鄂爾多斯盆地油氣地球化學(xué)特征

摘要:鄂爾多斯盆地位于我國(guó)西部，是我國(guó)第二大含油氣盆地，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沉降穩(wěn)定、地層整合而聞名，以油氣藏隱蔽、復(fù)雜和低品位、低滲透、低產(chǎn)量、低效率而著稱(chēng)。近年來(lái)，隨著油氣勘探方法、技術(shù)的進(jìn)步和地質(zhì)認(rèn)識(shí)的深化，對(duì)盆地的認(rèn)識(shí)逐年加。鄂爾多斯盆地油氣地球化學(xué)特征的研究，可以用來(lái)探討該區(qū)內(nèi)石油與天然氣的形成、演化和運(yùn)聚機(jī)理，從而指導(dǎo)油氣的勘探和開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞:鄂爾多斯盆地 油氣藏 地球化學(xué)

1.盆地地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是在漫長(zhǎng)的地史中形成的大型迭合盆地，它將不同時(shí)代、不同類(lèi)型盆地最終納于蔚然壯觀(guān)的統(tǒng)一地質(zhì)實(shí)體，以沉降為主、間有抬升、構(gòu)造穩(wěn)定、地層平緩為顯著特征，坳陷的復(fù)合和遷移性，沉降的繼承性、多旋回性和構(gòu)造的差異性，決定著油氣的運(yùn)聚類(lèi)型及分布規(guī)律;區(qū)域沉積的多階段發(fā)展形成了多套生、儲(chǔ)、蓋組合;地質(zhì)構(gòu)造的差異性導(dǎo)致了盆地內(nèi)部與周緣油氣藏序列的差異性，構(gòu)造抬升造成不整合侵蝕面及古地貌控制油氣的聚集和分布時(shí)空規(guī)律。因此，成為油氣十分豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.盆地油氣成藏特征

鄂爾多斯盆地屬于大型含油氣區(qū)，其油氣資源豐富，勘探領(lǐng)域廣闊。石油資源量約21.00×108～85.88×108t，天然氣資源量約4.6×1012～10.7×1012m3，油氣資源當(dāng)量比為1:2(1.25)。其油氣分布格局具有“南油北氣、淺油深氣、中油古氣”的特點(diǎn)，即盆地南半部是主油區(qū)，北半部是主氣區(qū)，盆地淺部發(fā)育含油帶，深部發(fā)育含氣帶，盆地中生界主產(chǎn)油，古生界主產(chǎn)氣。

3.石油地球化學(xué)特征

石油一種存在于地下巖石孔隙介質(zhì)中的由各種碳?xì)浠衔锱c雜質(zhì)組成的，呈液態(tài)和稠態(tài)的油脂狀天然可燃有機(jī)礦產(chǎn)，又稱(chēng)原油，其組成十分復(fù)雜，主要為烴類(lèi)，包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，其次是非烴組分，如含氧化合物、含硫化合物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。通過(guò)石油組成的系統(tǒng)研究，對(duì)分析油氣的生成、運(yùn)移和聚集的地質(zhì)過(guò)程具有重要的意義。

3.1石油的元素組成

元素組成是化學(xué)組成的基礎(chǔ)。組成石油的化學(xué)元素主要是碳、氫、氧、氮、硫。 碳含量 為:84-87%;氫含量為:11～14%;兩元素在石油中一般占95～99%。剩下的硫、氮、氧及微量元素的總含量一般只有1～4%，其中，氧:0.1～4.5%，一般小于0.5%;硫:小于1%;氮:小于0.1%。含硫量小于1%的為低硫原油，大于1%的為高硫原油。常以0.25%作為貧氮和高氮石油的界線(xiàn)。由碳和氫化合形成的烴類(lèi)構(gòu)成石油的主要組成部分，約占95~99%，不同產(chǎn)地的石油中，各種烴類(lèi)的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大，通常用氫碳原子比反映原油化學(xué)組成。

除以上元素外，石油中還含有微量的金屬和非金屬元素，微量金屬元素主要為鎳、釩，二者可占微量元素的50%~70%;微量非金屬元素主要是磷、溴、碘等，在原油中以化合物形式存在。

3.2石油的化合物組成

石油是數(shù)目眾多的烴類(lèi)和非烴類(lèi)化合物所組成的混合物，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都與其化學(xué)組成有密切聯(lián)系。在油氣地球化學(xué)中，常將原油的族組成分為飽和烴、芳烴、非烴類(lèi)(膠質(zhì))和瀝青質(zhì)。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步細(xì)分為:烴類(lèi)—烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴;非烴—含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物;膠質(zhì)+瀝青質(zhì)。原油的族組成與其母質(zhì)類(lèi)型、熱演化程度和成藏后的次生變化密切相關(guān)。

3.2.1 正構(gòu)烷烴

屬飽和烴，在常溫常壓下，1～4個(gè)碳原子(C1～C4)的烷烴為氣態(tài)，5～16個(gè)碳原子(C5～C16)的烷烴為液態(tài)，17個(gè)碳原子以上(C17+)的高分子烷烴皆呈固態(tài)。

3.2.2 異構(gòu)烷烴

石油中的異構(gòu)烷烴以≤C10為主，且以異戊間二烯烷烴最重要。其特點(diǎn)是在直鏈上每4個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈。在沉積物和原油中以植烷、姥鮫烷、降姥鮫烷、異十六烷及法呢烷的含量最高。研究和應(yīng)用最多的是植烷和姥鮫烷。

3.2.3 環(huán)烷烴

由許多圍成環(huán)的多個(gè)次甲基(-CH2-)組成。其含量與成熟度有關(guān):成熟度低→高，由多環(huán)→單、雙環(huán)。一般，單、雙環(huán)占環(huán)烷烴的50.5%;三環(huán)占環(huán)烷烴的20%;四、五環(huán)占環(huán)烷烴的25%。原油中大于四環(huán)的環(huán)烷烴一般具有很高的旋光性，沒(méi)成熟的原油旋光性高。

3.2.4 芳香烴

芳香烴其特征是分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬不飽和烴。根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為單環(huán)、多環(huán)、稠環(huán)三類(lèi)芳香烴。

3.2.5 非烴化合物

主要是含硫、氮、氧三種元素的有機(jī)化合物，主要集中在石油的高沸點(diǎn)餾分中。其中，含硫化合物是最重要的非烴化合物，存在于中、重餾分中。含氮化合物主要集中在膠質(zhì)—瀝青質(zhì)中，卟啉化合物，為石油有機(jī)成因的重要生物標(biāo)志物。含氧化合物:主要有酸性和中性?xún)纱箢?lèi)，油田水中環(huán)烷酸可作為一種含油氣性直接標(biāo)尺。

4.天然氣地球化學(xué)特征

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效能源，廣義的天然氣包括自然界中的一切氣體，即包括巖石圈、水圈、氣圈以及地幔和地核中的一切氣體;狹義的天然氣系指以烴類(lèi)氣為主的，分布于巖石圈、水圈以及地幔和地核中的氣體。在油氣勘探中主要研究的是巖石圈中的可燃性氣體，其主要成分是甲烷(CH4)。

4.1 天然氣的組分

天然氣組分通?？煞譃闊N類(lèi)組分和非烴類(lèi)組分，烴類(lèi)組分主要為甲烷、乙烷及乙烷以上的重?zé)N組分，非烴類(lèi)常見(jiàn)的有CO2、N2、H2S、H2、He等。由于天然氣的成因、運(yùn)移和聚集過(guò)程的差異性，造成天然氣在化學(xué)組成上的很大差異。鄂爾多斯盆地天然氣特征表明，該盆地已發(fā)現(xiàn)的天然氣藏絕大多數(shù)為烴類(lèi)氣藏，故盆地內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度高。

4.2 天然氣的同位素

烴類(lèi)氣體的同位素特征可以較好地反映出天然氣的成因類(lèi)型、成熟度、運(yùn)移、演化及氣源對(duì)比等對(duì)天然氣勘探開(kāi)發(fā)具有戰(zhàn)略意義的信息。

4.2.1 碳同位素

天然氣的碳同位素系列是指天然氣中甲、乙、丙、丁烷同位素組成的關(guān)系，甲、乙、丙、丁烷碳同位素組成分別縮寫(xiě)為δ13C1、δ13C2、δ13C3、δ13C4。有機(jī)成因的同源天然氣具有δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4的發(fā)布規(guī)律，無(wú)機(jī)成因的天然氣具有烷烴系列碳同位素倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

4.2.2硫同位素和氮同位素組成

天然氣中硫同位素組成主要指H2S中的同位素。硫同位素組成主要反映氣源巖中硫酸鹽的含量和天然氣運(yùn)移過(guò)程中所穿過(guò)的巖層硫酸鹽豐度。

天然氣中氮有三種來(lái)源:有機(jī)質(zhì)分解、大氣來(lái)源和無(wú)機(jī)來(lái)源，一般情況下，有機(jī)成因氮同位素組成偏輕而無(wú)機(jī)組成氮相對(duì)較重。

5.總結(jié)

應(yīng)用化學(xué)原理研究地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)、石油、天然氣及其次生產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和分布，可以用來(lái)判斷油氣的運(yùn)移、聚集規(guī)律，介于鄂爾多斯盆地油氣開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，在尋求高新儀器的情況下，還需認(rèn)清盆地內(nèi)油氣的儲(chǔ)藏及運(yùn)移規(guī)律。日漸成熟的地球化學(xué)原理，將引導(dǎo)我們運(yùn)用化學(xué)思想。去解決油氣的埋藏問(wèn)題，進(jìn)而指導(dǎo)油氣的勘探和開(kāi)發(fā)。

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