倪春華，周小進(jìn) 王保華（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫214151）

鄂爾多斯盆地南部地區(qū)富古4井硫化氫成因探討

倪春華，周小進(jìn) 王保華（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫214151）

硫化氫是天然氣中的有害成分，在碳酸鹽巖油氣藏中比較常見，通常與碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中發(fā)育的膏質(zhì)巖類有關(guān)。硫化氫的成因主要包括以下3種：生物成因、熱化學(xué)成因和火山噴發(fā)成因。鄂爾多斯南部地區(qū)富古4井奧陶系天然氣為低含硫化氫氣藏（硫化氫含量為0.71%），在對(duì)其地球化學(xué)特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合富縣地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和富古4井盆地模擬結(jié)果綜合分析，認(rèn)為其為熱化學(xué)成因。

硫化氫；成因；天然氣；富古4井；鄂爾多斯盆地

硫化氫是天然氣中的有害成分，高含量硫化氫的存在給氣藏儲(chǔ)層研究、超深鉆井技術(shù)、增產(chǎn)技術(shù)、井筒技術(shù)、地面工程技術(shù)等方面出了不少難題［1，2］。硫化氫可以通過多種途徑形成，如生物成因、硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)、含硫化合物的熱分解等［3］。關(guān)于鄂爾多斯盆地天然氣研究的文獻(xiàn)不少，大多集中于討論其成因類型，而對(duì)于該地區(qū)古生界天然氣中所含的硫化氫及其成因很少關(guān)注。筆者通過對(duì)鄂爾多斯盆地南部地區(qū)富古4井奧陶系風(fēng)化殼產(chǎn)層中的天然氣地球化學(xué)特征的分析，結(jié)合該地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)資料探討了富古井硫化氫的成因。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地可劃分為伊盟隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷、渭北隆起、伊陜斜坡和晉西撓褶帶6大構(gòu)造單元。富古4井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單元的東南部，隸屬于中石化富縣勘探區(qū)。該井于奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層內(nèi)獲得日產(chǎn)457m3的低產(chǎn)氣流。富縣探區(qū)古生界主要發(fā)育上古生界煤系烴源巖和下古生界海相碳酸鹽巖烴源巖。上古生界烴源巖是一套海陸過渡相至陸相的含煤地層，主要是下二疊統(tǒng)山西組、上石炭統(tǒng)太原組和中石炭統(tǒng)本溪組的煤、暗色泥巖以及中石炭統(tǒng)太原組的生物灰?guī)r。根據(jù)鉆井揭示，探區(qū)內(nèi)上古生界煤和暗色泥巖是好的氣源巖，有機(jī)質(zhì)豐度較高，煤中有機(jī)碳含量18.38%～78.20%，平均65.10%；暗色泥巖有機(jī)碳含量0.52%～7.19%，平均1.66%。石炭系灰?guī)r有機(jī)質(zhì)豐度比較高，有機(jī)碳含量為0.5%～3%，平均1.0%。原始母質(zhì)以高等植物為主，Ro分布范圍為1.7%～2.5%，處于高－過成熟階段［4］。下古生界烴源巖主要是馬家溝組海相地層，巖性多為灰?guī)r，含少數(shù)泥灰?guī)r。研究表明馬家溝組烴源巖厚度較大，一般為406～649m，平均厚度475m，殘余有機(jī)碳含量一般為0.18%～0.28%，而所夾云質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量為0.25%～0.40%，高者可達(dá)0.71%，氯仿瀝青“A”含量為0.007%～0.02%，有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型為主，少數(shù)為混合型，屬于較好烴源巖范疇［5］?？碧綄?shí)踐表明，區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層為低孔低滲的致密砂巖，與盆地中北部地區(qū)儲(chǔ)層特征相似。上古生界自身蓋層發(fā)育，直接蓋層包括太原組、山西組的三角洲平原相和湖沼相沉積的泥巖、炭質(zhì)泥巖等；區(qū)域蓋層主要為上石盒子組湖相沉積的泥質(zhì)巖和粉砂質(zhì)泥巖，具有分布廣、單層厚度大的特點(diǎn)。總體而言，該地區(qū)具有較好的生儲(chǔ)蓋組合條件。

2 天然氣地球化學(xué)特征

富古4井奧陶系天然氣地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。由表1可知，該天然氣組分以烷烴氣為主，其中甲烷含量為88.94%，干燥系數(shù)高達(dá)0.997，屬于典型干氣；非烴氣主要是CO2，含量高達(dá)9.30%。值得注意的是，該天然氣中硫化氫含量為0.71%，達(dá)到低含硫化氫氣藏標(biāo)準(zhǔn)。甲烷、乙烷、丙烷碳同位素分別為－32.61‰、－36.95‰、－30.37‰，均小于－30‰，與盆地中部主要大氣田天然氣相比明顯偏輕，且甲、乙烷碳同位素發(fā)生倒轉(zhuǎn)，即δ13C1＞δ13C2。戴金星等認(rèn)為天然氣碳同位素發(fā)生倒轉(zhuǎn)的原因包括有機(jī)烷烴氣和無機(jī)烷烴氣的混合、煤成氣和油型氣的混合、同型不同源氣的混合和細(xì)菌氧化作用［6］，筆者認(rèn)為富古4井奧陶系天然氣甲、乙烷碳同位素倒轉(zhuǎn)是同型不同源的油型氣混合所致，且氣源巖可能為石炭系灰?guī)r和奧陶系馬家溝組灰?guī)r。戴金星等根據(jù)鄂爾多斯盆地中部5個(gè)氣田20個(gè)天然氣樣品的He同位素組成研究，發(fā)現(xiàn)其3He/4He比值的數(shù)量級(jí)同位于（1～10）×10－8，說明鄂爾多斯盆地3He/4He分布穩(wěn)定，天然氣是典型的殼源氣［7］。據(jù)此，富古4井奧陶系天然氣樣品3He/4He比值為5.28×10－8，處于（1～10）×10－8級(jí)別，屬于殼源天然氣。根據(jù)國內(nèi)學(xué)者建立的δ13C1－Ro關(guān)系方程式［8，9］計(jì)算了該天然氣的成熟度Ro平均值為3.50%，演化程度高，為過成熟天然氣。綜合分析認(rèn)為，該天然氣具有“干燥系數(shù)大、二氧化碳含量高、烷烴碳同位素輕、熱演化程度高”的地球化學(xué)特征。

表1 鄂爾多斯盆地富古4井天然氣組分及同位素分析數(shù)據(jù)

3 硫化氫成因探討

我國已在四川盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地和渤海灣盆地等發(fā)現(xiàn)高含硫化氫或含硫化氫的天然氣藏，如四川盆地威遠(yuǎn)、臥龍河等海相氣田和渤海灣盆地趙蘭莊氣田、羅家氣田等陸相氣田，且分布在富含硫酸鹽礦物（石膏）的層系中。陳安定等［10］根據(jù)含硫化氫天然氣的賦存條件、水溶特征，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，將硫化氫氣體生成的地質(zhì)條件歸納為以下5點(diǎn)：①地層中富含石膏層或含膏泥巖、含膏碳酸鹽巖；②烴類物質(zhì)；③較大埋深或較高的地溫；④地層水；⑤三度空間均嚴(yán)格密封的圈閉。

國內(nèi)學(xué)者將硫化氫成因歸納為3大類5種［11，12］：①第一類為生物成因。有兩種途徑，一是通過微生物同化還原作用和植物吸收作用形成含硫有機(jī)物，在一定條件下分解而產(chǎn)生硫化氫，一般發(fā)生在地表；二是通過硫酸鹽還原菌對(duì)硫酸鹽的異化還原代謝實(shí)現(xiàn)，通常發(fā)生在嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。②第二類為熱化學(xué)成因，包括熱分解和硫酸鹽熱化學(xué)還原兩種途徑。③第三類為火山噴發(fā)成因。

富古4井天然氣儲(chǔ)集層下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段（O1m5）總體屬于蒸發(fā)潮坪相環(huán)境，巖性以深灰、灰色泥粉晶準(zhǔn)同生白云巖、角礫化白云巖為主，夾泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)膏巖及薄層凝灰?guī)r，石膏層分布在下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段，具備硫化氫生成的物質(zhì)基礎(chǔ)。利用PetroMod盆地模擬軟件對(duì)富古4井熱演化史進(jìn)行了模擬計(jì)算，奧陶系馬家溝組灰?guī)r和石炭系底部灰?guī)r在晚三疊世末地溫已經(jīng)達(dá)到180℃，早白堊世末超過220℃，具備熱化學(xué)作用發(fā)生的溫度條件，通常認(rèn)為120℃是熱化學(xué)作用發(fā)生的下限。反之，如此高的溫度不適宜細(xì)菌生存（通常在70℃以下），生物成因的硫化氫出現(xiàn)在地表和淺層。此外，鄂爾多斯盆地構(gòu)造穩(wěn)定，巖漿活動(dòng)不活躍，不存在火山噴發(fā)形成硫化氫這一途徑。

研究還表明，硫化氫中硫同位素大致可以區(qū)分3種不同成因：生物成因有機(jī)硫δ34S一般小于10‰，熱化學(xué)成因硫化氫硫δ34S一般介于10‰～20‰之間，而火山噴發(fā)成因無機(jī)鹽硫δ34S一般大于20‰［10］。富古4井硫化氫硫同位素δ34S為17.56‰，在熱化學(xué)成因硫化氫硫同位素的范圍內(nèi)，且與鄂爾多斯盆地奧陶系油型氣硫同位素特征相近［13］，故綜合分析后認(rèn)為富古4井硫化氫為熱化學(xué)成因。研究認(rèn)為靖邊氣田奧陶系天然氣中硫化氫屬于熱化學(xué)成因［14］。陳安定等［10］對(duì)靖邊氣田的資料分析顯示，酸性氣體的兩個(gè)組分硫化氫和二氧化碳呈同步消長(zhǎng)，硫化氫與乙烷以上重?zé)N呈反向消長(zhǎng)。如表1所示，富古4井奧陶系天然氣中二氧化碳含量高達(dá)9.30%，而乙烷以上重?zé)N含量?jī)H為0.24%，符合這一規(guī)律。

4 結(jié) 論

1）鄂爾多斯南部地區(qū)富古4井奧陶系天然氣具有“干燥系數(shù)大、二氧化碳含量高、烷烴碳同位素輕、熱演化程度高”的地球化學(xué)特征。

2）硫化氫的成因主要包括以下3種：生物成因、熱化學(xué)成因和火山噴發(fā)成因。富古4井奧陶系天然氣為低含硫化氫氣藏（硫化氫含量為0.71%），結(jié)合富縣地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和富古4井盆地模擬結(jié)果綜合分析，綜合分析認(rèn)為其為熱化學(xué)成因。

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On the Genesis of Hydrogen Sulfide of Well Fugu 4in the South of Ordos Basin

NI Chun－h(huán)ua，ZHOU Xiao－jin，WANG Bao－h(huán)ua（Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，SINOPEC，Wuxi214151，Jiangsu，China）

The hydrogen sulfide was a hazardous material，It was often seen in carbonate reservoirs，which was often related to gypsiferous rock developed in the carbonate reservoirs.It was demonstrated that there were mainly three kinds of geneses of hydrogen sulfide，including biogenesis，hot chemical and magma genesis.The Ordovician natural gas of Well Fugu 4has lower hydrogen sulfide content in the southern Ordos Basin，where the hydrogen sulfide content is 0.71percent.Based on the analysis of its geochemical characteristics，it is thought that the hydrogen sulfide of Well Fugu 4belongs to hot chemical genesis，in combination with the geological background of Fuxian Area and basin simulation result of Well Fugu 4.

hydrogen sulfide；genesis；natural gas；Well Fugu 4；Ordos Basin

TE122.11

A

1000－9752（2010）05－0204－03

2010－04－14

中國石油化工集團(tuán)公司海相油氣勘探前瞻性項(xiàng)目（YPH08077）。

倪春華（1981－），男，2003年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)與地球化學(xué)方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新