大北大宛齊天然氣地球化學(xué)特征及成因分析

王巧麗

包建平 (長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州 434023)

謝治國，汪生秀

包建平 (長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州 434023)

通過對大北-大宛齊構(gòu)造上85個天然氣樣品的組分特征和11個樣品的碳同位素特征的綜合分析，得出以下幾點認(rèn)識：①甲烷含量較高，CO2含量較低，氣體性質(zhì)偏干；②烷烴同位素重，具有煤成氣的特點，氣源巖主要是下伏中生界侏羅系煤系地層，三疊系的煤系地層也有一定的貢獻；③天然氣碳同位素呈正碳系列，為有機成因；母質(zhì)類型為腐殖型，以干酪根裂解氣為主；成熟度較高，處于干酪根裂解生氣階段。

大北-大宛齊；地球化學(xué)特征；天然氣；成因分析

庫車坳陷位于塔里木盆地北部的天山南麓，東起庫爾勒，西至阿克蘇，東西長400km，南北寬30～170km，面積2.8×104km2。坳陷呈北東東走向，東窄西寬，東淺西深，自北而南劃分為7個二級構(gòu)造單元，即北單斜帶、克拉蘇-依奇克里克山前沖斷背斜帶、秋立塔格前緣沖斷背斜帶、南部斜坡帶及烏什、拜城、陽霞3個凹陷，含油氣面積大于2000km2，其中主要的大氣田發(fā)現(xiàn)于山前沖斷背斜帶和前緣沖斷背斜帶[1]。目前除北部單斜帶外，在其余3個構(gòu)造帶上共探明11個油氣田，發(fā)現(xiàn)了6個油氣構(gòu)造，累計天然氣探明儲量5000×108m3，石油儲量8194×104t，按照當(dāng)量計算，氣油比為5∶1[2]。

大北-大宛齊構(gòu)造上位于塔里木盆地庫車坳陷拜城凹陷西部的克拉蘇構(gòu)造帶以西，其構(gòu)造主要是在喜馬拉雅晚期構(gòu)造運動影響下，隨著地層的擠壓變形和地下膏鹽層的上拱作用，逐漸形成了北緩南陡的大宛齊穹隆背斜構(gòu)造，在背斜核部發(fā)育了多條正斷層。目前探明的油氣藏主要集中分布在穹窿背斜核部拱張地塹，其油氣主要來源于拜城凹陷三疊系及侏羅系煤系層[3]。

1 天然氣組分特征

1.1烴類氣體組成

大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣總體上以烴類為主，CO2、N2等非烴氣體含量較低。烴類氣體以甲烷為主，重?zé)N氣體含量較低，整體上組分偏干(見表1)。烴類氣體含量在79.92%～99.97%之間，平均值為97.19%，峰值為95%～100%。烴類氣體含量大于80%的樣品占99%。甲烷含量在65.20%～96.97%之間，平均值為89.18%，峰值為90 %～95%。甲烷含量大于90%的樣品占65%，整體上大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣組分偏干。重?zé)N氣含量在0.09%～34.16%之間，平均值為8.00%，峰值為0%～5%。重?zé)N含量小于5%的氣體占60%，反映大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣整體上重?zé)N含量較低。

C1/C1-5分布在66%～100%的范圍，平均值為92%，峰值為95%～100%。其中C1/C1-5>95%的干氣占59%，大部分天然氣為干氣(見表1)。

1.2非烴氣體組成

大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣中非烴氣體含量普遍較低，主要為N2和CO2及微量的稀有氣體。CO2含量非常低，分布在0.01%～4.36%之間(見表1)，平均值為0.52%，峰值為0%～0.5%，含量小于0.5%的樣品占51%。N2含量高于CO2，分布在0.08%～20%之間(見表1)，平均含量2.78%，峰值為0%～2%。其中，含量小于2%的樣品占55%。

表1 大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣化學(xué)組成分布綜合數(shù)據(jù)表

2 天然氣碳同位素特征及成因分析

2.1天然氣碳同位素特征

大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣烷烴碳同位素總體上偏重，尤其是與塔中地區(qū)的樣品相比(見表2，其中塔中樣品用于對比)。生氣母質(zhì)-干酪根的碳同位素受年代積累效應(yīng)的控制，也反映到其產(chǎn)物石油和天然氣的碳同位素組成上，大北-大宛齊樣品從甲烷到丁烷的碳同位素都能測定，這有利天然氣的成因研究。

由于大北-大宛齊天然氣中烷烴氣占到95%以上，所以，討論天然氣的成因主要是闡述占絕對優(yōu)勢的烷烴氣的成因[4]。天然氣碳同位素序列可以判別是有機還是無機成因。正碳同位素系列：δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4，則表明該天然氣為有機成因。負(fù)碳同位素系列：δ13C1>δ13C2>δ13C3>δ13C4，則表明該天然氣為無機成因[5-6]。當(dāng)碳同位素發(fā)生局部倒轉(zhuǎn)時，判斷是否屬于正或負(fù)碳同位素系列，主要是看δ13C1是大于δ13C4(δ13C3)或小于δ13C4(δ13C3)。δ13C1<δ13C4基本是正碳同位素系列，δ13C1>δ13C4基本是負(fù)碳同位素系列[4]。大北-大宛齊的天然氣基本是反映有機成因的正碳同位素序列(見圖1，除去一個異常樣品)。

1)甲烷碳同位素 大北-大宛齊構(gòu)造上甲烷碳同位素值(δ13C1)分布在-17.9‰～-38.18‰之間，平均值為-31.34‰，峰值為-32‰～-34‰， 具有煤成氣的特征[7]。

2)乙烷碳同位素 乙烷碳同位素(δ13C2)分布在-19.5‰～-30.1‰，平均值為-22.67‰，峰值為-22‰～-20‰。天然氣中乙烷碳同位素組成如果除去混源外，主要反映天然氣的母質(zhì)來源。在中國，乙烷碳同位素大于27.8%或者29%的天然氣是煤成氣[8-10]，且?guī)燔囒晗莸囊彝樘纪凰啬苡行У膮^(qū)分庫車坳陷陸相天然氣與臺盆區(qū)海相油型氣，前者大于-28‰，后者小于-28‰[11]，故大北-大宛齊主要是陸相煤成氣。馮福闿等把δ13C1～δ13C2結(jié)合起來對天然氣的成因進行判斷[12]，認(rèn)為大北大宛齊主要是腐殖型熱成氣(見圖2)。

圖1 大北-大宛齊天然氣碳同位素序列 圖2 里木盆地天然氣δ13C1-δ13C2類型圖

3)丙烷和丁烷碳同位素 丙烷和丁烷碳同位素都較重，丙烷分布在-19.8‰～-27.5‰，平均值為-22.78‰，峰值在-22‰～-20‰之間；丁烷分布在-21.9‰～-27.5‰，平均值為-23.38‰，峰值在-23‰～-22‰之間。它們也能將庫車坳陷陸相天然氣與臺盆區(qū)海相油型氣區(qū)分開來。

甲烷和乙烷碳同位素的差值較大，各井的δ13C2-δ13C1分布范圍為3.9‰～13.01‰(去掉一個負(fù)值)，平均值為8.7‰，這也是煤型氣的特征之一[11]。而乙烷和丙烷、丙烷和丁烷之間的碳同位素差值較小，Δ(δ13C3-δ13C2)，特別是Δ(δ13C4-δ13C3)往往是負(fù)值。

表2 大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣碳同位素分布表

注：①Ro是根據(jù)包建平公式:δ13C1=13.604lnRo-37.993算得;②塔中的樣品僅用于對比。

2.2成因分析

圖3 大北-大宛齊天然氣中l(wèi)n(C1/C2)與ln(C2/C3)關(guān)系圖

天然氣在演化過程中要經(jīng)歷干酪根裂解生氣和干酪根生成原油后的二次裂解生氣2階段，相對于干酪根生成原油后的二次裂解氣，有人將直接來源于干酪根的裂解氣稱為初次裂解氣。根據(jù)Behar等[13]和Prinzhofor等[14]建立的ln(C1/C2)與ln(C2/C3)關(guān)系圖版及Prinzhofor等[14]建立的ln(C2/C3)與(δ13C2-δ13C3)關(guān)系圖版等方法可以很好的區(qū)分這2個階段[15]。圖3中l(wèi)n(C1/C2)值穩(wěn)定，主要介于2.5～4.0之間，變化范圍不大，而ln (C2/C3)值有較大的變化范圍，主要介于1～5之間且?guī)缀醮怪庇赬軸，這一現(xiàn)象與Prinzhofor等指出的干酪根初次裂解成氣階段相符合。說明在大北-大宛齊構(gòu)造上的天然氣大多屬于干酪根初次熱裂解氣，且具有較高的成熟度。

用包建平庫車煤巖碳同位素與成熟度的經(jīng)驗公式 計算出Ro分布在0.99%-1.84%之間(δ13C1=13.604lnRo-37.993)(除去一個異常值4.38%)，平均值為1.50%，基本上也都處于高成熟階段，與上述的成熟度特征基本一致。

4 結(jié) 論

1)大北-大宛齊構(gòu)造上天然氣甲烷含量較高，分布在65.20%～96.97%之間，主體分布在90%～100%，平均89.18%；CO2含量較低，平均含量0.52%，大多數(shù)樣品CO2含量小于0.5%；氣體性質(zhì)偏干，干燥系數(shù)分布在0.66～1.00之間，主體分布在0.9～1.0之間，總體平均為0.92。

2)烷烴同位素重，具有煤成氣的特點：δ13C1分布在-17.9‰～-38.18‰之間，峰值為-32‰～-34‰；δ13C2分布在-19.5‰～-30.1‰，峰值為-22‰～-20‰；δ13C3分布在-29.8‰～-27.5‰，峰值為-22‰～-20‰；δ13C4分布在-21.9‰～-27.5‰，峰值為-23‰～-22‰。氣源巖主要是下伏中生界侏羅系煤系地層，三疊系的煤系地層也有一定的貢獻。

3)天然氣呈正碳同位素系列，為有機成因；母質(zhì)類型為腐殖型，以干酪根裂解氣為主；成熟度較高，處于干酪根裂解生氣階段。

致謝：對長江大學(xué)蔣興超和朱翠山老師在論文完成過程中的幫助表示感謝！

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10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.010

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1673-1409(2012)08-N028-04

2012-05-13

王巧麗(1982-)，女，2007年大學(xué)畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油氣地球化學(xué)方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛