西科学 Guangxi Sciences2003,10(4):286-291 百色盆地第三系浅层气成因类型与形成机制 Genetic type and Fomation m echan ism of Sha llow ga s in ba ise ba sin 罗毅朱扬明薛秀丽李英涛 姜春燕 Luo Yi Zhu Yangm ing Xue Xiuli Li Y ingtao J tang Chunyan (中石化南方分公司研究院昆明650200 (Research Institute of (O il) Southern Ch ina Exp bratin and Devebpm ent Com pany, Sinopec, Kunm ing, Yunnan, 650200, Ch ina) 对该盆地浅层气的成因类型进行鉴别,同时根据浅层气的赋存状态与空间展布规律,从浅层气的化学组成和碳 气体为主,其中甲烷占优势;甲烷碳同位素组成偏轻,具有生物成因气的碳同位素组成特征。随气藏埋深增加, 浅层气中甲烷含量降低,Cx重烃增多,甲烷碳同位素组成变重;天然气密度升高。盆地浅层气可划分为三种成 因类型:生物气、生物气一低熟混合气、油层菌解气。提出盆地具有沉积、成岩过程中的早期成气作用、抬升之 后的后期成气作用和晚期复合成藏三种形成机制。 关键词浅层气地球化学特征成因类型形成机制 中图法分类号P618.13 Abstract Based on study ng the geochem ical behav Dr of Tertary shallow gas in Baise residual Basin, the authors identif ied the genetic type of shalbw gas n th is basin and di ided it in to three genetic type bacterial gas, m ixed-gen c gas and py ro lyzed gas.M eanw hile, accord ing to the ex istence fomm and spatial distribut on rule, the chem ical constituent and carbon iso tope change character of shalbw gas, com b ined w ith the other geo bgy and geochem ical datum, we discussed the fom actin m echan im of shalow gas in Baise Basn, and expounded three fo m acton m echan ism s prm eval eneratin of gas, latter generaton of gas and last-com p lex fo m aton of gas accum ulation Key words shalbw gas, geochem ical behav pr, genetic type, fom acton m echan ism 百色盆地为中生界基底之上的第三系残留型盆百凸起等多个浅层气富集区,浅层气赋存的状态有气 地,以墙红断裂为界分为东、西2个坳陷(图1)。盆地层气、气顶气及油层溶解气,其主要储集层位为始新 地层层序自下而上为中生界中三叠统基底;新生界下统百岗组和渐新统伏平组,其次为始新统那读组,平 第三系古新统六组、始新统洞均组、那读组和百岗组、面上围绕生烃中心呈环带状分布,估算气资源量为 渐新统伏平组和建都岭组,上第三系上新统长蛇岭118.90×10°m3(朱扬明等.百色盆地浅层气成因类型 组,其中那读组和百岗组泥岩为盆地主要烃源岩。根与成藏条件研究.2002)。百色盆地浅层气藏一般在 据盆地第三系地层热演化史特征和构造、沉积发育史1000m以上,多数在700m以上,最浅的仅几十米。 特征,盆地的构造演化经历了断陷期、坳陷期和抬升本文在分析浅层气地球化学特征的基础上,利用天然 剥蚀期3个演化阶段,第三纪末以来盆地经历了整体气的化学组成和稳定碳同位素比值关系确定这些浅 抬升,剥蚀厚度最大超过1400m,地表出露烃源岩的层气成因类型,并从天然气的化学组成和碳同位素组 镜质体反射率大于0.4%。盆地经过多年的勘探,先后成随气藏储层时代和深度的变化特征入手,结合其它 发现了江泽、雷公、上法、花茶、仑圩、香炉-新洲那地质地化资料,分析其形成机制,落实盆地浅层气资 源潜力,为浅层气的进一步勘探奠定理论基础。 2003-06-06收稿,2003-09-21修回 浙江大学地球科学系杭州310027( Deparment of Geo Zhejang U niversity, Hangzhou, 310027, China) 中石化胜利油田股份有限公司,山东东营,257051( Sheng Oilfield Co L td, Sinopec, Dongy ing, Shandong, 257051, China) 286 Guangxi Sciences, Vol. 10No. 4, Novem ber 2003 21994-2007ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
2003206206 收稿, 2003209221 修回。 3 浙江大学地球科学系 杭州 310027 (Departm ent of Geology, Zhejiang U niversity, Hangzhou, 310027, China)。 3 3 中石化胜利油田股份有限公司, 山东东营, 257051 (Shengli O ilfield Co. ,L td, Sinopec,Dongying, Shandong, 257051, China). 广西科学 Guangxi Sciences 2003, 10 (4): 286～ 291 百色盆地第三系浅层气成因类型与形成机制 Genetic Type and Formaction M echan ism of Sha llow Ga s in Ba ise Ba sin 罗 毅 朱扬明3 薛秀丽 李英涛3 3 姜春燕3 3 L uo Yi Zhu Yangm ing Xue X iuli L i Yingtao J iang Chunyan (中石化南方分公司研究院 昆明 650200) (R esearch Institute of (O il) Southern Ch ina Exp loration and D evelopm ent Company, Sinopec, Kunm ing, Yunnan, 650200, Ch ina) 摘要 在分析百色盆地第三系浅层气地球化学特征的基础上, 利用天然气的化学组成和稳定碳同位素比值关系 对该盆地浅层气的成因类型进行鉴别, 同时根据浅层气的赋存状态与空间展布规律, 从浅层气的化学组成和碳 同位素组成变化特征入手, 结合其它地质、地化资料, 探讨盆地浅层气的形成机制。认为百色盆地浅层气以烃类 气体为主, 其中甲烷占优势; 甲烷碳同位素组成偏轻, 具有生物成因气的碳同位素组成特征。随气藏埋深增加, 浅层气中甲烷含量降低, C2+ 重烃增多; 甲烷碳同位素组成变重; 天然气密度升高。盆地浅层气可划分为三种成 因类型: 生物气、生物气—低熟混合气、油层菌解气。提出盆地具有沉积、成岩过程中的早期成气作用、抬升之 后的后期成气作用和晚期复合成藏三种形成机制。 关键词 浅层气 地球化学特征 成因类型 形成机制 中图法分类号 P618113 Abstract Based on studying the geochem ical behavior of T ertiary shallow gas in Baise residual Basin, the authors identified the genetic type of shallow gas in th is basin and divided it into th ree genetic type: bacterial gas,m ixed2genic gas and pyrolyzed gas1M eanw h ile, according to the existence form and spatial distribution rule, the chem ical constituent and carbon isotope change character of shallow gas, com bined w ith the other geology and geochem ical datum , w e discussed the form action m echanism of shallow gas in Baise Basin, and expounded th ree form action m echanism s: p rim eval generation of gas, latter generation of gas and last2comp lex form ation of gas accum ulation1 Key words shallow gas, geochem ical behavior, genetic type, form action m echanism 百色盆地为中生界基底之上的第三系残留型盆 地, 以墙红断裂为界分为东、西2个坳陷 (图1)。盆地 地层层序自下而上为中生界中三叠统基底; 新生界下 第三系古新统六组、始新统洞均组、那读组和百岗组、 渐新统伏平组和建都岭组; 上第三系上新统长蛇岭 组, 其中那读组和百岗组泥岩为盆地主要烃源岩。根 据盆地第三系地层热演化史特征和构造、沉积发育史 特征, 盆地的构造演化经历了断陷期、坳陷期和抬升 剥蚀期3个演化阶段, 第三纪末以来盆地经历了整体 抬升, 剥蚀厚度最大超过1400 m , 地表出露烃源岩的 镜质体反射率大于014%。盆地经过多年的勘探, 先后 发现了江泽、雷公、上法、花茶、仑圩、香炉2新洲那 百凸起等多个浅层气富集区, 浅层气赋存的状态有气 层气、气顶气及油层溶解气, 其主要储集层位为始新 统百岗组和渐新统伏平组, 其次为始新统那读组, 平 面上围绕生烃中心呈环带状分布, 估算气资源量为 118190×108m 3 (朱扬明等1百色盆地浅层气成因类型 与成藏条件研究12002)。百色盆地浅层气藏一般在 1000 m 以上, 多数在700 m 以上, 最浅的仅几十米。 本文在分析浅层气地球化学特征的基础上, 利用天然 气的化学组成和稳定碳同位素比值关系确定这些浅 层气成因类型, 并从天然气的化学组成和碳同位素组 成随气藏储层时代和深度的变化特征入手, 结合其它 地质地化资料, 分析其形成机制, 落实盆地浅层气资 源潜力, 为浅层气的进一步勘探奠定理论基础。 682 Guangxi Sciences,V ol110 N o14,N ovem ber 2003
field 仑圩气藏 nxu hastie 那 I234□ Xiantlu-xinzhou 图1百色盆地弟三系浅层气分布 Fg. 1 D strib tng of Triassic shalbw gas in Baise Basin 1.气井,2.等值线,3.断层;4.百岗组,5.地震测线6.盆地边界,7.Ⅰ类含气区块,8.Ⅱ类含气区块 eh 1 Well name, 2. Isoline, 3. Fau 4. Denudatin line of Baigang fom atin, 5. Seism ic line, 6.Boundary of basin, 7. I type 8.Ⅱ 1浅层气地球化学特征 ~50.10‰,C4烷烃的δC值为-27.70% 33.60%,变化幅度相对较小。 1.1浅层气组成特征 除江4井等少数样品外,所分析的浅层气均呈正 百色盆地天然气组成以烃类气体为主,含量一般碳同位素系列分布,即可8C1<8C2<8℃:<8C4, 在90%以上(表1)。其CrC烷烃气含量有较大的变表明为有机成因气。 化范围。甲烷含量低者仅为50%~70%,高者可达 与其化学组成的变化规律相类似,百色盆地浅层 00%;典型气层均以富含甲烷为特征,含量高于99%气中的δC值随气藏的深度增加呈规律性变化(图 的占50%以上。Cx重烃含量也有较大的变化范围,2)。在550m以上气藏中,甲烷δ℃1值变化不大,波 少者近于0,高者可达40%以上。一般来说,中三叠统动在-70‰左右,在550m以下,δ1随深度增加而 和始新统那读组气层样品甲烷含量相对较低,重烃含增高,在1000m上下的气藏中为-60‰左右,在1500 量高,而始新统百岗组、渐新统伏平组气层则具有甲m上下的气藏中为-55‰左右,可能是混合或运移 烷含量高、重烃含量低的组成特征。 作用所致2。须指出的是西部坳陷的江4井和东部坳 非烃气体在百色盆地浅层气藏中所占比例不高。陷的元5井天然气甲烷碳同位素值没有处于其它井天 氮气的含量一般在10%以下,大多在5%之下,含量然气δ1随深度的变化线上,它们的δ1值与埋深 总体上随深度的增加呈增高的趋势,说明其来源于有相近的其它气藏相比,显得偏高,分布为-51.30‰ 机质的生物化学作用或热演化。二氧化碳的含量更56.20‰,表明其成因或气源岩热演化程度不同。 低,均在3%以下,含量随深度増加呈先増高后减少,CαC3烷烃气的δ℃值也有随深度增加而变高的趋 在1000m以上,随深度增加而变高,而在1000m以势,可能与源岩成熟度及运移作用有关,而C的83 下随深度增加而变少。CO2含量这种变化趋势可能与C值随深度变化不 生物气的形成机制有关。 1.2.2氢同位素组成特征 1.2浅层气稳定同位素特征 百色盆地中,除仑圩的仑2-3并的甲烷a为 碳同位素组成特征 143.10‰偏重显得异常外,其它各井的a1均较轻, 百色盆地浅层气的碳同位素值有较大的变化范分布为-213.70‰-246.00‰(表2),具有生物成 围。δC1值均较轻,一般为-55‰--70‰(表2),具因甲烷气的氢同位素组成特征。我国其它盆地常规天 有生物成因气的碳同位素组成特征乙烷和丙烷的然气的a1主要分布为-180%-210‰1 8℃值分别分布为-33.30‰61.10‰和-25.10‰ 广西科学2003年11月第10卷第4期 287 o1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
图1 百色盆地第三系浅层气分布 F ig11 D istributing of T riassic shallow gas in Baise Basin 11气井; 21等值线; 31断层; 41百岗组; 51地震测线; 61盆地边界; 71É 类含气区块; 81Ê 类含气区块 11W ell nam e; 21Isoline; 31Faultage; 41D enudation line of Baigang form ation; 51Seism ic line; 61Boundary of basin; 71É type enriched2zone; 81Ê type enriched2zone 1 浅层气地球化学特征 111 浅层气组成特征 百色盆地天然气组成以烃类气体为主, 含量一般 在90% 以上 (表1)。其C1～ C5烷烃气含量有较大的变 化范围。甲烷含量低者仅为50%～ 70% , 高者可达 100% ; 典型气层均以富含甲烷为特征, 含量高于99% 的占50% 以上。C2+ 重烃含量也有较大的变化范围, 少者近于0, 高者可达40% 以上。一般来说, 中三叠统 和始新统那读组气层样品甲烷含量相对较低, 重烃含 量高; 而始新统百岗组、渐新统伏平组气层则具有甲 烷含量高、重烃含量低的组成特征。 非烃气体在百色盆地浅层气藏中所占比例不高。 氮气的含量一般在10% 以下, 大多在5% 之下, 含量 总体上随深度的增加呈增高的趋势, 说明其来源于有 机质的生物化学作用或热演化[ 1 ]。二氧化碳的含量更 低, 均在3% 以下, 含量随深度增加呈先增高后减少, 在1000 m 以上, 随深度增加而变高, 而在1000 m 以 下随深度增加而变少。CO 2含量这种变化趋势可能与 生物气的形成机制有关。 112 浅层气稳定同位素特征 11211 碳同位素组成特征 百色盆地浅层气的碳同位素值有较大的变化范 围。∆ 13C1值均较轻, 一般为- 55‰～ - 70‰ (表2) , 具 有生物成因气的碳同位素组成特征; 乙烷和丙烷的 ∆ 13C 值分别分布为- 33130‰～ 61110‰和- 25110‰ ～ 50110‰; C4 烷 烃 的 ∆ 13 C 值 为 - 27170%～ - 33160% , 变化幅度相对较小。 除江4井等少数样品外, 所分析的浅层气均呈正 碳同位素系列分布, 即可 ∆ 13C1< ∆ 13C2< ∆ 13C3< ∆ 13C4, 表明为有机成因气。 与其化学组成的变化规律相类似, 百色盆地浅层 气中的 ∆ 13C1值随气藏的深度增加呈规律性变化 (图 2)。在550 m 以上气藏中, 甲烷 ∆ 13C1值变化不大, 波 动在- 70‰左右; 在550 m 以下, ∆ 13C1随深度增加而 增高, 在1000m 上下的气藏中为- 60‰左右, 在1500 m 上下的气藏中为- 55‰左右, 可能是混合或运移 作用所致[ 2 ]。须指出的是西部坳陷的江4井和东部坳 陷的元5井天然气甲烷碳同位素值没有处于其它井天 然气 ∆ 13C1随深度的变化线上, 它们的 ∆ 13C1值与埋深 相近的其它气藏相比, 显得偏高, 分布为- 51130‰ ～ - 56120‰, 表明其成因或气源岩热演化程度不同。 C2、C3烷烃气的 ∆ 13C 值也有随深度增加而变高的趋 势, 可能与源岩成熟度及运移作用有关; 而C4的 ∆ 13 C 值随深度变化不大。 11212 氢同位素组成特征 百色盆地中, 除仑圩的仑223井的甲烷 ∆D1为- 143110‰偏重显得异常外, 其它各井的 ∆D1均较轻, 分布为- 213170‰～ - 246100‰ (表2) , 具有生物成 因甲烷气的氢同位素组成特征。我国其它盆地常规天 然气的 ∆D1主要分布为- 180‰～ - 210‰[ 1 ]。 广西科学 2003年11月 第10卷第4期 782
表1百色盆地天然气的组成参 Table I The com posit in of gas i Ba ise Basin 烷烃气组成 深度层位 天然气组成 Gas compositon(%) A kyHhydrocarbon compositin 丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷氮 C,H4 C2H6 C3H8 CaH1o nC4H10 CsH 1 nC5H12 N C2+C3)C2 Bai> 1510E2n84.7811.790.000.000.000.000.003,42 87.7912.217.19 百5块Bai5百5Bai51672-1831E2b90.402.600.000.000.000.000.006,690.3097.202,8034.77 花茶 Huacha花8Hua8464Ef99.060.300.03 0.600.0199.670.33300.1810.00 Bai 27 555E2b96.090.070.480.240.460.260.181.79 98.271.73174.71 6291282.423.811.420.450.400.150.167.591.7392.827.1815.772,68 845E2n295.051.131.170.310.460.200.121.250.1696.563.4441.330.97 雷公Lei 537E2b397.840.030.010.010.010.010.012.02 99.920.082446.003.00 雷3-9x 459E2b398.140.01 99.990.019814.00 仑16块 Lun 16 900E2n84.194.541.870.390.230.000.007.88 92.297.7113.132,43 仑2-16 L un 2-16 331E2b97.570.220.060.020.010.000.001.88 99.680.32348.463.67 817E2n78.8910.514.711.051.130.170.090.052.8781.7118.295.182.23 百4-9 Bai 4-9 257E3f98.99 101 100.000.00 法19Fa9622E2b299410.140.020.01 0.42 99.830.17621.317.00 百4-7 874E2b398.450.260.050.02 1.130.0699.660.34317.585,20 13841680T269.046.317.822.082.890.000.0010.00 78.3321.674.890.81 塘寨 Tangzhai Bai 263-419E2bl97.690.330.040.010.010.010.011.800.1199.580.42264.038.25 E2n49.0913.8214.591.577.990.970.639.45 55.3744.6 1.730.95 273E2b93.470.02 6.920.2299.980.0251 元5块 Yuan 5 Yuan 655E2n97.651.160.480.090.000.000.000.61 98.261.7459.542.42 Janez E2n98.080.130.140.020.020.000.001.5899.680.32363.260.93 708E2n99.620.170.040.000.000.000.000.16 99.790.21474.384.25 表2百色盆地浅层气同位素组成数据 Table 2 The com posit in of iso topes of gas i Ba ise Basi 百51块Bai51 百51Bai51 38.48 百5块Bai5 百5Bai5 E2b -234.70 花茶 Huacha 花8Hua8 百27Bai27 67.20-57 仑22Lun22 仑4L 雷2Lei2 67.20 雷3-9xLei3-9x 子寅ZNn 仑21Lu21 231.30 仑16Lun16 59,17 22.50 仑圩 L unu 仑2-16Lun2-16 213.70 坤10-2Kun10-2 百4-9Bai4-9 法19Fa19 百4-7Bai4-7 58.53 塘寨Tan 百25Bai25 2b 69,00 61.10 50.10 百31Bai 57 42.90 元5Yuan5 江4Jng4 288 Guangxi Sciences, Vol. 10No. 4, Novam ber 2003 91994-2007ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
表1 百色盆地天然气的组成参数 Table 1 The com position of ga s in Ba ise Ba sin 气区 Gas accum ulation 井号 W ell nam e 深度 D ep th (m ) 层位 Stratum 天然气组成 Gas compo sition (% ) 烷烃气组成 A lkyl2hydrocarbon compo sition 甲烷 C1H4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H 8 异丁烷 iC4H10 正丁烷 nC4H10 异戊烷 iC5H12 正戊烷 nC5H12 氮气 N 2 二氧化碳 CO 2 C1 (% ) C2+ C1ö (C2+ C3) C2öC3 百51块 Bai 51 百51 Bai 51 1510 E2n 84178 11179 0100 0100 0100 0100 0100 3142 87179 12121 7119 百5块 Bai 5 百5 Bai 5 1672～ 1831 E2b 90140 2160 0100 0100 0100 0100 0100 6169 0130 97120 2180 34177 花茶 Huacha 花8 Hua 8 464 E3f 99106 0130 0103 0160 0101 99167 0133 300118 10100 百27 Bai 27 555 E2b 96109 0107 0148 0124 0146 0126 0118 1179 98127 1173 174171 仑4 L un 4 629 T2 82142 3181 1142 0145 0140 0115 0116 7159 1173 92182 7118 15177 2168 那坤 N akun 坤1022 Kun 1022 845 E2n2 95105 1113 1117 0131 0146 0120 0112 1125 0116 96156 3144 41133 0197 雷公L eigong 雷2 L ei 2 537 E2b3 97184 0103 0101 0101 0101 0101 0101 2102 99192 0108 2446100 3100 雷329x L ei 329x 459 E2b3 98114 0101 1185 99199 0101 9814100 仑16块 L un 16 仑21 L un 21 900 E2n 84119 4154 1187 0139 0123 0100 0100 7188 92129 7171 13113 2143 仑圩 L unxu 仑2216 L un 2216 331 E2b 97157 0122 0106 0102 0101 0100 0100 1188 99168 0132 348146 3167 仑223 L un 223 817 E2n 78189 10151 4171 1105 1113 0117 0109 0105 2187 81171 18129 5118 2123 上法 Shangfa 百429 Bai 429 257 E3f 98199 1101 100100 0100 法19 Fai19 622 E2b2 99141 0114 0102 0101 0142 99183 0117 621131 7100 百427 Bai 427 874 E2b3 98145 0126 0105 0102 0101 1113 0106 99166 0134 317158 5120 法1 Fa 1 1384～ 1680 T2 69104 6131 7182 2108 2189 0100 0100 10100 78133 21167 4189 0181 塘寨 Tangzhai 百25 Bai 25 263～ 419 E2b1 97169 0133 0104 0101 0101 0101 0101 1180 0111 99158 0142 264103 8125 维宁 W eining 百66 Bai 66 E2n 49109 13182 14159 1157 7199 0197 0163 9145 55137 44163 1173 0195 香炉 X ianglu 香1 X iang 1 273 E2b 93147 0102 6192 0122 99198 0102 5192178 元5块 Yuan 5 元5 Yuan 5 655 E2n 97165 1116 0148 0109 0100 0100 0100 0161 98126 1174 59154 2142 江泽 J iangze 江1 J iang 1 E2n 98108 0113 0114 0102 0102 0100 0100 1158 99168 0132 363126 0193 江4 J iang 4 708 E2n 99162 0117 0104 0100 0100 0100 0100 0116 99179 0121 474138 4125 表2 百色盆地浅层气同位素组成数据 Table 2 The com position of isotopes of ga s in Ba ise Ba sin 气区 Gas accum ulation 井号 W ell nam e 层位 Stratum ∆ 13C1 (‰) ∆ 13C2 (‰) ∆ 13C3 (‰) ∆ 13C4 (‰) ∆D (‰) 百51块 Bai 51 百51 Bai 51 E2n - 58181 - 38148 - 237190 百5块 Bai 5 百5 Bai 5 E2b - 57125 - 234170 花茶 Huacha 花8 Hua 8 E3f - 69170 - 64150 - 48120 百27 Bai 27 E2b - 67120 - 57120 - 41100 - 32180 仑22 L un 22 E2b - 53171 - 246100 仑4 L un 4 T2 - 64178 - 245180 雷公 L eigong 雷2 L ei 2 E2b 3 - 67120 - 50150 雷329x L ei 329x E2b 3 - 68160 - 50190 子寅 Ziyin 仑21 L un 21 E2n - 59116 - 231130 仑16 L un 16 E2n - 59117 - 222150 仑圩 L unxu 仑2216 L un 2216 E2b - 68160 - 54130 - 213170 仑223 L un 223 E2n - 59199 - 143110 那坤 N akun 坤1022 Kun 1022 E2n 2 - 61110 - 36110 - 33140 - 33160 上法 Shangfa 百429 Bai 429 E3f - 74160 法19 Fa 19 E2b 2 - 68130 - 53190 - 35150 百427 Bai 427 E2b 3 - 64190 - 45120 - 36120 - 34130 法1 Fa 1 T2 - 58153 塘寨 Tangzhai 百25 Bai 25 E2b 1 - 69100 - 61110 - 50110 百31 Bai 31 E2b - 57189 - 242190 元5块 Yuan 5 元5 Yuan 5 E2n - 54103 - 218100 江泽 J iangze 江4 J iang 4 E2n 2 - 51130 - 33130 - 25110 - 27170 882 Guangxi Sciences,V ol110 N o14,N ovem ber 2003
呈高值,均在10以上(图4),与柴达木盆地第四系典 型生物气和苏北盆地第三系生物气相近1,表明百色 盆地天然气来自有机质成岩早期的生物化学作用阶 段。 品 000 High ●低中成熟Hua 4 2000 C 8C 图3浅层气轻烃石蜡指数Ⅰ、Ⅱ分布 -6040-20 0-60 ig.3 D istributing of paraffin I and I in ligh hyd rocarbon of shallow gas ◆:上法口:塘寨,△:花茶,×:那坤, 雷公, ◆: Shangfa,a: Tangzhai△: Huacha,x: Nakun,* L ergong,●: J range 图2C~C烷烃气碳同位素比值随气藏深度的变化 Fig. 2 The change of Cr C+ alkane gas carbon iso tope atD w ith the dep th of gas reser ◆:E2b,口:E2n;×:E3f,*:T 图4百色与其它盆地天然气△8℃2.和△8℃x2分布 1.3浅层气成熟度判识 Fe.4 D istributing of△aC2.and△8 C,. 2 of nature gas 1.3.1轻烃参数 n b aise and other basins 在有机质热演化过程中,随着有机质成熟度增 ·:百色;口:柴达木第四系;△:苏北,×:柴达木侏 加,轻烃石蜡指数Ⅰ(PD)、石蜡指数Ⅱ(PD:)呈罗系;*:柴达木第三系∽:成熟度增高 规律变化,从未成熟到过成熟演化阶段,PD1从0.75 . Bose basin; D: Chaidam u basin Q uaternary, A: Subei 升高到60,PD2从5%增加到30%。 basin; x: Chaidam u basin Jurassic: * Chaidam u basin 百色盆地浅层气轻烃PD和PD2较低,除花8井 Triassic,: Expansile directon of m aturity 和法浅2井分别为2.77%、20.09%和4.0%、40.40% 外,分别变化为0.59%1.33%和1.0418.91(图2百色盆地浅层气成因类型鉴别 3),说明有机质的演化程度处于未熟-低熟阶段 甲烷8℃与C1/(C2+C3)天然气“ Bernard”分 3.2同位素参数 类图(图5)显示,百色盆地所分析的浅层气中有半 百色盆地浅层气的不同碳数烷烃气之间的碳同数以上样品数据点落在生物成因气区域内,其它样品 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnkinyRara 位素差值,如乙烷与甲烷的差值ΔδCx和丙烷与乙均基本上位于混合区内,没有数据点处于热成因气E 烷的差值ΔδCs2值虽有较大的变化范围,但总体上范围。这表明盆地浅层气主要为生物成因,但混 广西科学2003年11月第10卷第4期
图2 C1～ C4烷烃气碳同位素比值随气藏深度的变化 F ig12 T he change of C1～ C4 alkane gas carbon isotope ratio w ith the dep th of gas resevior ◆: E2b; □: E2n; ×: E3f; 3 : T2 113 浅层气成熟度判识 11311 轻烃参数 在有机质热演化过程中, 随着有机质成熟度增 加, 轻烃石蜡指数É (P ID1)、石蜡指数Ê (P ID2) 呈 规律变化, 从未成熟到过成熟演化阶段, P ID1从0175 升高到610, P ID2从5% 增加到30% [ 3 ]。 百色盆地浅层气轻烃 P ID1和 P ID2较低, 除花8井 和法浅2井分别为2177%、20109% 和410%、40140% 外, 分别变化为0159%～ 1133% 和11104～ 18191 (图 3) , 说明有机质的演化程度处于未熟2低熟阶段。 11312 同位素参数 百色盆地浅层气的不同碳数烷烃气之间的碳同 位素差值, 如乙烷与甲烷的差值 ∃∆ 13C2- 1和丙烷与乙 烷的差值 ∃∆ 13C3- 2值虽有较大的变化范围, 但总体上 呈高值, 均在10以上 (图4) , 与柴达木盆地第四系典 型生物气和苏北盆地第三系生物气相近[ 1 ] , 表明百色 盆地天然气来自有机质成岩早期的生物化学作用阶 段。 图3 浅层气轻烃石蜡指数É、Ê 分布 F ig13 D istributing of paraffin É and Ê in ligh t hydrocarbon of shallow gas ◆: 上法; □: 塘寨; △: 花茶; ×: 那坤; 3 : 雷公; ●: 江泽 ◆: Shangfa; □: T angzhai; △: H uacha; ×: N akun; 3 : L eigong; ●: J iangze 图4 百色与其它盆地天然气 ∃∆ 13C2- 1和 ∃∆ 13C3- 2分布 F ig14 D istributing of ∃∆ 13C2- 1 and ∃∆ 13C3- 2 of nature gas in Baise and other basins ●: 百色; □: 柴达木第四系; △: 苏北; ×: 柴达木侏 罗系; 3 : 柴达木第三系; φ : 成熟度增高 ●: Bose basin; □: Chaidam u basin Q uaternary; △: Subei basin; ×: Chaidam u basin Jurassic; 3 : Chaidam u basin T riassic; φ : Expansile direction of m aturity 2 百色盆地浅层气成因类型鉴别 甲烷 ∆ 13C 与C1ö(C2+ C3) 天然气“Bernard”分 类图 (图5) [ 4 ]显示, 百色盆地所分析的浅层气中有半 数以上样品数据点落在生物成因气区域内, 其它样品 均基本上位于混合区内, 没有数据点处于热成因气区 范围。这表明盆地浅层气主要为生物成因, 但混有不 广西科学 2003年11月 第10卷第4期 982
同比例的热成因气 算,热解气所占比例一般小于15%,随气藏埋深增加, 运移 Migrate 热解气所占比例可上升到40%以上。这类天然气的鉴 别特征是:烷烃气中甲烷含量下降,变化60%98% 生物成因气区) 氧化 Oxidize Bacterial gas zone 运移 Migrate Cx*重烃相应增加为2%~40%;甲烷δC变重,变化 为-56‰-68‰,天然气密度变重 of pyrolyze 这类气藏主要分布在东部坳陷邻近烃源岩凹陷 中心的那坤和百5、百51块及塘寨、花茶等地区,埋 混合气(区) 热成因 深大于550m的气藏中。 2.3油层菌解气 100-90-8070-60-50-40·30-20 西部坳陷江泽地区及东部坳陷南斜坡元5等井浅 层气地化特征与上述两类天然气有所不同,其甲烷碳 图5百色盆地浅层气 emard”图 同位素偏重,δC1在-55‰左右;而其C2重烃含量 Fig. 5 The Bernard of shalbw gas n B aise Basin 并不高,江泽地区的江4井低于1%,元5井低于2%, ◆:上法,口子演,△:仑圩,×:塘寨, 花茶表明8℃1偏重并非热解气混入比例较高所致。它们 那坤,+:雷公,■:元5;口:江泽 的乙烷碳同位素组成相对偏轻。其轻烃组成及碳同位 Shangfa,口:Zsn,△: L unu,×: Tangzhai 素系列的变化显示出生物降解迹象,加之与生物降解 Huacha; . N akun; + Leigong Yuan 5 盆地浅层气上述两参数呈区域性变化趋势。远离 油藏共生,可认为这些浅层气为油层菌解气,即由油 层原油经微生物降解作用形成的生物气。 生烃凹陷的上法、雷公地区的浅层气中以甲烷为主, 在东部坳陷南斜坡有较广泛的生物降解稠油藏 C1/(C2+C3)比值在200以上;甲烷δ℃偏轻,变化 分布,因而可望在这一地区发现更多的这类浅层气 为-65‰~-75‰,应属较典型的生物气。那坤和百 5、百51及塘寨、花茶等地区邻近生烃凹陷的浅层气3浅层气的形成机制 中重烃含量高,C1/(C1+C2)值低于100,甲烷碳同 位素较重,8C1为-58%-66‰,表明有一定比31早期成气作用 百色盆地内生物气广泛分布盆地烃源层在演化 的热成因气混入。西部坳陷江泽地区及东部坳陷南斜过程中具备生物气形成的地质地化条件。那读组及百 坡的元5井和北斜坡仑22井的甲烷碳同位素比值与其岗组烃源层在早期沉积埋藏阶段,曾生成大量生物 它浅层气相比,显得较重,变化在55%左右,在图气,由于缺乏圈闭,大部分聚集在邻近砂岩透镜体内 s中属特殊点群,但它们所含的重烃含量并不高,表和源岩孔隙中或溶于地层水中随地层进一步埋深 明不是由于混入热成因气所致,可能是其成因或气源有机质从未成熟阶段逐渐进入液态烃大量生成的成 若母质类型不同。盆地浅层气的化学组分和碳同位素熟阶段。在这个过程中烃源岩进入低熟阶段前生物气 比值的变化呈渐变趋势表明混合成因占主导地位。 生成强度逐渐降低,替而代之的是低熟过渡带气及原 所以,可将百色盆地浅层气划分为生物气生物油伴生气开始生成。在中新世之后,由于盆地的整体 气一低熟混合气、油层菌解气三种成因类型。 抬升遭受剥蚀,导致地层压力降低,原储存在砂岩体 2.1生物气 和气源岩中的生物气及低熟热解气释放出来,就近运 其特征是,烷烃气中以甲烷为主,含量一般在移到后期构造活动形成的合适圈闭中成藏。 9%以上,Cx重烃含量极低,一般低于1%;甲烷碳3.2后期成气作用 同位素偏轻,8C1基本上低于-68‰%天然气密度 建都岭组沉积期后,约在3000~-2500万年前,盆 低,变化在0.55上下 地发生褶皱抬升遭受剥蚀,平均剥蚀量达770m。由 这类天然气主要分布在东部坳陷离烃源岩凹陷于有机质的热降解作用具有不可逆性,百岗组和那读 中心较远的上法、雷公地区及花茶、塘寨等地区,埋组烃源岩在盆地抬升之后由于地温的降低而停止了 深浅于550m的浅层气藏中。 热成烃作用。另一方面,由于上覆地层被剥蚀掉,烃 2.2生物气一低熟混合气 源层埋深减少,而后期构造运动在产生的大量断裂又 这类天然气由生物气与低熟热解气混合而成,两为地表水、微生物及其所需养料滲入烃源层提供了通 者混合的比例随气藏的埋深而变化。在800m以上气道,在这样的地质条件下,百岗组及那读组烃源岩进 藏主要以生物气为主,按甲烷碳同位素质量平衡估入了后期生物气生成阶段。 Guangxi Sciences, Vol 10 No 4, Novem ber 2003 o1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
同比例的热成因气。 图5 百色盆地浅层气“Bernard”图 F ig15 T he Bernard of shallow gas in Baise Basin ◆: 上法; □: 子演; △: 仑圩; ×: 塘寨; 3 : 花茶; ●: 那坤; + : 雷公; ■: 元5; ø : 江泽 ◆: Shangfa; □: Ziyin; △: L unxu; ×: T angzhai; 3 : H uacha; ●: N akun; + : L eigong; ■: Yuan 5; ø : J iangze 盆地浅层气上述两参数呈区域性变化趋势。远离 生烃凹陷的上法、雷公地区的浅层气中以甲烷为主, C1ö(C2+ C3) 比值在200以上; 甲烷 ∆ 13C 偏轻, 变化 为- 65‰～ - 75‰, 应属较典型的生物气。那坤和百 5、百51及塘寨、花茶等地区邻近生烃凹陷的浅层气 中重烃含量高, C1ö(C1+ C2) 值低于100; 甲烷碳同 位素较重, ∆ 13C1为- 58‰～ - 66‰, 表明有一定比例 的热成因气混入。西部坳陷江泽地区及东部坳陷南斜 坡的元5井和北斜坡仑22井的甲烷碳同位素比值与其 它浅层气相比, 显得较重, 变化在- 55‰左右, 在图 5中属特殊点群, 但它们所含的重烃含量并不高, 表 明不是由于混入热成因气所致, 可能是其成因或气源 岩母质类型不同。盆地浅层气的化学组分和碳同位素 比值的变化呈渐变趋势表明混合成因占主导地位。 所以, 可将百色盆地浅层气划分为生物气、生物 气一低熟混合气、油层菌解气三种成因类型。 211 生物气 其特征是, 烷烃气中以甲烷为主, 含量一般在 99% 以上, C2+ 重烃含量极低, 一般低于1% ; 甲烷碳 同位素偏轻, ∆ 13C1基本上低于- 68‰; 天然气密度 低, 变化在0155上下。 这类天然气主要分布在东部坳陷离烃源岩凹陷 中心较远的上法、雷公地区及花茶、塘寨等地区, 埋 深浅于550 m 的浅层气藏中。 212 生物气—低熟混合气 这类天然气由生物气与低熟热解气混合而成, 两 者混合的比例随气藏的埋深而变化。在800 m 以上气 藏主要以生物气为主, 按甲烷碳同位素质量平衡估 算, 热解气所占比例一般小于15% , 随气藏埋深增加, 热解气所占比例可上升到40% 以上。这类天然气的鉴 别特征是: 烷烃气中甲烷含量下降, 变化60%～ 98% , C2+ 重烃相应增加为2%～ 40% ; 甲烷 ∆ 13C 变重, 变化 为- 56‰～ - 68‰; 天然气密度变重。 这类气藏主要分布在东部坳陷邻近烃源岩凹陷 中心的那坤和百5、百51块及塘寨、花茶等地区, 埋 深大于550 m 的气藏中。 213 油层菌解气 西部坳陷江泽地区及东部坳陷南斜坡元5等井浅 层气地化特征与上述两类天然气有所不同, 其甲烷碳 同位素偏重, ∆ 13C1在- 55‰左右; 而其C2+ 重烃含量 并不高, 江泽地区的江4井低于1% , 元5井低于2% , 表明 ∆ 13C1偏重并非热解气混入比例较高所致。它们 的乙烷碳同位素组成相对偏轻。其轻烃组成及碳同位 素系列的变化显示出生物降解迹象, 加之与生物降解 油藏共生, 可认为这些浅层气为油层菌解气, 即由油 层原油经微生物降解作用形成的生物气。 在东部坳陷南斜坡有较广泛的生物降解稠油藏 分布, 因而可望在这一地区发现更多的这类浅层气。 3 浅层气的形成机制 311 早期成气作用 百色盆地内生物气广泛分布盆地烃源层在演化 过程中具备生物气形成的地质地化条件。那读组及百 岗组烃源层在早期沉积埋藏阶段, 曾生成大量生物 气, 由于缺乏圈闭, 大部分聚集在邻近砂岩透镜体内 和源岩孔隙中或溶于地层水中; 随地层进一步埋深, 有机质从未成熟阶段逐渐进入液态烃大量生成的成 熟阶段。在这个过程中烃源岩进入低熟阶段前生物气 生成强度逐渐降低, 替而代之的是低熟过渡带气及原 油伴生气开始生成。在中新世之后, 由于盆地的整体 抬升遭受剥蚀, 导致地层压力降低, 原储存在砂岩体 和气源岩中的生物气及低熟热解气释放出来, 就近运 移到后期构造活动形成的合适圈闭中成藏。 312 后期成气作用 建都岭组沉积期后, 约在3000～ 2500万年前, 盆 地发生褶皱抬升遭受剥蚀, 平均剥蚀量达770 m。由 于有机质的热降解作用具有不可逆性, 百岗组和那读 组烃源岩在盆地抬升之后由于地温的降低而停止了 热成烃作用。另一方面, 由于上覆地层被剥蚀掉, 烃 源层埋深减少, 而后期构造运动在产生的大量断裂又 为地表水、微生物及其所需养料渗入烃源层提供了通 道, 在这样的地质条件下, 百岗组及那读组烃源岩进 入了后期生物气生成阶段。 092 Guangxi Sciences,V ol110 N o14,N ovem ber 2003
国内外许多研究实例和室内模拟实验结果表明,的成藏过程可能发生在盆地抬升、构造形成之后,现 甲烷菌通常的生存温度为0~80℃,而最适宜其新陈今该成藏机制已趋于结束。 代谢的温度为30~55℃1。据百色盆地古地温梯度 另一方面,百岗组及那读组烃源层在盆地抬升、 3.37℃/100m计算,埋深300m的地层地温为30℃上覆地层被剥蚀之后,又重新进入了生物气生成阶 左右(地面平均温度20℃);埋深1000m为55℃,埋段,生成的生物气就近运移到邻近的浅层构造中聚集 深1800m为80℃,因而甲烷菌代谢作用最活跃的层成藏,并与先期成藏的天然气混合,这种机制现今还 段在300-1000m,下限深度1800m。位于300~1000在持续进行。作为残留型盆地,百色盆地的浅层气藏 m层段的烃源层生成的生物甲烷气量最高。在这个之所以具有工业价值,可能在很大程度上取决于后期 层段之上由于温度较低,甲烷菌产气进程较缓慢,而生物气的不断生成和注入 在这个层段之下,由于温度偏高,甲烷菌数量较少, 产气量下降 4结论 盆地浅层气中CO2含量随深度而变化,在550m (1)百色盆地浅层气以烃类气体为主,其中甲 以上气藏中CO2很少,在550m以下随深度增加其含烷占优势;甲烷碳同位素组成偏轻,具有生物成因气 量逐渐增高,在1000m左右达到最大值,往下又逐渐的碳同位素组成特征。 降低。盆地浅层气主要来自邻近层段的气源岩,因而 (2)随气藏埋深增加,浅层气中甲烷含量降低, 它们所含的CO2含量反映气源岩中的CO2含量。由于C2重烃增多,甲烷碳同位素组成变重;天然气密度 盆地的生物甲烷气由CO2的还原途径而生成,所以升高。 CO2含量的高低反映生物甲烷气产量的大小。 (3)盆地浅层气可划分为三种成因类型:生物 在成气有机母质上,这种后期抬升的气源岩与 气、生物气-低熟混合气、油层菌解气。 般的生物气源岩有所不同。百岗组和那读组烃源岩在 4)盆地具有沉积、成岩过程中的早期成气作 盆地整体抬升之前,其有机质演化程度曾达到低熟或用与抬升之后的晚期成气作用两种形成机制,而成藏 成熱阶段,有机成烃母质发生了一定程度的热降解,期主要在晚期。 生成了大量沥青类物质和分子量较低的各种有机酸 参考文献 及其它化合物。这些有机物可能有利于甲烷菌的代谢 作用,促使生物甲烷气的形成。 1戴金星,裴锡古,戚厚发中国天然气地质学(卷一).北京 3.3晚期复合成藏 石油工业出版社,1992 盆地浅层气藏的分布主要受盆地后期构造的控2 Pallasser R J. Recogn ising b idegradatDr 制,尤其是盆地东部坳陷北东向雁行式排列的断裂系 latins through the dl 3C com posit ins of gas com ponents 统起主要的控制作用(蔡勋育等.百色盆地浅层气分 Organ c Geochem istry, 2000, 31: 1363 1373 3 Thompson K F M. Classif icatpn and them al history of 布规律研究2001.)。这些含气构造形成于中新世之 petro leum based on light hydrocarbons Geochm 后,由于后期盆地整体抬升,早期形成并被保存在烃 Cosm och in a cta,1983,42(2):303316 源层中及邻近砂岩体内的生物气由于地层压力的降4 W hiticar M J. Carbon and hydrogen iso tope system at ics of 低而被释放出来,运移至邻近的圈闭中聚集成藏。在 bacterial fom aton and ox daton of m ethane Chem ical 成藏的过程中,上部地层中的未熟烃源岩释放出来的 Georgy,1999,161:29}314 主要是以生物甲烷气为主的天然气,而下部低熟烃源5戚厚发关德师著中国生物气成藏条件北京:石油工业 层释出的天然气中除生物甲烷气外还有一定比例的出版社,199 低熟热解气,其比例随深度增加而升高。这种天然气 (责任编辑:邓大玉) 广西科学2003年11月第10卷第4期 291 o1994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
国内外许多研究实例和室内模拟实验结果表明, 甲烷菌通常的生存温度为0～ 80℃, 而最适宜其新陈 代谢的温度为30～ 55℃[ 5 ]。据百色盆地古地温梯度 3137℃ö100 m 计算, 埋深300 m 的地层地温为30℃ 左右 (地面平均温度20℃); 埋深1000 m 为55℃, 埋 深1800 m 为80℃, 因而甲烷菌代谢作用最活跃的层 段在300～ 1000 m , 下限深度1800 m。位于300～ 1000 m 层段的烃源层生成的生物甲烷气量最高。在这个 层段之上由于温度较低, 甲烷菌产气进程较缓慢; 而 在这个层段之下, 由于温度偏高, 甲烷菌数量较少, 产气量下降。 盆地浅层气中CO 2含量随深度而变化, 在550 m 以上气藏中CO 2很少, 在550 m 以下随深度增加其含 量逐渐增高, 在1000 m 左右达到最大值, 往下又逐渐 降低。盆地浅层气主要来自邻近层段的气源岩, 因而 它们所含的 CO 2含量反映气源岩中的 CO 2含量。由于 盆地的生物甲烷气由 CO 2的还原途径而生成, 所以 CO 2含量的高低反映生物甲烷气产量的大小。 在成气有机母质上, 这种后期抬升的气源岩与一 般的生物气源岩有所不同。百岗组和那读组烃源岩在 盆地整体抬升之前, 其有机质演化程度曾达到低熟或 成熟阶段, 有机成烃母质发生了一定程度的热降解, 生成了大量沥青类物质和分子量较低的各种有机酸 及其它化合物。这些有机物可能有利于甲烷菌的代谢 作用, 促使生物甲烷气的形成。 313 晚期复合成藏 盆地浅层气藏的分布主要受盆地后期构造的控 制, 尤其是盆地东部坳陷北东向雁行式排列的断裂系 统起主要的控制作用 (蔡勋育等1百色盆地浅层气分 布规律研究. 20011)。这些含气构造形成于中新世之 后, 由于后期盆地整体抬升, 早期形成并被保存在烃 源层中及邻近砂岩体内的生物气由于地层压力的降 低而被释放出来, 运移至邻近的圈闭中聚集成藏。在 成藏的过程中, 上部地层中的未熟烃源岩释放出来的 主要是以生物甲烷气为主的天然气, 而下部低熟烃源 层释出的天然气中除生物甲烷气外还有一定比例的 低熟热解气, 其比例随深度增加而升高。这种天然气 的成藏过程可能发生在盆地抬升、构造形成之后, 现 今该成藏机制已趋于结束。 另一方面, 百岗组及那读组烃源层在盆地抬升、 上覆地层被剥蚀之后, 又重新进入了生物气生成阶 段, 生成的生物气就近运移到邻近的浅层构造中聚集 成藏, 并与先期成藏的天然气混合, 这种机制现今还 在持续进行。作为残留型盆地, 百色盆地的浅层气藏 之所以具有工业价值, 可能在很大程度上取决于后期 生物气的不断生成和注入。 4 结论 (1) 百色盆地浅层气以烃类气体为主, 其中甲 烷占优势; 甲烷碳同位素组成偏轻, 具有生物成因气 的碳同位素组成特征。 (2) 随气藏埋深增加, 浅层气中甲烷含量降低, C2+ 重烃增多; 甲烷碳同位素组成变重; 天然气密度 升高。 (3) 盆地浅层气可划分为三种成因类型: 生物 气、生物气2低熟混合气、油层菌解气。 (4) 盆地具有沉积、成岩过程中的早期成气作 用与抬升之后的晚期成气作用两种形成机制, 而成藏 期主要在晚期。 参考文献 1 戴金星, 裴锡古, 戚厚发. 中国天然气地质学(卷一). 北京: 石油工业出版社, 1992. 2 Pallasser R J. R ecognising biodegradation in gasöoil accum 2 ulations th rough the ∆13C compositions of gas components. O rganic Geochem istry, 2000, 31: 1363～ 1373. 3 T homp son K F M. C lassification and therm al h istory of petroleum based on ligh t hydrocarbons. Geoch im Cosmoch in A cta, 1983, 42 (2): 303～ 316. 4 W h iticar M J. Carbon and hydrogen isotope system atics of bacterial form ation and oxidation of m ethane. Chem ical Geology, 1999, 161: 291～ 314. 5 戚厚发, 关德师著. 中国生物气成藏条件. 北京: 石油工业 出版社, 1997. (责任编辑: 邓大玉) 广西科学 2003年11月 第10卷第4期 192