中国东部二氧化碳气田(藏)的地化特征及成因分析

中国东部油气区发现众多无机成因CO₂气田(藏),CO₂含量一般大于60%,甲烷等烷烃气含量较低,一般小干10%.本文通过二氧化碳碳同位素组成,R/Ra值等地化参数分析,并结合相关气藏地质特征,指出除莺歌海盆地CO₂气田(藏)为变质成因外,中国东部其它CO₂气田(藏)主要为幔原火山─—岩浆成因.      

松辽盆地北部二氧化碳气藏成因地球化学研究

松辽盆地北部深层已发现的二氧化碳(CO₂)工业气藏主要处于徐家围子断陷带深层,火山岩储集层的岩石化学数据表明,徐家围子的火山岩以钙碱性为主,为幔源岩浆分异作用的产物。徐家围子断陷带昌德东气藏天然气中的CO₂ 含量高(89.73%~90.38%),CO₂的碳同位素值为-6.61‰~-4.06‰,落在无机成因区,3He/4He值为3.9×10-6和4.5×10-6,介于幔源与壳源之间,伴生甲烷同系物的碳同位素呈倒序排列,具有无机成因气负碳同位素系列的特征。CO₂/3He值为1.9×109,指示出气藏中CO₂是上地幔脱气成因。火山岩储集层岩石化学数据和气体化学成分判别的结果说明徐家围子断陷带昌德东气藏的形成和幔源岩浆有关,其CO₂是无机幔源成因。      

松辽盆地长岭断陷老英台—达尔罕凸起CO2分布特征及成因分析

松辽盆地长岭断陷老英台凸起区广泛分布CO₂气层或与烃类气体伴生的CO₂,其含量和组成非均质性明显,不同井区或同一井区不同层位气层中CO₂的相对含量及同位素组成均可能存在明显差别,表明其成因十分复杂。揭示研究区CO₂的成因机理,不仅具有理论意义,对研究区天然气勘探也具有重要的现实意义。根据CO₂组成、同位素分布特征,结合伴生烃类气体分析,可知研究区深层CO₂既有无机成因,也有有机成因,或者两者混合成因。其中,CO₂含量相对较高的营城组气层中的CO₂主要为无机成因气,而CO₂含量较低的登娄库组气层中的CO₂为有机成因或有机—无机混合成因。登娄库组有机成因CO₂与烃类气为同期成藏;营城组CO₂有与烃类气同期形成的,但大规模的无机成因的CO₂为新近纪之后晚期成藏的。      

济阳坳陷二氧化碳气藏的成因判别

CO₂气藏成因的判别依据主要有气藏CO₂的体积百分含量、CO₂碳同位素(δ¹³C) 、氦同位素的R/Ra、CO₂/³He等。将济阳坳陷已发现的6个CO₂气藏的CO₂的体积分数、CO₂碳同位素(δ¹³C) 、氦同位素的R/Ra、CO₂/³He等数据进行系统的判别,得出这6个气藏均为无机成因的,其中平方王气藏幔源和壳源的CO₂所占比例相近; 平南气藏壳源成因的CO₂所占比例较大; 花沟、高青、阳25井等气藏幔源成因的CO₂所占比例较大。     

济阳坳陷无机成因CO2气藏成藏条件

研究无机成因CO₂气藏的成藏条件，对预测CO₂气藏有着重要的意义。为此，通过综合分析济阳坳陷中部地区已发现的6个无机成因CO₂气藏的生、运、储、盖及圈闭等条件，得出以下认识：幔源岩浆活动为CO₂气藏的形成提供了充足的气源；断裂是CO₂运移的主要通道；广泛发育的碳酸盐岩和碎屑岩是CO₂气藏的主要储层；泥岩和致密砂砾岩是CO₂气藏良好的盖层；再加上多种类型的圈闭组合，共同构成了CO₂气藏成藏的有利条件。同时，还发现深部来的超临界状态CO₂在运移成藏过程中与烃类油气存在着一定的相互作用。     

烃源岩中无机矿物对有机质生烃的影响

对华北下花园地区下马岭组及鄂尔多斯盆地延长组2组低成熟泥岩全岩及分离的干酪根样品开展有水热解实验,探讨了烃源岩源内无机矿物对有机质生烃及同位素分馏的影响。实验结果表明,两组全岩有水体系液态烃及气态烃产率不同程度低于干酪根有水体系,CO₂及H₂产率则明显偏高。同时,全岩有水热解体系气体产物异构烃含量相对较低,表明烃源岩中无机矿物的加入抑制了水-有机质的反应并一定程度上改变了反应途径。稳定同位素的分析结果表明,相同热演化程度下,2组全岩及相应干酪根热解生成的甲烷碳同位素变化不大,但前者生成的二氧化碳碳同位素显著升高,且气态烃氢同位素更低。表明全岩有水热解体系下,烃源岩中的无机矿物参与到有机质热解过程中,改变了CO₂产率及同位素组成,并存在H₂间接加氢作用。      

莺歌海盆地乐东10区CO2包裹体特征及其流体充注史

莺歌海盆地新生界富含天然气,近年来在盆地中深层勘探取得了突破;而乐东10区气田的发现,引起了对非底辟构造的中深层岩性气藏天然气运移成藏问题的关注。乐东10区块中新统黄流组天然气藏富含CO₂,为了查明CO₂在天然气藏中的运移特征和期次,以包裹体岩相学为前提,结合激光拉曼光谱分析对其进行了研究。该区包裹体主要包括盐水包裹体、二氧化碳包裹体、气相甲烷包裹体、混合气包裹体、含混合气的盐水溶液包裹体五种类型。使用激光拉曼分析和显微测温技术,定量分析了CO₂包裹体的均一温度和密度等参数;结合CO₂流体包裹体捕获条件、沉积特征、埋藏史以及CO₂同位素值,认为该区CO₂为两期幕式充注:第一期为1.4~0.9 Ma充注的高密度无机成因CO₂;第二期为0.7~0.4 Ma充注的中密度无机成因CO₂。      

南海北部大陆架Y盆地天然气中N2成因及气源剖析与探讨

Y盆地天然气中普遍含有非烃N₂和CO₂,且N₂含量与无机CO₂总体呈相互消长关系,而与CH₄为主的烃类气正相关。非烃N₂依据其含量可划分为低含N₂(N₂<10％)、含N₂(N₂=10％～15％)和富(高)N₂天然气(N₂>15％)等三类,而N₂成因则根据其地质地球化学特征及伴生稀有气体同位素特点,可将其综合判识为大气成因、壳源有机成因及壳源有机―无机混合成因等三种成因类型。N₂总体分布特征多具有平面上分区分块、剖面上集中富集于400～1600m的浅层或超浅层的特点。N₂与CO₂及烃类气的共生组合关系,常常具有有机成因的富N₂天然气与低含量有机CO₂及高含量CH₄为主的烃类气伴生,而有机―无机混合成因的低含N₂、含N₂天然气则多与高含量无机CO₂及部分CH₄为主烃类气并存的组合特征。很显然,这种共生组合关系决定了N₂的成因及气源构成特点。因此,基于N₂成因类型及与CO₂及烃类气的共生组合关系和分布特征,结合地质地球化学的综合分析研究,可以综合判识N₂气源。     

四川盆地震旦—寒武系高演化烃源岩无机地球化学特征与评价

高演化烃源岩评价因有机质的损耗而使得传统有机地球化学参数逐渐失效，而烃源岩中的无机元素不易受成熟度的影响。为探索无机地球化学方法在高演化烃源岩评价中的应用，以四川盆地震旦—寒武系为例，基于无机(主量、微量和稀土元素)地球化学方法，从烃源岩发育的三大控制因素(古生产力、沉积环境和沉积速率)分析入手，开展了烃源岩无机地球化学研究。结果表明，综合运用Ba和Ni元素丰度确定烃源岩古生产力，Mo_EF、U_EF、Ce异常特征确定沉积水体氧化—还原条件，TiO₂/Al₂O₃比值确定沉积速率，揭示研究区烃源岩有机质富集主要受控于沉积环境与古生产力，而受沉积速率的影响相对较小；川中与威远—资阳地区下寒武统筇竹寺组烃源岩古生产力高、沉积环境最为还原，烃源岩质量最好，属于高生产力和好保存模式。无机地球化学方法是高演化烃源岩评价的一种有效途径。      

东部陆相断陷盆地及近海陆架盆地CO2成因类型

中国东部陆相断陷盆地及近海陆架盆地CO₂资源丰富,CO₂成因类型较复杂,根据CO₂通常的成因判识与划分参数及标准(δ¹³C_CO2和³He/⁴He),可明确划分为壳源型(有机和无机)、壳幔混合型及火山幔源型等3型4类,但依据20世纪90年代初以来诸多学者提出的CO₂/³He比值来判识划分CO₂成因类型,则存在较大的偏差和复杂性。通过对CO₂成因判识划分方法的对比,遵循科学性、实用性、通用性及简洁性的原则,采用通常的成因判识划分方法,对中国东部及近海陆架盆地CO₂成因进行了综合判识划分。研究结果表明,对于CO₂成因的判识划分,仍应以通常的判识与划分方法,应用δ¹³C_CO2和³He/⁴He参数指标及划分标准,对其进行综合判识划分为宜。     

关于碳酸盐烃源岩的评价标准

通过模拟实验测得碳酸盐岩排烃下限值为TOC=0.06%～0.12%,并提出碳酸盐岩排烃下限值与碳酸盐烃源岩有机碳下限值应是两个概念。排烃下限值是烃源岩所固有的特性,不是人们自己设定的标准,而烃源岩有机碳下限值是一个评价标准,大小可以等于或大于排烃下限值,而不能小于排烃下限值。通过对碳酸盐岩有机质丰度、有机质类型、有机相和成熟度的研究,修正了过去碳酸盐岩只按Ⅰ类有机质的评价方法,而将碳酸盐岩有机质分为Ⅰ,Ⅱ₁,Ⅱ₂₃类,将碳酸盐烃源岩划分为4类,即很好烃源岩、好烃源岩、中等烃源岩、差烃源岩。未熟—成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.2%～0.4%;高成熟—过成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.1%～0.25%。      

川东北飞仙关组-长兴组天然气几个地球化学问题探讨

基于川东北地区大普光、元坝和通南巴构造带百余个飞仙关组-长兴组天然气样品的分子和碳同位素组成数据,结合烃源岩和储集岩分析资料,就原油裂解气与烃源岩裂解气的区分、烷烃气碳同位素的反序分布和CO₂与H₂S的成因关系等问题进行了探讨。研究结果表明,大普光、元坝区块富含固体沥青的孔洞型气藏的原油裂解气中,丙烷相对较多,以较低的ln（C₂/C₃）值（<3.0）为识别标志。而通南巴等区块裂缝型气藏的烃源岩裂解气（可溶沥青和干酪根的高温裂解气）,具有ln（C₁/C₂）和ln（C₂/C₃）同步升高的组成特征,以较高的ln（C₂/C₃）值（>3.0）与典型的古油藏原油裂解气相区别。各构造带的飞仙关组-长兴组烷烃气存在碳同位素反序分布,可能有多种原因。其中,通南巴构造带河坝场气田飞仙关组烷烃气中的该现象,是由于龙潭组过成熟干气混入志留系气源气所致。飞仙关组-长兴组发生过TSR（硫酸盐热化学还原反应）作用的天然气中,多呈高CO₂、低H₂S和低CO₂、高H₂S两种分布模式,两种非烃气的相对含量受气藏流体-岩石相互作用体系的控制。在高含H₂S的气藏中,CO₂主要来源于烃类的氧化,并经流体-岩石交换作用,其δ¹³C值相对较负;而在CO₂异常丰富的天然气中,CO₂主要由碳酸盐岩的化学分解而来,δ¹³C较重。     

川东北及川东区天然气成因类型探讨

通过对川东北、川东区11口钻井天然气组分及其烷烃碳同位素的研究表明,两区天然气成因类型明显有别,川东北天然气为过成熟裂解混源气,其中,Ⅱ—Ⅲ₁类型母质烃源岩的贡献可能大于Ⅰ₁—Ⅰ₂类型母质烃源岩的贡献;川东区建南气田长兴、飞三、嘉一产层天然气多属Ⅰ₁—Ⅰ₂类型母质烃源岩过成熟裂解混源气;个别天然气表现为煤型气与油型气的混源气,腐泥型有机质的贡献可能大于腐殖型有机质的贡献;石炭系产层天然气可能为志留系所生原油的二次裂解气。      

天然气中CO_2氧同位素在线检测技术与应用

氧同位素作为有效的地球化学参数,在同位素地质年代学、环境科学研究等许多领域得到广泛应用,CO_2氧同位素也是一个非常有效的示踪剂,可用于判识气源,然而这一指标尚未应用于油气勘探领域。应用气相色谱-气体稳定同位素质谱联用技术,建立了天然气中CO_2的氧同位素在线检测方法。在对松辽盆地、四川盆地、塔里木盆地天然气组分、组分碳同位素、稀有气体组成与稀有气体同位素等地球化学资料研究的基础上,对盆地天然气中CO_2氧同位素进行分析,发现不同盆地、不同来源天然气中CO_2的碳、氧同位素分布特征存在明显差异,表明CO_2的氧同位素具有较好的成因指示意义。通过CO_2的碳-氧同位素分布,可将气藏中CO_2细分为上地幔来源、碳酸盐岩来源以及有机成因,为天然气成因及气源对比研究提供了新手段。     

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??A low productivity carbon dioxide gas reservoir was found at the well depths of 2573-2594 m of Maokou Formation-Qixia Formation?? Permian?? in well Yang-1 in Yangba Seg of Nanpanjiang Basin. It is very important for natural gas exploration in the region to find out the origins of the gas reservoir?? because this well is the first regional exploration well in the basin. On the basis of analyzing the geochemical characteristics of the natural gas?? the genesis and origins of the natural gas in the reservoir were investigated by means of the organic geochemical and organic petrological analyses of the cores of well Yang-1 and the rock samples of peripheric outcrops?? and of the thermal simulation experiments of the carbon dioxide gas source rocks. The comprehensive analysis results indicated that the hydrocarbon in the natural gas in well Yang-1 was the overmature coal??type cracking gas and came from the Permian coal measure hydrocarbon source rocks?? according to the He and Ar isotopic ratios?? the natural gas was mainly the crustal source gas?? and the carbon dioxide was mainly the petrochemical genesis?? being formed by the low temperature ????300?棩 hydrolysis of the Carboniferous-Permian carbonate rocks.     

CO2与砂岩相互作用机理与形成的自生矿物组合

当CO₂以天然方式或人工方式注入到含水砂岩时,成岩流体将转变成弱酸性流体,引起宿主砂岩中不稳定矿物(如碳酸盐、长石)的分解和新矿物的沉淀,进而使砂岩的孔隙度、渗透率和地层水地球化学特征发生改变。CO₂注入砂岩后,仅有少量CO₂溶解于水中以气体形式存在,大部分CO₂以次生矿物形式(如方解石、白云石、菱铁矿等)被“固化”在宿主砂岩中,形成的典型自生矿物组合为:片钠铝石±含铁碳酸盐矿物±其它碳酸盐矿物组合和铁白云石+高岭石+自生石英组合。其中,前一种矿物组合是示踪CO₂运移、聚集的典型自生矿物组合。CO₂与砂岩相互作用机理及形成的自生矿物组合研究不仅拓宽了沉积盆地中流体-岩石相互作用研究领域,揭示了深部流体与浅部储集层之间、浅部烃源岩或其它岩石与附近储集层之间的物质转移,而且为储集砂岩品质评价、CO₂气藏(田)预测、CO₂地下储存等研究提供了基础地质信息。     

松辽盆地二氧化碳的气源及其脱气模式

松辽盆地烃类气和CO₂大量共存,已发现多个高含CO₂气藏;CO₂具有无机、有机和混合3种成因,但以无机成因为主。从已发现含CO₂天然气和区域地质综合分析出发,探讨了松辽盆地潜在的CO₂气源及其脱气模式。研究表明,松辽盆地主要有幔源岩浆、火山岩、碳酸盐岩和有机质4种潜在的气源,结晶基底的幔源岩浆是松辽盆地最重要的气源,特别是新生代碱性玄武岩浆;沉积盖层的火山岩是松辽盆地另一种重要的气源,营城组和登娄库组的中酸性火成岩很有可能就是昌德东CO₂气藏的主力生气层;变质基底的石炭系-二叠系碳酸盐岩是今后勘探中值得关注的气源;沉积盖层和变质基底中有机质丰富,但对高含量CO₂气藏的形成贡献有限。气源不同导致有利的脱气模式亦不同：幔源CO₂进入沉积盆地中具有沿岩石圈断裂直接脱气模式、热流底辟体脱气模式和壳内低速高导岩浆房-基底断裂组合脱气模式;火山岩最主要的脱气模式是火山岩吸附气后期脱气;碳酸盐岩接触变质作用和动力变质作用下脱气有利于CO₂气成藏。