準噶爾盆地中拐—五、八區(qū)天然氣地球化學特征及分布規(guī)律

摘 要

摘要：中拐-五、八區(qū)是準噶爾盆地西北緣天然氣勘探最為重要的區(qū)域。在綜合分析天然氣化學組分、穩(wěn)定碳同位素及C7輕烴化合物特征的基礎(chǔ)上，對該區(qū)二疊系天然氣地球化學特征及分
摘要：中拐-五、八區(qū)是準噶爾盆地西北緣天然氣勘探最為重要的區(qū)域。在綜合分析天然氣化學組分、穩(wěn)定碳同位素及C7輕烴化合物特征的基礎(chǔ)上，對該區(qū)二疊系天然氣地球化學特征及分布規(guī)律進行了研究。從化學組成上看，可將該區(qū)天然氣劃分為低氮氣含量的濕氣和干氣2種類型；從成因類型上看，有原油二次裂解形成的油型氣、干酪根初次裂解形成的煤型氣及二者的混源氣等3種類型。根據(jù)不同成因類型天然氣在縱向和橫向上的分布特征，認為不整合面和斷源斷裂對于天然氣的分布具有明顯的控制作用，具體表現(xiàn)為：在二疊系佳木河組頂部不整合面附近地層內(nèi)主要分布油型氣與煤型氣的混源氣，而在較大規(guī)模的斷源斷裂附近易于富集煤型氣；在不整合和斷裂不發(fā)育的區(qū)域，風城組及其上覆地層中易于富集油型氣，佳木河組則廣泛分布煤型氣。
關(guān)鍵詞：地球化學特征；化學組分；成因類型；碳同位素；分布規(guī)律；斷源斷裂；中拐-五、八區(qū)；準噶爾盆地
    中拐-五、八區(qū)位于準噶爾盆地西北緣克百斷裂帶下盤、紅山嘴東側(cè)斷裂以東、紅3井東側(cè)斷裂以北和中拐凸起北翼的瑪湖西斜坡。該區(qū)整體構(gòu)造為東南傾的單斜，沉積地層較為齊全。其中二疊系佳木河組(P1jm)和上烏爾禾組(P2sw)沉積范圍廣，是該區(qū)目前天然氣勘探的主要目的層。二疊系佳木河組和風城組(P1f)兩套烴源巖最有可能對中拐-五八區(qū)的油氣有貢獻[1]。佳木河組烴源巖有機質(zhì)豐度偏低，有機碳平均含量為0.55%，有機質(zhì)類型以腐殖型為主，個別為偏腐泥混合型和偏腐殖混合型；實測鏡質(zhì)體反射率多為1.38%～1.9%，屬高成熟的氣源巖。風城組為海陸過渡環(huán)境的殘留海 渴湖相沉積，烴源巖有機質(zhì)含量多大于1.O0%，最高可達6.68%；有機質(zhì)類型多為腐泥-混合型；鏡質(zhì)體反射率為0.85%～1.16%，屬成熟高成熟的優(yōu)質(zhì)油源巖。
    準噶爾盆地的天然氣勘探進程相對緩慢[2～3]，尤其西北緣探明率明顯較低，僅為7.75%[4～5]。為降低勘探風險，需準確認識天然氣的基本特征及分布規(guī)律。為此，筆者在前人研究工作的基礎(chǔ)上[1，6～7]，對西北緣中拐-五、八區(qū)的天然氣地球化學特征及分布規(guī)律進一步探討，以期對下一步天然氣勘探有所啟示。
1 天然氣地球化學特征及成因類型
1.1 天然氣化學組成特征
    研究區(qū)天然氣主要分布在二疊系佳木河組、下烏爾禾組(P2xw)和上烏爾禾組3個層組。天然氣組分以烴類為主(表1)。其中，甲烷平均含量可達91.65%，主要分布區(qū)間為88.45%～93.45%；重烴(C2+)含量相對較低，平均含量僅為4.9%，主要分布在4.45%～6.75%。干燥系數(shù)(C1/C1-5)分布在0.78～0.98，干氣(C1/C1-5≥0.95)樣品數(shù)和濕氣(C1/C1-5＜0.95)樣品數(shù)幾乎相當。非烴組分中主要為N2，平均含量為2.10%；C02平均含量僅為0.16%。因此，研究區(qū)天然氣可分為低氮氣含量的干氣和濕氣2種類型。其中，在佳木河組和上烏爾禾組濕氣與干氣均有分布，而下烏爾禾組僅有干氣分布。
1.2 天然氣穩(wěn)定碳同位素特征
    研究區(qū)天然氣甲烷碳同位素值多小于-30‰，主要為-38.51‰～-33.44%。，平均值為-36.83‰。乙烷、丙烷和丁烷的碳同位素值明顯偏重，其中，乙烷碳同位素值為-32.59‰～ -22.98‰；丙烷碳同位素值為-31.18‰～-20.12‰；丁烷的碳同位素值為-30.64‰～-20.02‰(圖1-a)?？傮w上看來，研究區(qū)內(nèi)天然氣樣品均具正碳同位素系列的特征(部分發(fā)生輕微倒轉(zhuǎn))，應為有機成因氣[8～10]，部分樣品發(fā)生輕微倒轉(zhuǎn)的原因可能主要在于有少量不同來源或不同成熟度的天然氣混入。各層組之間天然氣的穩(wěn)定碳同位素值存在差異，佳木河組和上烏爾禾組天然氣甲烷碳同位素值變化范圍相對較大，且碳同位素系列有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，反映來源具有多樣性(圖1-b和圖1-d)；下烏爾禾組天然氣甲烷碳同位素值分布范圍較小，且明顯偏輕，烷烴氣碳同位素值呈正碳同位素系列分布特征，反映來源單一(圖1-c)。
 

1.3 天然氣成因類型
    與干酪根初次裂解氣相比，原油二次裂解氣以C3的遞減速率高為特征。因此，利用(δ12C2-δ13C3)值與ln(C2/C3)值相關(guān)關(guān)系可有效區(qū)分干酪根初次裂解氣和原油二次裂解氣[11～12]。據(jù)此可判斷下烏爾禾組天然氣均為原油二次裂解成因氣，而佳木河組和上烏爾禾組天然氣成因類型相對多樣，既有干酪根初次裂解成因天然氣，也有原油二次裂解成因氣，同時也可能存在二者混合氣(圖2)。
 

    此外，利用C7輕烴系列化合物和烷烴碳同位素值[13～15]也可有效判別天然氣成因類型。如圖3所示，天然氣樣品明顯呈3個點群分布：Ⅰ類甲基環(huán)己烷(MCC6)含量相對較高，二甲基環(huán)戊烷(DMCC5)含量低(小于10%)，為典型的煤型氣；Ⅱ類二甲基環(huán)戊烷的相對含量則有明顯增高(大于20%)，屬油型氣；Ⅲ類C7輕烴系列的相對含量介于Ⅰ類和Ⅱ類之間，為油型氣和煤型氣的混源氣。
 

    結(jié)合天然氣樣品在δ13C1-δ13C2-δ13C3關(guān)系圖版(圖4)上的分布特征，可綜合判定研究區(qū)佳木河組分布有干酪根初次裂解而成的煤型氣和混源氣2種天然氣，下烏爾禾組天然氣均為原油二次裂解而成的油型氣，而上烏爾禾組三者皆有分布。

2 天然氣分布規(guī)律
2.1 縱向分布規(guī)律
    中拐-五、八區(qū)不同成因類型的天然氣在縱向分布上比較復雜，佳木河組和上烏爾禾組內(nèi)天然氣類型多樣，而位于其二者之間的下烏爾禾組天然氣類型單一。這一分布現(xiàn)象與地層沉積特征密切相關(guān)。下烏爾禾組展布范圍相對下伏風城組較小，受風城組烴源巖阻隔的影響，僅能捕獲源自風城組烴源巖的油型氣；上烏爾禾組沉積范圍廣，超覆在下伏地層之上，底部為一重要的區(qū)域不整合，具有捕獲源白風城組烴源巖的油型氣和源自佳木河組烴源巖的煤型氣的條件；佳木河組頂部同樣為研究區(qū)內(nèi)一重要的不整合面(受強烈剝蝕地區(qū)和上烏爾禾組底部不整合相重合)，源自風城組烴源巖的油型氣可沿該不整合運移進入佳木河組，與佳木河組烴源巖自身生成的煤型氣相混合形成混源氣，具體表現(xiàn)為在距佳木河組頂部不整合面較遠的位置(一般大于300m)分布的均為典型的煤型氣，而在距其頂部不整合面較近的位置(一般小于200m)分布的以混源氣為主。
2.2 平面展布規(guī)律
    不同類型天然氣在平面上呈條帶狀分布(圖5)。油型氣主要沿風城組尖滅線分布，該處緊鄰風城組烴源巖，油型氣供給充足?；煸礆饩植加陲L城組尖滅線以外的區(qū)域，該區(qū)域為佳木河組烴源巖的主要分布區(qū)，同時也是風城組烴源巖排烴的有利指向區(qū)，易于煤型氣與油型氣發(fā)生混合。佳木河組內(nèi)部的煤型氣由于為自生自儲成因，分布相對廣泛；而上烏爾禾組煤型氣均集中分布在五區(qū)南斷裂附近，該斷裂為斷至佳木河組內(nèi)部的斷源斷裂，表明斷源斷裂是佳木河組烴源巖垂向排烴的優(yōu)勢通道。

3 結(jié)論
    1) 中拐-五、八區(qū)二疊系天然氣可劃分為低含氮量的干氣和濕氣。其中，在佳木河組和上烏爾禾組2類天然氣均有分布，而下烏爾禾組僅分布有干氣。
    2) 依據(jù)成因類型，研究區(qū)天然氣可分為干酪根初次裂解形成的煤型氣、原油二次裂解形成的油型氣及二者的混源氣等3種類型。其中，下烏爾禾組天然氣均為油型氣；佳木河組有油型氣和混源氣2種類型；在上烏爾禾組3種成因類型天然氣均有發(fā)現(xiàn)。
    3) 不整合面及斷源斷裂對于不同成岡類型的天然氣的分布具有明顯的控制作用。佳木河組頂部不整合面附近主要分布油型氣與煤型氣的混源氣，而在斷源斷裂附近易于富集煤型氣；在不整合和斷裂不發(fā)育的區(qū)域，油型氣主要富集于風城組及其上覆的地層，佳木河組內(nèi)部則廣泛分布煤型氣。
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(本文作者：楊海風1，2 柳廣弟1 楊海波3 王波4 1.油氣資源與探測國家重點實驗室·中國石油大學(北京)；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司；3.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院；4.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院)