中国海相沉积盆地富气机理与天然气的成因探讨

中国海相盆地蕴含有丰富的天然气资源，特别是古生界海相层系成为近年来中国天然气勘探的热点，并相继有大型气田发现．研究认为中国古生界烃源岩的高．过成熟或煤系烃源岩以倾气为主及TSR作用是导致海相层系富气的主要原因．古生界海相发育优质的泥质烃源岩和煤系烃源岩，其中前者热演化程度高且沉积组合富含硫酸盐类，导致原油裂解成气；后者以成气为主且演化程度已进入高成熟，因而海相盆地以富气为主，特别是四川盆地和鄂尔多斯盆地的海相层系几乎没有发现油藏，且以干气为主．海相天然气主要属于煤成气和原油裂解气或二者的混合，其中在原油裂解气中往往富含硫化氢和二氧化碳，烃类碳同位素组成较为复杂且存在倒转现象，这主要是受热演化和TSR次生蚀变或不同成因类型天然气的混合所致．煤成气是中国海相天然气的主要构成部分，四川盆地上二叠统和鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系煤系烃源岩具有较大的生烃潜力，是今后海相天然气勘探的重点，塔里木盆地海相层系不发育煤系烃源岩，因此以寻找原油裂解气为主．     

吐哈盆地煤及显微组分生烃模式

吐哈盆地是典型的煤成油气盆地,主力烃源岩为中下侏罗统煤及含煤有机质.有机岩石学研究表明,吐哈盆地侏罗系烃源岩生油组分,在显微层次主要表现为基质镜质体、壳质组(主要是薄壁角质体、小孢子体和木栓质体)和少量腐泥组(主要是藻类体和沥青质体),在超微层次则主要表现为分布在基质镜质体和粗粒体中细菌成因的超微类脂体.基质镜质体是吐哈盆地煤成烃最主要的母质.壳质组(含腐泥组)在煤成烃中具有不可忽视的贡献. 采用密度梯度分离法从煤中分离出纯度较高的单组分(表1),进行热解气相色谱和核磁共振波谱测试,确定各显微组分生烃性质,并结合显微荧光性质确定其生烃阶段,由此建立煤与显微组分成烃模式.     

吐哈盆地煤及显微组分生烃模式

<正> 吐哈盆地是典型的煤成油气盆地,主力烃源岩为中下侏罗统煤及含煤有机质.有机岩石学研究表明,吐哈盆地侏罗系烃源岩生油组分,在显微层次主要表现为基质镜质体、壳质组(主要是薄壁角质体、小孢子体和木栓质体)和少量腐泥组(主要是藻类体和沥青质体),在超微层次则主要表现为分布在基质镜质体和粗粒体中细菌成因的超微类脂体.基质镜质体是吐哈盆地煤成烃最主要的母质.壳质组(含腐泥组)在煤成烃中具有不可忽视的贡献. 采用密度梯度分离法从煤中分离出纯度较高的单组分(表1),进行热解气相色谱和核磁共振波谱测试,确定各显微组分生烃性质,并结合显微荧光性质确定其生烃阶段,由此建立煤与显微组分成烃模式.     

海相碳酸盐岩烃源岩热解动力学研究: 气液态产物演化特征

以生烃动力学对海相碳酸盐岩的生烃情况进行了热模拟实验, 对气液态烃类组分的生烃动力学参数进行了标定. 在此基础上, 结合专用Kinetics软件将动力学参数作为参照指标, 用动力学方法外推到地质实际中. 结果表明, 在一定的地质条件下, 海相碳酸盐岩热解生成气态烃的主要温度为150℃~220℃ (Easy%Ro介于1.0%~3.0%), 液态烃的生成温度主要为100℃~170℃(Easy%Ro介于0.5%~1.5%). 通过该研究可以建立海相碳酸盐岩有机质生烃动力学演化的参照系, 进而能够对中国成熟度较高的其他海相碳酸盐岩烃源岩作出相对合理的评价, 从而为海相碳酸盐岩烃源岩的定量评价提供一种新的方法和途径, 为加强海相碳酸盐岩油气勘探提供了依据.     

中国海相油气田形成的地质基础

塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地古生界地层是中国海相油气勘探的重要层系之一，广泛发育以泥质岩为主的优质烃源岩，烃源岩的深埋藏决定了海相盆地以天然气为主，但不同盆地烃源岩有机质演化程度的不同又导致油气相态的差异；富含蒸发盐的碳酸盐岩地层中的硫酸盐热化学还原作用（TSR）对原油裂解成气具有明显的促进作用．海相储层以碳酸盐岩和碎屑岩为主，沉积相、白云石化作用、溶蚀作用、TSR和断裂裂缝作用控制了碳酸盐岩储层的发育．由于海相地层经历了多期构造旋迥，导致了多套生储盖组合的发育，圈闭和油气藏类型也多种多样；油气藏普遍具有多期成藏、晚期为主或晚期定型的特点：古隆起对油气富集有重要的控制作用．由于三大盆地海相主力烃源层的不同，油气富集层位、油气藏的类型与分布、油气成藏的特点也各不相同．     

塔里木盆地克拉通区油气藏形成主控因素与油气分布

塔里木盆地克拉通区位于盆地腹部, 主要发育寒武系海相烃源岩, 其次是中、上奥陶统海相和石炭-二叠系海陆过渡相烃源岩. 烃源岩分区、分期成熟, 形成不同时期的多个供烃中心. 克拉通区经历了多期构造运动, 形成多个古隆起. 不同时期有效供烃中心与古隆起相匹配是控制油气藏形成与分布的最主要因素, 古隆起具有多期油气充注历史, 并经历了多期调整甚至破坏, 有效供烃中心周围的古隆起及其斜坡区最有利于油气聚集, 油气相态与供烃中心演化历史有关. 海西晚期是塔里木盆地克拉通区最广泛的成藏时期, 毗邻烃源岩、保存条件良好的原生油气藏是勘探的最有利目标; 区域盖层之下、断裂带周围、不整合面上和下油气最富集; 石炭系砂岩、奥陶系风化壳岩溶、内幕碳酸盐岩储层是油气聚集的主要层段; 石炭系、志留系砂岩尖灭油气藏、碳酸盐岩缝洞型岩性油气藏是进一步勘探的主要对象.     

塔里木盆地塔中志留系油藏运移和聚集成藏的主控地质要素

通过对塔里木盆地塔中地区断裂附近的志留系油藏含氮化合物和饱和烃、芳烃成熟度参数运移示踪研究发现，志留系油藏的运移和聚集成藏均与断裂作为优势通道的垂向运移有关．综合分析认为塔中志留系油藏运移和聚集成藏的主控地质要素是走滑断裂，发育于奥陶纪至晚海西期．塔中志留系下步勘探可以通过精细研究走滑断裂的形成演化与分布，明确有利油气聚集区，落实有利目标．     

生物降解沥青砂再次热作用的实验模拟

油藏次生变化是当前石油地球化学的热点研究领域，塔里木盆地志留系沥青砂岩在形成后经历了多种次生变化，包括生物降解、水洗、散失以及在后期沉积过程中的再次热作用．采集生物降解后的沥青砂，利用高压釜模拟再次热作用对沥青砂的成分、同位素以及物理性质的影响．结果表明：沥青砂在再次热作用下以产气为主，产生的裂解气碳同位素偏轻；C6 以上的组分产率较少，且以轻质油为主；模拟过程中生物降解油砂的饱和烃色谱特征与现今志留系沥青砂的饱和烃色谱特征具有一致性；沥青砂岩的孔隙度随着模拟温度的升高而增大，且荧光颜色逐渐变深，反射光下沥青的颜色则逐渐变浅，反射率增大．由实验结果推测，塔里木盆地志留系沥青砂在后期再埋藏的过程中，热作用对沥青砂的成分与结构产生了一定的影响．     

塔中地区晚燕山-喜马拉雅期油气调整与热液活动的关系

早期海相油藏的后期调整改造是塔里木盆地油气藏的重要特征之一．大规模的油气调整与强烈的区域构造活动有关，并伴随有成岩流体、成矿流体等盆地流体的大规模运移．塔中地区奥陶系碳酸盐岩构造断裂溶扩缝及岩溶风化壳溶洞内萤石等热液矿物烃类包裹体的发育，钻井证实具矿床规模的萤石脉也是重要的油气储集层，形成萤石热液成矿与油气运移成藏独特的伴生或叠加关系．结合区域构造背景与萤石成矿环境，通过热液矿物电子自旋共振测年、包裹体激光拉曼、群体包裹体烃类化石等分析后证实，晚燕山-喜马拉雅期（110．4～30．8Ma）塔中地区发生了成矿热液与成藏流体的大规模运移事件，为重要的油气调整期，喜马拉雅期（34．3Ma以来）为重要的油气成藏期．     

海相原油裂解生气实验产物的物质平衡计算: 一个基于储层固体沥青分析的原油裂解气资源量预测模型

原油裂解气在中国高-过成熟地区的天然气资源中举足轻重, 对其资源量的有效预测和评估是勘探决策的关键. 通过高压封闭体系原油裂解模拟实验, 对海相原油裂解生成的气、液、固三相产物(总气体、残余液烃、固态焦沥青)进行定量分析, 在实验数据和生烃动力学计算的基础上, 回归拟合出原油裂解过程中气、液、固态产物产率变化的相关关系式. 据此建立了从储层固体沥青入手的、适合原油裂解成因天然气资源量的预测模型, 并建立了基于质量守恒原理的验证公式. 从实验基础和实际应用两个方面讨论了预测模型的影响因素及应用条件. 该模型的提出, 将为中国高-过成熟海相碳酸盐岩地区天然气资源评价和古油藏恢复提供新的思路和启发, 可望具有较好的应用价值.     

中国海相盆地的形成与演化

中国海相沉积盆地的形成与演化主要经历了两大构造期和5个构造演化阶段．两大构造期是指早古生代板块离散-漂移控制下的海相盆地形成和晚古生代以来板块聚敛-碰撞控制下的盆地叠加改造这两大构造期．5个演化阶段如下：①元古界-中石炭世，小陆壳板块在大洋中的漂移和以碳酸盐岩沉积为主的海相盆地的形成；②晚石炭世-中三叠世，陆壳板块向北的拼合聚敛和海陆交互相沉积盆地的发育；③晚三叠世-早白垩世，板块拼贴以后的构造稳定阶段和陆内沉降控制的湖相沉积盆地的叠加；④晚白垩世-古近纪，受新特提斯洋和西太平洋板块活动的影响，海相沉积盆地经受陆内变形，发生埋藏、隆升剥蚀或破碎；⑤新近纪以来，受印度板块与亚欧板块的碰撞及其远距离效应的影响，海相沉积盆地边缘发生前陆挤压和盆山耦合作用．构造演化过程控制了中国海相沉积盆地的石油地质特征，古生代海相沉积盆地的形成奠定了油气藏形成的物质基础，中新生代的构造叠加与改造决定了油气成藏与保存的关键条件．晚元古代-早古生代，漂移在大洋中的古板块上沉积的深水相泥页岩和陆缘海碳酸盐岩层序中，发育了优质的海相烃源岩和礁滩相储集层．晚古生代，陆壳板块聚敛并上升成陆，克拉通盆地内部的古隆起成为油气运移、聚集和储集的良好空间，同时海陆交互相沉积的煤系地层形成了区域性的封盖层．中新生代的构造稳定性决定了古生代海相盆地的保存条件．具有前寒武系结晶基底，构造活动相对稳定，盆地改造程度低的海相沉积盆地和其中古油气藏容易保存，例如塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等都是有利于海相油气勘探的地区．     

塔里木盆地深部流体改造型碳酸盐岩油气聚集

塔里木盆地深部流体活动具有分区性特点．位于盆地西部的塔中隆起西部井下岩石及原油稀土元素分析、二氧化碳的碳同位素分析以及储层流体包裹体测温证实了深部流体的存在．盆地基底以下的深部流体通过深大断裂及火山活动进入盆地内，通过物质和能量交换对碳酸盐岩储层进行溶蚀和交代，使碳酸盐岩储集层的孔隙度、渗透率结构发生改变而使其储集性能发生改变，从而形成深埋改造型的优质碳酸盐岩储层．塔中隆起西部地区沿大断裂及火山活动区发现的萤石矿带是深部流体作用的产物，是塔中45井油田的主要储集层类型．热液白云岩化使英买7井碳酸盐岩储层得到明显改善．深部流体的来源及其活动范围与盆地内深大断裂以及火山活动密切相关，深大断裂以及火山岩发育区可以作为寻找深部流体改造型储层的指针．深部流体改造型碳酸盐岩油气聚集的基本特点是大型断裂及火山通道附近聚集、火山活动之后晚期成藏、受岩性物性控制的隐蔽油气藏．     

香港坪洲岛早第三纪地层发现优质烃源岩

香港地区至今没有发现过优质烃源岩, 坪洲组是香港及其周边地区惟一出露的中-新生代沉积岩, 坪洲组烃源岩有机质丰度高, 有机碳含量平均达1.9%, 氯仿沥青“A”含量0.14%~0.24%, 总烃含量880~1800 mg/g, 烃转化率在5~9之间, 热解氢指数达400~600 mgHC/gC, 显示为优质烃源岩的丰度特 征, 层状藻类体是坪洲组源岩的主要有机显微组分, 地球化学特征亦显示了坪洲组烃源岩的有机质类型为Ⅰ和Ⅱ₁, 含有较丰富的伽玛蜡烷和g, b-胡萝卜烷及C₂₄四环萜烷, 表明其形成于咸水和半咸水的沉积环境, 且该套烃源岩处于成熟期的生油窗阶段, 源岩裂隙方解石脉中有机包裹体的大量存在表明了其已经生成了一定数量的石油并发生了二次运移. 坪洲组地层厚度大, 优质烃源岩的厚度在200~300 m以上, 表明其油气生成潜力十分可观. 坪洲组优质烃源岩的发现, 对我国南部海域的油气资源勘探将具有十分重要的意义.     

陆相凝析气藏中沥青垫的发现及其地质意义

沥青垫(Tar mats,有人译为焦沥青)是沥青质富集带,常发育于凝析气藏和轻质油藏中,是油气藏中的有机隔层.近年来,随着薄层色谱-氢火焰检测技术(TCL-FID)广泛地应用于油藏有机地球化学描述中,使得油藏内沥青垫的确认成为现实.国外已报道了来源于海相烃源岩沥青垫的地球化学特征及其形成机理,但对来源于陆相烃源岩的沥青垫至今未见报道.作者在对塔里木盆地油藏地球化学研究中,在牙哈油气田陆相凝析气藏中发现两层沥青垫,并对其地球化学特征进行剖析.本文选择牙哈2井下第三系凝析气藏中沥青垫作为研究对象,试图建立陆相凝析气藏中沥青垫确认的地球化学标志.1 沥青垫分布产状与储层特征现有资料表明,牙哈油气田第三系和白垩系产层中的油气来自库车坳陷陆相三叠～侏罗系生油岩.牙哈2井沥青垫储层岩性为下第三系细砂岩,岩矿成分以石英为主,含量为50%～60%,一般低于65%;长石含量7%～23%,平均为21%,以正长石为主;岩屑含量14%～34%,平均为24%.颗粒分选中～好,次圆～次棱角状.储层孔隙度分布在2.06%～12.69%,平均值为8.63%;渗透率为31.5×10~(-3)～57.7×10~(-3)μm~2,平均值为18.2×10~(-3)μm~2.沥青垫储层孔、渗低于上覆油层段孔隙度(15.31%～19.27%)和渗透率(53.7×10~(-3)～885.2×10~(-3)μm),但又明显高     

不同母质来源的沥青质热解动力学研究

对不同母质来源的沥青质进行了较详细的热解动力学研究，实验结果表明母质为Ⅰ型干酪根的沥青质其活化能分布范围宽，活化能在350kJ/mol以上时仍有较大量的生烃； Ⅱ型和Ⅲ型干酪根的沥青质其活化能分布范围相对较窄，活化能在350kJ/mol以上时分别只有少量烃生成和几乎无烃生成．针对具体母质来源的沥青质，热解动力学研究可以指示其成熟度状况．同时，结合对热解动力学参数频率因子的深入讨论，认为来自于Ⅰ型干酪根的沥青质具有高的再生油能力，而沥青质在油成气的潜力方面，则按照母质干酪根Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ型的顺序依次降低．     

原油高温裂解生气潜力与气体特征

原油裂解气是高过成熟海相盆地的重要气源之一, 但对其生气潜力的评价及气体特征还没有一个明确的认识. 通过对塔里木盆地塔中62井志留系原油的连续热解与分步热解实验, 发现在C_1-5总气质量产率达到最大后(EasyRo=2.3%), 原油残余物的最大生气潜力为43.4 mL/g原油, 仅为初始原油产气率的12%. 结合动力学模拟结果, 认为该原油样品裂解的主生气期对应的EasyRo值介于1.6%~2.3%之间. 在封闭系统中, EasyRo>2.3%之后原油裂解气体积的增加主要与重烃气体的二次裂解有关, 并不是原油进一步直接裂解的产物. 实验结果表明, 原油残余物裂解气具有干燥系数大(> 92%)、甲烷碳同位素重的特征(介于-28.7‰ ~ -26.7‰), 与封闭体系中连续热解气存在明显的区别. 甲烷碳同位素分馏动力学模拟结果表明, 在一般地质条件下(2℃/Ma), 主生气期内(EasyRo<2.3%)的原油裂解气甲烷碳同位素远低于原油的初始碳同位素值. 本研究结果为高-过成熟盆地原油裂解气的客观评价提供了新的思路.     

陆相烃源岩未-低成熟无定形干酪根的荧光变化特征及其类型划分

无定形干酪根在烃源岩中占有极其重要的地位,是成烃作用最主要的物质基础,其含量一般占总有机质的70%以上.然而,其研究程度最低,分类术语也较混乱,对烃源岩生烃评价有很大影响.因此,加强无定形干酪根光性、成因及生烃潜力的综合研究对油气勘探具有重要意义.本研究应用显微荧光分析技术对我国典型陆相烃源岩无定形干酪根荧光变化规律进行了系统研究,提出应用二项荧光参数I_(546)~(20)(激发20min后546nm处荧光强度)与R(I_(546)~(20)/I_(546)~0,激发20min荧光强度与开始激发时荧光强度之比)划分其类型的方法.在此基础上,应用RockEval研究不同类型无定形干酪根的生烃潜力     

生物降解稠油的成藏及次生变化：济阳拗陷郑家-王庄油田油藏剖面实例研究

多种地球化学指标证明，济阳拗陷郑家．王庄稠油油田原油来自沙四上亚段成熟烃源岩的贡献．原油生物降解程度为2～8级；生物降解是导致原油稠化的主要原因；垂向上从油柱顶部向底部生物降解程度增加，发育良好的生物降解梯度．甾烷、萜烷、甲基菲等参数计算表明原油与沥青砂的母源成熟度在0．7—0．9左右，Easy Ro模型计算母源生烃温度为120～140℃，与储层包裹体实测均一温度吻合．实测均一温度代表的是烃源岩的生烃温度，与充注时的储层温度差别较大，反映原油的充注是一个快速过程．同时也说明成藏期与生烃高峰期一致．据生烃史计算，成藏时间为7～15Ma．生物降解序列与动力学计算研究认为，研究区原油生物降解时间约为4～15Ma．     

西藏日喀则晚白垩世冷泉碳酸盐岩的发现及其特征

冷泉广泛发育于大陆边缘海底,与天然气水合物资源,甲烷温室气体及极端环境的生物资源等重大问题密切相关,因此受到越来越多的关注.目前,已在全球泥盆纪到第四纪地层中发现了代表古代冷泉活动的自生碳酸盐岩或生物化石,但鲜有在我国大陆范围内发现确切古冷泉沉积的相关报道.本文报道了我国大陆境内首个确切的古代冷泉碳酸盐岩沉积——西藏日喀则晚白垩世冷泉碳酸盐岩.日喀则冷泉碳酸盐岩呈结核状产出于晚白垩世日喀则弧前盆地深水浊流沉积地层中,主要由自生碳酸盐矿物(平均约56.2%)、石英和长石碎屑矿物(平均约27.3%)及绿泥石、伊利石和蒙脱石黏土矿物(平均约16.5%)组成.碳酸盐岩结核发育有泥微晶凝块、团块和草莓状黄铁矿等现代冷泉碳酸盐岩中常见的沉积组构.碳酸盐矿物13C值为27.7‰～4.0‰(V-PDB),表明冷泉渗漏的热解成因甲烷是日喀则碳酸盐岩结核的主要碳源.冷泉碳酸盐岩的Ce/Ce*值经La异常校正后显示无真Ce异常,反映形成于以还原为主的环境.日喀则碳酸盐岩结核的这些特征是日喀则弧前盆地海底在晚白垩世发育有冷泉甲烷渗漏活动的有力证据.     

鄂尔多斯盆地西部平凉组烃源岩特征及其影响因素

采用有机地球化学和有机岩石学研究方法，对鄂尔多斯盆地西缘平凉组烃源岩进行了系统评价．该区平凉组烃源岩有机质丰度具有下段高于上段、泥岩高于泥灰岩和灰岩的分布特点，有机质类型绝大多数属于腐泥型，石板沟和桌子山剖面有少数样品为腐殖腐泥型特征，为进一步评价鄂尔多斯盆地西缘油气资源潜力提供了基础．另外，采用碳酸盐碳氧同位素等多种方法和稀土元素分异程度的测定资料分别对该区古盐度和沉积速率进行了推算，研究了水体和沉积速率对烃源岩有机质丰度和类型的控制作用，认为水体盐度与有机质丰度之间具有正相关性，而对有机质类型影响很弱；沉积速率与烃源岩有机质的丰度和类型之间也有直接联系，沉积速率慢，有机质丰度较高，类型较好；相反沉积速率快，有机质丰度较低，类型较差，这为预测有利烃源岩分布提供了科学依据．