塔里木盆地塔中地区天然气成因及其差异.pdf

第 3 1 卷第 3期 -5 天 气比 O I LG A S G E O L O G Y 2 0 1 0年 6月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 0 0 3 0 3 3 5 0 8 塔 里木盆地塔 中地 区天然气成 因及其差异 王 祥 ， 张 敏 ， 刘玉华 1 ． 中国石油大学 盆地与油藏研究中心 ， 北京 1 0 2 2 4 9； 2 ． 中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室， 北京 1 0 2 2 4 9 ； 3 ． 长江大学 地球化学系， 湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 ； 4 ． 中国石油化工股份有 限公 司 东北分公司 石油勘探开发研究 院 ， 吉林 长 春 1 3 0 0 6 2 摘要 通过对塔 中天然气组分和碳 同位 素地球化 学特 征的 系统 分析 ， 发现 塔 中天然气 气态烃 组分基 本上 呈正碳 同位 素系 列， 8 ” C 。 8 ” C 。，而有机 的、同源同期的甲烷及其同系物 具有正碳 同 位素特 征 8 ” C ， 8 ” C 8 ” C ， 8 “ C 。 卜 M 0 。研究表 明，塔中地区奥陶系和石炭 系天然气样品气态 烃组分基本上呈正碳同位素 系列，8 ” C ．值均小于 一 30％o ，表明塔中地区天然 气属于有机成因的烷烃气表1；图6。统计显示， 油型气的8 ” C 值小于 一 28％o。根据这 一 规律，塔 中地区奥陶系和石炭系天然气6 ” c为 一 4 2．1‰ ～ 一 31．2％o ，均小于 一 28％0 ，属于油型气范畴。 天然气既可来源于干 酪根的直 接裂解，又可 来源于原油包 括胶 质和沥青 质裂解 气。对于 干酪根热 降解 气和原油裂 解气的判别，多数人 引用 Prin zhofer等提出 的lnC 2／C3 一 InC l／C2 相关图来区分干酪根初 次裂解和原油二次裂解 形成 的天然气 引 。研究表明，干酪根裂解气和原 油裂解气在组分特征上有明显的区别，干酪根 裂 解气l nC 。／C，与 lnC ，／C。呈斜率小的反相关关 系，而原 油裂解气 则为斜率大的正相 关关系。塔 中地区奥陶系天然气 lnC ／C，值 一 般为 一 0．21 ～ 2． 23 ，变化较大，而 InC 。／C值变 化不 大， 一 般为2 ．52 ～ 4．12 ，具有原油裂解气为主 的特 征图7a。塔 中地区石炭 系天然气 成因差异明 显不同，其中塔 中4井区天然气显示出 明显的于 酪根裂解气特征，塔 中16井区则显示出较 为明显 的干酪根裂解气和原 油裂解气混合的特征 ，其他 井区虽然样品较少，但从已有的样品分析来看，多 以原油裂解气为主 图7b。 Hil l等根据 原油裂解实验结果提 出C ／iC。与 C ／C，参数可能是鉴定天然气成熟度的新指标 ⋯ 。 张敏 ④ 等人通过模拟实验研究发现，当c，／c，小于 2C ／i C 。 10 时 ，属于原 油裂解作用 形成 的天然 气，并在实际应用中达到了良好的效果。从塔 中地 区天然 气的C ／C，与 C ／i C 。关系 图中发 现，塔 中 图6塔中地区天然气碳同位素组成 Fi g ．6Carbonisotopiccompositionofnatur algasinTazhongarea a．奥陶系；b．石炭 系 ①张敏，黄光辉，肖中尧，等．台盆区油裂解成气 ．长江大学 ，2005 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 340石油与天然气地质 第31卷 图7塔中地区天然气l nC ／C，与l nCI ／C关系 Fi g ．7Inter r elationbetw eenInC 2／C3andInCl／C2ofnat uralgasinTazhongarea a ．奥陶系；b．石炭系 图8塔 中地区天然气C／c，与C／iC。关系 Fi g ．8Interr elationbetweenC 2／C3 andC 2／i C 4 ofnaturalgasintheTazhongar ea a．奥陶系；b．石炭系 奥陶系天然气c／C，均在2以上 ，C／iC。也基本在 10以上 ，反映出该层系天然气成熟度较高，属 原油 裂解成因天然气；塔 中石炭系天然气成熟度差异较 大，大多数天然气样品 C ／C，小于 2，C ／i C 。小于 10，以塔 中4井区和塔 中16井区最为明显 ，充分显 示出以干酪根裂解气为主，原油裂解气为辅的特征 图8。 3 东、西部天然气差异及其原因 3．1 东、西部差异 根据塔中地区天然气组分和碳同位素特征 研究 表明，奥陶系东西部天然 气存在明显的 差 异，主要表现在 如下 3个方面 ①天然气干燥系 数东部高于西部，东部塔中24井和塔 中26井最 高0 ．96 ～ 0．98，西部塔 中4 5井和塔 中451井 相对较低0 ．84 ～ 0．87；②西部 井区天然气 中 N，含量 明显低于东部 ，东 部塔 中 26 井 为 18．3 1％ ，西部塔 中45井 为3 ．49％ ；③东 部井区 天然气甲烷碳 同位素重于西部，东部 塔中24井 和塔 中26井 为 一 40％0 一 一 37．7％0 ，西部塔 中4 5 井为 一 54．4％o ，8 乃 C 一 8 ” C ，值西部 塔 中 4 5井 16 ．2‰远高于东 部 塔 中24井和塔 中26井 3 ．2％o和3．9％o。 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 王祥，等 ．塔里木盆地塔 中地区天然气成因及其差异 34 1 3．2 原因分析 3．2．1源 岩热 演化史 有关塔中地区油气来源前人已做了大量研究。 目前认为存在两套潜在烃源岩对塔 中油气成藏有 贡献中 一 上奥陶统烃源岩和寒武 系 一 下奥 陶统烃 源岩 _l ’] 。梁狄刚等认为目前塔里木盆地保存下来 的海相工业油气，绝大多数来源于中、上奥 陶统中 等成熟烃源岩，并且中、上奥 陶统烃源岩对塔 中地 区现今早古生代油气藏的贡献最大 ④ 。王铁冠通过 实测的R。剖面研究，发现塔 中东、西部的有机质热 演化过程存在明显的不同步，东部有机质生油气 的 时间明显早于西部 ② 。庞雄奇等通过塔中源岩的热 解资料，认为塔 中寒武系 一 下奥陶统源岩排烃 门限 深度为4 600m ，门限镜质体反射率为 1％ ，现今的 等效镜质体反射率都超过了2％左右，目前处于高 一 过成熟阶段 ⑧ 。张水昌等利用镜状体反射率、藻类 体荧光参数、笔石体反射率等参数对塔 中烃源岩 的 现今成熟度进行了系统分析，认为塔 中西部等效镜 质体反射率范围介于 0．8 3％ 一 1．20％ ，基本上处于 生油高峰阶段 引 。依据塔中两套烃源岩的分布，塔 中西部天然气的聚集可能主要来源于中 一 上奥陶统 烃源岩的贡献，由于东部紧邻满加尔凹陷，天然气 可能主要来自高 一 过成熟的寒武系烃源岩。 此外，塔 中天然气地球化学特征研究表明，西 部井区天然气主要以正常的原油伴生气为主如 塔中45井，东部井区天然气则主要为凝 析 油伴 生气如塔中26井，东部天然气成熟度明显高于 西部。因此，塔 中东部主要捕 获了寒武系烃源岩 生成的天然气，而塔中西部主要捕获了奥陶系烃 源岩生成的天然气。 3．2．2硫酸盐热化学还原作用TSR 硫酸盐热化学还原作用是指热动力驱动下， 烃类 与硫酸盐发生化 学反应，将硫酸盐矿物还原 生成H S ，C O等酸性气体的过程。受 TSR 作用 影响，天然气组分及碳同位 素会产生显著变化 0co和Hs含量增大，呈正相关关系；②TSR反 图9塔 中地区奥陶系天然气H S含量平面分布 Fi g ．9PlanedistributionofH 2S contentinnat ura lgasintheOrdovicianofTazhongar ea ①梁狄刚，金之钧 ．塔里木盆地油气源及成藏研究．石油大学北京，2000 ②王铁冠，陈践发 ．塔 中围斜区东河砂岩及志 留系油气成因与成藏特征研究．中国石 油大学 北京，20 05 ③庞雄奇，王英明，吕修祥，等 ．塔里木盆地台盆区非背斜油藏形成条件与勘探方向．中国石 油大学北京 ，2004 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 3 4 2 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 1 卷 应消耗烃类 ， 甲烷相 对富集 ， 使得重烃含量减少 ， 干燥系数 变大 ； ③ 在 T S R反应 消耗烃 类 的过程 中， C 一 C键 优先 破裂 ， 残 留 的烃 类 中相对 富 集” c， 使得碳 同位素变重； ④硫 同位素变重。 以往的研究表明， 塔 中地区寒武一奥 陶系烃源 岩中确实发生了硫酸盐热化学还原作用 l2 l _ 。从 塔中地质背景来看 ， 寒武系一下奥 陶统存在两套储 盖组合 ， 其 中中、 下寒武统储盖组合由膏岩充 当盖 层 ， 这种膏岩盖层在高温条件下与其下部 的烃类进 行反应 ， 形成 H S和 C O ， 使得在天然气 中检测到 H s和 C O 。塔中奥陶系天然气 中可 以检测到不 同含量的 H ， S ， 分布极不平衡 。西部井 区几乎检 测不到 H s的存在 ， 而偏东部井 区普遍可以检测 出 H ， S ， 且含量相对较高 ， 尤其塔 中 8 2井 区含量可 达 2 0 0 0 01 0 以上 图 9 ， T S R反应是导致高硫 化氢含量不可忽略 的一个原 因 。由此可见 ， 塔 中地区所发生的硫酸盐热化学还原作用在 区域上 存在强弱之分 ， 偏东部井区较西部井区强。 4 结论 1 塔中地 区天然气组分 以烃类气体 为主 ， 非 烃气体含量具有 中一高特征 。奥陶系天然气 C H 含量高 ， 近半数样 品干燥 系数在 0 ． 9 5以上 ， 显示 干气特征， 8 ” c 为 一5 4 ． 4 ％ o～一3 7 ． 7 ％ o ； 石炭 系 天然气在塔中4井区、 塔 中 I号断裂带 、 北斜坡地 区仅少数样 品干燥 系数在 0 ． 9 5以上 ， 多数样品的 干燥系数小于 0 ． 9 5 ， 显示 以湿气为主 ， 干气为辅的 特征 ， 6 “ C 为 一 4 6 ． 3 ％ o ～一 4 2 ． 2 5 ‰ 。 2 塔中地 区天然气均为有机成因气 ； 奥陶系 天然气具有原油裂解气 的特征 ， 属 于原油裂解成 因的天然气 ； 石炭系天然气 既有干酪根裂解气 ， 也 有原油裂解气 ， 其 中塔 中 4井 区天然气显示 出明 显的干酪根裂解气特征 ， 塔 中 1 6井区则显示干酪 根裂解气和原油裂解气混合 的特征 ， 其他井 区以 原油裂解气为主。 3 塔中地 区奥陶系东西部天然气存在 明显 的差异。东部天然气干燥 系数、 N 含量 、 甲烷碳同 位素均高于西部 。研究表 明， 不 同时代 的源岩及 其成熟度和热化学硫酸盐还原作用等是造成天然 气差 异 的主要 原 因 。 参考文献 1 李剑 ， 陈孟晋 ， 蒋 助生， 等． 塔里木盆地塔 中地区天然气气源对 比[ J ]石油勘探与开发 ， 1 9 9 9 ， 2 6 6 3 3～ 3 5 2康玉柱 ． 塔里木盆地大气 田形成 的地 质条件 [ J ] ． 石 油与天然 气地质 ， 2 0 0 1 ， 2 2 1 2 1 ～2 5 3 陈世加 ， 付 晓文 ， 沈昭国 ， 等． 塔 中地 区石炭系及部分奥陶系储 层天然气 的成 因[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 1 ， 2 1 1 3 9～ 4 1 4 郭建军 ， 陈践发 ， 段文标 ， 等． 塔 中 I 号构造带奥陶系天然气成 因[ J ] ． 天然气地球科学 ， 2 0 0 7， 1 8 6 7 9 3～7 9 8 5 韩剑发 ， 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