（地球化学专业论文）川东北天然气地球化学特征及气源分析.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 此次研究地区位于四川盆地东北部，研究区块包括了宣汉一达县、元坝和通南巴三个 地区，其中宣汉一达县地区是此次的研究重点。 本论文的主要分析内容包括以上三个地区的天然气组分、碳同位素分布、成熟度等地 球化学特征，烃源岩与沥青的地球化学特征和气源分析。气源分析主要通过气气、气岩 两种方式，分析川东北地区天然气的气源问题并取得了一定认识。 本文根据研究思路对川东北天然气的地球化学特征和气源进行了研究，主要认识如 下： ( 1 ) 在化学成分上，宣汉一达县区块以烃类气为主，烃类气中又以甲烷为主，富含 非烃气体，其中以c 0 2 和h 2 s 为主。元坝构造带的自流井组和须家河组天然气也以烃类 气体为主，且重烃含量较多，非烃气很少；雷口坡组天然气组成较干，c h 4 含量在9 9 左 右；飞仙关组和长兴组天然气在组成上更干，但飞仙关组天然气中h 2 s 含量很低。通南巴 地区的河坝场构造带的嘉陵江组、飞仙关组气层天然气很干，c h 4 占烃类气体的9 9 以上， 重烃和非烃气体含量少。 ( 2 ) 在碳同位素分布上，宣汉一达县区块飞仙关组和长兴组天然气的6 1 3 c l 较重，大 多集中在一2 9 一3 3 9 0 0 范围，表明其气源岩的成熟度很高，6 1 3 c 2 主要分布在一2 8 0 一 一3 3 o 之间，部分样品的c 1 c 3 烷烃气的6 ”c 比值呈倒转分布，这与t s r 有关。元坝地 区飞仙关组和长兴组天然气6 1 3 c l 较重，6 1 3 c l 值变化在一2 5 2 8 o 一一3 0 5 。之间，重于宣 汉一达县地区的同层位气层，与通南巴地区的天然气相近，6 1 3 c 2 也很重，其值为一2 5 o o 一2 7 6 9 0 0 。通南巴区块内各构造之间天然气6 ”c 相差较大，主要是成熟度不同造成。 ( 3 ) 在天然气气源有机质类型及成因方面，宣汉一达县区块天然气的成气母质主要 为i i 型有机质的源岩，而且飞仙关组和长兴组天然气在成因上属于原油裂解气。元坝区块 的飞仙关组、长兴组的天然气也具有原油裂解气的性质，被认为源于陆相烃源岩。通南巴 地区的天然气可能直接是烃源岩有机质在高热演化阶段的产物。 ( 4 ) 在气源问题上，宣汉一达县飞仙关组和长兴组天然气除了源于原油裂解气外， 还混有其它来源的天然气，而且飞仙关组和长兴组气藏具有同源性，主要气源应是二叠系 烃源层；须家河组和中侏罗统天然气可能来自邻近的陆相腐殖型气源岩。元坝地区的飞仙 光组长兴组和自流井组须家河组天然气分别来源于( 上) 二叠系海相和早侏罗统晚三 浙江人学硕士学位论文摘要 叠统陆相烃源层，雷口坡组天然气源于海相烃源层，栖霞组天然气可能来自早二叠统烃源 层。通过研究认为宣汉一达县和元坝区块的飞仙关组长兴组天然气，具有同源性的可能 性很大，都来源于二叠系源岩。 关键词：天然气；化学成分；碳同位素；地球化学特征；气源分析；川东北地区 i i i 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ha r e a , i n c l u d i n gx u a n h a n d a x i a n , w h i c hi st h ek e ya r e ai nt h es t u d yw o r k ， y u a n b a , t o n g n a n b a , l i e si nn o r t h e a s to fs i c h u a nb a s i n t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri sg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fn a t u r a lg a s e sw h i c hi n c l u d e sc h e m i c a l c o m p o n e n lc a r b o ni s o t o p ec o m p o s i t i o n s ，t h e r m a lm a t u r i t y , e t c ，g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f r e s e r v o i rb i t u m e na n da n a l y s i so fs o u r c e g a s e s a n dt h ea n a l y s i so fs o u r c e - g a s e si sm a i n l y t h r o u g ht w ow a y sw h i c ha r eg a s g a sa n dg a s r o c k s ow i t ht h ea n a l y s i si ti sk o w nt h eo r i g i no f g a s e si nn o r t h e a s ts i c h u a n b a s eo nt h er e s e a r c hc o n s i d e r a t o n ，i ti sm a d er e s e a r c ho nt h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d o r i g i no fg a s e si nn o r t h e a s ts i c h u a n n o wt h e r ea r ef o u rc o n c l u s i o n st ot a l ka b o u ta sf o l l o w ( 1 ) t h eg a s e s c h e m i c a lc o m p o n e n ti sd o m i n a n ti nh y d r o c a r b o ng a s e sw h i c ha r em a i n l y m a d eu po fm e t h a n e ，a n dc o n t a i n ea b u n d a n tn o h y d r o c a r b o nc o m p o n e n t sw i t l lc 0 2a n dh 2 s a n dt h eg a s e so fz i l i u j i n ga n dx u j i a h ef o r m a t i o n si ny u a n b at r a pa r ea l s od o m i n a n ti n h y d r o c a r b o ng a s e s a n dc o n t a i n em a n yh e a v yh y d r o c a r b o ng a s e sw i t haf e wo fn o h y d r o c a r b o n c o m p o n e n t s ；t h eg a s e so fl e i k o u p of o r m a t i o ni sb e l o n gt od r yg a sw i t ha nc o n t e n to f9 9 o f c h 4 ；t h eg a s e so ff e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n sa r ed r i e rt h a no t h e r s ，b u t f e i x i a n g u a nf o r m a t i o ni s i nal a c ko fh 2 s j i a l i n g j i a n ga n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n si n h e b a c h a n gt r a pi nt o n g n a n b aa r e aa l s ob e l o n gt od r yg a sw i t hc i - ha v e r a g ec o n c e n t r a t i o nb e i n g 9 9 ，a n dh a v eaf e wo fh e a v yh y d r o c a r b o na n dn o - h y d r o c a r b o nc o m p o n e n t s ( 2 ) t h e6 clv a l u e so ff e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n s g a s e sa r eh e a v yr a n g e d m a i n l yf r o m 一2 9 t o 一3 3 ，s u g g e s t i n gah i g hl e v e lo ft h e r m a lm a t u r i t y , a n dt l l e6 1 j c l v a l u e sa r er a n g e df r o m - - 2 8 0t o 一3 3 ，h o w e v e rt h e6 c 1v a l u e so fap a r to fs a m p l e s h y d r o c a r b o ng a s e sf r o mc it oc 3a r er e v e r s a lr e l a t i o nt ot s r l a s t l y , t h e6 c lv a l u e sr a n g e d f r o m - - 2 5 2 8 t o - - 3 0 5 o ff e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n s g a s e si ny u a n b aa r e a a r eh e a v i e rt h a nt h es a m eg a sl a y e ro fx u a n h a n - d a x i a na r e a , w i t ht h es a m ea st o n g n a n b aa r e a , a n dt h e6 c 2v a l u e sr a n g e df r o m - - 2 5 o t o - - 2 7 6 0a r ea l s oh e a v y ( 3 ) a b o u tt h et y p e sa n dc a u s e so fo r g a n i cm a t t e ri ng a sa n ds o u r c er o c k ，t h ep a r e n tm a t e r i a l o fg a s e si sm a i n l yo r g a n i cm a t t e ro fs o u r c er o c k si nt y p ei ii nx u a n h a n d a x i a n ，a n di t sg a s e so f f e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n sa r eg a s - c r a c k i n gf r o mo i lp r e v i o u s l yr e s e r v o i r e di nt h e t r a p s ，a n dt h es a m ea sy u a n b aa r e a , c o n s i d e r e df r o mt e r r e s t r i a lh y d r o c a r b o ns o u c er o c k s b u t t o n g n a n b aa r e a sg a s e sm a y b ed i r e c t l yf r o mt h em a t t e ri nh i g ht h e r m a le v o l u t i o no r g a n i cm a t t e r i v 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t o fs o u r c er o c k s ( 4 ) a b o u to r i g i no fn a t u r a lg a s e s mg a s e so ff e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n si n x u a n h a n - d a x i a nb e s i d e sc r a c k e df r o mo i lp r e v i o u s l yr e s e r v o i r e di nt h et r a p s ，a n da l s oa r e m i x e db yo t h e rg a s e s ，a n df e i x i a n g u a na n dc h a n g x i n gf o r m a t i o n s g a s e sr e s e r v o i r sh a v et h e s a m es o u r c e ，w h i c hi sm a i n l yp e r m i a ns o u r c er o c k s x u ji a h ea n dm i d d l ej u r a s s i cf o r m a t i o n s g a s e sm a y b ef r o mc o n t i n e n t a lh u m i ct y p eg a s s o u c er o c k si na r o u n d f e i x i a n g u a n c h a n g x i n g f o r m a t i o n s g a sa r ef r o m ( u p ) p e r m i a nm a r i n eh y d r o c a r b o ns o u r c er o c k sa n dz i l i u ji n g - x u ji a h e f o r m a t i o n s a r ef r o mc o n t i n e n t a lh y d r o c a r b o ns o u r c er o c k so fe a r l yj u r a s s i ct ol a t et r i a s s i ci n y u a n b aa r e a , a n dl e i k o u p of o r m a t i o n g a si sf r o mm a r i n eh y d r o c a r b o ns o u r c er o c k s ，q i x i a f o r m a t i o nm a y b ef r o me a r l yp e r m i a nh y d r o c a r b o ns o u r c e r o c k s l a s t l y , t h eg a s e so f x u a n h a n d a x i a na n dy u a n b aa r e a sa r ev i e w e dt oh a v eas a m es o u c ew h i c hi sp e r m i a n h y d r o c a r b o ns o u r c er o c k sb ya n a l y s i s k e yw o r d s ：n a t u r a lg a s ，c h e m i c a lc o m p o n e n t ，c a r b o ni s o t o p e ，g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ， g a s - s o u r c ea n a l y s i s ，n o r t h e a s ts i c h u a nb a s i n v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：易哥碾伍 签字日期：汐扣年 岁月22 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解滥姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权澎姿太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 多和、7 易 导师签名： 学扬呜 签字日期：加胗年 岁月2 日 签字日期：力口年 弓月堋 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 本学位论文得以顺利完成，首先要衷心感谢我的导师朱扬明教授两年多以来给予我的 精心指导和谆谆教诲，恩师渊博的知识、敏锐的学术洞察力、严谨的治学态度、高度的责 任心、孜孜不倦的进取精神以及宽厚的待人态度，让我终身难忘，相信在我今后的工作生 活中起到良好的标榜作用。论文写作期间，得到了导师无微不至的关怀，耐心地指导我的 论文撰写，使得我能够克服众多困难，顺利完成学业，在此谨向培养我多年的恩师致以最 崇高的敬意和最深切的谢意。 感谢北京石油大学的邹华耀教授、李平平师兄、张学丰师兄、张元春师姐以及其它共 同学习工作过的朋友，他( 她) 们在我和赵春花同学于四川省成都市出差期间，给予我工 作上非常大的帮助。 另外我还要感谢实验室里各位师兄、师姐、师弟和师妹的热情帮助，感谢他( 她) 们 在平时的生活和学习给予我的无私帮助和奉献，感谢他( 她) 们陪伴我度过非常充实的研 究生学习生活，与他( 她) 们的深厚友谊将会是我一生的宝贵财富。 感谢母校浙江大学对我的培养。在我即将离开美丽的校园之际，由衷地感谢浙江大学， 同时祝愿母校继续发扬求是精神，再创佳绩。 最后感谢我的家人和未婚妻吴爱娴小姐，在他( 她) 们无微不至的关心和长期以来坚 定的支持下，我得以在生活上没有后顾之忧，顺利地完成学业。 浙江大学硕上学位论文 前言 1 前言 1 1 选题来源与意义 四川盆地的面积约为1 8 x 1 0 4 k m 2 ，位于扬子准地台的西北部，属于一级构造单元，介 于龙门山一大巴山台缘坳陷与滇黔川鄂褶皱带之间，整个盆地呈北东向菱形四边形的展 布，它是从中生代发育起来的大型内陆盆地，也是一个周边被大量的构造运动改造过的克 拉通盆地( 郭正吾等，1 9 9 6 ；童崇光，1 9 9 2 ) 。同时，四川盆地在我国含油气盆地领域中 占有相 - 3 重要的地位，其东北部地区富含优质的天然气，当前正处在勘探的上升期，随着 普光大气田、龙岗大气田以及其它气田的相继勘探开发，其对整个中国的经济和社会发展 发挥了越来越大的作用。 但是因与我国中西部含油气盆地类似，四川盆地也是一个叠合盆地，具有多期次构造 活动、多套烃源层、多期次生一排烃作用、多期次成藏、成藏后期的多次再分配等五多特 点( 汪泽成等，2 0 0 2 ) ，而川东北地区位于四川盆地内部，其油气藏的化学组成、成因、 性质与气源等诸多问题同样受前述因素的影响而变得复杂。因而本论文旨在通过分析研究 宣汉一达县、元坝、通南巴区块的天然气组分、碳同位素分布、成熟度等地球化学特征， 从而清晰地了解川东北地区天然气的地球化学特征，并结合相关烃源岩、沥青的地球化学 特征，通过气气、气岩等常规气源分析手段，理清川东北地区主要气层天然气的气源问 题，并对川东北地区油气勘探工作提供理论支持和实际的指导作用。 1 2 理论方法 1 2 1 天然气及其地球化学特征研究方法 天然气，从广义上来讲，一般指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、 生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而从狭义上来讲，即从能量角度出发，是指 天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、 泥火山气和生物生成气中( 陈义才等，2 0 0 7 ) 。与木材、煤炭和石油等相比，天然气作为 一种能源，无论民用还是商用，具有热值高、清洁、安全等优点。 我国的天然气工业发展一直以来存在发展薄弱的不足，2 0 世纪8 0 年代天然气储 量仅有0 8 x 1 0 1 2m 3 ，在世界1 4 0 多万亿立方米天然气可开采储量中，所占的比重是微乎 1 浙江大学硕士学位论文前言 其微的。最近二十几年逐步加大了天然气资源的研究、勘探和开发力度，取得了良好的态 势，找到和相继开发了一批大中型气田( 储量大于1 0 0 x 1 0 8m 3 ) ，也对大中型气田的形成 与富集规律有了较深入的认识，对今后的天然气工业发展起到了良好的引导作用。 下文将就天然气的化学组分、碳同位素、天然气成因性质等理论部分做个简述。 1 化学组分 天然气的化学组分可分为两部分，分别是烃类气体和非烃气体。烃类气体一般包括 c h 4 和c 2 + 重烃气，非烃气体包括c 0 2 、n 2 ，h 2 s 、h 2 及h e 、a r 等稀有气体( 卢双舫等， 2 0 0 8 ) 。自然界中的天然气大部分都是由多种气体组分组成的，由于成因不同致使天然气 的组分不尽相同。 组成天然气的烃类组分中，相对来看，甲烷含量一般在8 5 以上，重烃气含量则一 般在1 5 以下。其中，油型气的组分以烃类气体为主，一般含量在9 0 9 5 以上，而 在烃类气体中，又以甲烷气为主，其分布范围较广，但主要分布于7 0 1 0 0 之间，约 占总数的7 0 。但在二氧化碳气藏中，甲烷含量一般低于1 ，但其甲烷碳同位素又具有 油型气的特征。 气态烃中干燥系数c l ( c l c 5 ) 值分布范围较广，为0 2 0 1 0 0 。其中大于0 9 5 的约占 2 5 ，小于o 7 0 的约占1 8 ，o 7 0 0 9 5 占5 7 ，因而干燥系数c l ( c l c 5 ) 值在o 7 0 1 o o 之间约占8 0 以上，通常干气的c 1 ( c 1 一c 5 ) 值大于o 9 5 。一般将甲烷含量高于9 0 的天然气的称为干气；而甲烷含量低于9 0 ，c 2 + 以上的烷烃气含量高于1 0 的天然气称 为湿气。 而非烃气体组分常见于油型气中，如n 2 、c 0 2 以及少量的h 2 、h e 和舡。其中以n 2 、 c 0 2 为主，前者含量在0 0 0 1 1 5 之间，一般小于4 ，后者含量在o 0 1 2 7 ，一 般不超过3 。但当c 0 2 含量超过8 5 的气藏，可以认为是无机成因的。 2 碳同位素 在油气领域中，应用和研究稳定同位素是很普遍的，包括碳、氢、氦和氩等同位素， 但实际上研究较多的是碳同位素。这是由于天然气组分的诸同位素研究中，甲烷碳同位素 进展最好，应用最广。在天然气的碳同位素研究中，以烷烃气最佳，如甲烷碳同位素( 6 1 3 c 1 ) 、 乙烷碳同位素( 5 1 3 c 2 ) 、丙烷碳同位素( 5 1 3 c 3 ) 等。我国各种地质条件下，不同成因和产 状的烷烃气8 1 3 c 值区间分布见图1 1 。 对于有机烷烃气，其碳同位素具有如下特征：6 1 3 c 值随成熟度增大而增加。有机 2 浙江大学硕上学位论文前言 的同源同期的甲烷及其同系物的6 1 3 c 值随烷烃分子中碳数增加而增大，即 6 1 3 c l 6 1 3 c 2 6 1 3 c 3 ，同时无机成因气的碳同位素较有机成因气显重。 戴金星等人( 1 9 9 5 ) 根据国内及澳大利亚、泰国、新西兰、加拿大、前苏联等国的3 1 2 个 气样的c 0 2 组分和碳同位素数据资料开展研究，认为c 0 2 含量大于6 0 均为无机成因； 无机成因c 0 2 的6 1 3 c c 0 2 较有机成因c 0 2 的6 1 3 c c 0 2 重，无机成因c 0 2 的6 1 3 c c 0 2 值大于8 o ， 有机成因c 0 2 的6 1 3 c c 0 2 值小于一1 0 9 6 0 ，而一8 o 一1 0 o 为有机和无机c 0 2 的6 1 3 c c 0 2 值 重叠域。 在有机成因气鉴别指标中，国内外学者普遍采用c h 4 碳同位素和甲烷重烃气相对含 量等主要地球化学指标来鉴别生物气类型，这是因为生物气的主要成分是c h 4 ，含量一般 高于9 5 ，且c h 4 碳同位素在各种成因天然气中最轻，一般将6 1 3 c l 小于一5 5 o 的天然气 划分为生物气( 张义纲等，1 9 8 3 ；包茨，1 9 8 8 ；陈英等，1 9 9 4 ) 。相似地，天然气碳同位 素也是判别煤型气与油型气的最有效、常用的指标。在国内，煤型气的6 1 3 c 1 分布介于一 5 2 0 一2 4 o ，主要分布区间为一3 8 o 一3 2 0 ；油型气的8 1 3 c 1 分布介于一5 8 0 一 3 0 o ，主要分布区间为一4 0 0 一3 5 0 。而且6 1 3 c l 都与相应烃源岩的演化程度有较好的 4 浙江大学硕士学位论文前言 表1 1天然气成因类型鉴别表( 改自戴金星，1 9 9 3 a ；宋岩等，2 0 0 5 ) 指标 有机成因气 无机成因气 油型气煤型气 8 1 3 c 13 0 0 8 1 3 c l 5 5 9 6 0 1 0 o 8 1 3 c l 4 3 一般 一3 0 9 6 0 8 1 3 c 2 2 5 1 9 6 0 6 1 3 c 3 2 3 2 碳同位素系列 8 1 3 cl 6 1 3 c 2 8 ”c 3 8 1 3 c l r o 关系 8 1 3 c l = 1 5 8 0 1 9 r o 4 2 2 1 8 1 3 c l = 1 4 1 3 0 1 9 r o 一3 4 3 9 同8j 3 c c 0 2 8 位 8 1 3 c l - 4 连线较轻较重 素 与气同源凝析油8 1 3 c 轻( 一般 2 8 0 ) 凝析油的饱和烃和芳饱和烃8 1 3 c 2 9 5 0 烃8 1 3 c 芳烃8 1 3 c 2 7 5 与气同源原油8 1 3 c 轻( 一2 6 9 6 0 5 1 3 c 3 5 9 6 0 ) 重( 一2 3 9 6 0 5 1 3 c 3 0 0 ) 源岩沥青“a ”对应组 分8 1 3 c 较轻较重 c 0 2多数 4 气汞蒸汽 7 0 0 n g m 3 组 c 1 ( c 2 + c 3 )大部分 4 0 0 分 痕量c 2 ，绝大多数无 c 2 - c 4一般c 2 0 5 ，大多数有c 3 、c 4 c 3 、c 4 甲基环己烷指数 5 0 土2 无 c 6 、c 7 支链烷烃含量 1 7 1 7 无 甲苯苯一般 l 轻 苯 约1 4 8 i t g l约4 7 5 睢皿 甲苯 约1 1 3 耀r l约5 3 6 岖几 烃 凝析油c 4 c 7 烃族组 富含链烷烃，贫环烷烃贫链烷烃，富环烷烃和 无 成和芳烃，一般芳烃 1 0 c ，的环己烷、六环烷 富n c 7 和五环烃贫nc 7 ，富六环烷 无 及nc 7 族组成 对应关系，相同热演化程度的煤成气碳同位素高于油型气，因此可据此建立煤型气与油型 气的8 1 3 c 1 r o 关系，如图1 2 所示。但是当天然气成熟度很高时，c h 4 碳同位素容易受到 影响致使在高热演化情况下的油型裂解气与煤型热解气的c h 4 碳同位素重叠在同一区域 内，此时可以通过研究重烃的碳同位素分布特征来区分油型气与煤型气，这是因为重烃气 能更强的继承母质类型。尽管众学者在利用重烃气碳同位素区分煤型气与油型气的界线上 不甚一致，比如戴金星( 1 9 9 3 a ) 认为煤型气6 1 3 c 2 值大于一2 5 1 9 o o 、8 1 3 c 3 大于一2 3 2 ， 油型气6 1 3 c 2 值小于一2 8 8 9 0 0 、8 1 3 c 3 小于一2 5 5 o ；张士亚( 1 9 9 4 ) 、刚文哲等人( 1 9 9 7 ) 则将一2 9 9 0 0 作为界线值；s o n gy 等人( 1 9 9 4 ) 则认为煤型气6 1 3 c 2 值大于一2 6 9 0 0 ，油型气 8 1 3 c 2 值小于一2 9 9 0 0 ，而一2 9 0 一2 6 o 是煤型气与油型气叠加或混合气的分布范围。但 在通过 气 浙江大学硕士学位论文 前言 富 q 邑 玛 r o ( ) 图1 2 我国煤型气与油型气的8 1 3 c 1 一r o 关系图( 据戴金星，1 9 9 3 b ) 重烃气碳同位素研究高热演化天然气成因时，还是能够发现不同类型成因气的区别。 除了上述碳同位素指标外，还有学者研究发现，同一区域内油型气和煤型气汞含量不 同，四川盆地煤型气汞含量为0 2 5 1 2 5 9 9 m 3 ，油型气汞含量为o 0 4 4 0 p g m 3 ；东濮凹 陷煤型气汞含量为1 4 4 1 4 0 t g m 3 ，油型气汞含量为0 1 3 1 1 0 9 9 m 3 ；准噶尔盆地煤型气 汞含量为4 5 1 9 8 4 t g m 3 ，油型气汞含量为0 7 6 1 8 4 9 9 m 3 ( 陈践发等，2 0 0 1 ) 。 另外，轻烃( 沸点在2 0 0 。c 以内的汽油烃，即分子碳数为c 5 - 1 0 的化合物) 也可在天然气 的成因鉴别中得到应用，鉴别指标主要有c 7 轻烃系列和苯含量。c 7 轻烃系列化合物包括 正庚烷( n c 7 ) 、甲基环己烷( m c c 6 ) 和各种结构的二甲基环戊烷( d m c c 5 ) ，其中，m c c 6 主要来自高等植物的木质素、纤维素等，其大量存在是煤型气轻烃的特点，一般煤型气 m c c 6 大于5 0 0 拉2 ，油型气小于5 0 0 赫2 ( 戴金星，1 9 9 3 b ) 。 国外学者m a n g o ( 1 9 8 7 ，1 9 9 0 a ，1 9 9 0 b ，1 9 9 4 ) 则在分析世界各地油田2 0 0 0 多个不 同类型原油的轻烃，发现原油中4 个异庚烷的组成具有显著的不变性，从而提出了轻烃的 稳态催化动力成因模式，进而建立了一套理论体系。在这套理论中，k 1 值为2 甲基己烷 ( 2 - m h ) ，3 甲基己烷( 3 - m h ) 、2 ，3 二甲基戊烷( 2 ，3 d m p ) 和2 ，4 二甲基戊烷( 2 , 4 d m p ) 四个异庚烷之间的比值，即k 1 = ( 2 m h + 2 ，3 d m p ) ( 3 m h + 2 ，4 d m p ) ，通常认为同一类原油 ( 气) 的k l 值具有不变的常数值，而不同类型的原油( 气) 中具有一定的差别。数值k 2 则是依据不同碳数环状化合物的反应数率相互独立，而形成同碳数碳环化合物的反应数率 6 浙江大学硕士学位论文前言 成比例的关系来建立的，用来表征生成原油( 气) 的源岩不同的有机质类型和沉积环境。 国内学者通过应用m a n g o 轻烃参数，开展了油气的相关研究工作。朱扬明等人( 1 9 9 9 ) 将取自塔里木盆地的2 0 0 余个原油样品，采用顶部空间气体分析法来获取轻烃数据，通过 研究发现塔里木盆地不同类型原油的i q 值有较大不同，海相油总体上低，平均值在o 2 0 一 0 2 3 之间，陆相油则在0 2 9 o 3 6 之间，高于海相油。而王顺玉等人( 2 0 0 6 ) 则通过研究 四川盆地不同成熟度天然气的m a n g o 轻烃参数k l 值，结果发现所有气样都落在0 9 1 3 之间，表明k l 值与成熟度无关，而与天然气的母质类型有关，这也证实了m a n g o 稳态催 化动力成因模式的可靠性。 最后再来了解一下原油裂解成气理论。最近几十年来不少学者致力于这个方面的研 究。在上世纪九十年代之前，人们普遍认为在地温高于1 7 0 。c 的地层中只可能发现气藏。 这种认识主要基于一些有机质热演化的动力学模型( t i s s o t ，1 9 6 9 ，1 9 7 5 ； b r a u na n d b u r n h a m ，1 9 9 2 ) 。这些模型的核心思想是，先将有机质按性质和热稳定性划分成若干组， 用模拟实验( 通常加热温度范围在3 5 0 5 0 0 。c ) 获得的反应速率常数和化学计量系数， 然后将热模拟实验成果应用到地质体中去，描述石油的形成与演化，包括原油裂解成气。 到了九十年代中期，这种认为原油在1 6 0 。c 就大量裂解，到2 0 00 c 就差不多完全转变为湿 气和焦碳的观点受到质疑。因为在北海地温高于1 9 00 c 的地层中发现轻质原油( p e p p e ra n d d o d d ，1 9 9 5 ) ，在温度1 7 5 - 2 0 0 。c 的油藏中原油几乎没有或稍有热降解的迹象( m c n e i la n d b e m e n t ，1 9 9 6 ) 。导致由原油裂解模型的预测与现实不一致的原因在于其反应的速率常数， 因该参数是经验性的，可以一定范围进行调整。油藏中的原油在高温条件下裂解成气是一 个不争的事实，在世界各地都发现有原油裂解气藏。 对于原油裂解生成的天然气，其c 1 c 3 烃类化合物的相对含量和碳同位素与常规的干 酪根裂解气有所差别。由于原油本身就是干酪根的初次裂解产物，因而原油在高温下裂解 生成的气称原油二次裂解气。实质上，原油裂解气包括了油藏中的原油和烃源岩中残留的 可溶沥青裂解所产生的气。国外学者提出用( 6 1 3 c 2 8 1 3 c 3 ) - 9l n ( c 2 c 3 ) 和l n ( c l c 2 ) 与l n ( c 2 c 3 ) 关系图版( 图1 3 ) 判识这两类天然气，认为干酪根初次裂解气是以甲烷的 快速增长为特征，原油二次裂解气则以c 3 的递减速率大为特征( p r i n z h o f e ra n dh u e ，1 9 9 5 ) 。 近年来，国内学者也应用这些参数进行原油裂解气判识，如赵孟军等( 2 0 0 1 ) 应用l n ( c l c 2 ) 与l n ( c 2 c 3 ) 关系研究了塔里木盆地桑塔木断垒带与和田河气田的天然气，认为桑塔木 断垒带天然气以干酪根初次降解气为主，而和田河气田天然气则以原油裂解气为主。 浙江大学硕士学位论文前言 3 2 占 吾1 量 0 n o 叼 i n u 叼 o l n c 1 c 2 l n c 2 c 3 图1 3 原油裂解气判识指标与图版( 据p r i n z h o f e ra n dh u e ，1 9 9 5 ) 1 2 2 气源分析方法 在油气地球化学研究方面，特别是油气勘探中，弄清油气源的问题非常重要，油、气 和烃源岩的化学成分易受热成熟、运移和次生变化等作用的影响而发生很大的变化，因此， 采取合理的油气源对比方法对于研究的正确性显得很重要。气源分析不仅在油气生成机理 的研究上具有重要理论意义，而且在相关油气勘探中具有重要的实际价值。另外，在解决 一个探区内多套含油气层系的源岩问题时，运用气源对比方法，通过油、气源间的内在成 因联系的一致性和共同性可确定各自的源岩。 油气源对比的基本原理是有机质在不同沉积环境、埋藏作用下，不同的烃源岩有机质 或有机质在不同的热演化阶段生成的油气存在一定的差异，即具有各自的特征性，这种特 性- 9 源岩之间具有内在的联系，且经过运移、聚集成藏后仍被保存下来( 卢双舫等，2 0 0 8 ) 。 油气源对比中研究的对象主要是源岩中不溶的干酪根、可溶沥青以及聚集在圈闭中的石油 和天然气。目前气源分析方法主要有以下五种( 申宝剑等，2 0 0 7 ) ： 1 利用天然气组分进行气源对比 传统气源对比方法主要采用天然气中c l c 4 稳定碳同位素值进行对比，但对比结果 易受母质类型、热成熟度和运移等多重因素的影响。而c 6 一c 8 轻烃和c 2 7 一c 3 0 生物标志 化合物在天然气中的含量虽然不高，但可供选择的指标较多，尤其对较高成熟度的天然气 来说，c 6 一c 8 轻烃和c z 7 一c 3 0 生物标志化合物是有机质演化形成甲烷的中间产物，与烃 源岩具有更近的亲缘关系( 李剑等，2 0 0 10 在气源对比中选用它们可能有更重要的作用。 一般来说，在利用组分进行气源对比时，可以采用以下一些参数：i c 5 n c 5 、i c d n c 6 、 浙江大学硕士学位论文前言 c 6 环烷( 正庚烷+ 异庚烷) 、甲基环己烷i f _ 庚烷、甲基环己烷指数、异庚烷指数及正庚烷 指数。还可以通过浓缩轻烃组成、c 7 烃( n c 7 、m c c 6 、d m c c 5 ) 组成、c 6 - 7 脂族烃组成 和利用庚烷值( h ) 、异庚烷值( i ) 、m a n g o 参数( k l 、k s ) 、甲基环己烷指数等一系列反 映轻烃的特征和参数进行对比。 2 利用苯、甲苯碳同位素比值进行对比 通过热模拟与在线同位素分析技术，研究了源岩与天然气中苯、甲苯的碳同位素组成 变化特征，发现同一类型气源岩热模拟产物中苯、甲苯碳同位素比值受温度的影响不大( 蒋 助生等，2 0 0 0 ) 。在4 0 0 6 0 0 。c 热模拟实验中，除个别点外，变化小于1 9 o o ，说明气源岩 产物基本上不受热成熟度的影响；而不同层位气源岩苯、甲苯碳同位素组成有明显区别， 基本上都相差3 0 以上。李剑等( 2 0 0 3 ) 将这种方法用于塔里木盆地气源对比，取得不错 的效果。通过对单一显微组分( 藻类体和镜质体) 进行了不同温度下热模拟产物的甲苯碳同 位素值在线分析，结果发现单一显微组分在不同温度下生成的甲苯碳同位素值变化范围为 1 0 左右，因而成熟度的变化对甲苯碳同位素值的影响很小。当他们对不同盆地、不同层 位和不同类型的气源岩进行热模拟实验时发现，热模拟产物中甲苯碳同位素值随加热温度 升高出现了两种不同形式：一是甲苯碳同位素值变化不大，二是甲苯碳同位素值随温度升 高呈台阶式变化，在一定温度范围内保持不变。李剑等( 2 0 0 3 ) 认为- 不同类型干酪根的 显微组分构成不一样，而不同显微组分的生烃高峰期和生烃的碳同位素比值不一样。而当 源岩具有混合的干酪根类型时，热模拟产物甲苯碳同位素值随温度升高呈台阶式变化，在 一定温度范围内保持不变。 因此利用甲苯碳同位素值与其它气源对比指标相结合使用，可以有效的判识气源。 3 利用成因鉴别指标进行对比 利用成因鉴别指标进行气源对比是气源对比的主要方法之一。成因鉴别指标一般可分 为：与天然气伴生的凝析油、储层沥青中生物标志化合物、同位素、气组分和轻烃4 种。 前文已讲到c l c 4 稳定碳同位素进行气源对比的缺点，对比的可靠性不是很好，甚至由 于碳同位素系列的倒转而使对比结果存在多解性，无法对一些复杂天然气藏的气源对比。 目前，研究人员一般采用多指标综合分析，如戴金星( 2 0 0 3 ) 研究发现威远气田的烷烃气 含量为8 5 一8 6 ，8 1 3 c l 值小于一3 1 o ，6 1 3 c l 6 1 3 c 2 ，而气藏下部的花岗岩中8 1 3 c l 为一 3 2 3 5 o ，8 1 3 c 2 为一3 1 9 1 o ，6 1 3 c l 1 4 x 1 0 6 时具有幔源气混入； 4 0 a r 3 6 a r 值则受源岩和储层年代累计效应以及源岩k 含量等多种因素影响，变化较大。刘 文汇等( 2 0 0 1 ) 、李剑等( 2 0 0 1 ) 研究了鄂尔多斯盆地天然气中h e 、a r 、k e 、x e 等稀有 气体的同位素组成特征，并用之于气源对比上，结果与他人用多指标进行综合对比的结果 相差无几( 李贤庆等，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 。 5 利用流体包裹体进行对比 在油气地质领域中，经常运用流体包裹体的组分、均一温度等数据研究盆地油气的生 成、演化和运移，但应用于气源对比研究的并不多。陶士振等( 2 0 0 3 ) 对流体包裹体方法 在气源追踪对比中的应用进行了比较系统的研究，认为包裹体在成岩、成气的各个阶段和 岩层内不同部位都广泛存在，客观有效地提取、鉴别各种具有不同生源属性、形成期次和 次生变化的包裹体是利用流体包裹体进行有地质意义研究的关键。主要分析方法如下：首 先对包裹体进行精细的鉴别分析，在此基础上，通过成岩自生矿物微量元素、包裹体相组 成、均一温度和初熔温度等参数鉴别多期演化的油气充注；然后用激光拉曼探针分析同一 世代乃至单个的烃类包裹体，确定包裹体内的烃类组分，初步鉴别出煤成气和油型气；最 后利用g c 和g c m s 方法获得同一期包裹体生物标志化合物特征，确定某一期次的油气 所对应的烃源层。应用这一方法研究了四川盆地碳酸盐岩大型气田的气源，结果表明，其 气源具有外源和混源的特征，并且不同气藏的气源岩不一样，如磨溪气田天然气来自上、 下二叠统源岩，川东石炭系气藏天然气来自志留系和上、下二叠统源岩( 陶士振等，2 0 0 3 ) 。 1 3 研究进展及存在问题 1 3 1 四川盆地