川中公山庙地区侏罗系天然气地球化学特征-.pdf

2 01 3 正 第7 卷 第2 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 7，N o ． 2 Ap r ． 2 01 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 1 1 3 2 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 0 2 川中公山庙地区侏罗系天然气地球化学特征 陈飞 何小平 梁绍洪 1 ．中国石油西南油气田公司川中油气矿，四川南充6 3 7 0 0 0； 2 ．中国石化中原油田采油一厂地质研究所，河南濮阳4 5 7 1 7 1 摘要根据天然气中基本组分、碳同位素和轻烃特征 ，对川中公山庙地区天然气地球化学特征进行了分析。 天然气组分特征分析表明，研究区天然气甲烷含量低 ，重烃含量高，主要为湿气；研究区天然气各主要烷烃气含量 变化较大，气源关系复杂，天然气主要来 自中、下侏罗统烃源岩，部分来自上三叠统烃源岩。研究区天然气表现出 正碳 同位素分布特征，体现了天然气的有机成因；天然气甲烷、乙烷碳同位素值的差异，表明研究区天然气主要为 油型气，部分为煤型气；碳同位素计算研究区天然气成熟度值为0 ． 6％一1 ．0％。对天然气轻烃进行分析，结果也表 明研 究区天然气主要为 油型 气。 关键词公山庙地区碳同位素特征轻烃特征地球化学特征 中图分类号P 6 1 8 ． 1 3 0 ． 2 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 3 0 2 0 0 0 6 0 4 O 引言 天然气地球化学特征受控于天然气母 质及后期 运移作用，所以现今气藏中的天然气地球化学特征 蕴含了丰富的天然气成因、成熟度、运移等基本地 球化学特征。天然气中天然气组分 、碳同位素、轻 烃指纹及稀有气体是天然气研究的主要内容，它们 有效的结合 ，极大地丰富了天然气研究内容，使得 天然气地球化学特征在判别天然气 中是否有无机 成 因气 、示综油气运移路径、确定大地热流值、判断 构造活动陛等方面发挥了重要的作用。 前人对川 中公山庙 地区储层特征及沉积特征均 作 了大量的研究 n ] ，但是对研究区天然气地球化学 特征及气源关系的研究较少 ，而天然气地球化学特 征蕴含了丰富的地质及油气信息，天然气的气源关 系不仅反映了天然气 的来源 ，同时对指导天然气勘 探开发也具有十分重要 的意义 。因此 ，有必要对研 究区天然气地球化学特征及气源关系进行深入认识。 1 区域地质背景 公山庙构造位于四川盆地川中油气区内，地理 位置上位于四川省西充、南部 、仪陇、蓬安诸县境 内，构造分区上隶属于川中古隆起营山构造群， 西 以葫芦溪 向斜 与八角场构造相 隔 ，东邻营山构造 ， 南 隔红花铺 向斜 与南充构造相望 ，东北与洪 山场向 斜相接 ，勘探面积为 1 7 0 0 k m n 。 目前发现的公山 庙地区油气资源主要来 自中、下侏罗统，尤其是在 中侏罗统沙一段已获得 了丰富的油气资源 。前人对 川中地区的研究表明，侏罗系下伏上三叠统须家河 组发育了须一段、须三段、须五段3 个重要的煤系烃 源岩层，有机质类型以Ⅲ型为主，有机质丰度高 平 均有机碳 含量大 于 2％ ，有机质成熟度 高 R o 值 为 1 ． 0 2％一 1 ． 5 9％ ，成烃方向主要为煤型气 ，须家河 组天然气 主要来 自须家河组煤系烃源岩 。川 中地区 侏 罗系中，仅在下侏 罗统大安寨 段与中侏罗统凉高 山组有烃源岩发育 ，烃 源岩平 均厚度 为 4 5 m左右 ， 有机质丰度较高 有机碳含量通常大于 1 ％ ，成熟度 较低 R o 值为0 ．7 O％ 一 1 ． 1 2 ％ ，但已达到成熟阶段， 有机质类型主要为 Ⅱ 型与 I 型 [ 5 ] ，成烃方向主要 为油 型气。 2 天然气地球化学特征 2 ． 1 基本组分特征 本次研究收集 了川中公 山庙地 区侏 罗系天然气 样品 1 1 件 ，从样 品天然气组分特征来看 表 1 ，研究 区天然气以烃类气体为主，烃类气体含量高达9 5 ％ 收稿 日期 2 0 1 2 0 52 8 修订 日期 2 0 1 3 0 1 1 5 作者简介陈飞 1 9 8 5一 ，助理T程师，从事油气地质及开采 I 作。E - ma i l c h e n f e i n c 1 2 6 t l I1 1 6 ／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o my 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 3 8 期 天然气技术与经济 地质勘探 2 0 1 3 正 以上 ，非烃类天然气含量较低 ；烃类气体中又以甲 烷含量为主，其次为乙烷和丙烷 ，天然气中重烃含 量相对较高 ，平均值为 l 7 ．0 9％，由于重烃含量较 高，故而研究区天然气干燥系数较低 ，平均值仅为 0 ． 8 2 ， 说明研究区天然气整体以湿气为主。同时研究 区天然气中各烃类组分含量变化范围均较大 ，干燥 系数也表现 出较大 的变化范围 表 1 。从研究 区天然 气 甲烷含量与干燥系数关系图 图 1 中，可以看出研 究 区天然 气 甲烷含 量 为 6 5％一 一 8 5％、干燥 系数 为 0 ． 7 0 ． 8 5 ，天然气甲烷含量低 ，干燥系数低。另外 少部分天然气样 品甲烷含量在 9 0％左右 ，干燥 系数 大于 0 ． 9 ，该类 天然 气 甲烷 含量及 干燥 系数 明显偏 高。研究 区天然气 甲烷含量及干燥系数的明显差 异，表明天然气可能有不同的来源。根据研究区烃 源岩发育特征，下侏罗统及上三叠统均有烃源岩发 育，若天然气仅来 自 某一套烃源岩，则它们的干燥 系数不会 有如此明显的差异 ，因此研究 区侏 罗系天 然气可能来自上三叠统与下侏罗统烃源岩的共同贡 献 。考虑上三叠统与下侏罗统烃源岩埋深关 系 ，来 自上三叠统烃源岩具有更高的甲烷含量与干燥系 数，所以，研究区侏罗系中少数较高甲烷含量 9 O ％ 左右 天然气可能来 自上三叠统须家河组烃源岩。前 人研究也表明 J 1 ，川中地区来 自 须家河组烃源岩的 天然气 甲烷含量为 8 8％～9 6％，这进一步证 实了研 究区部分高甲烷含量天然气来 自上三叠统须家河组 烃源岩 。而研究 区更多 的甲烷含量 较低 小于 8 5％ 的天然气则来 自下侏罗统烃源岩。 为 了更好地探讨侏 罗系天然气 与上三叠统天然 气的关系，本次研究对侏罗系与上三叠统天然气 甲 烷含量与重烃含量 C 的相关性进行 了分析 图 2 。 从图 2 可 以看 出，侏罗系天然气与上三叠统天然气烷 烃气含量差异较为明显，中、下侏罗统主体表现为 甲烷含量低 、乙烷含量高 、丙烷含量高 、重烃含量 高 ，上三叠统天然气则相反 ，体现了它们气源的差 异 。由于上三叠统天然气主要来 自上三叠统煤系烃 源 岩 ，侏 罗 系天 然气 甲烷 含量 更低 、重烃 含量更 高 ，所以来 自上三叠统之上烃源岩，结合其发育特 征 ，侏 罗 系天然 气 主要来 自下侏 罗统 烃源 岩 。同 时，部分侏罗系天然气甲烷含量、乙烷含量 、丙烷 含量及重烃含量与上三叠统天然气较 为一致 ，说 明 侏罗系部分天然气来 自上三叠统煤系烃源岩。 甲烷含量 图l 公山庙地区侏罗系天然气甲烷含量与干燥系数关系图 9 2％ 1 ％ ／ ＼ ‘ ． ／ l 2 ％1 0 ％8 ％ 6％ 7％ 乙烷 体积 分数 上三 叠统 天然 气 1 3 ％ 1 9 ％ 25 ％ 重烃 体积分 数 中下侏 罗统天 然气 图2 天然气 中甲烷及重烃体积分数星形图 2 ． 2 碳同位素特征 戴金星 1 9 9 3 对中国天然气碳同位素的研究表 明，不论是有机成因煤型气还是油型气 ，都有6 ” C 。 8 ” c 的碳同位素分布特征 ] ，因 此可以通过天然气中主要烷烃气碳同位素特征来识 别天然气成 因及气源关系等。从研究 区天然气样 品 碳同位素组合特征来看 图3 ，天然气样品碳同位素 值均表现出8 ” C 8 ” C 8 ” c ， 的正碳同位素系列特 征 ，表明研究 区天然气为有机成 因气 。同时 ，研究 区天然气未发现碳同位素倒转现象 ，表明研究区天 然气成因特征及气源关系相对简单。 图3 侏罗系天然气碳同位素分布特征图 前人研究表明，腐殖型有机质主要由相对富集 8 ” c 的芳香结构组成 ，腐泥型有机质主要 由相对富 集8 ” c 的脂肪族结构组成，腐殖型有机质主要生成 煤型气 ，腐泥型有机质主要成油 ，后期油裂解成 气 ，所 以相同或相近成熟度源岩形成 的煤型气烷烃 碳同位素大于油型气烷烃对应值 [ 6 1 4 - 5 o干酪根中的碳 同位素具有很强的遗传性，可以传递给它生成的烷 烃气 ，甲烷同位素除了受母质类型的控制外 ，同时 受热演化程度的影响。相对于甲烷 ，乙烷同位素主 要受母质类型的控制 ，所 以源岩的碳 同位素对 乙烷 具有更强的传递性，刚文哲等 1 9 9 7 通过实验模拟 证 实 了该结论 “ ] 。乙烷碳 同位素对母质 的继承性 ， 使得它成为天然气成因类型划分的重要方法 。张士 亚等 根据我 国大量天然气 乙烷碳同位素的统计分 析认为腐泥型天然气8 ” C 值小于一 2 8 ％ o ，腐殖型天 然气8 C 值大于一 2 8 ‰。为了更好地说明研究区侏罗 系天然气成因特征 ，本次收集了部分川中地区上三 叠统腐泥型天然气样品的碳同位素数据，进行对 比 分析。从侏罗系与上三叠统天然气甲烷与乙烷碳同 位素关系图可以看出 图4 ，上三叠统与侏罗系天然 气甲烷 、乙烷碳同位素值有明显的差异，上三叠统 天然气乙烷碳同位素值均大于一 2 8 ‰，进一步证实了 8 ／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 上三叠统天然气的煤型气成因特征 ，与上三叠统发 育多套煤系烃源岩的地质特征相符 ；而侏罗系天然 气乙烷碳同位素以小于一 2 8％ o 为主 ，表 明侏罗系天然 气以油型气为主。从研究区烃源岩发育特征来看 ， 侏罗系天然气主要来 自以有机质类型 Ⅱ。 型与 I 型为主 的下侏罗统烃源岩 。 图4 天然气甲烷、乙烷碳同位素关系圈 同时 ，天然气 甲烷碳 同位素特征也支持 了侏罗 系与上三叠统天然气成因及气源差异。相对于乙烷 碳同位素对天然气成因有很好的继承性，甲烷碳同 位素对天然气成熟度则表现出更好的继承性 ，成熟 度越高甲烷碳同位素值越大， 从图4 可以看出上三叠 统 天然气 甲烷碳 同位素值 明显大于侏 罗系天然气 ， 即上三叠统天然气成熟度更高于下侏罗统 ，所 以它 们来 自不同的烃源岩。结合烃源岩发育特征，上三 叠统天然气来 自埋深更 大的上三叠统煤系烃源 岩 ， 而侏罗系天然气则来 自埋深相对较浅 的下侏 罗统腐 泥型干酪根为主的烃源岩 ，故而天然气成 因差 异明 显 。 另外 ，从图4中可 以看出 ，有一个侏罗系天然气 样品，不论是甲烷碳同位素值还是乙烷碳同位素值 都与上三叠统天然气碳同位素值相似，这说明侏罗 系部分天然气样品来 自上三叠统烃源岩。 国内外很多学者都注意到天然气 中主要烷烃气 碳同位素 6 ” c 与天然气成熟度值 R o 之间有很好 的 正相关性 ，同时也提出了很多 的8 ” C与R o 的关系式 ，最为常用的为戴金星 1 9 8 7 提出的不 同成因气 8 ” CR 0 关 系式 油型气 8 ” C 1 5 ． 8 0 l 。一4 2 ． 2 0 ； 煤型气 8 ” C 1 4 ． 1 2 l g n 0 3 4 ． 3 9 ] 4 ～，利用这些关 系式可以获得天然气的成熟度、成因及来源等重要 信息。根据戴金星煤型气8 ” c 一 o 关系式计算研究 区天然气成熟度R o 值 ， 计算天然气成熟度 o 值仅为 0 ． 1 4 ％～ 0 ．2 7％，显然不符合研究区侏罗系天然气有 机成 因气 的特征 ，所以不能利用煤型气6 c 。 一R o 关 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 3 8 期 天然气技术与经济 地质勘探 2 0 1 3 定 系式计算研究区侏罗系天然气成熟度值。选用油型 气8 ” C 与 o 的关系式计算研究区侏罗系天然气的成 熟度值，计算天然气成熟度R o 值主要分布在0 ．6 ％一 1 ．0％ 之间，符合有机成因气的特征 ，表明研究区侏 罗系天然气主要分布在成熟阶段 。侏罗系天然气 8 ” C 一 o 关系式计算成熟度值与陈盛吉等 n 实测侏 罗系天然气烃源岩成熟度 O ．7 0 ％一1 ． 1 2％ 十分相似， 说明按油型气8 ” C 。 一 o 关系计算的研究区天然气成 熟度值与实际相符，同时也说明研究区天然气主要 为油型气 ，天然气的成因结合烃源岩特征体现了研 究区侏罗系天然气的气源主要来 自下侏罗统烃源岩。 2 ． 3 轻烃特征 C 轻 烃 系 列 中 的 正 庚 烷 n C 、 甲基 环 己烷 MC C 及二 甲基环戊烷 D MC C 有着不 同的母质来 源，不同成因天然气具有不同的富c ， 轻烃特征 ，所 以可 以根据 该特征判 别天然气 的成 因类 型 。通常 ， 正庚烷主要来自藻类和细菌 ，对成熟作用敏感 ，是 良好的成熟度指标 ；甲基环己烷主要来源于高等植 物木质素、纤维素糖类等，且热力学性质稳定 ，是 指示有机质生源的良好参数，它的大量存在是煤成 气中轻烃的一个重要特征；各种结构的二甲基环戊 烷主要来 自水生生物的类脂化合物，甾族类化合物 和萜类化合物中的环状类脂体 ，它的大量出现是油 型气轻烃的重要特征。 从川中公山庙侏罗系天然气c ， 轻烃三角图 图5 来看，侏罗系天然气主要分布在 I 与 Ⅱ干酪根成因 气分界线附近，表明研究区天然气主要为 Ⅱ 型与I 型 干酪根成因气，即油型气，与上文碳同位素分析结 果一致。 D M CC 5 2 0 4 0 60 8 0 M C C 6 图5 天然气 C 轻烃三角图 3 结论 对川中公山庙地区天然气的基本组分 、碳同位 素、轻烃等基本地球化学特征进行了分析，结果表 明研究区天然气主要为湿气 ，天然气以腐泥型干酪 根成因油型气为主，部分天然气为腐殖型干酪根成 因煤型气。碳同位素计算研究区天然气成熟度 。 值 为0 ．6％一1 ．O ％，天然气处于成熟阶段 ，计算天然气 成熟度值与实测天然气成熟度值一致。天然气组分 与碳同位素特征分析均表明， 研究区天然气主要来 自中、下侏罗统烃源岩 ，部分来 自上三叠统烃源岩。 参考文献 [ 1 ]谢继容，唐大海． 川 I 中公山庙构造沙一段油藏成藏条件 [ J ] ． 天然气工业，2 0 0 2 ，2 2 增刊 2 3 2 6 ． [ 2 ]唐大海，谢继容 ，刘兴刚． 川 中公山庙区块沙一段砂岩 储层成岩作用研究E J ] ．2 0 0 2 ，2 5 2 2 5 3 0 ． [ 3 ]赵永刚，陈景山，蒋裕强，等． 川 中公山庙油 田中侏罗 统沙溪庙组一段储层特征及控制因素[ J ] ．天然气勘探与 开发 。2 0 0 6 ，2 9 1 1 0 - 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