准噶尔盆地中拐—五、八区天然气地球化学特征及分布规律_工程实践

摘要

摘要：中拐-五、八区是准噶尔盆地西北缘天然气勘探最为重要的区域。在综合分析天然气化学组分、稳定碳同位素及C7轻烃化合物特征的基础上，对该区二叠系天然气地球化学特征及分

摘要：中拐-五、八区是准噶尔盆地西北缘天然气勘探最为重要的区域。在综合分析天然气化学组分、稳定碳同位素及C₇轻烃化合物特征的基础上，对该区二叠系天然气地球化学特征及分布规律进行了研究。从化学组成上看，可将该区天然气划分为低氮气含量的湿气和干气2种类型；从成因类型上看，有原油二次裂解形成的油型气、干酪根初次裂解形成的煤型气及二者的混源气等3种类型。根据不同成因类型天然气在纵向和横向上的分布特征，认为不整合面和断源断裂对于天然气的分布具有明显的控制作用，具体表现为：在二叠系佳木河组顶部不整合面附近地层内主要分布油型气与煤型气的混源气，而在较大规模的断源断裂附近易于富集煤型气；在不整合和断裂不发育的区域，风城组及其上覆地层中易于富集油型气，佳木河组则广泛分布煤型气。

关键词：地球化学特征；化学组分；成因类型；碳同位素；分布规律；断源断裂；中拐-五、八区；准噶尔盆地

中拐-五、八区位于准噶尔盆地西北缘克百断裂带下盘、红山嘴东侧断裂以东、红3井东侧断裂以北和中拐凸起北翼的玛湖西斜坡。该区整体构造为东南倾的单斜，沉积地层较为齐全。其中二叠系佳木河组(P₁jm)和上乌尔禾组(P₂sw)沉积范围广，是该区目前天然气勘探的主要目的层。二叠系佳木河组和风城组(P₁f)两套烃源岩最有可能对中拐-五八区的油气有贡献^[1]。佳木河组烃源岩有机质丰度偏低，有机碳平均含量为0.55%，有机质类型以腐殖型为主，个别为偏腐泥混合型和偏腐殖混合型；实测镜质体反射率多为1.38%～1.9%，属高成熟的气源岩。风城组为海陆过渡环境的残留海渴湖相沉积，烃源岩有机质含量多大于1.O0%，最高可达6.68%；有机质类型多为腐泥-混合型；镜质体反射率为0.85%～1.16%，属成熟高成熟的优质油源岩。

准噶尔盆地的天然气勘探进程相对缓慢^[2～3]，尤其西北缘探明率明显较低，仅为7.75%^[4^～5]。为降低勘探风险，需准确认识天然气的基本特征及分布规律。为此，笔者在前人研究工作的基础上^[1，6～7]，对西北缘中拐-五、八区的天然气地球化学特征及分布规律进一步探讨，以期对下一步天然气勘探有所启示。

1 天然气地球化学特征及成因类型

1.1 天然气化学组成特征

研究区天然气主要分布在二叠系佳木河组、下乌尔禾组(P₂xw)和上乌尔禾组3个层组。天然气组分以烃类为主(表1)。其中，甲烷平均含量可达91.65%，主要分布区间为88.45%～93.45%；重烃(C²⁺)含量相对较低，平均含量仅为4.9%，主要分布在4.45%～6.75%。干燥系数(C₁/C_1-5)分布在0.78～0.98，干气(C₁/C_1-5≥0.95)样品数和湿气(C₁/C_1-5＜0.95)样品数几乎相当。非烃组分中主要为N₂，平均含量为2.10%；C0₂平均含量仅为0.16%。因此，研究区天然气可分为低氮气含量的干气和湿气2种类型。其中，在佳木河组和上乌尔禾组湿气与干气均有分布，而下乌尔禾组仅有干气分布。

1.2 天然气稳定碳同位素特征

研究区天然气甲烷碳同位素值多小于-30‰，主要为-38.51‰～-33.44%。，平均值为-36.83‰。乙烷、丙烷和丁烷的碳同位素值明显偏重，其中，乙烷碳同位素值为-32.59‰～ -22.98‰；丙烷碳同位素值为-31.18‰～-20.12‰；丁烷的碳同位素值为-30.64‰～-20.02‰(图1-a)。总体上看来，研究区内天然气样品均具正碳同位素系列的特征(部分发生轻微倒转)，应为有机成因气^[8～10]，部分样品发生轻微倒转的原因可能主要在于有少量不同来源或不同成熟度的天然气混入。各层组之间天然气的稳定碳同位素值存在差异，佳木河组和上乌尔禾组天然气甲烷碳同位素值变化范围相对较大，且碳同位素系列有倒转现象，反映来源具有多样性(图1-b和图1-d)；下乌尔禾组天然气甲烷碳同位素值分布范围较小，且明显偏轻，烷烃气碳同位素值呈正碳同位素系列分布特征，反映来源单一(图1-c)。

1.3 天然气成因类型

与干酪根初次裂解气相比，原油二次裂解气以C₃的递减速率高为特征。因此，利用(δ¹²C₂-δ¹³C₃)值与ln(C₂/C₃)值相关关系可有效区分干酪根初次裂解气和原油二次裂解气^[11～12]。据此可判断下乌尔禾组天然气均为原油二次裂解成因气，而佳木河组和上乌尔禾组天然气成因类型相对多样，既有干酪根初次裂解成因天然气，也有原油二次裂解成因气，同时也可能存在二者混合气(图2)。

此外，利用C₇轻烃系列化合物和烷烃碳同位素值^[13～15]也可有效判别天然气成因类型。如图3所示，天然气样品明显呈3个点群分布：Ⅰ类甲基环己烷(MCC₆)含量相对较高，二甲基环戊烷(DMCC₅)含量低(小于10%)，为典型的煤型气；Ⅱ类二甲基环戊烷的相对含量则有明显增高(大于20%)，属油型气；Ⅲ类C₇轻烃系列的相对含量介于Ⅰ类和Ⅱ类之间，为油型气和煤型气的混源气。

结合天然气样品在δ¹³C₁-δ¹³C₂-δ¹³C₃关系图版(图4)上的分布特征，可综合判定研究区佳木河组分布有干酪根初次裂解而成的煤型气和混源气2种天然气，下乌尔禾组天然气均为原油二次裂解而成的油型气，而上乌尔禾组三者皆有分布。

2 天然气分布规律

2.1 纵向分布规律

中拐-五、八区不同成因类型的天然气在纵向分布上比较复杂，佳木河组和上乌尔禾组内天然气类型多样，而位于其二者之间的下乌尔禾组天然气类型单一。这一分布现象与地层沉积特征密切相关。下乌尔禾组展布范围相对下伏风城组较小，受风城组烃源岩阻隔的影响，仅能捕获源自风城组烃源岩的油型气；上乌尔禾组沉积范围广，超覆在下伏地层之上，底部为一重要的区域不整合，具有捕获源白风城组烃源岩的油型气和源自佳木河组烃源岩的煤型气的条件；佳木河组顶部同样为研究区内一重要的不整合面(受强烈剥蚀地区和上乌尔禾组底部不整合相重合)，源自风城组烃源岩的油型气可沿该不整合运移进入佳木河组，与佳木河组烃源岩自身生成的煤型气相混合形成混源气，具体表现为在距佳木河组顶部不整合面较远的位置(一般大于300m)分布的均为典型的煤型气，而在距其顶部不整合面较近的位置(一般小于200m)分布的以混源气为主。

2.2 平面展布规律

不同类型天然气在平面上呈条带状分布(图5)。油型气主要沿风城组尖灭线分布，该处紧邻风城组烃源岩，油型气供给充足。混源气均分布于风城组尖灭线以外的区域，该区域为佳木河组烃源岩的主要分布区，同时也是风城组烃源岩排烃的有利指向区，易于煤型气与油型气发生混合。佳木河组内部的煤型气由于为自生自储成因，分布相对广泛；而上乌尔禾组煤型气均集中分布在五区南断裂附近，该断裂为断至佳木河组内部的断源断裂，表明断源断裂是佳木河组烃源岩垂向排烃的优势通道。

3 结论

1) 中拐-五、八区二叠系天然气可划分为低含氮量的干气和湿气。其中，在佳木河组和上乌尔禾组2类天然气均有分布，而下乌尔禾组仅分布有干气。

2) 依据成因类型，研究区天然气可分为干酪根初次裂解形成的煤型气、原油二次裂解形成的油型气及二者的混源气等3种类型。其中，下乌尔禾组天然气均为油型气；佳木河组有油型气和混源气2种类型；在上乌尔禾组3种成因类型天然气均有发现。

3) 不整合面及断源断裂对于不同成冈类型的天然气的分布具有明显的控制作用。佳木河组顶部不整合面附近主要分布油型气与煤型气的混源气，而在断源断裂附近易于富集煤型气；在不整合和断裂不发育的区域，油型气主要富集于风城组及其上覆的地层，佳木河组内部则广泛分布煤型气。

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(本文作者：杨海风^1，2 柳广弟¹ 杨海波³ 王波⁴ 1.油气资源与探测国家重点实验室·中国石油大学(北京)；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司；3.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院；4.中海油能源发展钻采工程研究院)