《石油地质学 Petroleum Geology》课程教学资源（阅读文献）冀中坳陷北部天然气类型——成藏模式及成藏条件研究

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中国石油勘探 2002年3月 China Petroleum Exploration 第7卷第l期冀中坳陷北部天然气类型成藏模式及成藏条件研究梁宏斌降栓奇杨桂茹淡伟宁王文英 (华北油田勘探开发研究院,河北省任丘市062552) 摘要:从天然气的地球化学特征入手,结合天熊气飖的地盾环璄.划分岀生物成因气、生物改造气、生热催化过渡带气、热解气、煤成气和爍层气等种成因类型的氏然气。以此为线索,深入剖析了各类天然气的形成条件及形成机制,总结了持续沉降髙濱化气、二次丛气、浅蜃运移、生物一热催化作用和浅层(后期式)生物作用等5种成藏模式,发现了煤成气和汉第三亲气源岩的天然气两种成藏序列,对天然气勘探具有重要的指导意义。关键词:冀中蚴陷天然气类型成藏条件成藏序列成藏模式冀中坳陷天然气勘探沉寂十余年之后,于“九五”开拓了人们的视野,认识到古生界是寻找高产富集气藏后期迎来了天然气勘探第二高峰,在成藏条件研究方面的重要领域。也取得了一定的进展 (2)重大突破阶段(1980~1989):以苏桥油气田的发现为代表,其间天然气勘探几乎年年都有新的发 1勘探历程现,如永清和别古庄气藏等。特别是1982年位于文安斜坡上苏桥油气田及1984年文安油气田的发现,不仅冀中北部包括廊固、武清、霸县三大凹陷及其周邻进一步丰富了坳陷内的成气理论,而且使储量也上了地区,总面积约1100km2。它是华北油田主要油气生产个很大的台阶。1985年l1月实现了向首都北京的正式区之一,数十年的油气勘探积累了丰富的地质资料和分供气,从而使冀中均陷天然气勘探和开发进入了一个新析化验数据。已完成l:20万重、磁、电勘査,二维地震的阶段。截至1989年底,探明天然气藏15个,含气面勘测覆盖全区,测网密度(lkm×Ikm)-(2kmx4km),积49.4km2,天然气储量1823×10ym3。部分油气区还完成了三维地震和高精度重力勘探,完成 (3)徘徊不前阶段(1990~1998):“八五”以来, 各类钻井近1500口。截至2000年底,已探明天然气地虽然进行了一系列的天然气地质研究工作,除大城煤层质储量282.17×10m3。回顾冀中坳陷北部天然气勘探气初见端倪外,其他地区并未获得进展。至1996年底, 历程,大致分为四个阶段探明天然气藏16个,含气面积46.5km2,天然气储量 (1)初期探索阶段(1966~1979):以河1井、霸178.24×10m3 21井获工业气流为标志。1966年3月位于廊固凹陷凤 (4)二次突破阶段(1999年至今):以苏49气藏和廊河营地区的河1井在上第三系首次获得工业气流,日产固凹陷旧州一固安构造带浅层生物气的发现为标志。1999 天然气4×10m3,发现了坳陷内的第一个天然气藏:年,霸县凹陷文安斜坡北段的信安镇北潜山(苏49)于奥 1977年8月位于霸县凹陷顾辛庄潜山的霸21井在奥陶陶系碳酸盐岩喜获高产油气流。之后,又在廊固凹陷的旧系地层中获日产天然气27.3410m3,这是冀中坳陷州、柳泉、河西务等构造带发现数个浅层气藏,从而使华的第一口高产气井。该阶段虽然实现了天然气勘探零的北油田天然气储量大幅度增长,探明天然气地质储量约突破,但地质储量小,难以形成规模,然而在认识上则100×10m3,形成了天然气储量增长的第二个髙峰 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://ww.cnki.ner

中国石油勘探 2002年3月 2天然气基本地质条件母质类型较差、成熟度偏低,致使可溶有机质含量较低, 氯仿沥青“A”平均为00730‰,总烃为610×106,为 21两套主要气源岩是天然气藏形成的物质基础套中等一好烃源岩冀中北部主要发育石炭系煤系和下第三系暗色泥岩下第三系暗色泥岩在不同地区具有不同的埋藏史和两套气源岩热演化史,因而在不同的地质条件下形成了多种成因类石炭系煤系烃源层主要分布在冀中均陷东北部的大型的天然气。城凸起、霸县凹陷、武清凹陷和廊固凹陷河西务地区。霸县凹陷苏桥一文安地区煤层厚度一般在10-25m;暗22储集层发育、物性好是获得高产气流的关键色泥岩厚度一般在200m左右。石炭系煤系为一套好气冀中坳陷发背多套天然气储集层自下而上有奥陶源岩,煤岩的有机碳平均含量为50.14%,暗色泥岩的系碳酸盐岩、二歪系妙岩、下第三系的沙四、沙三、沙有机碳平均含量为265%,碳质泥岩的有机碳平均含量二、沙一段和上第三系明化镇组,均获得了工业气流。为1543%;煤岩、暗色泥岩和碳质泥岩的生烂潜力平奥陶系碳酸盐岩:是冀中坳陷天然气的主要产层均分别为l145mg/g、305mg/g和347g/g;氯仿占探明天然气储量的60%以上奥陶系碳酸盐岩储集层沥青“A”平均值分别为20548%、0.1037%、0.1988%;在沉积期形成的原生孔隙大部分消失,但经成岩后生作总烃则为4796×10、296×106、588×106。燕山用,特别是表生期淋滤溶蚀作用和构造应力作用的改期末,煤系气源岩的R值约为05%~07%,未达到排造,产生了大量的溶蚀孔洞和构造缝据岩心及铸体薄烃高峰;喜山期凹陷内的煤系被大幅度深埋,热演化程片观察,常见的储集空间按形态、大小和成因可分为度进一步加大,从而具备二次生烃条件,提供了丰富的洞、缝、孔三类。奥陶系碳酸盐岩储集层的发育具有明煤成气资源显的规律性下第三系沉积旋回最厚近万米,从孔店组底部的红 1)随着埋深的增加,溶洞裂缝型的储集类型减层、砾石层充填式堆积,发展到沙三段中部以暗色泥岩少,微缝孔隙型储集类型增加。这反映出浅层碳酸盐岩为主的湖相沉积,最后到东营组末期的漫滩红层堆积,潜山油气藏,岩溶发育,深层(埋深>3500m)潜山碳构成了一个粗一细粗、红一黑一红、浅深一浅的完酸盐岩油气藏岩溶不发育。整大旋回。冀中北部主要发育沙四一孔店和沙三段两套 (2)奥陶系之上若无石炭一二叠系覆盖,岩溶充分, 暗色泥岩。大缝大洞发育,多为溶洞裂缝型的储集类型,若有石炭沙四—孔店组烃源层最厚可达200m,孔店组上部一二叠系覆盖,因埋藏较深,岩溶不发育,多为微缝孔含膏,沙四段中上部夹砂砾岩和火山喷发岩。廊固和坝隙型的储集类型。目前所探明的气藏均分布于石炭一二县凹陷的有机碳含量多大于1%,氯仿沥青“A”大多数叠系覆盖区,孔、渗条件并不十分理想。据苏桥潜山(苏大于02%,为中等一好烃源岩。有机质类型以Ⅱ2-Ⅲ1-4井)凝析油气藏岩心分析,平均孔隙度为269%。岩型为主,干酪根H/C原子比较低,一般小于1.2。心上微裂缝十分发育,缝宽一般为10~260μm,但绝沙三段是冀中坳陷的主要生油气层段,整个冀中北大部分被完全充填。这些特征说明,该潜山储集空间部凹陷带内沙三段暗色泥岩都很发育北部廊固凹陷暗色主要为孔隙和微裂缝,物性为低孔低渗。在开发动态泥岩最厚,可达280m以上,主要集中在沙三中、下段,上,该类型油气藏关井压力恢复曲线呈陡峭型。如苏泥岩连续厚度大,砂岩夹层少,较深湖相发育;霸县凹1井关井后700min才开始出现压力稳定点,压力恢复陷夹多层页岩和碳质泥岩。该套暗色泥岩的有机质丰度缓慢计算渗透率为(23~41)×103pm2。采油指高,霸县凹陷有机碳平均值为235%,氯仿沥青“A”平数为0.38-09t/(0.MPa·d),反映出微缝孔隙型低渗均值为01152%,总烃平均值为1064×10,均达到了好透性油气藏的特点。但是,该类储集层易于改造,经酸烃源岩的标准廊固凹陷有机碳平均为120%,但由于其化压裂后,一般可获得(10-20)×10m2的工业产能。 201994-2007chinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nwww.cnki.ner

第7卷第1期梁宏斌等:冀中坳陷北部天然气类型、成藏模式及成藏条件研究二叠系砂岩:储集层位于上石盒子组下部,在区域细封闭和浓度封闭,二次生烃区还具备超压封闭,是研上为差储集层但苏桥一文安地区二叠系上石盒子组具究区最好的盖层。从分析数据推测,其排替压力大于有好的储集条件,主要表现在: 5MPa,可以封闭500~1000m的气柱。苏4井潜山气藏 (1)处在河流相的主河道位置,砂层发育,岩性好,气柱高度为504m,说明了该套盖层封闭的高效性。产气层都以块状砂岩为特征,厚度较大,单层厚度可达 2)二叠系上石盒子组大砂岩顶部泥岩段,由于有 9-14m(苏20井),往东西两侧则处在边滩和漫滩位机质含量低,不具生烃能力,不具备浓度封闭,其封闭置上,分叉变薄,出现泥砾,单层厚度只有4-8m。(苏能力比煤系地层差。但由于该套泥岩分布稳定,厚度 18井)。苏23井单层厚度也只有5-6m。苏20井为纯大,处于晚成岩早期,应具一定的封盖性能。已知气藏石英含砾粗砂岩,石英占陆源矿物成分的含量高达的气柱高度,如苏20并为122m,文23井为162m,如 91%;泥质以髙岭土为主,只占胶结物的8% 果不是气源不足造成的,那么该套盖层的最大封闭能力 (2)地史时期曾大幅度抬升,遭受风化淋滤。岩石不会超过200m气柱。因此,二叠系大砂岩应寻找低幅颗粒溶蚀现象较普遍,而且方解石交代碎屑后的戣余物庋豳闭,高幅度圈闭形成气藏的规模较小。被溶蚀后形成的溶孔也较明显,胶结物也被容蚀,胶结 (3)下第三系盖层在地层层位方面,以ES4F、ES3 类型为孔隙式和接触式,孔噥发育, Es3和沙一泥岩发育段较好;在埋深上,廊固凹陷 (3)具有较好的物性,从苏20井压汞物性对比中可以1600~2300m和3000~3550m具备超压封闭,盖层以看出,3767.5~3687m气层段物性较好,面孔率达条件较好,其中后者优于前者。霸县凹陷则为2400 13.33%,喉道半径可达3:02μm,孔隙度达164%,渗2600m,2900-3100m,3800m以下为有利区带。已知透率达224426m2,但在纵向上,在气层段以下的地气藏的最大气柱高度,曹5井埋深3600m以下为284m, 层(水层)中,都显著变差,面孔率仅354%,渗透率京51井埋深l500m为230m,其盖层满足了成藏要求。只有5.23×10-3um2。但廊固凹陷多为高角度圈闭,在钻探时必须考虑盖层可 (4)电性特征表现出好的物性以苏20井为例,自封存的最大气柱高度,以钻探圈闭的较高部位最佳然电位呈箱状,自然伽马很低,为33~45mV,反映了 4)地层压力系数分布规律表明,凤河营、旧州好的渗透性能,声波时差达260μs/m,声波孔隙度14%,固安、别古庄、中岔口压力系数低,对盖层要求不高, 大者达156% 易于成藏;而柳泉、王居、琥珀营、杨税务、廊东沙三 (5)产量高,苏20井该套产层日产油104t,天然气段地层压力系数高形成具一定储量规模天然气藏的难 219×10m3。度大。如果高压区存在低压带,也应为有利的勘探区。下第三系砂岩:目前发现的下第三系天然气藏埋深一般小于2500m,处于早成岩阶段B期。砂岩颗粒间以3天然气成因类型线接触为主,原生粒间孔较发育,其次为方解石溶解形成的粒间溶孔,少量长石溶蚀形成的粒内溶孔。孔隙度不同地区由于构造发育源岩母质类型和热演化过 32%~34.2%,平均20.4%,渗透率(0.02~11497) 程的差异,天然气成因类型千差万别,表现出明显的差 103μm2,平均46.8×10-3μm2。该套储集层的产能异性。根据天然气的组分、同位素组成和伴生轻烃等综般可达到4×10m3以上合判别标志,将冀中北部的天然气划分为6种类型 23良好的保存条件是天然气藏形成的保障 31生物成因气冀中坳陷北部发育三套区域性盖层,其封存性能和生物成因气指有机质演化早期阶段,微生物群体的特点各不相同: 发酵和合成作用而形成的以甲烷气体为主的天然气廊 (1)石炭一二叠系本溪一山西组煤系具备较好的毛固凹陷在浅层已发现的40余口工业纯甲烷气流井中 2 01994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. htp: /hnnw. cnki ner

中国石油勘探 2002年3月部分为较典型的生物成因气 cH含量/% 可将廊固凹陷的天然气明显划分为四种成因类型 (图1),生物气位于图中的A区。气藏的埋深一般小于 1700m,以泉99井和固13井为代表,其地化特征主要泉36泉7 有以下几点: 生物气1生物改泉104|·泉103 新泉4“新泉 8C1/ 22 安46 安313(Es1) 69-11 京39(Es4 1750m 3500 4500 图2廊固、霸县凹陷天然气CH4含量与埋深关图 Fig. 2 The relationship between natural gas CHa content and burial depth in Langgu and Baxian sags 固15 的运移特征。图1中凊楚地反映出生物改造气埋深浅于图1廊固凹陷天然气δuc1与埋深关系图 1750m,甚至比生物气更浅一些。其主要地化特征如下 Fig. I The relationship between natural gas 8CI and (1)湿气含量低,甲烷碳同位素分布范围较宽。 burial depth in Langgu sag 甲烷含量大于95%,湿气含量低,均小于5%,气组 A一生物气区:B一生物热催化气区 C一热解气区:D一生物改造气区分特征与生物气相近。但其甲烷碳同位素比生物气重,分布范围宽(-35%~-51‰),大多数介于-41%~-45‰之 (1)天然气组分中,甲烷含量大于95%,以新泉2间,相当于热解气的同位素范围(图3)。徐永昌对我国井为例,其甲烷含量达9904%(图2)。改造气研究发现,碳同位素变化不大,与相应原生气 (2)甲烷碳同位素较轻,这是生物气最典型的特征致。这一认识与廊固凹陷的实际相吻合,说明生物改造之一。δ"C一般为-5%‰~-60‰,最轻可达-61.7‰气是深部热解气运移到浅层后,经生物改造形成的。 (泉99井)。从京9井断块构造剖面中可以看出,下第三系断层 (3)以纯甲烷气藏为特征,一般没有伴生轻质油错综复杂断层形成时间多在东营组沉积末期至馆陶组或凝析油。沉积时期,这个时期正是下第三系大量油气生成和运移时期,它一方面破坏了早期油气藏,另一方面也沟通了 32生物改造气深部油气向浅层储集层运移的通道,使深部油气沿断面正常热演化形成的天然气经后期生物作用,使某运移到浅层。另外,再加上东营期末长时间的生物(细些地化特征发生变化而重新形成的天然气,具有明显菌)改造,形成诸多断块状小型浅层甲烷气藏 2 01994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. htp: /hnnw. cnki net

第7卷第l期梁宏斌等:冀中坳陷北部天然气类型、成藏模式及成藏条件研究 21 油比的增加,油的相对密度不是降低,而是增高(图4)。同样,正常油气的甲烷含量随着向凝析气或湿气的演化,甲烷含量越来越髙,到过成熟阶段才变成纯甲烷气,但是生物改造气是随着油的相对密度增大而变成纯甲烷气(图5),说明它们是生物改造气,而不是早期成岩阶段的生物成因气。 33生物一热催化过渡常天然气该类天然气是近几年提出的一种新的天然气成因类型。永昌等对辽河盆地天然气的地球化学特征研 5生物成因气生物改造气究过程甲,发现了一组地化特征介于生物气和热催化湿气含量/% 生物一松催化气气(热解气)之间的过渡类型的天然气。 Stahl(1975) ●热解气 c煤成气 Schoell(1983)等把具有这种特点的气体划为生物气和热催化气二者的混合气。通过深入研究认为,该类气体在形成机制上既不同于生物气,也不同于热催化气, 图3冀中坳陷天然气中甲烷碳同位素与湿气含量变化关系图应划分为一个新的成因类型,即生物一热催化过渡带 Fg3 The relationship between natural gas methane C isotope气。并初步把过渡带气的特征归纳为:甲烷碳同位素轻, and wet gas content in Jizhong depression 61C1为-55‰~-46‰,有一定量乙烷以上的重烃 C1/(C1~C5)为070~098,R为0.4%~0.55%,个别 (2)生物改造气常与生物降解油伴生。达0.7%,埋深可达3000m。有人也将这种天然气称为这种生物降解油的相对密度大于09,在饱和烃色低熟气谱中,正构烷烃全部被吃掉,例如京225井油的正构烷通过对冀中坳陷天然气地化特征研究,发现也存在烃几乎被全部吃掉,只剩下环烷烃,异构烷烃(姥鲛烷、该种类型的天然气,同时也具备形成该类天然气藏的地植烷等)也不明显。也有的正构烷烃正在被吃掉(如别质条件。平面上,它主要分布于冀中北部的廊固、霸县古庄油田),生物降解油之上带甲烷气顶。凹陷;垂向上分布于1800-3200m,大多在2000 3)生物降解油的成熟度较高,运移距离较远。3000m,这是受母质类型的差异和地温场的不同所决定该种降解油虽然埋深浅,但成熟度较高。例如京9的。其有机地化特征为: 井断块上京225井生物降解油的20/(20S+20R)C2 (1)天然气甲烷碳同位素、氢同位素较轻为3273%,(5β+14阝)/C2为4271%。22S22RC3 图6表明,该类天然气的C除比生物气重外,比也大于1,表明原油已经成熟,而ββ峰特别高,表明其他各成因类型的天然气轻,在-46‰~-55‰之间,大运移距离比较远。这种生物降解油的甾烷、萜烷、生物部分为48‰~-52‰;氢同位素也较轻,小于-200 标志物可与附近或深部未受生物降解的原油对比,京9最小可达-239%(泉30),一般在-210‰~-225‰之间。井断块的油可与北部京57井沙四下段或务7井沙四上 (2)天然气组分中湿气含量较高段的原油对比,它们的整体峰型很相似。表明生物降解甲烷含量相对低,湿气含量高是生物一热催化气油是来自深部的成熟油气的重要特征。天然气的甲烷含量比其他各类天然气都 (4)气油比较大,具反常的油气演化趋势。低,甲烷含量小于77%,温气含量平均在20%~30% 生物改造气藏中气油比常常很大,达2000~C1/(C1~C5)分布范围大,为067~0.87 10000m3/m3。它与正常油气的演化趋势不同,随着气 (3)常与轻质油或凝析油伴生。 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.alLrightsreservedhttp://www.cnki.ner

第7卷第1期梁宏斌等:冀中坳陷北部天然气类型、成藏模式及成藏条件研究成的热解气。煤成气的δC2、δ"C3、1C46Cs 也都相对偏重。6C2一般重于-27%,1C3一般重于-25‰。在它们之间的关系图上位于左下角(图7) 180 124 生物气 235 生物改造气 X生物一热催化气 ●留38 热解气 ●沈81 煤成气图6冀中坳陷天然气C1与bDc4关系图 Fig. 6 The relationship between natural gas 8C and 8 dcH in Jizhong depress 体。从本区煤的演化程度分析,严格地讲,煤成气应属于热解气根据该区特定的地质背景和勘探工作的实际需要,有必要将二者区分开来,这对冀中北部天然气的图7冀中坳陷天然气61C2与8"C3关系图勘探有重要的指导意义。因此,将其作为独立的成因类Fig7 The relationship between natural gas 8"c2andb"c 型进行讨论 in Jizhong depression 根据甲烷碳同位素、芳烃含量、气体组分等参数, 对第三系生成的热解气与煤系生成的煤成气进行认真详85C4一般重于-25‰,b"C3样品分析少,只有苏细的对比,发现它们之间存在一定的差异煤成气的主1-4井奥陶系气的8C5为-2434‰,比热解气也偏重要特征为: 一些 (1)煤成气的碳同位素偏重、氢同位素偏轻 (2)煤成气的湿气含量为10%-20%,分布范围较煤成气甲烷碳同位素一般重于-39‰,它们的平均集中,而热解气的湿气含量变化较大,但总体表现为煤值比其他成因类型的δC1偏重4‰~18%(顾辛庄除成气湿气含量相对较低的特点。另外,煤成气的乙烷含外)。6D比生物气和生物热催化气重,但比热解气量相对丙烷含量要大得多,C2/C3常常大于1,而热解轻不论何种母质类型的源岩,随着热演化程度的提高,气的C2/C3一般为0.5-1.5,生物热催化气和生物气 6C1和6DH都变重,但煤成气出现反常现象。图6-般小于1(图8)。中还可以看出,生物气和煤成气未在正常热演化趋势范 (3)煤成气C1~C指纹气相色谱图中最明显的特围之内,这是由特定地质背景和独特的热演化序列造成征是苯/正己烷大于0.10,相对其他成因类型的天然气的顾辛庄气田霸21、霸3并天然气甲烷碳同位素最重,高,环已烷/甲基环戊烷也相对较高,大于1.05。为-2511‰~-353‰,但8DcH4也最重,为-152‰,位于正常的热演化范围之内其特征有别于苏桥的煤成气。36煤层气顾辛庄气田的天然气应属第三系源岩演化程度较高时形煤层气亦称煤层吸附气、煤层甲烷或煤矿瓦斯,它 201994-2007ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net

中国石油勘探 2002年3月 5 京1l 新永30 O固15 葛2 85 马27 A o泉30B 图8冀中坳陷天然气δHC1与C2/C3关系图 Fig 8 Relationship between natural gas 8Ct and CyC,'in Jizhong depression A一生物气;B一生物一热催化气;C一热解气+生物降解气:D一煤成气是吸附于煤岩内孔隙表面的一种天然气。一般来说,地藏归纳为五种成藏模式。在地质条件渐变的、具有斜坡下的煤岩中都有一定量的煤层气,但要形成具有开发价性质的地带,成藏类型或模式出现规律性变化,形成了值的煤层气藏,则必须满足相应的地质和工艺技术条两个完整的天然气成藏序列:煤成气成藏序列和以第三件。1993年7月-1995年5月,华北油田在大城凸起系烃源岩为母岩的天然气成藏序列。钻探第一口煤层气参数井,对太原组和山西组煤层压后抽排,获最高产量6391.7m3/d,从而发现了冀中地区41五种成藏模式第一个煤层气藏。大城凸起煤层气具有如下特征 4.1.1持续沉降高演化气成藏模式 (1)组分以甲烷为主。该模式适用于中生代以来持续沉降,发育巨厚新生气分析表明,大城凸起煤层气CH4含量一般大于界地层,烃源岩演化程度高,生气量大的地区。统计结 90%,N2含量一般小于5%,CO2含量一般小于2%。显果显示,持续沉降高演化成藏模式是最富集的天然气成示其组分以甲烷为主,N2、CO2含量较低的特征。藏形式,是形成大中型气田的重要因素之一。渤海湾盆 (2)甲烷碳同位素偏轻地超过100×10%m地质储量的气层气大多与该种成藏随着煤阶的增大,碳同位素(δ"C1)值增大。大城凸模式有关。冀中北部霸县、廊固、武清三大凹陷具备高起煤层气甲烷碳同位素分析结果为-51%~-4687%,演化气成藏的地质条件,但由于埋深大,除兴9井获得相对其煤阶而言显然偏轻,接近于生物甲烷的碳同位素工业气流外,尚未获得实质性交破,是今后值得重视的值勘探领域(图9)。 4天然气成藏模式及成藏序列 4.].2二次生气成藏模式烃源岩沉积后埋藏相对较浅,尚未达成熟阶段或未通过已知气藏剖析,可以将冀中坳陷北部的天然气达生气高峰。喜山期地层强烈下沉,使烃源岩超过第一 201994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nww.cnki.net

第7卷第1期梁宏斌等:冀中坳陷北部天然气类型、成藏模式及成藏条件研究 1000 N+Q 2000 2000 -3000 ES,+EH 3000 Es 5000 4000Es,+Ek -6000 88 8 O=∈ 700 图9持续沉降成藏模式图 ll浅层气运栘成嗽模式图 Fig 9 Reservoir forming model for continued subsidence Fig!i Reservior forming model for shallow gas migration 次埋深所产生的演化程度而大景排气。甲陷东北部质的巨厚暗色泥岩,在浅于湿气上限的范围内就可以生凹陷区石炭一二叠系已经达到二次生气条件构成了苏成大量的轻质油和天然气。天然气成分以甲烷为主桥—一信安镇潜山油气藏的主要油气源(图10)。般大于80%;甲烷碳同位素在-46‰~-53‰之间,为典型的低熟气,即生物一热催化气沙三一沙四段为湖相沉积,泥岩厚度大,砂岩欠发育,生成的油气不易排出而形成高压异常带。测试成果表明,沙三一沙四段地层压力系数高达1.2~1.46;沙一沙二段以河流相沉积为主,砂层发育,储盖组合优 4000 越,地层压力系数约为1,为低(油)气势区。强烈的构造活动发育了多条沟通源岩到储集体的断层,成为良好的油气通道,使油气由高势区向低势区运移,从而在沙一—沙二段地层中富集(图12)。生物热催化气的形成机理有两种主要认识:第图10二次生烃模式图种认为生物改造作用而增加源岩的产气率,这是由于 Fig 10 Secondary hydrocarbon-generating model 41.3浅层运移作用成藏模式深层高成熟气体沿大断裂向上运移,在较浅的二台-1000 阶潜山或第三系圈闭中聚集成藏。其中包括运移至近地表遭受生物降解(改造)气。以顾辛庄和别古庄油气田 -2000 为例,霸县凹陷深层气沿牛东断裂上升至具有石炭系盖0 层的潜山中成藏(图11);别古庄油气田则是在第三系中聚集的深层气,由于埋深浅,部分油气藏被生物改-4000 造,使油气性质发生变化,如京9井。 4.1.4生物一热催化作用成藏模式图12生物一热催化成藏模式以廊东地区为例,沙三一沙四段富含Ⅱ一Ⅲ型有机 Fig 12 Reservior forming model for bio-thermal catalysis 2 01994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. htp: /hnnw. cnki ner

中国石油勘探 2002年3月方面微生物在早期对有机质尤其是陆生植物的作用而使中期的煤岩吸附气或运移至砂岩中的气体,其甲烷碳同其向低碳数烃类的转化增高,且细菌残体直接加入生烃位素一般小于-55‰,与煤岩的演化阶段不相符。这些过程另一方面微生物的改造作用使有机质向低碳数烃天然气不是现今煤岩演化阶段中产生的,而是在后期的类转化的温度提前第二种认为是粘土矿物尤其是蒙脱抬升至浅层时由于生物活动而产生的戴金星院士称之石的催化作用,通过正碳离子反应机理,经过脱氨、β为后期式煤成气型生物成因气。断裂等方式,在过渡带中形成一定规模的天然气。无论近两年,我们在对大城凸起煤层气研究中也发现了哪种生气机理正确,生物热催化气的存在已被实践所这一问题,大参1井组煤岩值达098%-153%,煤证实。模拟实验表明,腐殖质比腐泥质更有利于生成甲层气甲烷碳同位素-585%~-49.9‰,从浅到深存在变烷,因此腐殖型干酪根(Ⅱ2、Ⅲ)更有利于过渡带气重的趋势。上第三系沉积前,大参1井组煤岩埋深约的形成。 200n,并且靠近东侧的断距达千余米的大断裂,使煤岩与大气水相连通,为甲烷菌的活动提供了有利的场 4.1.5浅层(后期式)生物作用成藏漢式所,从而形成了后期式煤成气型生物成因气。该类天然廊固凹陷构造演化表明,渐新世末期(Ed)发生了气的普遍存在,为具有相似构造演化史和相同母质类型大规模的区域性抬升运动,使本区遣受剥蚀准平原化,的廊固凹陷生成后期式生物成因气提供了直接证据直到中新世末(Ng)以沙三段为主要源岩的早期生物有人认为细菌对原油改造也可产生生物气。从京9 气,在构造抬升和地层剥蚀中肯定会散失殆尽。如泉2井油气藏分析,其原油明显遭受氧化,但气藏中的天然井气藏(图13),气藏顶距Nm底不整合面约100m,且气甲烷碳同位素仍为-40‰因此,这一观点值得怀疑为断块型圈闭,早期生成的生物气很难保存下来,那么 (2)后期式生物成气机制的理论依据现今廊固凹陷的生物气是如何形成的呢?综合研究认煤(或Ⅲ型干酪根)在芳化程度较高时仍可间接地为,其生物气属于后期式生物成因气,即有机质深埋达作为细菌的培养基。据王大珍(1983)研究,煤可被假定热演化程度后,再次抬升至适宜甲烷菌繁殖的浅层单胞杆菌降解为简单的有机质再经异氧微生物氧化为时,仍可形成生物气(甲烷气)。主要依据有: CO2,同时产生H2。CO2和H2经甲烷生成菌作用后形 (1)后期式煤成气型生物成因气广泛分布。成CH4。甲烷生成菌在地温超过75℃时其形成生物成生物气具有甲烷碳同位素均轻于-55%,气体组分因气的活动能力已结束,但这不等于该类细菌已经全部属于干气两个特点。在国内外发现于浅埋的、成煤作用死亡近年来微生物学研究表明,一些细菌在高温高压下仍能活下去,如赵兰庄气藏在埋深2000多米岩石裂泉50泉36 隙中还发现有细菌。当地层抬升时,这些存活下来的细菌就成为生物成因气的菌株。此外,外来细菌的进入也是后期式生物气形成的一个途径2。 1000 (3)具独特的水动力条件。水文地质条件研究表明,目前发现的气藏均位于矿化度低值区(图14),说明地表水的渗入对该类天然气的形成有促进作用。 2000 42两个天然气成藏序列图13浅层生物气成藏模式图 42.1大城一泗村甸煤成气成藏序(图15) Fig 13 Reservoir forming model for shallow biogas 冀中陷东北部石炭一二叠系残留盆地中,天然气 201994-2007chinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nwww.cnki.ner

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