鄂爾多斯盆地古生界天然氣地球化學(xué)特征與成因

李芙蓉,劉文匯,2,王曉鋒,張東東,羅厚勇,陳曉艷,李福奇 ,張 雯

1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系,大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710069;2.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083

鄂爾多斯盆地作為中國(guó)最大的天然氣產(chǎn)區(qū),在上古生界和下古生界都有千億立方米以上的大氣田,根據(jù)天然氣的來(lái)源可將其分為上古生界和下古生界天然氣。上古生界天然氣主要為煤型氣已取得基本共識(shí),產(chǎn)氣層位是上古生界石炭系—二疊系碎屑巖;而下古生界奧陶系海相碳酸鹽巖由于有機(jī)質(zhì)含量低,不能達(dá)到傳統(tǒng)烴源評(píng)價(jià)體系中優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn),生烴能力未受到廣泛認(rèn)可,因此下古生界天然氣氣源存在爭(zhēng)議[1-3]。

針對(duì)下古生界天然氣的氣源、成因等問題,已有學(xué)者做了大量研究。多數(shù)研究者認(rèn)為,下古生界上組合賦存的天然氣為上古生界煤成氣和下古生界油型氣的兩源混合氣[4-8]。但混合氣的地球化學(xué)特征復(fù)雜,具有氣源指示作用的各項(xiàng)指標(biāo)相互之間存在矛盾。例如,乙烷碳同位素值以及生物標(biāo)志化合物分析結(jié)果顯示,氣體主要來(lái)自于下古生界[7,9];而天然氣甲烷碳同位素值及其空間變化規(guī)律,輕烴、液態(tài)正構(gòu)烷烴系列的碳同位素值卻顯示,氣源為上古生界煤層氣[4,8]。近年來(lái)對(duì)盆地下古生界碳酸鹽巖成藏新領(lǐng)域的勘探不斷有所突破,尤其是在遠(yuǎn)離奧陶系頂部風(fēng)化殼的馬家溝組五段鹽下及更深層取得了進(jìn)展,為研究下古生界天然氣特征和氣源提供了新的樣本和途徑,預(yù)示了下古生界碳酸鹽巖—膏鹽巖沉積體系具備油氣勘探潛力[10-11]。而目前的研究局限于特征產(chǎn)層和區(qū)域范圍內(nèi)的天然氣地球化學(xué)特征,難以把握盆地范圍內(nèi)天然氣地化特征的演化規(guī)律;分析復(fù)合氣的氣體特征,不利于未知來(lái)源天然氣的氣源判別。因此本文在最新一批天然氣地球化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,盡可能收集了全盆范圍內(nèi)的古生界天然氣資料,并結(jié)合前人的研究結(jié)果,總結(jié)天然氣的整體特征,系統(tǒng)認(rèn)識(shí)古生界天然氣的形成演化,特別是上、下古生界天然氣的異同和復(fù)合型天然氣的氣源及其成藏演化。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地主體表現(xiàn)為穩(wěn)定升降、連續(xù)沉積的疊合型克拉通型盆地,盆地古生界具有明顯的雙層沉積結(jié)構(gòu)。其中上古生界以陸相碎屑巖和煤系沉積為主,僅在中東部局部地區(qū)存在部分海陸交互相沉積,煤系地層是其主要烴源層;下古生界為海相碳酸鹽巖和膏巖沉積,烴源巖以?shī)W陶系碳酸鹽巖為主[13-14]。上古生界煤系烴源巖在盆地北部鏡質(zhì)體反射率在1.2%～2.0%之間,盆內(nèi)可達(dá)2.5%以上,南部部分地區(qū)高達(dá)3.0%,整體呈現(xiàn)由北向南成熟度增高的趨勢(shì)[15-16];縱向上具有多油氣層復(fù)合疊加的分布格局,在上古生界已發(fā)現(xiàn)蘇里格、烏審旗、子洲、大牛地等氣田(圖1)。以靖邊氣田為代表的下古生界產(chǎn)氣層近年來(lái)備受關(guān)注,其含氣層位集中在盆地中東部奧陶系馬家溝組。馬家溝組是一套碳酸鹽巖與膏鹽巖旋回發(fā)育的沉積層,由下往上分為六段,即馬一段—馬六段。根據(jù)次一級(jí)的海侵、海退事件,馬五段從上到下又分為10個(gè)小層,其中以馬五6亞段以及馬四段發(fā)育的厚層膏鹽巖為界,將馬家溝組分為上、中、下3個(gè)含氣組合;而以馬五6亞段膏鹽巖為界,馬家溝組中下組合地層統(tǒng)稱為“鹽下”地層,發(fā)育的碳酸鹽巖與膏鹽巖共生的沉積體系厚度可達(dá)900 m[17-18]。馬家溝組頂部經(jīng)過(guò)加里東運(yùn)動(dòng)構(gòu)造抬升后,在長(zhǎng)期的巖溶作用下發(fā)育了良好的氣體儲(chǔ)集空間,上古生界煤系氣源巖與風(fēng)化殼侵蝕面直接接觸,形成了有利于上古生界煤成氣在其中運(yùn)聚成藏的地質(zhì)背景[19]。而中下組合烴源巖累計(jì)厚度、單層厚度薄,縱向上分布分散且多被鹽巖夾層所分隔。隨著勘探范圍的拓展,近年來(lái)在鹽下地層陸續(xù)實(shí)現(xiàn)勘探發(fā)現(xiàn),馬五7、馬五9亞段均獲得工業(yè)氣流,尤其是米探1井在馬四段取得的天然氣勘探新發(fā)現(xiàn),使下古生界烴源巖逐漸為人們所重視[20-22]。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃和氣田位置

2 研究數(shù)據(jù)

在全盆采集了50余個(gè)天然氣樣品進(jìn)行氣體組分分析和系列烷烴碳、氫同位素分析,所有實(shí)驗(yàn)均在西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。天然氣組分通過(guò)氣相色譜儀 (Agilent Technologies 7890B)進(jìn)行分析測(cè)試,儀器使用美國(guó)19091J-413(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 彈性石英毛細(xì)管柱,色譜進(jìn)樣口溫度為280 ℃,載氣為高純氦,載氣流量為1.2 mL/min;升溫程序由80 ℃起,以4 ℃/min升至290 ℃,恒溫30 min。天然氣碳、氫同位素組成通過(guò)TRACE1300氣相色譜儀與同位素比質(zhì)譜分析儀 MAT 253 Plus (Thermo Scientific) 進(jìn)行聯(lián)用測(cè)定,氣相色譜儀配備毛細(xì)管色譜柱HP-PLOT Q (30 m×0.32 mm×20.0 μm),色譜進(jìn)樣口溫度為200 ℃,程序設(shè)定為以初始溫度50 ℃保持3 min后,以15 ℃/min的升溫速率升至190 ℃,保持5 min;以高純氦作載氣,柱流速為1.5 mL/min。測(cè)定碳同位素組成時(shí)燃燒爐溫度為960℃,測(cè)定氫同位素組成時(shí)裂解爐溫度為1 350℃。天然氣碳同位素值與GBW-04407參考給出相對(duì)V-PDB的值,標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.3‰;氫同位素分析采用經(jīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)V-SMOW標(biāo)定的鋼瓶氣體進(jìn)行對(duì)比,其標(biāo)準(zhǔn)偏差為±5‰。

本文對(duì)鄂爾多斯盆地不同地區(qū)和層位的700余個(gè)天然氣樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)收集、分析、甄別和整理,主要包括氣體組分及烷烴碳、氫同位素組成,數(shù)據(jù)主要源于多年來(lái)發(fā)表的論文[2,12,23-39]與本課題組項(xiàng)目采樣與實(shí)驗(yàn),天然氣組分和同位素組成測(cè)試均在西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。在數(shù)據(jù)整理過(guò)程中,甄別了部分顯著異常的樣品(例如上古生界某樣品δ13C1為-19.5‰,對(duì)應(yīng)的煤型氣成熟度過(guò)高,與目前盆地的熱演化研究結(jié)果相去甚遠(yuǎn)),對(duì)同一樣品的不同數(shù)據(jù)則根據(jù)數(shù)據(jù)精度與發(fā)表年份進(jìn)行了甄別(天然氣組分優(yōu)先選用百分位的有效數(shù)據(jù),烷烴碳同位素優(yōu)先選用十分位的有效數(shù)據(jù),烷烴氫同位素優(yōu)先選用精確到個(gè)位的有效數(shù)據(jù);同一精度下則選用更早公開發(fā)表的),在此基礎(chǔ)上根據(jù)采樣井位置與采樣層位進(jìn)行了排序(多數(shù)樣品是單層取樣,部分試氣井存在多層取樣)。

3 古生界天然氣地球化學(xué)

為了對(duì)比研究,本文按儲(chǔ)集層位劃分上、下古生界和下古生界的上、中、下組合[40],而天然氣的成因及來(lái)源由天然氣地球化學(xué)示蹤結(jié)果而定。

3.1 上、下古生界天然氣的地球化學(xué)特征對(duì)比

鄂爾多斯盆地上古生界天然氣烴類氣體主要成分為甲烷,干燥系數(shù)在0.83～0.99之間,均值為0.94;隨著成熟度增加,甲烷含量增加,乙烷含量降低,兩者呈良好的負(fù)相關(guān),證明上古生界氣源比較單一。下古生界甲—乙烷含量相關(guān)性較差,CO2、N2、H2S等非烴氣體的含量都呈遞增趨勢(shì),總體看來(lái)下古生界天然氣氣態(tài)重?zé)N含量比上古生界低,在兩者演化程度相近的情況下,油型氣反而更加干燥,證明這不是單純的熱解作用造成的影響,碳酸鹽巖烴源的成烴作用,特別是熱化學(xué)硫酸鹽還原作用可能起重要作用[12,41](表1,圖2)。

表1 鄂爾多斯盆地古生界天然氣組分與同位素組成

圖2 鄂爾多斯盆地古生界天然氣甲烷—乙烷組分含量

烷烴碳同位素是最常用的判斷天然氣成因的指標(biāo),高—過(guò)成熟天然氣來(lái)源判識(shí)應(yīng)以主要成分甲烷碳同位素為主要判識(shí)指標(biāo),以乙烷碳同位素為參考指標(biāo)[30,42]。上、下古生界天然氣在δ13C1—δ13C2關(guān)系圖(圖3)上的分布規(guī)律存在明顯差異,上古生界天然氣存在2個(gè)分布集群,甲、乙烷碳同位素值都隨著成熟度的增加變重。Ⅰ區(qū)樣本的δ13C1分布在-40.8‰～-27.8‰,δ13C2分布在-27.8‰～-20.6‰;Ⅱ區(qū)樣本的δ13C1分布在-33.5‰～-26.0‰,δ13C2較Ⅰ區(qū)樣品更輕,分布范圍更廣,分布在-37.2‰～-25.3‰。盆地中下古生界天然氣的δ13C1分布在-28.1‰～-45.9‰,δ13C2分布在-39.4‰～-20.3‰,整體呈離散型分布。

圖3 鄂爾多斯盆地古生界天然氣δ13C1-δ13C2關(guān)系

天然氣中的甲烷氫同位素(δD1)組成主要為成氣母質(zhì)類型和沉積環(huán)境所控制。WANG等[43]在對(duì)中國(guó)主要沉積盆地的天然氣烷烴同位素組成研究的基礎(chǔ)上,建立了天然氣母質(zhì)類型判別圖版。鄂爾多斯盆地上古生界天然氣基本全部處于腐殖型有機(jī)質(zhì)成氣范圍(圖4),而下古生界天然氣除少部分外,基本都不在典型油型氣范圍,且甲烷氫同位素組成差異較小,乙烷碳同位素組成變化異常大,說(shuō)明下古生界碳酸鹽巖烴源的成烴—成藏過(guò)程具有復(fù)雜性。

圖4 鄂爾多斯盆地上、下古生界天然氣δ13C1—δD1和δ13C2—δD1關(guān)系 底圖源自WANG等[43]。

3.2 上古生界不同產(chǎn)區(qū)天然氣地球化學(xué)特征

上古生界天然氣甲、乙烷碳同位素組成隨演化程度增加而相應(yīng)變重。Ⅰ區(qū)樣本乙烷碳同位素組成都重于-28‰,屬于單一煤型氣;隨著熱演化程度增加,甲烷碳同位素組成對(duì)乙烷更加敏感,變化范圍更大,符合典型煤成氣同位素組成隨成熟度增加的演化特征[44-45]。Ⅱ區(qū)樣本的乙烷碳同位素組成變重速度比甲烷快得多,與Ⅰ區(qū)形成明顯對(duì)照,說(shuō)明影響這部分天然氣同位素組成的因素主要作用于乙烷,應(yīng)考慮熱演化程度以外的影響因素(圖3)。

對(duì)上古生界天然氣進(jìn)一步的分區(qū)域研究可見,甲、乙烷碳同位素由東北向西南漸重(圖5),符合任戰(zhàn)利等[46]的盆地?zé)嵫莼芯拷Y(jié)果。異常樣本(圖3中Ⅱ區(qū)樣本)主要分布在伊陜斜坡南部的延安、富縣、蓮花廟等地區(qū)以及中部氣田南部、西南部地區(qū),這些地區(qū)石炭系底部熱演化程度高,Ro在2.2%～3.0%之間,對(duì)應(yīng)的甲烷碳同位素值整體上重于Ⅰ區(qū)天然氣樣本,但乙烷碳同位素值顯著偏低而呈現(xiàn)出典型的油型氣特征[47]。另外,盆地南部存在甲、乙烷碳同位素倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象,南部上古生界產(chǎn)層的天然氣甲、乙、丙烷呈非正序列分布(“V”字、倒“V”字倒轉(zhuǎn)和完全倒轉(zhuǎn)),說(shuō)明發(fā)生過(guò)天然氣的差異損失或運(yùn)移混合(圖6)。此外,表2統(tǒng)計(jì)了盆地上古生界各氣田天然氣CO2含量,可見南部樣本CO2含量(0.25%～7.2%)顯著高于其他地區(qū)。

表2 鄂爾多斯盆地各氣田上古生界天然氣二氧化碳含量

圖5 鄂爾多斯盆地上古生界各產(chǎn)區(qū)天然氣δ13C1—δ13C2關(guān)系

圖6 鄂爾多斯盆地南部上古生界 天然氣δ13C1—δ13C2—δ13C3序列分布

3.3 下古生界各含氣組合天然氣地球化學(xué)特征

盆地下古生界各含氣組合沉積背景不同[48-49],各層位賦存的天然氣地球化學(xué)特征差異也非常明顯。上組合64個(gè)天然氣樣品的CO2含量均值為3.29%,中—下組合28個(gè)天然氣樣品的CO2含量均值為4.49%,均明顯高于上古生界206個(gè)樣品均值1.12%,并隨著產(chǎn)層深度增加含量升高(表1),說(shuō)明下古生界天然氣CO2具有自生性。乙烷碳同位素值分布在-23.4‰～-37.8‰,多數(shù)輕于-28.0‰;氫同位素分布在-156‰～-193‰,主體重于-180‰(圖7a-b),顯示上組合是以海相腐泥型有機(jī)質(zhì)為主生成的混合氣,但在靖邊和烏審旗氣田中—上組合存在少量腐殖型母質(zhì)生成氣。此外,隨著埋深增加,與中—上組合相比,下組合天然氣樣品δD1整體重于-180‰(圖7c),隨埋深增加氣體氫同位素組成愈重,表現(xiàn)為更加典型的海相母質(zhì)成氣的特征,說(shuō)明埋深越大,氣體來(lái)源越單一。

圖7 鄂爾多斯盆地下古生界上—中—下組合天然氣δ13C2—δD1關(guān)系

4 古生界天然氣的形成與演化

4.1 上、下古生界天然氣的形成

如圖8所示,上古生界天然氣隨著埋深增加,甲、乙烷碳同位素均逐漸變重,說(shuō)明其主體是符合成熟度演化規(guī)律的煤型氣,只有盆地南部的上古生界天然氣樣本的乙烷碳同位素值與下古生界天然氣分布范圍更為一致,烷烴系列碳同位素也普遍存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。結(jié)合上文分析,說(shuō)明南部上古生界產(chǎn)層存在組分和同位素特征與原生氣差異較大的外源氣體的混入,“扭轉(zhuǎn)”了原生天然氣的同位素序列特征。盆地南部天然氣成熟度高,原生氣的乙烷含量非常低,而下古生界天然氣乙烷含量相對(duì)更高,于是混合氣的乙烷碳同位素值與下古生界天然氣較為一致,甲烷碳同位素值與上古生界天然氣較為一致,造成烷烴系列的同位素倒轉(zhuǎn)。張文正等[50]于2016年在蘇南地區(qū)和高橋地區(qū)發(fā)現(xiàn)了此類烷烴同位素異常。本文數(shù)據(jù)顯示,異常樣品在伊陜斜坡南部甚至渭北隆起構(gòu)造帶普遍存在,盆地南部馬家溝組中—下組合地層中膏鹽的減少和斷裂構(gòu)造的發(fā)育,可能為下古生界天然氣向上運(yùn)移提供了必要條件。

圖8 鄂爾多斯盆地古生界天然氣埋深—烷烴碳同位素組成關(guān)系

下古生界天然氣一定程度上也受成熟度控制,甲烷碳同位素值在整體上符合由東往西隨成熟度的增加變重的規(guī)律,但乙烷碳同位素值卻分布范圍廣且沒有明顯規(guī)律,說(shuō)明還存在其他影響因素。下古生界天然氣主體乙烷碳同位素基本都小于-25‰,一半以上的天然氣氫同位素重于-180‰,顯示為腐泥型母質(zhì)成氣特征[51]。有研究認(rèn)為,這一現(xiàn)象應(yīng)歸因于上古生界底部的海相地層烴源巖生氣后向下運(yùn)移成藏[52]。但油氣由上向下運(yùn)移需要克服地層壓力、毛細(xì)管力等一系列強(qiáng)阻力并穿越膏巖層[53-54],若生烴強(qiáng)度如此之高以至于能夠克服以上阻力,那生成的天然氣也應(yīng)該能向上運(yùn)移與煤層氣混合。然而主要分布于伊陜斜坡東部的安塞—佳縣—神木一帶上古生界底部灰?guī)r產(chǎn)出的上古生界天然氣卻是典型的成熟度較低的煤型氣,并無(wú)異常顯示(圖5),不支持這種假設(shè)。另外有研究認(rèn)為,在印支期—燕山期盆地西傾掀斜后中央古隆起下拗轉(zhuǎn)變?yōu)楣N窗,上古生界煤系烴源巖通過(guò)中央古隆起向上傾高部位側(cè)向供烴,本研究顯示運(yùn)移路徑(中央古隆起—中部氣田—東部鹽坳)上的天然氣卻隨著運(yùn)移距離增加甲烷碳同位素變輕,乙烷碳同位素變重(圖9),“途經(jīng)”靖邊氣田的下古生界天然氣乙烷碳同位素組成隨埋深增加變輕的趨勢(shì)尤為明顯(圖8)。目前還未發(fā)現(xiàn)能夠造成上述同位素變化的天然氣運(yùn)移過(guò)程或次生作用,這否定了上古生界產(chǎn)氣向下運(yùn)移并造成乙烷碳同位素異常的可能性,表明下古生界天然氣確屬海相成因氣,并非源自上古生界,而是下古生界奧陶系海相碳酸鹽巖烴源自生自儲(chǔ)氣。

4.2 碳酸鹽巖層系TSR對(duì)天然氣的影響

隨著下古生界產(chǎn)氣層位加深,鹽下天然氣地球化學(xué)特征出現(xiàn)了常規(guī)地球化學(xué)示蹤方法無(wú)法解釋的異常。例如天然氣乙烷碳同位素重于-28‰,接近煤型氣特征值;而甲烷碳同位素卻愈輕,最輕可達(dá)-45‰。油氣形成后常見的次生作用,例如生化反應(yīng)優(yōu)先消耗鍵能較低的C-H,使殘留油氣氫同位素組成變重,但油氣運(yùn)移也只能造成甲、乙烷同位素同時(shí)增重,鮮有使其變化趨勢(shì)不一致的。結(jié)合下古生界地質(zhì)背景條件,分析天然氣生、儲(chǔ)、蓋等成藏和保存要素后,只能將之歸因于熱化學(xué)硫酸鹽還原反應(yīng)(TSR)。

TSR是指硫酸鹽礦物在熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下被烴類還原成硫化物,烴類被氧化的過(guò)程,是一種在碳酸鹽巖氣藏中廣泛存在的地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程。充足的物源基礎(chǔ)和能量供給是TSR反應(yīng)發(fā)生的基礎(chǔ)[55-56]。鄂爾多斯盆地中—東部奧陶系馬家溝組沉積背景為蒸發(fā)臺(tái)地內(nèi)坳陷,坳陷中央由于水體鹽度升高,逐漸相變?yōu)槭嗪褪}沉積。頻繁的海進(jìn)、海退造成縱向上黑色泥巖和準(zhǔn)同生白云巖儲(chǔ)層疊置發(fā)育,在中—下組合地層形成良好的源—儲(chǔ)組合,進(jìn)入過(guò)成熟演化階段的下古生界油型氣也為硫酸鹽還原作用提供了充分的物質(zhì)和能量條件。

TSR過(guò)程將消耗烴類生成H2S和CO2,改變碳酸鹽巖儲(chǔ)層中天然氣的地球化學(xué)特征[57-58]。鄂爾多斯盆地中—下組合產(chǎn)出的天然氣CO2與H2S含量迅速增加(表1),下組合產(chǎn)氣常含硫化氫、下組合地層常見生烴痕跡或TSR相關(guān)產(chǎn)物(CO2或H2S與不同金屬陽(yáng)離子生成的碳酸鹽、碳酸氫鹽或相對(duì)穩(wěn)定的硫化物),如固體瀝青,黃鐵礦、硫磺和同位素負(fù)漂的方解石(圖10)。

圖10 鄂爾多斯盆地中—下組合地層生烴證據(jù)與TSR作用相關(guān)產(chǎn)物

地質(zhì)條件下的硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)是非常復(fù)雜的地球化學(xué)過(guò)程,反應(yīng)優(yōu)先消耗長(zhǎng)鏈烴和輕碳原子[59],因此在不同的反應(yīng)階段,天然氣組分與烷烴同位素變化具有一定的規(guī)律。鄂爾多斯盆地下古生界天然氣組分和烷烴同位素都指示這種強(qiáng)烈的次生改造作用,如圖11所示,在乙烷含量低于2%時(shí),上、中、下組合天然氣都表現(xiàn)為隨乙烷含量減少其碳同位素組成變輕,但當(dāng)乙烷含量低至0.2%后,以下組合為主的天然氣開始表現(xiàn)為隨乙烷含量減少其碳同位素組成變重。

圖11 鄂爾多斯盆地古生界天然氣乙烷含量與乙烷碳同位素的關(guān)系

根據(jù)反應(yīng)物的不同可將鄂爾多斯下古生界天然氣發(fā)生的TSR作用大致分為以下3個(gè)階段(圖12):(1)大分子有機(jī)質(zhì)反應(yīng)階段:這個(gè)階段氣態(tài)烴作為產(chǎn)物,甲、乙烷碳同位素組成相對(duì)干酪根熱解氣逐步變輕;(2)氣態(tài)重?zé)N反應(yīng)階段:甲烷碳同位素組成變輕,乙烷以上烴類氣體碳同位素組成依次反向變重,中東部中、下組合天然氣普遍經(jīng)歷過(guò)這個(gè)階段,代表性的MT1井δ13C1為-46.2‰,δ13C2為-26.2‰,δ13C3為-23.4‰;(3)甲烷反應(yīng)階段:甲、乙烷碳同位素組成都開始變重,代表井是T122井,δ13C1為-37.8‰,δ13C2(微量)為-20.0‰。

圖12 TSR反應(yīng)對(duì)鄂爾多斯盆地下古生界 天然氣碳同位素變化的影響模式

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地上古生界天然氣主體以煤型氣為主,由東北往西南方向受成熟度演化控制,烷烴碳同位素漸重;儲(chǔ)層內(nèi)改造程度低,在盆地南部(包括伊陜斜坡南部)產(chǎn)出的天然氣呈現(xiàn)海相成因氣特征,暗示由于下古生界鹽巖減薄和斷裂發(fā)育,盆地南部存在下古生界及更深層系烴源的存在。

(2)盆地下古生界中—上組合地層產(chǎn)出天然氣普遍具有混源特征,氫同位素主體重于-180‰,顯示其主體為油型氣;下組合天然氣樣品氣體成分較為單一,為單一海相母質(zhì)成因氣的表現(xiàn)。鹽下天然氣烷烴同位素特征異常,是碳酸鹽巖烴源和儲(chǔ)層內(nèi)演化改造的結(jié)果。結(jié)合中東部鹽下地層勘探方面的重大突破,充分顯示了碳酸鹽巖層系天然氣資源的巨大潛力。

(3)天然氣地球化學(xué)特征顯示,TSR作用對(duì)天然氣的改造程度不一,導(dǎo)致盆地下古生界碳酸鹽巖層系天然氣組分和系列碳同位素組成的復(fù)雜變化。鑒于含油氣盆地海相碳酸鹽巖的廣泛發(fā)育和碳酸鹽巖儲(chǔ)集體的強(qiáng)烈非均質(zhì)性,系列同位素的無(wú)規(guī)律分布是鄂爾多斯盆地海相碳酸鹽巖層系天然氣地球化學(xué)的重要特征。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’ Contributions

李芙蓉、劉文匯、羅厚勇參與論文研究思路設(shè)計(jì)和寫作;王曉鋒、李芙蓉、李福奇參與了實(shí)驗(yàn)測(cè)試;李芙蓉、張東東、陳曉艷、張?chǎng)﹨⑴c了論文修改。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The study was designed and the manuscript was drafted by LI Furong, LIU Wenhui and LUO Houyong. The experimental operation was completed by WANG Xiaofeng, LI Furong and LI Fuqi. The manuscript was revised by LI Furong, ZHANG Dongdong, CHEN Xiaoyan and ZHANG Wen. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.