辽河坳陷滩海东部地区天然气地球化学特征及有机热成因-无机成因双源模式

辽河坳陷滩海东部地区葵探1井获得天然气重大突破,其侏罗系、古近系天然气的甲烷碳同位素组成(δ^(13)C_(1))差异大,确定天然气成因与气源岩对于评价天然气资源潜力及选择勘探目标具有重要意义。系统分析了滩海东部地区古近系东营组、沙河街组三段和侏罗系小东沟组3套含气层系的天然气组分、稳定碳同位素组成等地球化学特征,对天然气成因和来源进行探讨。滩海东部地区发育有机热成因气和无机成因气2种类型:(1)古近系东营组和沙三段天然气为煤型有机热成因气,成分以甲烷为主,干燥系数介于0.789~0.949,δ^(13)C_(1)值主要在-35‰左右。主要气源岩为盖州滩洼陷沙三中下亚段泥岩,R_(o)在0.77%~1.59%之间。中浅层东营组天然气成熟度显著高于同深度泥岩,表明天然气来源于深部地层;而深层沙河街组三段天然气成熟度与同深度泥岩差异不大,表明天然气以原地聚集为主。(2)侏罗系小东沟组天然气为无机成因气,干燥系数平均值为0.991,δ^(13)C_(1)值>-20‰;推测东营末期深大断裂大规模走滑活动沟通地壳深部与地幔,费托合成的无机天然气沿断裂带运聚成藏。盖州滩洼陷沙三段成熟烃源岩分布区与营口—佟二堡走滑断裂带是分别探索有机热成因型与无机成因型天然气的有利目标区带。

美国典型富氦无机成因气田中氦气地质特征与聚集机制

美国广泛发育具有经济效益的富氦无机成因天然气田,如其中富氦氮气田甚至可以含有高达10%的氦。原地和周边地区的基底提供充足的氦源而氮气可来自不同圈层,且通常N_(2)/He(He>0.1%)在5~50之间。但是富氦氮气田在美国独特地质环境之外是否也有发现还需要进一步的研究。富氦二氧化碳气田中的氦主要也来自壳源且产量可观。科罗拉多高原上的富氦二氧化碳气田均被认为是来源于新生代晚期的岩浆活动,且该地区岩浆岩具有较高的U、Th含量。地下水溶气脱气-再溶解(Groundwater Gas Stripping and Re-dissolution,GGS-R)模型被普遍认为可以合理解释CO_(2)气藏中氮气、氦等惰性气体的聚集成藏机制。具体来说,幔源CO_(2)载体气充注时将溶解在地下水中的大气源惰性气体与壳源惰性气体脱出成藏,并与地下水达到水/气溶解平衡。虽然不同气田的平衡值各有不同,但是科罗拉多高原上的各气田均显示出相似的范围值,即在相应的储层压力和温度下为0~100 cm^(3)水/cm^(3)气。本文系统分析美国无机成因富氦气藏的氦气生成、运移和聚集机制,讨论氦气在经历氦源岩内游离相扩散初次运移后通过水溶相、气容相集流或是多相渗流方式进行的二次运移及由无机成因载体气N_(2)和CO_(2)共同参与的富集成藏机制,既可为我国氦气勘查提供理论认识依据,也可为二氧化碳地质评价和开发利用及安全封存提供参考。

松辽盆地徐家围子断陷无机成因天然气及其成藏模式

通过对徐家围子地区天然气组分、同位素资料以及气体包裹体资料的综合分析认为 ,该地区存在无机成因天然气。烃类气体中具有重碳同位素异常 ( >- 2 0‰ )和负碳同位素系列(δ13C1>δ13C2 >δ13C3)的同位素分布特征 ,表现出无机成因烃类气体的特点。高含量的无机CO2 气体和幔源氦的发现 ,指示着该区无机成因天然气主要来自于地球的深部。地幔热柱上升在地壳不同圈层中引起的岩浆火山活动是无机天然气的主要来源 ,而由此形成的地壳“网状”结构和基底大断裂是无机气上升运移至浅部聚集成藏的主要运移通道。构造活动间歇期和活动期分别以渗流方式和幕式涌流方式向上运移可能是深部流体运移的两种主要方式。古隆起带、岩浆侵入带以及基底大断裂带是无机成因天然气的有利聚集带。

无机成因天然气的地球化学特征

甲烷(CH4)等烃类气体自地球深部逸出的同时,还伴随有其它气体,如CO2、CO、N2、H2S、H2、He、Ne、Ar等,统称为无机成因天然气。无机成因天然气与生物成因天然气在地球化学特征上存在显著的差异,主要表现在化学成分和同位素组成特征。无机成因CH4的干燥系数较大,δ13C1值几乎都大于-25‰,且CH4及其同系物碳同位素组成的分布随碳数的增大而变轻(反序);无机成因CO2碳同位素较重;稀有气体中w(3He)/w(4He)值较低等。这些特征是判别无机成因天然气的重要地球化学指标。

松辽盆地无机成因气富集规律研究

文章通过松辽盆地无机成因气类型、分布规律及成藏特征研究,认为松辽盆地无机成因气的富集主要受两方面因素控制即热流底辟体、壳内岩浆房、火山岩和区域深大断裂制约着无机气分布区;无机成因气主要分布在莫霍面埋藏较浅部位,并与深大断裂、壳内岩浆房、火山岩和热异常相伴产出。松辽盆地共有4期无机气释放时期即断陷期、坳陷期、构造反转期及新生代释放期,后3期为主要成藏时期,具有晚期成藏的特征;火山岩圈闭和气源断层控制的位于区域性盖层之下的圈闭为无机气聚集的有利目标区。

松辽盆地无机成因气藏模式

松辽盆地自 1994年发现肇州西和昌德两个无机烷烃气藏以来 ,近几年生产实践中又发现了一批无机成因烷烃气和幔源CO2 气井 ,对老井资料复查也发现一些井中有无机成因烷烃气的存在 ,使松辽盆地无机成因烷烃气的分布有所扩大。在松辽盆地的气藏中无机成因烷烃气、幔源CO2 气与生物成因的烷烃气、CO2 气的组合模型有以下几种 :纯无机成因烷烃气藏、纯幔源CO2 气藏、无机成因烷烃气与幔源CO2 气的混合气藏、无机成因烷烃气与有机成因CO2 气的混合气藏、下部为无机成因烷烃气上部为有机成因烷烃气的叠合气藏等五种。证明松辽盆地存在着无机成因与有机成因烷烃气与CO2 气 ,并且具有商业价值。

松辽盆地南部无机成因CO2成藏机制研究

CO2碳同位素等地球化学特征显示,松辽盆地南部多处发现的高含量CO2气藏属于无机成因天然气。通过对盆地深部壳幔结构、深部热异常分布及长岭断陷火山活动等的综合研究,认为:松辽盆地深部热流异常的分布区是幔源气体的源头,而中上地壳的低速高导体是把地幔流体中CO2通过壳内火山岩浆活动输送到盆地地层的中转站;长岭断陷在断陷期形成的大规模火山,为盆地晚期幔源气提供了储存空间;无机气具有晚期成藏特征,长岭地区与乾安—前神字井控陷断裂上盘的大型火山岩体是无机成因CO2聚集的主要区域。

无机成因油气论和无机成因的气田(藏)概略

我国无机成因油气理论的研究走在世界的前沿。科学实践证明 ,在油气中很大部分 ,特别是石油是有机成因的 ,然而并不排除在油气中相当多的部分 ,特别是天然气是无机成因的。无机成因的烷烃气的甲烷一般δ1 3C1 >-30‰ ,具负碳同位素系列 ,甲烷的 CH4/ 3He值为 n× 10 5～ 7。无机成因的二氧化碳的δ1 3CCO2 >- 8‰。我国的昌德气田可能是迄今为止发现的第一个以烷烃气为主的无机成因气藏。无机成因二氧化碳和烷烃气有利发育带主要分布在 :莫霍面隆起或地幔柱上隆地区 ;热流值大于 1.3HFU,地温梯度大于 3.5℃ / 10 0 m的高热 -热构造区带 ;R/Ra>1正异常带 ,特别在 R/ Ra>2的地带往往发现气藏 ;近期或较新时代玄武岩或岩浆活动带 ,以及沿气源断裂区等。

徐家围子断陷无机成因气证据及其份额估算

松辽盆地徐家围子断陷发育各种成因天然气,其无机成因烷烃气具有典型的负碳同位素系列(1δ3C1>1δ3C2>δ13C3>1δ3C4),并且甲烷碳同位素组成大于-30‰,R/Ra大于0.5。根据二源混合(无机成因气与热成因气的混合)模拟计算结果,无机成因气端元组分与煤成气或油型气混合后,大部分混合气都需要无机成因气所占比例高于80%才能发生负碳同位素系列,混合气的甲烷碳同位素组成远远偏重于徐家围子断陷无机成因甲烷的碳同位素组成主峰值。因此,认为徐家围子断陷无机成因烷烃气不可能完全是二源混合的结果。另外,煤成气与油型气之间的混合模拟说明有机成因气之间的混合无法产生负碳同位素系列,进一步佐证了徐家围子断陷深层天然气负碳同位素系列的无机成因。

松辽盆地北部无机成因CO_2富集区带预测

为了探索无机成因CO2 成矿成藏的预测系统 ,选择松辽盆地北部为典型研究区 ,给定并探讨了CO2成矿成藏的六条预测原则和六项约束条件。其预测原则要求研究CO2 成矿成藏的构造环境、母源物质、动力因素、疏导通道、组织结构、演化序列等内容 ;其约束条件因地而异 ,需从壳内高导低速体、岩浆母源、多元动力、区域深断裂、拆离滑脱层、新构造制约等加以判别。从而区分出松辽盆地北部CO2 有利富集带 :北西西向和北北东向共轭断裂系CO2 富集带 ;讷河—五大连池断裂带CO2 富集带 ;近南北向隆起带CO2 富集带。初步认为 ,CO2 成矿成藏的构造环境离不开地幔上涌和壳内高导低速体的制约 ;母源物质离不开岩浆母源和碳酸盐岩的约束 ;动力因素是多元的 ;疏导途径与深断裂系统有关 ;气藏 (田 )结构与反转构造乃至区域拆离滑脱相关联 ;气藏 (田 )演化的最新调整与新构造运动相一致。

普光气田的天然气可能是无机成因的

普光气田天然气的成因由于地质储量和气源等认识有待深入而备受关注。普光气田的深部中地壳存在一个低速层,该低速层是一个塑性层,具流变性质,是充满气体及离子的热液流体。一方面,热液流体与橄榄岩等超基性岩发生蚀变反应,生成Fe2+、Mg2+及V、Ni等;另一方面,CO2(或CO)与H2在中地壳的恰当温度、压力下,在V、Ni等金属的催化下,发生费—托合成烃的反应。这时,携带K+、Na+、Cl-、Fe2+、Mg2+的热液体上升到沉积地层,当遇到碳酸盐岩时,便发生Mg2+交代或Fe2+、Mg2+交代形成铁白云石及盐岩等,当遇到碎屑岩(硅酸盐)时,便发生绿泥石化(Mg2+交代)、伊利石化(K+交代)、蒙脱石化(Mg2+交代)作用并生成盐类矿物。费—托反应生成的烃可沿断裂系统上升到储层中(如白云岩及砂岩)而成藏。研究结果表明,普光气田天然气的成因及成藏模式可能就是通过上述途径实现的,即普光气田的天然气可能是无机成因的。川东地区还是一个地球强烈排气的区域,那些尚没有圈闭成藏的天然气影响了当地气候(如酷热、森林大火等)。结论认为:寻找普光气田型的天然气藏(生物礁—白云岩—膏盐组合)是21世纪四川盆地天然气勘探的主要目标。

油气无机成因学说的新进展

介绍了油气无机成因学说的新发展，主要是目前在西方、俄罗斯等影响较大的关于无机生油气的几个学派以及在中国的一些学派。其中之一是Ｇｏｌｄ氏的地幔脱气理论，之二是费－托地质合成理论。

无机成因天然气藏形成条件分析

探讨了无机成因气形成的构造地质条件、物理化学条件和成藏条件,侧重讨论不同于有机成因气的常规控制条件的特殊方面。并对无机成因气和有机成因气的成藏条件作了比较分析。

地壳的新的地球物理模型与石油的无机成因说

根据深地震测深法、大爆破、天然地震转换波法、区域性对比折射法、共深度点法，结合重、磁、电法等地球物理方法，建立了含油气盆地的“缺花岗岩”型的地壳模型，这种模型利于地质条件下费托合成无机油气；近期提出的深部—浅部“立交桥模型”更为这种油气生成、运移成藏提供了可能；而沥青、干酪根的Pb、Sr、Nd同位素数据则为原油的无机成因揭示了十分可靠的证据。

松辽盆地无机成因气碳同位素判识指标探讨

国内外典型无机气δ13C1变化范围大(-3.2‰～-29.99‰),因而不同学者在无机气的δ13C判识指标上分歧也较大,直接影响了对天然气成因的判识。对松辽盆地大量不同类型不同层位的岩石样品进行了模拟实验,分析了岩石模拟产物δ13C1和δ13C2随温度的变化关系以及产物δ13C系列关系。模拟实验结果表明:松辽盆地岩石模拟产物δ13C1和δ13C2随模拟温度增加而变重,δ13C1最重可达-18.5‰,而盆地典型无机气δ13C1最重为-16.7‰。因此,根据模拟实验、盆地典型无机气特征等初步确定了松辽盆地无机气与有机气的判识界限值:δ13C1大于-19‰一般为无机气;同时根据盆地实际地质特征指出,对于δ13C1在-20‰～-30‰的天然气来说,单体碳同位素系列是否完全倒转是判识其成因的最有效的指标。无机气与有机气的δ13C判识指标,应围绕特定的盆地进行,这样才能更有效地识别无机成因气。

中国两类无机成因CO_2组合、脱气模型及构造专属性

我国慢源－岩浆成因ＣＯ２具典型碳同位素值，３Ｈｅ／４Ｈｅ值高，Ｈｅ含量高，伴生无机成因ＣＨ４含量低，ＣＯ２含量和Ｈｅ同位素比值相关性好；变质成因ＣＯ２的碳同位素值较典型值偏低，但仍比慢源－岩浆成因的高１‰～２‰，３Ｈｅ／４Ｈｅ值低（典型壳源），Ｈｅ含量低，伴生无机成因ＣＨ４含量较高。伸展盆地慢源－岩浆气释放条件优越，但缺少生成大量变质成因ＣＯ２的条件，后者主要形成于扭压构造背景。伸展盆地在上地慢至下地壳、中地壳和上地壳具不同的释气系统，这种多级脱气模式决定了伸展盆地中慢源－岩浆气沿北西和北东向断裂交汇带（窗口）释入浅部，沿北东向伸展断裂运移并聚集成藏。中国东部ＣＯ２气藏主要为慢源－岩浆成因，主要形成于伸展盆地发育期（早第三纪和晚中生代）和晚第三纪至第四纪中国东部北西西向玄武岩带活动期。

无机成因二氧化碳气成藏研究

在总结不同成因条件下CO2成藏地球化学特征、形成条件、气藏分布以及受控的地质—构造环境的基础上,对松辽盆地不同类型火山岩CO2气体脱气进行实验研究,得出了不同岩性的CO2脱气参数;对韧性和脆性剪切作用的动力变质系统条件下构造变形岩石CO2气体释放量进行了模拟计算;对接触变质作用条件下碳酸盐岩石CO2气体释放量进行了地球化学模拟计算。在上述研究的基础上,提出了在火山脱气、动力变质和接触变质作用条件下CO2的形成机制以及气体释放量的计算模型。指出了我国无机成因CO2气藏的分布规律和勘探目标。

松辽盆地无机成因气及气源模式

松辽盆地发现了万金塔、乾安、孤店和昌德东4个二氧化碳气藏,并在徐家围子地区发现了无机烃气的踪迹,同时在盆地北部发现多处氦气异常,主要为幔源成因,证实了幔源气体在该区存在的普遍性。对气藏成藏条件和深部壳幔结构的研究表明,松辽盆地存在多种类型无机“气源”,由于赋存的地质条件和演化过程不同,不同气源脱气的方式、脱出气体的类型、脱气量也大不相同,共有4种主要的模式:地幔物质沿超岩石圈断裂直接脱气模式;热流底辟体脱气模式;火山—岩浆成因模式;碳酸盐岩热变质成因模式。松辽盆地热流底辟体、壳内岩浆房和火山岩在空间上叠置,且已发现的无机二氧化碳气富集区与这三者密切相关,表明热流底辟体脱气模式和火山—岩浆成因模式是无机成因气主要的“气源”模式。

松辽盆地无机成因天然气及勘探方向探讨

地球化学特征显示 ,松辽盆地在多处发现的高含量CO2 气藏属于无机成因天然气 ,徐家围子地区发现的具重碳同位素和负碳同位素系列的烃类气体说明盆地内不仅存在无机成因的CO2 气藏 ,而且也极有可能形成无机成因的烃类气藏。盆地深部地质研究表明 ,地幔上隆、地壳减薄、地壳中发育的“网状”结构以及部分深大断裂的发育 ,使松辽盆地具备了形成无机成因气的条件 ,也说明盆地内现在发现的无机成因天然气可能来源于地球深部。地球内部不同圈层内发育的流体是无机成因天然气形成的基础。松辽盆地古中央隆起带两侧、西部凹陷区是无机成因天然气发育的有利地区 ;