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柯克亚油气田混合来源天然气的地球化学特征

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文章编号 : 167221926 (2003) 0620474206收稿日期 : 2003207218; 修回日期 : 20032092261基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 (编号 : 2001助 1作者简介 : 侯读杰 (19642) , 男 , 河南唐河人 , 教授 , 主要从事油藏地球化学和天然气地球化学研究 1柯克亚油气田混合来源天然气的地球化学特征侯读杰 1, 肖中尧 2, 唐友军 3, 朱俊章 3, 李贤庆 3(1. 中国地质大学 (北京 )能源地质系 , 北京  100083; 2. 塔里木油田分公司勘探开发研究院 ,新疆 库尔勒  841000; 3. 长江大学分析测试研究中心 , 湖北 荆州  434023)摘 要 : 柯克亚油气田是我国开发比较早的一个油气田 , 但由于受混源和其他因素的影响 , 对气源的认识众说纷纭。通过对天然气的地球化学特征的分析 , 并参照国内外关于甲烷、乙烷、丙烷碳同位素关系方面的资料 , 提出了如下看法 : 柯克亚天然气碳同位素相对较重 , 与塔里木盆地下古生界海相天然气的碳同位素组成区别较大 ; 根据天然气 40A r 36A r 组成 , 柯克亚油气田的气源不是单一来源 ; 柯克亚油气田绝大多数天然气的甲烷和乙烷碳同位素值关系符合 断的 ˚ 型有机质方程直线关系 , 说明有机质属于较好的有机质类型 , 或者是由原油裂解形成的天然气 ; 除了 和天然气成熟度较低以外 , 绝大多数天然气的成熟度大约在 1. 8%~ 2. 2% 之间 , 属于高过成熟气 , 但也混有一些成熟度在 0. 9%~ 1. 2% 的源岩形成的天然气 ; 推测天然气主要来源于石炭系—二叠系源岩 , 而混有成熟度低的源岩形成的天然气则有可能来自侏罗系源岩。关键词 : 天然气 ; 混源气 ; 塔西南坳陷 ; 柯克亚地区 ; 地球化学特征中图分类号 : T 13         文献标识码 : 是塔里木盆地重要的一级构造单元 \[ 1 \]。从区域位置上来看 ,该坳陷位于塔里木盆地的西南地区 , 呈北西向展布。塔西南坳陷可以划分为 4 个一级构造单元 , 包括喀什凹陷、叶城—和田凹陷、齐姆根凸起和麦盖提斜坡(图 1)。本研究将重点对位于叶城—和田凹陷内的柯克亚油气田的气源进行剖析。柯克亚背斜位于昆图 1 塔西南坳陷的构造分布及本研究采样位置(底图据贾承造 \[1 \]等 , 1995, 修改 )仑山前第二排构造带 , 为一近东西向的短轴背斜 , 两翼不对称 , 北陡南缓 , 轴面略南倾 , 深部高点稍往南偏移 , 闭合幅度下大上小 , 圈闭面积上大下小 , 从浅至深虽同为背斜 , 但性质不同 : 浅层为同沉积背斜 ,中层为挤压背斜 , 深层 (中生界 - 下第三系 ) 为明显被断层复杂化的挤压断阶式背斜。自 1977 年 5 月17 日发现柯克亚油气田以后 , 人们对其油气源问题极为重视 , 国内外多家研究人员对此做过工作 , 但由于本区地质和地球化学条件的复杂性 , 尤其是天然气的来源特别复杂 , 出现了各种不同的观点和认识。一方面 , 因为天然气的分子简单 , 能提供的信息比较有限。另一方面 , 各种天然气的特征相互矛盾。总体来讲 , 本区主要有 3 个源岩层 , 即石炭 - 二叠系、侏罗系和上白垩统 - 下第三系。大多数研究者认为柯克亚油气田油气具有多个油气源。柯克亚中新统凝析气藏组合主要由 6 个油气藏组成且均以中新统西河甫组 (N 1x )砂岩作为储层。西河甫组从上到下可划分为 10 个岩性段 , 以中间的第 6 个岩性段 (N 1x 6)为界 , 其上称上油组 , 其下称下油组。上油组包括有第 14 卷 第 6 期2003 年 12 月      天 然 气 地 球 科 学     V 14 N o. 6D   2003© 1994 (西四 1 段 ( 和西四 2—西五 2 段 ( 3 个油组。下油组包括西七 1 段 (西七 2 段(西八段 ( 3 个油组。这 6 个油组组成了柯克亚中新统凝析气田 6 个独立的储盖组合及油气水系统。天然气的地球化学研究在大气田的勘探中起着重要作用 \[ 2 \], 本研究的目的主要是根据对各种地球化学资料的综合分析 , 并结合本区的实际地质特征 ,为柯克亚油气田的天然气来源提供信息和依据。1 柯克亚油气田天然气地球化学特征柯克亚油气田甲烷含量比较低 , 变化范围为7112%~ 88. 9% , 一般低于 90% ; 重烃气体含量较高 , 平均为 11. 50% ; 干燥系数 1, 说明有幔源成因气的混入 ; 当 R R a 据天然气的其他特征来看 , 这最大可能为同源不同期或者不同来源天然气的混合造成的。因而 , 除了对本区天然气同位素的总体特征与其它地区进行对比外 , 我们有必要对本区各种天然气的同位素特征进行深入和系统的分析。根据甲烷和乙烷碳同位素值与成熟度的关系 ,我们可以推算出了乙烷碳同位素与甲烷碳同位素值的关系 (图 3)。总体上来看 , 本区绝大多数天然气符合图 3 所示直线关系 , 这说明 断的方程仍然符合柯克亚油气田的实际情况。除了 和成熟度较低以外 , 绝大多数天然气的成熟度在 118% 左右。由于天然气加入了甲烷碳同位素值较低的天然气 , 从而造成了 401、 井甲烷碳同位素值明显偏离 、 ˚ 型有机质生成天然气的乙烷和甲烷碳同位素值方程。造成这种原因可能是两种成熟度不同天然气的混合。根据天然气同位素分馏效应 ,W h 9 \]计算的 、 ˚ 型有机质 R o = 019% 时所形成天然气的甲烷碳同位素值约为 - 42‰ , 当 R o =112% 时 , 约为 - 40‰ ; 当 R o = 210% 左右时 , 约为- 37‰ 。这种混合型的天然气很大可能是中等成熟天然气与过成熟气的混合。同时 , 也应该注意的是 ,在天然气混合的情况下 (即天然气非单一来源时 ) ,应用乙烷和甲烷碳同位素值的差来计算成熟度是不正确的。图 3 根据甲烷和乙烷碳同位素值判断天然气的混源情况总体上说 , 本区天然气的成熟度应该以乙烷计算的成熟度为准 , 大约在 118%~ 212% 之间。但也混有一些成熟度在 019%~ 112% 的源岩形成的天然气。同理 , 我们也可以应用乙烷和丙烷碳同位素值来判断天然气的混源情况 (图 4)。图中的直线方程是国外的统计结果。从图中也可以明显看出 , 和 天然气的成熟度较低。同时 , 由于天然气的混合 , 造成丙烷的碳同位素值明显变轻。这同样是由于含有低丙烷碳同位素值气的混合造成天然气的碳同位素值的异常。从该图可以看出 , 异常的点包括在 井发现的天然气。图 4 根据乙烷和丙烷碳同位素值判断天然气的混源情况根据甲烷和乙烷碳同位素的关系以及乙烷与丙烷的碳同位素值的关系 , 我们尚难于准确判定天然气的混合比例 , 但却可以明显看出 , 天然气主要是来源于高成熟度源岩所形成的天然气。据此 , 我们推测 , 本区天然气的主要来源可能以石炭系—二叠系源岩为主 , 同时也混有成熟度相对较低的天然气 (成熟度在 019%~ 112% )。此外 , 根据天然气的成熟度 , 在中新世末 , 石炭系—二叠系源岩的成熟度已达到 118%~ 215% 左右 , 这与天然气的成熟度是相符的。而混有成熟度低的源岩生成的天然气则有两种可能来源 : ①侏罗系源岩 ; ②石炭系—二叠系源岩成熟阶段的产物。4 结论(1) 柯克亚油气田烃类气体中甲烷含量较低 ,重烃气体含量较高 (平均含量为 11150% ) , 干燥系数 < 019, 天然气湿度大。( 2) 柯克亚油气田天然气甲烷碳同位素为- 39114‰ ~ - 43134‰ , 乙烷碳同位素为 - 25132‰~ - 26115‰ 。可见碳同位素相对较重 , 与塔里木盆地下古生界海相天然气的乙烷碳同位素组成 (<- 31‰ )差别较大。( 3) 柯克亚油气田天然气 40A r 36A r 值可能分为两组 : 一组比值较高 , 分布范围为 85514~ 98116;另一组相对较低 , 为 60416~ 68214。说明柯克亚油874              天 然 气 地 球 科 学                V 14© 1994 。此外 , 柯克亚油气田天然气中甲烷的氢同位素在 - 144‰~ - 172‰ , 平均为- 164‰ , 大于 - 190‰ , 说明其母质受到一定盐度的影响。(4) 本区绝大多数天然气甲烷和乙烷碳同位素值关系符合 断的 ˚ 型有机质方程直线关系 , 这说明本区的有机质类型仍然属于较好的有机质类型。除了 和 成熟度较低以外 , 绝大多数天然气的成熟度在 118% 左右。由于天然气中混入了甲烷碳同位素值较低的天然气 , 从而造成了 井甲烷碳同位素值明显偏离 、 ˚ 型有机质生成的天然气乙烷和甲烷碳同位素值的方程。(5) 总体上说 , 本区天然气的成熟度应该以乙烷计算的成熟度为准 , 大约在 118%~ 212% 之间。但也混有一些成熟度在 019%~ 112% 源岩形成的天然气。推测天然气的主要来源为石炭系—二叠系源岩。此外 , 在中新世末 , 石炭系—二叠系源岩的成熟度已达到 118%~ 215% 左右 , 这与天然气的成熟度是相符的。而混有低成熟度源岩所形成的天然气则有两种可能来源 : ①侏罗系源岩 ; ②石炭系—二叠系源岩成熟阶段形成的产物。参考文献 :\[ 1 \] 贾承造 , 魏国齐 , 姚慧君 , 等 1 塔里木盆地构造演化与区域构造地质 [M ]1 北京 : 石油工业出版社 , 19951\[ 2 \] 戴金星 1 加强天然气地学研究 勘探更多大气田 [J ]1 天然气地球科学 , 2003, 14 (1) : 32121\[ 3 \] 陈践发 , 朱岳年 1 天然气中氮的来源及塔里木盆地东部天然中氮的地球化学特征 [J ] 1 天然气地球科学 , 2003, 14 (3) : 17221761\[ 4 \] 戴金星 1 天然气地质和地球化学论文集 [C ]1 北京 : 石油工业出版社 , 19961\[ 5 \] 徐永昌 , 刘文汇 , 沈平 , 等 1 天然气地球化学的重要分支——稀有气体地球化学 [J ]1 天然气地球科学 , 2003, 14 (3) : 1722175.\[ 6 \] 沈平 , 徐永昌 , 王先彬 , 等 1 气源岩和天然气的地球化学特征及成气机理研究 [M ]1 兰州 : 甘肃科学技术出版社 , 19911\[ 7 \]  . nw D \]. D. D T. U. 1989.\[ 8 \]  . ie \]. E E 1987, 103: 2102218.\[ 9 \]  W J. 天然气气—源岩对比 [A ]1M B, 油气系统—从烃源岩到圈闭 [C ]1 张刚译 1 北京 : 石油工业出版社 , F M N M X L I X . D ep y , Ch B 00083, Ch . T x p K 41000, Ch 3 J J 34023, Ch T h is is m on of h M of 977. T h is s m is m of he ic of in of w h m m s. In 0A r 36A H e 4H e m T he ip is w of m , ˚. T h m s w h m m of is . 8%~ 2. 2% 2 18 w on T to w h s. In . 9%~ 1. 2% R o s (m ay be m N M T o. 6          侯读杰等 : 柯克亚油气田混合来源天然气的地球化学特征         © 1994
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