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三塘湖盆地天然气成因及成藏分析

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湖盆 天然气 成因 分析
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第17卷第4期 2006年8月 天然气地球科学 7 2006 天然气地球化学 三塘湖盆地天然气成因及成藏分析 杜宏宇,王志勇,金 颖,杨爱生,任忠跃,贺永红 (吐哈油田公司勘探开发研究院,新疆哈密839009) 摘要:通过研究三塘湖盆地马朗凹陷中上三叠统一中下侏罗统煤系烃源岩有机质类型(主要为Ⅲ 型)及其演化程度( ~0.6 )和天然气特征(高含量烃类成份,高干燥系数,甲烷碳同位 素较轻,乙烷和丙烷碳同位素较重),认为该凹陷天然气符合煤成生物~热催化过渡带气特征,并指 出该套源岩从白垩纪开始进入煤成生物一热催化过渡带气生成阶段,其气源贡献可延续至第三纪 末乃至更晚。 关键词:三塘湖盆地;天然气;成因;生物一热催化过渡带气;碳同位素;成藏 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672—1926(2006)04—0582—04 近年来,三塘湖盆地油气勘探主要围绕马朗凹 陷以上二叠统芦草沟组湖相源岩为油源的中侏罗统 西山窑组(J z)砂体为储集层的岩性一构造复合油 藏展开工作并取得一定成果。与此同时,2005年通 过老井复查首次在马朗凹陷牛101井、马8井西山 窑组之上的中上侏罗统头屯河组(J £)、齐古组(获得商业气流,打开了三塘湖盆地“无天然气”的禁 区,取得了盆地油气勘探重大进展(图1、图2)。该项 进展丰富了该盆地油气资源类型,拓宽了油气勘探 工作思路,增强了马朗凹陷的勘探潜力。 图究表明,马朗凹陷天然气藏范围较大:在平面 上均主要受岩性控制,可划分为牛101块和马8块; 在纵向上可划分为2套含气层组,即齐古组含气层 组和头屯河组含油气层组。这2个含油气层组的油 气层均为中到薄层细砂岩,上覆的泥岩盖层较发育, 形成了良好的封盖作用。井间对比单砂层横向展布 明显受岩性控制,油气层在平面上呈层状发育展布, 纵向上集中发育分布在 油气藏的含油气层在平面上叠合连片。牛101井J。f 1 182.6~1 193.m 、气 3.2×1 0 m。的工业油气流,随后在J。q 1 0 7 3.0 ~1 089.223m。的工业气流。 收稿日期:2006—04—26;修回006—06—1 6. 作者简介:杜宏宇(1 971一).男,四川达州人.工程师.主要从事油气地球化学研究.E—1 63.O.4 杜宏宇等:三塘湖盆地天然气成因及成藏分析 583 同时马8井在对应的21.4~726.8日产2.7×10 m。的高产气流。为进一步准确评价 ∞ ∞ 马14蚌湖201井 牛101井 该盆地天然气资源,确定后续勘探方向,本文分析了 盆地内新发现天然气的成因、气源及成藏过程。 ~2 马朗凹陷马一J 天然气化学组成及碳同位素特征 2 天然气成因类型 三塘湖盆地天然气中烃类含量高(>90 )且以 甲烷为主,只含有少量重烃组分,非烃气体以氮气和 二氧化碳为主(表1)。天然气的C /(c ~C )值(干 燥系数)均大于0.9,表现出干气的特征。非烃组成 中基本都表现出氮气含量较高、二氧化碳含量低的 特点。 表l 三塘湖盆地天然气样品组分、碳同位素数据 该盆地天然气样品组分碳同位素分析结果见表 1所示。对比邻区吐哈盆地天然气组分碳同位素特 征(6”C 主体分布在一45%。~一35间,平均一 41‰;6”C 主体分布在一31‰~一23‰之间,平均 一27%。;6 C。主体分布在一28‰~一22‰之间,平 均一25 .),牛101井样品甲烷碳同位素比值较轻, 而马8井样品较重;乙烷碳同位素比值两井与邻区 相近;马8井样品丙烷碳同位素比值较轻,牛101井 样品碳同位素比值则较重 。 三塘湖盆地天然气样品6”C 值为一14.9有明显的有机成因特征。其6 C 指标较生物气 (一般小于一55‰ 一)更加富集重碳同位素,且盆地 马朗凹陷主要烃源岩热演化程度均早已超过生物气 形成演化阶段(最晚应在早白垩世),即使存在早期 形成的生物气藏也难于长时间保存,因此认为盆地 天然气为热成因气。 一般油型天然气的6 C 一27.5‰,混合型的天然气则界于两者之 间。除乙烷碳同位素比值外,一般煤成天然气的 丙烷碳同位素比值高于一25.5‰,油型天然气丙烷 碳同位素比值低于一27%。根据样品组分碳同 位素分析数据,对照前述6 C 、6 C。值划分界限,确 定该盆地天然气应属于煤成天然气。 沉积有机质随地层埋深增加、温度升高而开始 其热演化历程。由于沉积有机质中包含有复杂多种 的不同生烃潜力和生烃活性的成烃母质,决定了其 不同热演化程度的生烃能力及产物均有所不同,但 相对于同一种母质,随着热演化程度的提高,其气态 烃产物中甲烷碳同位素偏重,因此6 C 值可作为指 示天然气成熟度的较好指标。对于腐殖型有机母质, 生物一热催化过渡带气的6 C 指标一般在一45 ~一6 ,而成熟天然气6 C 指标一般都大 于一40‰。在此次分析的3个天然气样品中牛101 井 值分别为一47.1 ①黄志龙。高岗,李君.等.吐哈盆地天然气成因类型分析及成藏特 征研究.2004. 叭 叭 叭 0 % .n 584 天 然 气地球科学 7 —42.8‰,干燥系数为0.99、0.98,与生物一热催化 过渡带气特征相似;马8井J 为 一38.,1‰、干燥系数为0.92,可能因为埋藏浅而受 到散失、氧化、微生物等作用的影响。 通常情况下,天然气6 C 指标与生气母质热演 化程度具有良好的相关关系,一些学者据此提出了 适用不同母质类型、演化阶段的天然气6 C 指标与 相应源岩尺c 指标的相关公式。通过这些公式可以 计算出天然气相应源岩的热演化程度,亦可结合研 究区地质背景对天然气类型进行判识或验证。根据 前述对盆地天然气成因类型的分析,选择沈平关于 生物 热催化过渡带气的拟合公式[2 进行计算: 6”0.5 牛101井2算结果为 0.47 、0.6 ,据此可确定牛101井气藏天然气对 应于源岩热演化程度致在0.5 ~0.6 左 右,马8井J £天然气对应R 为0.79 ,但考虑到 气藏可能受到次生改造作用的影响,该结果能否代 表相应源岩热演化程度尚不能确定。 3 天然气气源 三塘湖盆地马朗凹陷自下而上发育3套烃源 岩,即石炭一下二叠统源岩、上二叠统芦草沟组湖相 源岩,中上三叠统一中下侏罗统煤系源岩。石炭一下 二叠统烃源岩分布局限,有机质类型以Ⅱ、Ⅲ型为 主,但其热演化程度已达成熟一高熟阶段,理论上认 为只有烃源岩目前处在过渡带演化阶段的层段才是 形成过渡带气最主要的区域 j,故该套源岩不是提 供盆地天然气的源岩。上二叠统芦草沟组湖相烃源 岩有机质类型较好(以Ⅱ、目前热演化条 件下(低成熟一成熟.尺 总体均高于0.6 ),可以 提供少量成熟油型天然气,但不能提供煤成生物一 热催化过渡带天然气。中上三叠统一中下侏罗统煤 系烃源岩(包括煤、碳质泥岩及暗色泥岩等)在凹陷 内具有较广泛分布,丰度评价为较好烃源岩,有机质 类型基本为Ⅲ型,其热演化程度处于过渡带演化阶 段(0.5 ~0.6 ),符合煤成生物一热催化 过渡带气的生烃条件,可确认为盆地天然气的主力 源岩。 另外,对牛101井中侏罗统头屯河组与天然气 同层产出的少量原油的分析表明。其具有高的姥植 比(5)特点,与盆地中上三叠统一中下 侏罗统煤系烃源岩类似,而马朗凹陷上二叠统芦草 沟组湖相烃源岩则具有低的姥植比(h~2),据 此可确定该层原油来源于中上三叠统一中下侏罗统 煤系烃源岩。牛101井头屯河组原油是在马朗凹陷 首次发现的具有煤成油特征原油,也是该井天然气 来源于中上三叠统一中下侏罗统煤系烃源岩的又一 重要证据。 马8井中侏罗统头屯河组气藏与牛101井气藏 均处于牛圈湖构造带(图2)且相距不远,基本属同 一含气系统,该井气藏气源应与牛101井气藏基本 一致。此外,根据马8井天然气为煤成天然气类型和 成熟度计算结果(尺。为0.8 ),再结合马朗凹陷中 上三叠统一中下侏罗统煤系烃源岩基本不存在热演 化程度达到尺c 为0.7 以上的分布区域,笔者认为 马8井天然气样品6重的原因极有可能是气 藏次生改造作用的结果,而不是较高演化程度的气 源岩所致。 4 天然气成藏 生物一热催化过渡带气生成的适宜地温在50 ~85 根据盆地马朗凹陷相应气源岩的沉积埋 藏演化史(图3),可确定源岩生成和排出生物一热 图3马朗凹陷烃源岩成熟演化史 催化过渡带天然气的大致时期。分析认为,三塘湖盆 地马朗凹陷中上三叠统一中下侏罗统煤系源岩自白 垩纪始进入煤成生物一热催化过渡带气生成阶段。 其气源主体贡献可延续至第三纪末乃至更晚。天然 气成藏期晚和现今仍有气源供给是大中型气田形成 的关键u j。运用天然气运聚动平衡及晚期成藏理 论对三塘湖盆地马朗凹陷天然气分析后认为,三塘 湖盆地头屯河组、齐古组均为河流相、冲积扇相的粗 碎屑沉积,在马朗凹陷沉积厚度一般不超过200m, 一到 杜宏宇等:三塘湖盆地天然气成因及成藏分析 585 目前所发现的天然气藏以中上侏罗统头屯河组和齐 古组泥岩、粉砂质泥岩为盖层,部分井区层段可能以 粉砂岩为盖层,缺乏优良的封盖条件,存在一定程度 的气体逸散,加上源岩供气补充不足,将导致气藏萎 缩乃至全部散失。马朗凹陷天然气藏虽然规模不大, 但其气源岩分布相对局限、厚度不大,总体生气强度 不高,晚期成藏可能是该气藏得以保存的重要条件。 5 结语 三塘湖盆地天然气化学组成以烃类气体为主 (烃类气体含量一般大于90 ),总体表现出干气特 征(干燥系数大于0.9);组分碳同位素具有甲炕较 轻,乙烷、丙烷较重的特点。根据天然气成因类型和 成熟度分析认为盆地天然气属煤成生物一热催化过 渡带气。中上三叠统一中下侏罗统煤系烃源岩在盆 地马朗凹陷分布较为广泛,有机质丰度评价较好,类 型主要为Ⅲ型,其热演化程度均处于过渡带气演化 阶段(尺。为0.5 ~0.6 ),符合煤成生物一热催 化过渡带气的生成条件,为盆地主要气源岩。盆地马 朗凹陷中上三叠统一中下侏罗统煤系源岩自白垩纪 始进入煤成生物一热催化过渡带气生成阶段,其气 源贡献可延续至第三纪末乃至更晚;盆地天然气藏 应大致于白垩纪一第三纪时期成藏。在三塘湖盆地 汉水泉凹陷中上三叠统一中下侏罗统煤系源岩分布 最广,发育最好,该凹陷塘参2井资料显示其源岩有 机质丰度较高且热演化程度较马朗凹陷略高(R。为 O.6 左右),煤成生物一热催化过渡带气生成、聚集 及保存条件较好,是盆地针对该类天然气勘探的有 利探索区。 参考文献: [1] 陈荣书、天然气地质学武汉:中国地质大学出版社, 1 989 茨 天然气地质学北京:科学出版社,1988. 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