石油天然气学报(江汉石油学院学报)2005年8月第27卷第4期 Journal of Oil and Gis Technology (J. JPD) Aug 2005 Vol 27 No 4 中国南方第三系小盆地浅层生物气 地化特征及应用潜力 黄绍甫|中国地质大学(北京)能源学院,北 京100083 中石化南方分公司研究院南宁分院,广西南宁530y 吕立勇(中石化南方分公司研究院南宁分院,广西南宁53003) [摘要]中国南方第三系小型盆地众多,一般为单旋回的陆相沉积,沉积厚度相对较薄,后期遭受不同程 度的抬升剥蚀;盆地烃源岩通常较为发育,有机质类型好,丰度高,但普遍热演化程度低,大部分处于 未成熟阶段,部分处于低熟、成熟阶段,其地温梯度、沉积速率及沉积环境都有利于浅层生物气的形成 目前己有多个盆地获浅层气勘探发现,气藏埋深浅于100m,属于生物成因气。作为绿色环保能源,浅 层生物气的综合开发利用将极大的提高当地人民的生活质量,有效减少当地工农业生产对煤碳、木材的 需求,达到保护当地环境的目的 [关键词]第三系盆地;浅层气;地球化学特征;勘探应用;环保;中国南方 [中图分类号]TE221 文献标识码]A[文章编号]1000-9752(2005)04-0577-03 中国南方第三系小盆地众多,据不完全统计,滇黔桂3省区内分布有大小不等的第三系盆地近290 多个,面积大于200km2或新生界地层厚度大于1000m的盆地有36个,总面积23466km2。其中百色、 陆良、保山等盆地已探明小型气田并投入开发;曲靖、杨林等盆地钻获工业气流;宁明、昆明、越州等 盆地钻井过程中发生天然气井喷。全区油气资源潜力巨大,是我国南方重要的油气资源接替后备区。 1南方第三系盆地石油地质特征分析 L.1地层与沉积特征 区内第三系盆地一般为单旋回的小型陆相沉积,沉积厚度相对较薄,一般在1500~2000m左右 最大沉积厚度近3500m。在沉积旋回的中部多发育含煤地层,亦为储集层相对集中段落,储层为单层系 多砂组。由于盆地小,沉积受区域构造影响严重,内部常具分带性且岩性变化大,主要储集层的分布与 盆地成因有关。下第三系盆地主要分布在广西地区,云南地区则主要发育上第三系盆地 1.2区域构造特征 盆地的形成和分布受区域断裂的影响和控制,成因上为区域断裂活动,引起局部拉张或拉分而形成 的断陷盆地,构造形态以单断箕状为主。这些盆地大多数在后期遭受不同程度的抬升剥蚀作用,使其表 现为构造残留盆地的面貌 L.3生储盖组合特征 南方第三系盆地沉积一般以湖相沉积为主,多发育冲积扇、三角洲、扇三角洲等沉积体系,纵向上 形成多套生储盖组合 盆地烃源岩通常较为发育,有机质类型多以IB型为主,少量的ⅢA及Ⅱ型,剩余有机碳平均含量 般在1.0%以上,最高可达487%,属于较好ˉ好的烃源岩。有机质演化程度与埋深及区域地热场有 关,云南地区地温梯度相对偏高,红河断裂以东一般为3.5℃100m,以西则多在4.0℃100m以上 最高可达73℃100m。盆地旋回中部褐煤层R。一般为0.4%~0.6%,大部分处于未成熟阶段,部分 [收稿日期]2005-04-20 [作者简介」黄绍甫(1956),男,1983年北京石油勘探开发科学研究院硕士研究生毕业,高级工程师,博士生,现主要从事油气 探开发科研及管理工作。 2 01994-2008 China Academic Journal Electronie Publishing House. All rights reserved hp: /wnwr cnki.net
[收稿日期] 2005 04 20 [作者简介] 黄绍甫 (1956 ) , 男 , 1983 年北京石油勘探开发科学研究院硕士研究生毕业 , 高级工程师 , 博士生 , 现主要从事油气 勘探开发科研及管理工作。 中国南方第三系小盆地浅层生物气 地化特征及应用潜力 黄绍甫 中国地质大学 (北京) 能源学院 , 北京 100083 中石化南方分公司研究院南宁分院 , 广西 南宁 530023 吕立勇 (中石化南方分公司研究院南宁分院 , 广西 南宁 530023) [摘要] 中国南方第三系小型盆地众多 , 一般为单旋回的陆相沉积 , 沉积厚度相对较薄 , 后期遭受不同程 度的抬升剥蚀 ; 盆地烃源岩通常较为发育 , 有机质类型好 , 丰度高 , 但普遍热演化程度低 , 大部分处于 未成熟阶段 , 部分处于低熟、成熟阶段 , 其地温梯度、沉积速率及沉积环境都有利于浅层生物气的形成。 目前已有多个盆地获浅层气勘探发现 , 气藏埋深浅于 1000m , 属于生物成因气。作为绿色环保能源 , 浅 层生物气的综合开发利用将极大的提高当地人民的生活质量 , 有效减少当地工农业生产对煤碳、木材的 需求 , 达到保护当地环境的目的。 [关键词] 第三系盆地 ; 浅层气 ; 地球化学特征 ; 勘探应用 ; 环保 ; 中国南方 [中图分类号] TE12211 [文献标识码] A [文章编号] 1000 9752 (2005) 04 0577 03 中国南方第三系小盆地众多 , 据不完全统计 , 滇黔桂 3 省区内分布有大小不等的第三系盆地近 290 多个 , 面积大于 200km 2 或新生界地层厚度大于 1000m 的盆地有 36 个 , 总面积 23466km 2 。其中百色、 陆良、保山等盆地已探明小型气田并投入开发 ; 曲靖、杨林等盆地钻获工业气流 ; 宁明、昆明、越州等 盆地钻井过程中发生天然气井喷。全区油气资源潜力巨大 , 是我国南方重要的油气资源接替后备区。 1 南方第三系盆地石油地质特征分析 111 地层与沉积特征 区内第三系盆地一般为单旋回的小型陆相沉积 , 沉积厚度相对较薄 , 一般在 1500～2000m 左右 , 最大沉积厚度近 3500m。在沉积旋回的中部多发育含煤地层 , 亦为储集层相对集中段落 , 储层为单层系 多砂组。由于盆地小 , 沉积受区域构造影响严重 , 内部常具分带性且岩性变化大 , 主要储集层的分布与 盆地成因有关。下第三系盆地主要分布在广西地区 , 云南地区则主要发育上第三系盆地。 112 区域构造特征 盆地的形成和分布受区域断裂的影响和控制 , 成因上为区域断裂活动 , 引起局部拉张或拉分而形成 的断陷盆地 , 构造形态以单断箕状为主。这些盆地大多数在后期遭受不同程度的抬升剥蚀作用 , 使其表 现为构造残留盆地的面貌。 113 生储盖组合特征 南方第三系盆地沉积一般以湖相沉积为主 , 多发育冲积扇、三角洲、扇三角洲等沉积体系 , 纵向上 形成多套生储盖组合。 盆地烃源岩通常较为发育 , 有机质类型多以 ⅡB 型为主 , 少量的 ⅡA 及 Ⅲ型 , 剩余有机碳平均含量 一般在 110 %以上 , 最高可达 4187 % , 属于较好 好的烃源岩。有机质演化程度与埋深及区域地热场有 关 , 云南地区地温梯度相对偏高 , 红河断裂以东一般为 315 ℃/ l00m , 以西则多在 410 ℃/ 100m 以上 , 最高可达 713 ℃/ 100m。盆地旋回中部褐煤层 Ro 一般为 014 %～016 % , 大部分处于未成熟阶段 , 部分 · 775 · 石油天然气学报 (江汉石油学院学报) 2005 年 8 月 第 27 卷 第 4 期 Journal of Oil and Gas Technology (J1J PI) Aug12005 Vol127 No14 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
578· 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2005年8月 处于低成熟、成熟阶段。而广西地区第三系盆地由于形成时间早,沉积厚度大,大部分盆地的深凹部位 都已达到或接近成熟阶段。 区内各盆地主要烃源岩层的沉降速率都较大,保山盆地上第三系羊邑组(Ny)沉积速率303 m/Ma;百色盆地东部坳陷下第三系那读组(Fn)的沉降速率大于200mMa,此沉降速率对应于深湖 或半深湖相沉积环境,有利于烃源岩的形成;而百岗组(Eb)的沉降速率介于100~150m/Ma,对应 于沼泽相,有利于形成煤系或有机质类型以陆源Ⅲ型为主的气源岩的形成 总体上区内第三系盆地烃源岩有机质类型好,丰度高,但普遍热演化程度低;虽然生成液态烃的潜 力不大,但其地温梯度、沉积速率及沉积环境都有利于浅层生物气的形成。目前区内发现的资源类型有 油有气,广西地区以油为主,云南地区以气为主,大部分气藏埋深浅于100m,属于生物成因气,百色 盆地同时存在生物-热解混合气以及油层菌解气等类型 2浅层气地化特征分析 2.1气体组分组成 浅层气分析资料表明,南方第三系盆地浅层天然气均具有甲烷含量高、重烃含量低的组成特征,甲 烷含量高于99%的占50%以上,C2+以上重烃含量低,Cs以上含量极低,普遍低于0.01或未检出。 浅层气中普遍含氮,一般在0.42%~242%,平均约1.34%。 2.2天然气碳、氢同位素组成 区内第三系盆地浅层气的甲烷碳同位素值分布在-51.30‰-75.30‰之间(图1),81C1值均较 轻,具有生物成因气的碳同位素组成特征。乙烷和丙烷的δC值变化的幅度也很大,分别分布在 33.30‰-61.10‰和-25.10‰-50.10‰间;C烷烃的δC变化在-27.70‰-33.60‰范 围,变化幅度相对较小。百色盆地的天然气甲烷δD较轻,大多分布在-213.30‰~-246.00‰范围 内 hull 50-55-5560-60-65-65-70-70~-75-75-80 613C变化范围/‰ 613C变化范围/ 15 -25-30-30-35-35-40-40-45-4550-50-55 -15-20-20-25-25-30-30-35-35--40440-45 613C变化范围/‰ d13C变化范围%‰ 图1浅层气C1~C碳同位素值分布频率直方 2.3天然气成熟度 百色盆地浅层气轻烃分析资料表明,所分析的天然气石蜡指数I(PD1)和石蜡指数Ⅱ(PID2) 较低,除花8井和法浅2井样品分别为277%,20.09%和40%,40.40%外,分别变化在0.59%~ 1.33%和1.04%~18.91%之间,说明有机质的演化程度处于未熟一低熟阶段 同位素参数也表明,浅层气来自有机质成岩早期的生物化学作用阶段:百色盆地浅层气的△8C21 和Δ83C3.值总体上呈高值,均在10以上,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 2 01994-2008 China Academic Joumal Electronie Publishing House. all rights reserved hup: /wwe cnki. net
处于低成熟、成熟阶段。而广西地区第三系盆地由于形成时间早 , 沉积厚度大 , 大部分盆地的深凹部位 都已达到或接近成熟阶段。 区内各盆地主要烃源岩层的沉降速率都较大 , 保山盆地上第三系羊邑组 (N1 y) 沉积速率 303 m/ Ma ;百色盆地东部坳陷下第三系那读组 ( E2 n) 的沉降速率大于 200m/ Ma , 此沉降速率对应于深湖 或半深湖相沉积环境 , 有利于烃源岩的形成 ; 而百岗组 ( E2 b) 的沉降速率介于 100～150m/ Ma , 对应 于沼泽相 , 有利于形成煤系或有机质类型以陆源 Ⅲ型为主的气源岩的形成。 总体上区内第三系盆地烃源岩有机质类型好 , 丰度高 , 但普遍热演化程度低 ; 虽然生成液态烃的潜 力不大 , 但其地温梯度、沉积速率及沉积环境都有利于浅层生物气的形成。目前区内发现的资源类型有 油有气 , 广西地区以油为主 , 云南地区以气为主 , 大部分气藏埋深浅于 1000m , 属于生物成因气 , 百色 盆地同时存在生物 热解混合气以及油层菌解气等类型。 2 浅层气地化特征分析 211 气体组分组成 浅层气分析资料表明 , 南方第三系盆地浅层天然气均具有甲烷含量高、重烃含量低的组成特征 , 甲 烷含量高于 99 %的占 50 %以上 , C2 + 以上重烃含量低 , C5 以上含量极低 , 普遍低于 0101 或未检出。 浅层气中普遍含氮 , 一般在 0142 %～2142 % , 平均约 1134 %。 212 天然气碳、氢同位素组成 区内第三系盆地浅层气的甲烷碳同位素值分布在 - 51130 ‰～ - 75130 ‰之间 (图 1) , δ13 C1 值均较 轻 , 具有生物成因气的碳同位素组成特征。乙烷和丙烷的δ13 C 值变化的幅度也很大 , 分别分布在 - 33130 ‰～ - 61110 ‰和 - 25110 ‰～ - 50110 ‰之间 ; C4 烷烃的δ13 C 变化在 - 27170 ‰～ - 33160 ‰范 围 , 变化幅度相对较小。百色盆地的天然气甲烷δD1 较轻 , 大多分布在 - 213130 ‰～ - 246100 ‰范围 内。 图 1 浅层气 C1～C4 碳同位素值分布频率直方图 213 天然气成熟度 百色盆地浅层气轻烃分析资料表明 , 所分析的天然气石蜡指数 Ⅰ (PID1 ) 和石蜡指数 Ⅱ (PID2 ) 较低 , 除花 8 井和法浅 2 井样品分别为 2177 % , 20109 %和 410 % , 40140 %外 , 分别变化在 0159 %～ 1133 %和 11104 %～18191 %之间 , 说明有机质的演化程度处于未熟 低熟阶段。 同位素参数也表明 , 浅层气来自有机质成岩早期的生物化学作用阶段 : 百色盆地浅层气的Δδ13 C2 - 1 和Δδ13 C3 - 2值总体上呈高值 , 均在 10 以上 , 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 · 875 · 石油天然气学报 (江汉石油学院学报) 2005 年 8 月 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第27卷第4期黄绍甫等:中国南方第三系小盆地浅层生物气地化特征及应用潜力 相近 2.4天然气成因分类 在我国天然气专家戴金星等制作的不同成 因天然气的鉴别图版上,百色盆地浅层气大 裂解 多分布在生物气和亚生物气区域(图2),少部 分样品位于原油伴生气区内,表明浅层气主要 为生物成因气,部分浅层气藏(如花茶气田百 56块气藏)中混有不同比例的热成因气 张义纲等(1994)根据各类天然气成因机 制的不同,利用碳同位素组成特征进一步划分 天然气成因类型,将生物成因气划分成原生微 生物成因气(生物气)和表生菌解成因气(包 图2不同成因天然气分类图版 括油层菌解气和煤层菌解气)。百色盆地东部坳陷 浅层气样品大都分布在生物气区域,西部坳陷江泽 地区样品位于油层菌解气区域(图3),江泽地区 煤层菌解气 生物气 浅层气轻烃遭受过严重生物降解作用,且同油气藏 的原油也受到严重的生物降解,因而可以认为该地 油层菌解 区的浅层气是油层菌解气,即由下部油藏原油经微 生物生物降解而来。 搜层湿合 后期浅层混合 3应用潜力分析 云南、广西是我国的绿色旅游大省,风光旖 旎,民风民俗浓郁,同时生态环境脆弱,容易造受 破坏。除水电外,石油天然气等能源较为缺乏,工 505050 △苏北 业及居民生活多以煤炭、木柴为主 浅层生物气的综合开发利用将极大的提高当地 人民的生活质量,有效减少当地工农业生产对煤碳 5-20-25-30-35-40-45-50-55-60 的需求,达到保护当地环境和绿色资源的目的 前百色盆地浅层气开发主要供当地企业如田 图3不同天然气3C1-C2分类图版 东石化厂、田阳松香厂等利用;陆良、保山盆地的 天然气除供当地企业使用外,也供当地居民日常生活使用。这些企业在此之前主要使用当地生产的含硫 较高的褐煤作为燃料,使用天然气这种清洁能源后,有效减少了二氧化硫的排放,改善了当地的环境污 南方第三系盆地均四面环山,盆地地势平坦,水系发育,交通便利,为地区性的政治、经济、文化 中心,为盆地的浅层气勘探开发提供了有利的经济地理条件。同时浅层气勘探开发井具有成本低、效率 高的特点,在资源储量可靠的前提下,可实现投资少,见效快的小资源开发优势,在企业获得较好经济 效益的同时,也为地方经济的发展带来较好的社会效益。 [参考文献] []戴金星.中国天然气地质学(卷一)[M],北京:石油工业出版社,1992 2]张义纲,天然气的生成和气源岩评价方法[A],石油和天然气地质文集(第四集)[C].北京:地质出版社,1994 [编辑]苏开科 2 01994-2008 China Academic Joumal Electronic Publishing House. All rights reserved. hup: /wwe cnki. net
相近。 图 2 不同成因天然气分类图版 214 天然气成因分类 在我国天然气专家戴金星等制作的不同成 因天然气的鉴别图版上[1 ] , 百色盆地浅层气大 多分布在生物气和亚生物气区域 (图 2) , 少部 分样品位于原油伴生气区内 , 表明浅层气主要 为生物成因气 , 部分浅层气藏 (如花茶气田百 56 块气藏) 中混有不同比例的热成因气。 张义纲等 (1994) 根据各类天然气成因机 制的不同 , 利用碳同位素组成特征进一步划分 天然气成因类型 , 将生物成因气划分成原生微 生物成因气 (生物气) 和表生菌解成因气 (包 图 3 不同天然气δ13 C1 δ13 C2 分类图版 括油层菌解气和煤层菌解气) 。百色盆地东部坳陷 浅层气样品大都分布在生物气区域 , 西部坳陷江泽 地区样品位于油层菌解气区域 ( 图 3) , 江泽地区 浅层气轻烃遭受过严重生物降解作用 , 且同油气藏 的原油也受到严重的生物降解 , 因而可以认为该地 区的浅层气是油层菌解气 , 即由下部油藏原油经微 生物生物降解而来。 3 应用潜力分析 云南、广西是我国的绿色旅游大省 , 风光旖 旎 , 民风民俗浓郁 , 同时生态环境脆弱 , 容易造受 破坏。除水电外 , 石油天然气等能源较为缺乏 , 工 业及居民生活多以煤炭、木柴为主。 浅层生物气的综合开发利用将极大的提高当地 人民的生活质量 , 有效减少当地工农业生产对煤碳 的需求 , 达到保护当地环境和绿色资源的目的。 目前百色盆地浅层气开发主要供当地企业如田 东石化厂、田阳松香厂等利用 ; 陆良、保山盆地的 天然气除供当地企业使用外 , 也供当地居民日常生活使用。这些企业在此之前主要使用当地生产的含硫 较高的褐煤作为燃料 , 使用天然气这种清洁能源后 , 有效减少了二氧化硫的排放 , 改善了当地的环境污 染。 南方第三系盆地均四面环山 , 盆地地势平坦 , 水系发育 , 交通便利 , 为地区性的政治、经济、文化 中心 , 为盆地的浅层气勘探开发提供了有利的经济地理条件。同时浅层气勘探开发井具有成本低、效率 高的特点 , 在资源储量可靠的前提下 , 可实现投资少 , 见效快的小资源开发优势 , 在企业获得较好经济 效益的同时 , 也为地方经济的发展带来较好的社会效益。 [参考文献] [ 1 ] 戴金星1 中国天然气地质学 (卷一) [ M] 1 北京 : 石油工业出版社 , 19921 [ 2 ] 张义纲1 天然气的生成和气源岩评价方法 [ A ] 1 石油和天然气地质文集 (第四集) [ C] 1 北京 : 地质出版社 , 19941 [编辑] 苏开科 第 27 卷第 4 期 黄绍甫等 : 中国南方第三系小盆地浅层生物气地化特征及应用潜力 · 975 · © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net