塔东地区天然气地球化学特征及运聚探讨.pdf

第30卷第3期 磊油 与天热 乞肚彦 0IL＆G A SGEOL O G Y2009年6月 文章编号0253 9985200903 0324 06 塔东地区天然气地球化学特征及运聚探 讨 兰晓东 ’ ，朱炎铭 ’ ，冉启贵 。 ，程宏岗 。 1 ．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221008；2．中国石油天然气股份有限公司 勘探开发研究院 廊坊分院，河北廊坊065007 摘要塔东地区存在两套烃源岩，根据对样品组分、碳氢 同位素及轻烃 组分等方面的综合分 析，塔东地区 天然气属于有机 海相油型气，来 自于寒武系 一 奥陶系烃源岩，形成温度较高，属于高温裂解气。结合碳同位素特征和天然气运移指数A R ， 对该区天然气运聚规律进行了探讨，大致方 向由构造低部 位 向构造高部位运移。从英南2井来看，其 气藏充注过程至少 有两次。 关键词同位素组成；成因类型；地球化学特征 ；天然气运移和聚集；塔东地区 中图分类号TE l22 ．1 文献标识 码A Adiscussiononthe geochem icalcharacteristicsandmi g rationand acc umulationofnat uralgasintheeasternTarimBasin LanXiaodong ’ ，Zhu Yan ming 。 ，R an Qig ui 。 ，Ch engHong gang 。 1 ．SchoolofResou rce andEarthScience，C hinaUniver sit yofM iningandTechnolog y，Xuzhou，Jiangsu221008，C hin a； 2．La ngf i mgBr anchofPetr oChinaExplorationDe ve lopmentResear chInstitute，Langfang，Hebei065007 ，Chi na AbstractTherearetw osets ofsour cerocksineaster nTarimBasin．Com pr eh ensive ana l y sisofcom po nen ts ，i s o topesofcarbonand hydrogen ，and l i gh thydr ocarbonconstituentsofthesamplesfr omthebasinindicatesthat natu ralgasthereis m arin eorganicoil proneg asderivedfromtheCambrianand Ordoviciansou rcerocks．The gas w asfor medata veryhi ght em perat ureandtherefor ecanbeclassifiedascrackedgas．Studyon gas accum u lationandmi g r ation p atternsbasedonchar acterofcarbonisotope andgas mi g rationindex A R 3sh ow sthatthe d irectionofgas migr ati onisgeneral l yf romstr uctur allowtohi gh ．Dataofthe w ellYingnan 一2 showthatthe r eser - voirstherehadexperiencedatleasttw otim esofhydr ocarboncharges． Keyw ordsisotopiccom p osition；genetictype；geochemicalchar acteristics； g asmi g rationandaccu m ulation； easter nTa而mBaSin 塔东地区位于天山和 阿尔金山之间 一 0 ，塔里 木盆地的东部，自北 而南包括孔雀河斜坡、满加尔 凹陷 一 英吉苏凹陷、古城鼻隆 一 塔东低凸起 一 罗布 泊鼻隆，总面积达 10X10 。 km 。 。本区油气显示丰 富，根据区域内26 口探井进行详细的油气显示分 析，在9 口油气显示井中有2口工业气流井英南 2井 、满东1井、1口低产气流井英东2井，同 时发现油气显示以天然气为主 ，有凝 析油或湿气 图 1。 因此，本区天然气的进 一 步的探讨将对 后期勘探有着十分重要的指导作用。 1 气源岩状况 塔东地区沉积了两套有效烃源岩，寒武 系 一 中、下奥陶统海相烃源岩和中、下侏罗统的煤系烃 源岩 ‘引 。石炭系和志留系为连续发育的细砂岩和 粉砂岩，基本无生烃能力，为非烃源岩。前者本区 稳定发育，厚度大，分布广，主要由泥质岩泥岩及 收稿日期2008 12 31。 第 一 作者简介兰晓东198 4 一 ，男，硕士研究生，油气地质。 基金项 目国家重点基础研究发展 973计划项 目2007C B 209503。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期兰晓东，等 ．塔东地区天然气地球化学特征及运聚探讨325 图1塔东地区构造单元划分及 油气显示 Fi g ．1Thestru cturalunitsandoilandgas showsineaster nTarimBasin 页岩、灰岩和白云岩以及它们之间的过渡型岩石 组成，有机质丰度高，生烃潜量在0 ．37 ～ 0．75mg／g， 地史 中有过巨大的生烃贡献，而且 至今仍有 一 定 的生烃潜 力。后者 煤 系烃源岩主要分布于北部 的英吉苏凹陷罗布泊地区，最厚可达 365In ，岩石 类型包括暗色泥岩、碳 质泥岩和煤 岩，碳 质泥岩 TO C含量为6．65％ ～ 48．79％ ，煤岩 TO C含 量为 35．20％ ～ 97．8 0％ ，生烃 潜力 均很大，为很好的 烃源岩。 根据本区固体沥青做等效 镜质体反射 率研 究，寒武 系 一 奥 陶统海 相 烃源岩现今 烃源岩演化 程度很高，R。主要分布在 2．0％ ～ 2．5 ％之间 ，处 于高过成熟阶段。据经典干 酪 根生烃理论和 “ 接 力生气 ” 模 式 Hj ，判 断其为塔东地区主 要的气源 岩。中、下侏罗统 的煤系烃源岩成熟度较低，本文 不做讨论。 2 天然气地球化学特征 天然气的组分和同位素特征 是研究天然气成 因、来源和进行气 一 气源 对比等非 常重要 的地球 化学 指标之 一 ‘ ’。’ 。通过分 析来 自满东 1井 、龙 口I井、英南2井、英东2井和古隆1井等天然气 样品，对塔东地区的天然气特征做如下阐述。 2．1天然气组分特征 塔东地区天然气相 对密度变 化较小，分布在 0．59 ～ 0．77之间 ，甲烷和重烃 含量的分布范 围较 宽，甲烷含量介于65 ％ ～ 92％之间 ，重烃含量介于 0．76％ ～ 19．73％之间 图2，非烃气体主要是氮 气，其他非烃气体含量很 少。英 东 2井天然气甲 烷最高，在 90％左右 ， C ～ C 。含量为 1．9％ ～ 2．4％ ，其天然气较干；满东 1井天然气 中甲烷含 量最低，在 65％左右 ， C 一 c。含 量 最高 ，在 12．95％ ～ 14．33％之间；其他井天然气甲烷含量介 于65 ．93％ ～ 87．4 6％ ，C2 一 C 6主要介于 9．44％ ～ 图2塔东地区天然气甲烷与重烃含量关系 F i g ．2Therelationshi p ofCH 4 andheavyhydr ocarbons ineaster nTarimBasin 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 326石 油与天然气地质第30卷 19．73％之间 ，表现出湿气特 点。随着埋深变浅， 英南2井气层天然气的 甲烷 含 量逐渐减小，重烃 气逐渐增加，可能是 由于 天然气的扩 散散失和盖 层的渗漏作用 0 。 塔东地区天然气轻烃组成整体分布特征为以 链烷烃为主图3，占46 ．1％ ～ 93．7％ ，其次是环 烷烃占5 ．4％ 一 41．5％ ，而芳烃含量 最低，分布在 0．2％ ～ 13．8％之间 ，反映出典型的腐泥型烃源岩 来源特征 一 0 。 ● 2040 C 。 c。支链直链烷烃，％ C。 C ，环烷烃，％ 满东1井 it ．英东2井 英南2 60 8 0 C 。 C 7芳烃，％ 图3塔东地区天然气轻烃组分特征 Fi g ．3Li gh th yd rocarboncomponentsofeaster nTarimBasin 2．2 天然气同位素特征 塔东地区各井天然气的碳同位素表现 出 一 定 的差异，英南2井和英东 2井天然气碳 同位素较 重，龙口 1井 、满东1井、英东2井及古隆 1井天然 气碳 同位素相对较轻表 1。 各井8 ” c。均小于 一 30％o ，可以判定该区各井天然气为有机成因的 天然气 ‘川 。 正常烷烃气碳 同位素系列是依烷烃气分子中 碳数顺序递增，8 ” C 值依次递增或递减。当烷烃 气的8 ” C值不按正 、负碳 同位素系列规律，排列 出 现混乱时，谓之碳 同位 素系列倒转。致使倒转的 原 因有有机烷烃气和无 机烷 烃气的混合；煤成气 和油型气的混合；同型 不同源气或同源 不同期气 的混合和烷烃气中某 一 或某些组分被细菌氧化。 倒转可由其中 一 种原 因，也可由两种或更多种 原 因所致 ⋯ 。 满东 1井 、英南2井呈 现正碳同位素序列，而 英东2井和古城4井产于寒武系 一 奥 陶系烃源岩 层的天然气 同位素发生倒转 图 4。 这可能是 由 于早期较低成熟度源岩形成的天然气散失 一 部分 后的剩余气，与晚期较高成熟度 同源 源岩形成 的 天然气相掺合所导致。华英参1井 由于混入了煤 型气 图 5，而使碳同位素序列出现异常。 龙口 1 井8 ” C ，比8 1 3C。重，很有可能是由于细菌的氧化 而8 ” C ，变重 ⋯ 。 表1塔东地区天然气碳氢同位素组成 Table1Carbonand hydrogenisotopecompositionofgasineasternTarimBasin J J 英南2 J J J 3 4 70．9 ～ 3 5 10．7 3 505．1 ～ 3 517．6 3626．1 ～ 3 667．5 3 725．9 ～ 3776．0 3 8 05．5 ～ 38 33．9 36．3 36．2 37．3 37．2 37．5 30．9 31．5 33．3 34．6 34．7 28．8 28．2 29．3 29．1 28．9 29．5 27．6 30．3 27．6 27．3 D 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期兰晓东，等 ．塔东地区天然气地球化学特征及运聚探讨327 图4塔东地区天然气碳 同位素序列特征 Fi g ．4Carbonisotopesuccessionofgasineast er nTarimBasin a．正碳 同位素序列；b．碳 同位素序列倒转 ┏━ ━ ━━━ ━ ━━━ ━ ━━━ ┳ ━━━ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ┓┃ 6 ”C ．，‰ ┃┃ ┃ 一 50 ┃ 一 ┃ ┃┃ 、 ～ 、 、 ┃ ┃ ┃ ～ 、 、 ┃┃ - 40 ┃┃ ┃ ┣━━ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ━━ ┳ ━━━ ┳ ━━ ━ ━━━ ━ ━┫ ┃ ，， ┃ ⋯。 t 二■ 一 ┃ lfI ┃ ┃ ┃┃┃ ┃ 、 、 、 。涮 ┃┣ ━ ━━ ━ ━━┳ ━ ━━ ━ ━━╋ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ━━┳ ━ ┫┃┃ ┃ ┃ 一 3{ c ┃ ┃ ┃ r ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃┃ 、 、 ┃┃┃ ┃ 龟 ┃┃ ┃ ┃ ＼ 塑 ┃┃ 华英参 ┃ 井 严 ┃┃┃ ┃ ┃┣ ━ ━━ ━ ┳━ ╋ ━━━ ━ ━━ ╋ ━━━ ━ ━━ ━ ━━ ━ ╋━ ╋ ━━ ━ ╋━━ ━ ━━ ━ ━━┫ ┃ 白垩系 ┃┃ 厂 ┃ lJ ┃ I ┃┃ I II ┃┃ ┃ ┃┃ 0．51O1 ┃ 5 ┃ 20 ┃ 。 3 04 0 ┃┃┃ ┃ ┃ 一 一 1000 ┃ ┃┃ 几，％ ┃ ┃ ┣━ ┫ ┃┃┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃┃ -2000 ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┣━┫ ┃ ┃┃ ┃ ┃┃┃ ┃ ┃ -- - 3 000 ┃┃ ┃ ┃┃ 侏罗系 ┃┃ ┃ 一 一 d000 ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃┣ ━ ━━ ━ ━━ ╋ ━━━ ━ ━━ ━ ━━━ ┻ ━┻ ━ ━━ ┫ ┃┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃┗━ ━ ━━ ┻ ━┻━ ━ ━━ ━ ━┻ ━ ━━ ━ ━━ ━ ━━━ ━ ━━ ━ ━━ ┻ ━━ ━ ━━━ ━ ━┛ 深度／ m 图5华英参1井天然气类型判别 F i g ．5C haaf or identificationofgasty pes inWel lHu ayingcan 一1 塔 东地区天然气甲烷氢同位 素分 布 在 一 154．4‰ ～ 一 125．0‰之间 ，远远大于 一 190．0％0 ”“ ， 乙烷和丙烷氢 同 位素 值分 别 为 一 165．10 ～ 。。 一 1 15．1％o和 一 14 6．5％o ～ 一 9 8．6％o表1。 显 型 气 然塔东地区 天然气属于典型的海 相天然气，是寒 武系 一 奥陶统烃源岩演化 的产物。 Roon ey等1995建立了海 相天然气形成温 度模版，根据海相天然气8 C 一 8 ” C 。和 8 C ， 一 6 ” C ，可计算天然气形成的温度 引 。英 南 2井 8 ” C 2 6 H C l值为 2．6％o ～ 5．4％o ，8 ” C 3 6 C 2值 为7 ．5‰ ～ 8．6％o；满 东1井8 ” C 2 8 ” C ，值为 0．7‰ ，8 ” C ， 一 8 B C 值为 4．3‰ ；龙口 1井8 ” C 一 8 ” c，值为3．6％o ，8 ” C ， 一 8 ” C 值为 6．5‰ 。对 照 模板，可见塔东地区天然气形成温度均大于 190 C 图6，属于高温裂解气。 天然气乙烷的碳 同位素受热演化影响较小， 受母质继承效应 明显，故可 以用 6 ” C 值为 一 28％o 作为煤型气和油型气分界点，华英参 1井天然气 乙烷碳 同位素较重 ，为 一 25．3％o ，属于陆相腐殖型 天然气，可能来自于中、下侏罗统烃源岩。除华英 参 1井外 ，其他各井天然气6 ” c值分布范围相对 较宽，介于 一 39．0％0 ～ 一 31．0％0之间 ，英南 2井乙 烷碳同位素为 一 34．7％o ～ 一 30．9％0 ，龙口 1井乙 烷碳同位素为 一 35．4％。 ，可以确定其来源于海 相 腐泥型烃源岩。 图6塔东地区天然气形成温度 Fi g ．6Tem per at u r esof g asfor m ation ineaster nTafimBasin 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油与天然 气地质第30卷 3 天然气运聚分析 天然气运移研究是目前天然气地质研究的难 点和焦点，也是天然气资源评价和预测研究 中最薄 弱的环节。天然气的运聚是 一 个复杂的地质过程， 受多种因素控制。许多学者应用地球化学指标、地 质演化事件与特征、实验模拟等对烃类运移进行了 大量研究 卜 ”j 。笔者运用分子 和同位素地球化学 示踪的方法来研究本区天然气运移和聚集。 随着热成熟度增 加，气藏中单 一 烃组分比值 如C。／C，C／C，以及甲烷、乙烷、丙烷之间的8 ” C 差异随之增加。此外，丁烷异构体ic。，nC。，其组 分比iC。／nC。及其同位素值之差6 ” 尼c。 一 6 ” iC 。 的差，也都和成熟度正相关 。 Lorant1998指出两个相邻组分间的8 日 C 差 别6 ” C 。和 8 ” C 之间，8 ” C 和 8 ” C ，之间表示 了完全封闭系统比开放系统存 在更大的分馏 性 ， 并认为与有效聚集正相关 引 。 天然气运移 时，甲烷较重烃组分、异构丁烷较 正构丁烷优先迁移。随着运移距离的增大，出现 “ 甲烷化 ” 和 “ 异构化 ” 的趋势。在扩散过 程中对 甲烷的同位素分馏作用很 明显 ，天然气运移使甲 烷富集 坦 c 。这就是说，6 n C ，，6 ” C 一 6 ” C 。和 C ，／ c值受运移影响程度很 大 ，运移距离和这3个参 数中的第 一 个正相关，与后两个负相关。 AlainPrinzhofer提出 ，应用天然气 C 1 一 C 4组 分及同位素比值等 11项天然气地化参数 与天然 气成藏的成熟度、聚集效率及运移过程中的分馏 间的相关性，并用盖斯塔图表达 了它们之间的关 系 引 。由于研究区缺少丁烷同分异构体同位素的 数据，加上天然气的扩散和氧化作用 导致组分及 同位素数值的变化，分析起来会有些出人，但还是 可以看 出 一 些特征来图7。在塔东地区，古城4 井位于外圈，天然气的成熟度明显高于其他井，同 时其运移分馏因素也较其他井明显；英东2井天 然气运移分馏作用也比较明显，由于天然气产于 寒武系地层，其侧向运移比较远。其他井是比较 类似的，这也和区域构造划分相 一 致，天然气由满 加尔凹陷、英吉苏凹陷构造低部位向古城鼻隆 、塔 东低凸起、孔雀河斜坡等构造高部位运移。 根据傅家谟1992总结的规律，△尺，是天然 气运移判识的 良好指标 怛⋯ 。随运移距离的增 加 △尼 呈 现更大幅度的增加。 本文计算了塔东地区 9个气样的△月，值表2。 这 些数值的分布特征 大体上反映了天然气的运移情况。英东2井寒武 系产层中△R，由深至浅又变大的趋势，反映了其 垂向运移的存在。龙口 1井侏罗系的产层中AR ， 比英南2井 大，在区域位置上二者靠的很近。英 南2井侏罗系的产层中从深至浅变化 时，AR，数 图7塔东地区盖斯塔图 F i g ．7Gastardiagr amofeast er nT ar imBasin 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期兰晓东，等 ．塔东地区 天然气地球化学特征及运聚探讨329 注AR3 l R 3 一 R 4 l／R 4 ，R3 iC 4／nC4， R 4 iC 4／C3。 值大致是由小 一 大 一 小 一 大，其碳 同位素序列部 分倒转，说明成藏过程中有 同源不同期的气混入 ， 可以分析出其气藏至少有两次充注 ‘ 。川 ，不同期 的 充注导致天然气各方面的差异 。 4 结论 1塔 东地区天然气来 自寒武系 一 奥陶系 海 相烃源岩，成因属于高温裂解气，华英参 1井混入 了部分侏罗系的煤型气。 2根据天然气c， 一 c。组分及同位素比值等 1 1项参数做盖斯塔图 ，可以看出天然气由满加尔 凹陷、英吉苏凹陷构造低部位向古城鼻隆、塔 东低 凸起、孔雀河斜坡等构造高部位运移。古城 4 井 天然气 成 熟 度最大，运聚效益也比较强烈。对 AR ，对本区天然气运移做 分析，推测英南 2井天 然气至少经历 了两次充 注过 程，英东 2井天然气 垂向运移明显。 参考文献 1 张光亚 ．塔里木古生代克拉通盆地形成演化与油气 [M] ．北 京地质 出版社，2000 ．95 ～ 110 2 吴 国干，李华启．塔里木盆地东部 大地构 造演化 与油气成藏 [J] ．大地构造与成矿学 ，2002，263229 ～ 234 3 杨威，魏国齐，王清华，等 。塔里木盆地寒武系两类优质烃源岩 及其形成的含 油气系统 [J] ．石 油与天然气地质 ，2004，25 3263 ～ 267 4 赵文智，王兆云，张水昌，等 ．有机质 “ 接力生气 ” 模式的提出 及其在勘探中的意义[J] ．石油勘探与开发 ，2005，3221 ～ 7 5Stah lW ．Carbonisotopefr actionation sinnatu r gases[J] ．Na ture．1974 ，2511134 135 6SchoellM．Geneticcharacterizationofnaturalgases『J]．A A PG Bul letin ，198 3，67122 225 2 238 7 陈践发，徐永昌，黄第藩 ．塔里木盆地东部地区天然 气地球化 学特征及成因探讨 [J] ．沉 积学报 ，2000，184606 ～ 610 8 聂采军，郑威，李梅 ．塔里木东北部英南2气藏天然气运移和 聚集[J] ．地质科学 ，2004， 39 458 9 ～ 598 9 胡国艺，李剑，李谨，等 ．判识天然气成因的轻烃指标探讨[J]． 中国科学D辑，2007，37增 刊1I111 1 17 10 戴金 星 ．利用轻烃鉴别煤成气和油型气[J]．石油勘探与开发 ， 1993 ，20526 ～ 32 11 戴金 星，夏新字，秦胜飞，等 ．中国有机 烷烃气碳同位素系列倒 转的成因[J] ．石油与天然气地质 ，2003，2411 ～ 6 12 李艳 霞，钟宁宁，张枝焕，等 ．塔里木盆地英南2气藏成藏机理 [J] ．石 油学报 ，2005，26253 ～ 57 13 陶成，把立强，王杰，等 ．天然气氢 同位素分析及应用[J]．石油 实验地质，2008，30194 ～ 97 14RooneyMA ，Cl ay poolGE ，Chu ngG E．Modelingtherm ogenic g as gener ati onusingcarbonisotoper atios ofnatur algashydrocarbons [J] ．Ch em i ca lG eology，1995 ，1263／4219 232 15 李明诚 ．石 油与天然气运移第3版[M]．北京石 油工业 出 版社，2004 ．208 ～ 253 16 金之钧，张发 强 ．油气运移研究现状及主要进展[J]．石油与天 然气地质，2005，263263 ～ 270 17 胡伯良 ．塔里木盆地石油有机 地球 化学特征 和油源 问题探讨 [J] ．石油与天然气地质 ，1981，24359 ～ 368 18brantF ，Pri n zhoferA ，B eharF ，eta1 ．Carbonisotopic andm olecu larco ns tr aints onthefor m ationandtheexpulsionofth er m ogenic hydrocarbon gases[J] ．ChemicalGeolog y，1998，14 7249 264 19AlainP ．Mar cioR M ．T ikaeT ．GeochemicalCharacterizationNf Natur alGas[J]．A APGBul letin ，2000，8 481 152 1 172 20 傅家漠，刘德汉 ．天然气运移 、储集及封盖条件[M] ．北京科 学 出版社，1992 ．57 ～ 157 21 肖中尧，肖贤明，马德明，等 ．塔里木盆地英南2井气藏生 烃动 力学研究 [J] ．中国科学 D辑，2007 ，37增刊I I90 96 编辑高岩 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m