 气与 中下侏 罗统煤 系源岩生成的煤成气的混合。 [ 关键词]吐哈盆地 ;煤成 气;油型气;成因类型;碳 同位 素 [ 中图分类号]TE l 2 2 .1 1 [ 文献标 识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 O 6 0 1 6 5 一 O 6 近些年来 ,天然气在我 国取得了重大的发展 ,其主要表现为 一是天然气地质理论的飞跃发展 ,形 成了中国特色的天然气地质理论[ 1 ;二是在天然气地质理论指导下 ,天然气储量大幅度增长 。其中天然 气成因类型及其鉴别标志等方面的研究较多 ,目前已经取得很多认识[ 2 7 ] ,为我 国天然气的成因判别、 指导盆地天然气勘探做出了重要的贡献。不过由于天然气成分简单 ,影响因素较多 ,在叠合盆地天然气 的成因认识上往往也会产生争议 。 吐哈盆地位于新疆东部 ,盆地面积 5 . 3 5 x 1 0 ‘ k m。 ,其中有效勘探 面积 3 . 51 0 ‘ k m。 。自上世纪 8 O 年代重新投入勘探以来 ,已发现 2 4个油气 田,其中纯气 田 2 个 ,探明石油地质储量 2 . 9 i 0 。 t 、天然气 地质储量 3 8 1 . 2 1 1 0 。 IT 1 。 、溶解气地质储量 4 6 4 . 0 9 1 0 。 1T I 。 截止 2 0 0 6年底 。天然气主要分布于中侏 罗统西山窑组 J x 、三间房组 J z s 、七克台组 J 。 q 的砂岩储集层 中,以凝析气和溶解气 2种形式 存在。气油比一般为 2 2 0 3 5 0 m。 / t ,最高达 1 1 5 3 m。 / t 玉果油田 。气藏类型以构造型油气藏为主 主 要为背斜型和断鼻型油气藏 ,少量为岩性油气藏和构造一 岩性油气藏[ 8 ] 。 长期以来 ,吐哈盆地虽然被认为是煤成油和煤成气的典 型盆地[ 9 - z o ] ,但在生产实践 中,对 于吐哈 盆地是否为典型的煤成油气 ,一直存在着诸多的争议[ 1 h 挖 ] 。笔者根据天然气的赋存条件 、化学组成及 同位素特征 ,对吐哈盆地天然气 的成因进行再分析和再认识 ,以探索盆地多彩纷呈 的天然气真正成因和 影响因素。 1 天然气地球化学特征 1 . 1 天然气 化学 组成 吐哈盆地天然气 的密度变化范围较大 ,绝大部分油气 田的天然气密度大于 0 . 7 4 mg / c m。 ,介于 0 . 7 4 ~ O . 8 6 mg / c m。 之间。仅巴喀油田部分井和丘陵油田的陵 4井区的天然气密度小于 0 . 7 4 mg / c m。 。 与天然气密度资料相对应 ,吐哈盆地天然气 的化学组分也有相当宽的变化范围。除巴喀油 田部分井 和丘陵油田的陵 4 井区的天然气干燥系数 C / c , ~ 大于 0 . 9 0 ,接近于干气外 ,其它大部分油气 田的 [ 收稿日期]2 0 0 8 0 7 0 9 [ 作者简介]苏传国 1 9 7 0 一 。男 。1 9 9 2 年大学毕业。高级工程师。博士生,从事油气地球化学及石油地质综合研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8年 l 2月 天然气 的干燥 系数 均小 于 0 . 8 7 ,属 于典 型湿 气 。天 然气 的湿 度 与 天 然气 的成 因 和演 化 阶段 密 切相 关 , 化学组 分的 复杂性 可能反 映 出盆地 天然气 成 因的多样 性 。 重烃含量上,不 同油气藏也有较大的差异 。胜金 口和伊拉湖油田天然气重烃含量较高 ,巴喀油田和 丘陵油 田部分井的天然气重烃含量最低 。烷烃组成上,哈密凹陷四道沟构造 的天然气 以正构烷烃为主, i C / n C 比值小于 1 . 0 ;鄯善油田、丘陵油田 陵 4井区除外及温西部分地区的天然气 i - C / n C 4比 值具有大于 1 . o或小于 1 . o两种特征 ;而巴喀油田部分井 和丘陵油田的陵 4井区、温吉桑、丘东 、米 登 、鄯勒、红西、疙瘩台及红台等构造中的油气以 i C 4 / n C 比值大于 1 . o为主,尤其是巴喀油 田部分 井和丘 陵油 田的陵 4井 区的天 然 气 i C / n - C 比值多 大 于 2 . 4 。另外 在 甲烷 同 系物 的 含量 分布 上 ,除伊 拉湖油 田天然气外 ,其他油气 田天然气组分含量均为正常系列 ,即 C C C 。 C C 。天然气成分 的不 同 ,说 明该 区天然气 可能 具有 多种 成 因和复杂 的天然气 成藏 过程 。 1 . 2 天然气 的碳 同位索特 征 吐哈盆地天然气稳 定同位 素组 成 图 1 具 有 以 下 4个 特征 1 台北 凹陷 的 甲烷 碳 同 位素偏轻 ,分布为 一4 4 . 8 ‰~ 一 3 9 . 4 ‰ ,多轻 于 哈密 凹 陷 和 托 克逊 凹陷 ;而 乙烷碳 同 位 素 分布则与此相反,台北凹陷除 台参 1 井较轻 一2 9 . 0 7 % 0 和 柯 7井较重 一2 0 . i o % o 外 , 多分布于一2 8 . 8 O ~一2 6 . 2 0 % 0 之间 ,明显 重 于 哈 密 凹 陷 和 托 克 逊 凹 陷 一 3 5 . s % o~ 一 3 0 . 3 ‰ 。丙烷 和 丁 烷 碳 同位 素分布与 乙烷类 似,反 映出明 显 的地区性差异。 图1 吐哈盆地天然气的甲烷、乙烷、丙烷碳同位素组成 已喀 鄯营 丘陵 四道沟 温吉 藁 胜金 口 鄯勒 伊拉 湖 胜南 2 天然 气 氢 同位素 组成 分布范围较小 ,为一2 7 5 ~一2 1 5 % o ,主要介于一2 3 O ~一2 2 5 % 0 之间,反映出天然气母源的沉积水介质主 要为微咸水至淡水环境 ] 。 3 天然气氦同位素比值。 He / He 分布于 3 . 1 7 ~8 . 5 O 1 0 。 之间,说明具有壳源成因的特点 引。 仅 巴喀油田。 He / He 如柯 7井为 7 . O 1 1 0 明显高于其他含油气构造 。 4 盆地天然气中二氧化碳 含量一般低于 1 ,二氧化碳碳 同位素值分别 为 一1 4 . 1 % o 和一1 5 . 0 % 0 仅测有温 1 井两个样品的数据 ,表现出有机成 因的特点[ 3 ] 。 2 天然气成因分析 以往的研究表明 ,吐哈盆地存在丘东一 温吉桑型 生物一 热催化过度带煤成气 、巴喀型 混源气 及依拉湖型 油型气3 种类型的天然气[ g ,目前获得 的地球化学证据除支持伊拉湖类型的天然气属 于湖相成因的油型气外 ,对丘东一 温吉桑和巴喀类型天然气的成因有必要进行重新认识 。 2 . 1 巴喀类型天然气 巴喀类型的天然气 以较高 的甲烷含量 9 5 ,异常的。 He / ‘ “e 值 7 . 0 1 1 0 和极重 的 n c 2 一2 0 . 1 ‰和 6 ” C 。 一2 1 . 3 ‰值有别于其他类型的天然气。以往研究认为这种类型的天然气是混源 成因,至少部分来源于幔源物质或与基底 断层有关 ] 。但盆地勘探实践及最新的地球化学研究结果表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O 卷 第 6 期 苏 传国等 吐哈盆地天然气成 因的再认识 明,这种类型的天然气应与原来聚集成藏的原油和伴生的湿气厌氧降解有关 ,很可能与幔源物质并无任 何 联系 。 巴喀油田位于鄯善弧形带的西北段 ,是一个长轴背斜背景下被北东一 南西 向断层切割形成的断块油 田 图 2 。油 田地 面 原 油 密 度 为 0 . 8 3 ~0 . 8 6 g / c m。 ,凝 固点 为 一 7 ~ 一 1 8 ℃ ,粘 度 3 o ℃ 为 3 . 8 ~ 5 . 8 MP a s ,含蜡量 4 . 6 ,胶质 、沥青质含量为 2 1 ~2 9 ,原油密度 、粘度及胶质、沥青质含量均 高于台北 凹陷其它油田的原油。油田地层水型主要是 Na HC O 。型,矿化度 6 0 0 0 8 0 0 0 mg / L,仅油田东 南部深层的个别样品水型是 C a C 1 水型 ,矿化度 1 0 0 0 0 1 3 0 0 0 mg / L。原油物性、地球化学组成 高胶 质及沥青质含量 、柯 7 井等构造高部位原油饱和烃馏分气相色谱图中也见到明显的正构烷烃缺失及地 层水特征均证实该区原油存在着明显的生物降解。 图 2 巴喀油 田综合图 前人研究表明[ 1 ,厌氧细菌能够首先选择性地消耗湿气组分 C 抖而导致湿气组分的破坏 ,这 种降解作用过程往往表现为以下三个方面 ①天然气的干燥系数越来越大 ;②所残留的乙烷 、丙烷及其 他湿气的 艿 n C值明显变重 ;③天然气重烃组分中正构烷烃被选择地降解 ,大分子萜类降解为小分子支 链烷烃 ,从而使得 i C 4 / n C 比值大大增高。另外 由于菌种 的不同,而引起被细菌氧化降解 的组分也不 同,若存在于甲烷氧化菌 ,天然气 中甲烷就优先被降解 消耗 ,致使剩余 甲烷 的 6 ” C变重 ;同样 ,若存 在乙烷氧化菌、丙烷氧化菌,也会使剩余的乙烷、丙烷的 8 柏 C变重。巴喀油田天然气的产状 与天然 气相伴生的原油如柯一 7 井己遭受生物降解 、化学组分 高干燥系数和 i c / n c 比值以及稳定碳同 位素特征 ” C z 和 C 。 明显偏重 ,且 8 柏 C ”C 。出现 “ 倒转” 等均表现出生物降解油气藏天然气 的特征 。 巴喀油 田位于博格达山前 ,喜山运动作用强烈,导致油藏埋深较浅 ,断裂发育 ,加之该区地表水系 活跃 是盆地北缘的主要供水区 r 1 ,因而具备发生生物降解的地质条件 。构造运动 ,地下水的活动及 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 8 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 2 月 地表水的渗入 ,破坏 了早期 已形成的油气藏,致使油气重新分异发生二次运移 、散失和再 聚集 ,从而造 成天然 气组分 中具有 较高 的 C 。 / c 。 、i - C / n C 比值 ;而 地表 水 中繁殖 的微 生 物 ,也 会 沿 断裂 破 碎带 进 入储集层,对油气藏 中的烃类进行改造 ,破坏了天然气 中甲烷及其同系物的原始组分及原始碳同位素组 成,造成组分 中乙烷 、丙烷含量减少 ,丁烷含量相对增加 ,乙烷、丙烷的碳同位素变重 、并出现倒转分 布 现象 。至 于 巴 喀 类 型 天 然 气 异 常 的。 He / ‘ He值 ,可 能 是 由 于 热 力 成 因 、本 身 成 熟 度 较 高 1 . 0 R 。 的天然气与溶于油田水中的空气的混合有关 ,正是 由于这种混合才导致 了从初期喜氧到中 后期厌氧的微生物改造作用过程 。另外 吐哈盆地 的勘探 已经证实,台北 凹陷鄯善弧形带周围的深大断 裂 ,尤其是断至基底的深大断层并不发育 ,因此在该区也缺乏提供幔源物质输人的运移通道。 2 . 2 丘东一 温吉桑类型天然气 丘东一 温吉桑类型的天然气以前认为是 自生 自储 、属于 “ 生物一 热催化过度带”形成 的煤成气[ 9 ] 。但 从现有资料分析来看 ,这种认识也值得进一步商榷 。 丘东一 温吉桑天然气 以较轻 的甲烷碳 同位素为特征,占 C 。为一4 4 . 8 % 0 ~ 一3 8 . 6 ‰ ,3 D 值 为一 2 8 0 ‰~--2 2 0 ‰ 。早期 的成因研究更多地考虑甲烷碳同位素值 ,由于甲烷碳同位素易受成熟度影响 ,高 成熟的油型裂解气与煤成热解气 甲烷碳同位素往往会重叠在同一区域 内,因此许多学者在天然气成因分 类 中往往将重烃气的碳同位素作为一个重要的判别依据 。如戴金星等就将 8 n C 2 值大于一2 5 . 1 ‰、8 n C 。 值大于--2 3 . 2 g o 的天然气划分为煤成气 , C 2 值小于一2 8 . 8 ‰、8 C 。 值小于一2 5 . 5 % 0 的天然气划分油 型气[ 3 ;宋岩根据我国前陆盆地天然气成因类 型,认为煤成气 8 ” C 。 值大于一2 6 ‰ 、油型气 “ C z 值小 于一2 9 ‰ ,一2 9 % o ~ 一2 6 % o 是煤成气和油型气叠加或混合气 的 8 ”C 2 分布区间[ 7 ] 。吐哈盆地丘东一 温吉 桑型天然气乙烷碳同位素分布于一2 9 . 0 7 “ - - 一2 6 . 2 0 ‰之间,主要属于混合气的分布 区域。这一认识也与 国际上通用的分类方案划分结果相一致 图 1 、图 3 、图 4 。 ◆ 巴喀 △ 都善 T 丘陵 ● 漫古囊 ▲ 眭膏 宰 鄯勒 ★ 眭垒口 四邋淘 ● 伊拉湖 肆 米登 6 C ,/ ‰ B . t 一 陆源生物戚瞳气 l t . 6 I 一 腐泥型有机质来涡 [ 的非伴生气 B . 一 海相生钧成医气 Ⅱ. h 一 腐殖型有机艚来源的菲伴生气 T . O 一 曩油伴生气 x 一 混含来源的气 r . c 一 凝折渣件生气 T 一 伴生气 图 3 根据天然气的 同位素判断天然气的成因 图 4 根据甲烷和乙烷 的碳 同位 素来确定天然气的成因 另一方面,如果丘东一 红台类天然气 为煤成气 ,那么应用 S t a h l [ 2 ] 、戴金 星 引、徐永 昌嘲 和沈平 等[ 6 ] 的经验公式进行天然气的成熟度标定, 结果应比较接近。而实际结果却相互差别较大 表 1 ,既 使用戴金星提出的甲烷、乙烷及丙烷碳同位素值与R 。 的经验公式所计算的结果也各不相同。虽然人们 总结 出的这些经验性公式 ,由于所选择的样品地质背景不同,回归的方程会有差异但校正的结果似乎不 应出现如此悬殊。更何况以前的研究者们采用沈平等的经验公式进行成熟度校正 ,即考虑其低温成 因。 相反 ,如果认为丘东一 红台类天然气为油型气 的话 ,用各家总结的 ” C 一 R。 公式计算 的成熟度则基本符 合。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 6 期 苏传国等吐哈盆地天然气成因的再认识 因此,丘东一 温吉桑类型的天然气应属于油型气和煤成气的混合成因。 表 1 吐哈盆地天然气成熟度分析 3 丘东一 温吉桑型天然气气源分析 区域 研 究 已 经 证 实 , 台 北凹陷除了发育侏罗 系煤 系 地层外 ,上二 叠统桃东沟 群 及中侏 罗统七克 台组也是 盆 地内发育 的重要 的湖湘烃 源 岩系。中侏 罗统七 克 台组在 凹陷内分布局 限 仅分布 于 台北凹陷西部 ,且演化程度 较低,目前仅处于未成熟一 低 成熟 阶段 ,生气 潜 力 有 限 ; 而台北 凹陷深层的二叠系源 岩 ,有机质丰度高、类型好、 热演化程度高[ 1 引,与侏罗系 煤 系地 层 形 成 纵 向叠 置 ,具 备提供大规模 高成熟 的气 源的物质基础。 台北凹陷上二叠统桃 东 沟群主要 分布于胜北及 丘东 地区,推测源岩厚度在 5 0 0 m 以 上。 源 岩 平 均 有 机 碳 .J一 | ,J 2 s , 凝析油 M/ Z2 1 7 l 井, Il l l 1 6 0 m,h x ,泥岩 .. ⋯ 某 矿 ,J , b ,煤 . 图 5 红 台 2井原油与 P l 【 d及 J , - 2 s h源岩生标特征对 比 1 . 4 %、氯仿沥青 “ A”含量 0 . 0 2 0 4 %、生烃潜量 3 . 8 mg / g ;有机质类型主要为 Ⅱ型干酪根 ;目前 已普 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 0 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8年 1 2 月 遍处于成熟一高成熟阶段 ,热演化程度与根据天然气碳同位素值推算 的成熟度相当。 另外 ,从与红台气 田伴生的凝析油地球化学特征来看,其生物标记化合物组成与二叠系源岩及鄯深 构造三叠系原油特征相似 ,相对富含三环萜 、孕甾烷、升孕甾烷等生物标记化合物 ,而与侏罗系煤系源 岩差异较大 图 5 ,说明台北 凹陷二叠系源岩对中侏罗统油气藏有过生烃贡献。 沉积埋藏史研究结果表 明,台北凹陷二叠系源岩在早燕山期即进人成熟门限;中燕 山期 ,源岩达到 高成熟阶段,开始生、排大量的天然气 ,天然气沿断裂向上运移至或喜山运动 中调整至中侏罗统储集层 中,与煤系源岩生成的天然气 煤成气混合 ,形成煤成气和油型气混合成因的天然气藏。 [ 参考文 献] } j ]宋 岩.陈孟晋,秦胜飞 等 .中国天然气地质理论进展 [ 刀 .石油勘探与开发 , 2 0 0 4 ,3 1 1 8 ~1 1 . 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