丁文靜， 侯讀杰， 陳 立， 甘 軍， 梁 剛， 馬瀟瀟，吳 飄， 王 慧， 馮信犖

( 1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 頁巖氣勘察與評價國土資源部重點實驗室，北京 100083； 3. 煤層氣開發(fā)利用國家工程研究中心 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)煤儲層物性實驗室，北京 100083； 4. 中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057； 5. 中國石油塔里木油田分公司 庫車油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒 841000； 6. 中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000 )

0 引言

瓊東南盆地與相鄰的鶯歌海盆地發(fā)現(xiàn)的天然氣主要為煤型氣，烴源巖分別為漸新統(tǒng)崖城組、陵水組[1]和中新統(tǒng)梅山—三亞組煤系地層[2-3]。與瓊東南盆地陵水凹陷、崖南凹陷及鶯歌海盆地典型的煤型氣碳同位素特征不同的是，松南—寶島凹陷北坡天然氣δ13C1和δ13C2分別為-54.68‰～-33.68‰和-31.03‰～-23.50‰，部分天然氣δ13C2<-28.00‰。根據(jù)戴金星提出的天然氣類型劃分方案[4]，當(dāng)δ13C2小于-28.00‰時，天然氣為油型氣。研究區(qū)Type B天然氣乙烷碳同位素低至-31.03‰，母源為腐泥型烴源巖，表現(xiàn)為油型氣碳同位素特征。鶯—瓊盆地地震資料顯示始新統(tǒng)地層發(fā)育一套湖相烴源巖，認為Type B天然氣來源于始新統(tǒng)高成熟—過成熟湖相腐泥型烴源巖[5-6]。松南—寶島凹陷漸新統(tǒng)海陸過渡相—淺海相崖城組與陵水組烴源巖有機質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型，絕大多數(shù)是Ⅲ型，干酪根顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，說明有機質(zhì)來源以陸源高等植物輸入為主，不具備生成油型氣的基礎(chǔ)。這種特征與鶯歌海盆地及臨近的崖南凹陷、陵水凹陷相似。張新順等[7]認為，Type B天然氣為始新統(tǒng)湖相高成熟—過成熟腐泥型天然氣，與漸新統(tǒng)崖城組、陵水組成熟—高成熟煤型氣的混合氣。Xia X等[8]研究表明低成熟腐殖型天然氣甲烷和乙烷碳同位素偏低。Ⅲ型有機質(zhì)熱模擬顯示，腐殖型干酪根在較低成熟度下生成天然氣同位素出現(xiàn)低值[9]，進入生油窗之后呈現(xiàn)隨溫度增加的趨勢[10]。因此，低成熟腐殖型烴源巖生成的天然氣可能具有較輕的甲烷和乙烷碳同位素。黃保家等[11]認為，Type B天然氣是高成熟煤型氣與漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)淺層泥巖生成生物氣的混合氣。目前，Type B天然氣較輕的甲烷和乙烷碳同位素形成原因，以及何種低成熟腐殖型烴源巖生成的天然氣具有偏向于油型氣特征的碳同位素沒有相關(guān)研究。根據(jù)流體包裹體偏高的均一溫度及天然氣C5-7輕烴圖版，這種特殊天然氣來源于始新統(tǒng)湖相腐泥型烴源巖[5,12]。

人們研究漸新統(tǒng)成熟—高成熟腐殖型烴源巖及未鉆遇的高成熟—過成熟始新統(tǒng)湖湘泥巖，但是忽略對低成熟的陵一段上部烴源巖及其生烴特征的研究，缺乏對高成熟—低成熟腐殖型烴源巖與天然氣碳同位素，以及凝析油輕烴、碳同位素、生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)的綜合分析。筆者研究瓊東南盆地松南—寶島凹陷天然氣及伴生凝析油的碳同位素、輕烴及烴源巖的地化特征，劃分天然氣成因類型，揭示特殊成因天然氣的成因機理及地化特征，分析油氣源，為瓊東南地區(qū)油氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

松南—寶島凹陷位于瓊東南盆地東南部，勘探程度低。該地區(qū)前期勘探重點在寶島凹陷北坡，東南方向深水區(qū)長昌凹陷油井少，未發(fā)現(xiàn)商業(yè)開采油氣(見圖1)。自崖13-1和陵水17-2氣田發(fā)現(xiàn)以來，瓊東南盆地巨大的天然氣勘探潛力已被證實，松南凹陷及寶島凹陷北坡也發(fā)現(xiàn)可開采天然氣。

圖1 瓊東南盆地松南—寶島凹陷及相鄰鶯歌海盆地構(gòu)造劃分及井位分布Fig.1 Map showing the locations and divisions of the Songnan-Baodao sag in Qiongdongnan basin and neighboring Yinggehai basin

研究區(qū)被松濤低凸起分隔，2號斷裂沿松濤低凸起橫向分布下斷至基底、上斷至上新統(tǒng)，到東部逐漸演化為馬尾狀斷裂。鶯歌海盆地通過1號斷裂帶與瓊東南盆地相接(見圖1)。瓊東南和鶯歌海盆地經(jīng)歷古新世—漸新世裂陷階段快速沉降期及后期熱沉降期穩(wěn)定接受沉積的過程，新近系到第四系形成牛軛狀巨厚沉積[13]。瓊東南盆地松南—寶島淺水區(qū)沉積厚度為2.3～7.5 km，深水區(qū)長昌凹陷沉積厚度可達12.5～16.7 km?？梢苑譃楣沤盗严莺托陆蛋枷輧蓚€構(gòu)造層。古近系裂陷構(gòu)造層分為始新統(tǒng)湖相沉積(本區(qū)未有井鉆遇)、漸新統(tǒng)崖城組(E3y)和陵水組(E3l)，新近系凹陷構(gòu)造層充填中新統(tǒng)三亞組(N1s)、梅山組(N1m)、黃流組(N1h)及上新統(tǒng)鶯歌海組(見圖2)。

松南—寶島凹陷已進入生烴門限的烴源巖(Ro>0.6%)，為始新統(tǒng)湖相腐泥型烴源巖及海陸過渡相—淺海相崖城組、陵水組烴源巖(見圖2)。研究區(qū)烴源巖與鶯歌海盆地中新統(tǒng)主力烴源巖有機質(zhì)類型相似，與北部灣盆地Ⅰ-Ⅱ1型腐泥型烴源巖不同，烴源巖干酪根類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主，絕大多數(shù)為Ⅲ型。顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，腐泥組體積分數(shù)一般不超過30.00%，殼質(zhì)組微量(體積分數(shù)為0～3.05%，平均為0.95%)，表明有機質(zhì)以陸源高等植物輸入為主，以生氣為主。較高有機質(zhì)豐度的海岸平原相煤層僅在S24-1-1井陵水組鉆遇，厚度較薄，w(TOC)為 5.4%。濱海相—淺海相泥巖有機質(zhì)豐度較低，w(TOC)為0.3%～0.8%，三角洲前緣及前三角洲泥巖有機質(zhì)豐度稍高，w(TOC)最高可達1.2%。漸新統(tǒng)崖城組、陵水組烴源巖整體w(TOC)不高，但巨厚的濱海相—淺海相泥巖可以補充，有很大的生烴潛力。目前，已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來自漸新統(tǒng)崖城組和陵水組烴源巖，陵水組、三亞組和梅山組發(fā)育大量的扇三角洲，砂體厚度大，儲集物性好，可作為良好的儲層。同時，陵水組二段和梅山組廣泛發(fā)育泥巖蓋層，厚度可達300 m，是良好的區(qū)域性蓋層。2號斷裂下斷至基底、上斷至上新世梅山組—鶯歌海組，主生烴期活動性強，處于開啟狀態(tài)，2號斷裂與側(cè)向砂體是較低成熟度天然氣和深部較高成熟度天然氣的有效運移通道。

圖2 松南—寶島凹陷新生界地層綜合柱狀圖

2 樣品與實驗

收集瓊東南盆地松南—寶島凹陷22個天然氣、2個凝析油、5個烴源巖巖屑、6個井壁心樣品，以及鶯歌海盆地的7個凝析油樣品進行對比，收集約130個泥巖干酪根顯微組分分析資料。

(1)天然氣樣品的收集與分析測試。在井口或分離器現(xiàn)場，將兩端封閉、容積為750 mL、最大承壓為22.5 MPa的不銹鋼瓶排空15 min以上后充滿天然氣，并沒入水中檢漏。天然氣組分分析儀器為Agilent-6890N氣相色譜儀，檢測器為熱導(dǎo)池檢測器，色譜柱為不銹鋼毛細管柱(PLOT Al2O350 m×0.53 mm)，載氣為氦氣。色譜柱在30 ℃恒溫10 min，以10 ℃/min升至180 ℃，氣體檢測濃度為10×106，誤差為±3%。根據(jù)保留時間對色譜峰進行定性，根據(jù)峰面積計算組分相對體積分數(shù)。天然氣碳同位素測試采用MAT Delta S同位素質(zhì)譜儀，測試前樣品加內(nèi)標(biāo)界定，重復(fù)分析測試數(shù)據(jù)偏差小于±0.5‰(PDB)。

(2)巖石抽提、族組分分離。對磨碎至100目的烴源巖，使用三氯甲烷溶劑在索氏抽提器中連續(xù)抽提72 h，待抽提液濃縮到10 mL左右取出并吹干，加入正己烷沉淀瀝青質(zhì)，將溶液轉(zhuǎn)入充填活化氧化鋁的小型層析柱，分別用正己烷、二氯及正己烷(2∶1)和三氯甲烷沖洗得到飽和烴、芳烴和非烴。

(3)飽和烴與芳烴GC-MS分析。分析儀器為美國Agilent-6890GC，色譜柱為HP-5MS熔融石英毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 m)。飽和烴程序升溫模式為：初溫為50 ℃，恒溫1 min，以20 ℃/min升至120 ℃，再以3 ℃/min升至310 ℃，恒溫25 min。芳烴程序升溫模式為：初溫為80 ℃，恒溫1 min，以3 ℃/min升至310 ℃，恒溫16 min；GC載氣為氦氣[14]，流速1.0 mL/min。

(4)單體烴同位素測試。首先用小型層析柱分離飽和烴，然后用尿素絡(luò)合提取正構(gòu)烷烴。對9個凝析油樣品，使用與Agilent-6890A氣相色譜儀連接的Finnigan MAT-251 mass spect Rometer單體烴同位素分析。色譜柱為苯基—甲基—硅酮固定相毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，氣相色譜的升溫程序為：50 ℃恒溫1 min，以3 ℃/min升到310 ℃，恒溫30 min，載氣為氦氣，恒流模式, 流量1.0 mL/min。測試前樣品加內(nèi)標(biāo)界定，重復(fù)分析測試數(shù)據(jù)偏差小于±0.3‰(PDB)。

3 天然氣成因分析

松南—寶島凹陷天然氣分布于漸新統(tǒng)陵水組及中新統(tǒng)儲層，烴類組分體積分數(shù)變化較大，主要在1.32%～96.30%之間，其中甲烷體積分數(shù)在0.07%～91.43%之間，干燥因數(shù)為0.87～1.00(見表1)。CO2體積分數(shù)變化大，δ13CCO2為-28.88‰～-3.85‰，存在有機CO2和無機CO2。

表1 松南—寶島凹陷天然氣組分與碳同位素

天然氣組分碳同位素是識別天然氣成因類型的有效指標(biāo)。根據(jù)天然氣C1-5碳同位素與對應(yīng)碳數(shù)的倒數(shù)作圖，Chung H M等[15]認為同源同期生成的天然氣不同碳數(shù)的碳同位素應(yīng)處于同一直線，直線與Y軸交點同位素應(yīng)代表烴源巖干酪根的碳同位素組成。鐘型曲線可以很好地區(qū)分不同母源天然氣的混源或同源不同成熟度天然氣的混合特征。研究區(qū)天然氣可以分為4種類型：下部最輕的為Type A；次輕的為Type B；最重的為Type C；穿過Type B和Type C的為Type B和Type C天然氣的混合成因的，為Type D(見圖3)。B19-2-2和B19-2N-1井鶯歌海組淺層天然氣(Type A)甲烷碳同位素輕于-50.00‰，具有生物成因氣特征，乙烷碳同位素δ13C2<-28.00‰，生物氣干燥因數(shù)>0.95，幾乎不含重?zé)N氣，因此TypeA天然氣具有生物氣與特殊低熟氣混合成因特點；中間系列天然氣(Type B)-44.00%<δ13C1<-38.00‰，-31.00%<δ13C2<-28.00‰。上部S34-3-1Sa、B19-4-1和B19-2N-1井等陵水組天然氣同位素較重，δ13C1>-38‰，δ13C2>-28‰，為典型的成熟—高成熟煤型氣(Type C)。

圖3 松南—寶島凹陷天然氣C1-5碳同位素分布鐘型曲線Fig.3 Stable carbon isotope distribution curve of C1-5 in the Songnan-Baodao sag

3.1 生物氣與特殊低熟氣的混合氣

典型生物成因氣δ13C1<-55.00‰，干燥因數(shù)>0.95，幾乎不含重?zé)N氣。生物氣產(chǎn)生于鶯—瓊盆地第四系—上新統(tǒng)鶯歌海組海相細、粉砂巖，多以水溶氣形式產(chǎn)出。鶯歌海盆地泥底辟帶樂東28-1和樂東22-1淺層構(gòu)造第四系樂東組一段，已發(fā)現(xiàn)單獨成藏的生物氣氣藏，且產(chǎn)量較高[16]，表明鶯—瓊盆地存在較大的生物氣資源潛力。生物氣幾乎由甲烷組成，不含或僅微含C2+重?zé)N氣(體積分數(shù)<0.50%) ，干燥因數(shù)大(0.99～1.00) ，屬于典型干氣，非烴氣體積分數(shù)較低(4.00%～12.00%)，以N2和CO2為主[17]。Type A天然氣在BD19-2N-1和BD19-2-2井梅山組儲層出現(xiàn)，δ13C1分別為-52.00‰和-54.68‰，δ13C2分別為-29.60‰和-29.75‰，干燥因數(shù)<0.90，重?zé)N氣體積分數(shù)較大，為典型濕氣。因此，Type A天然氣為生物氣和Type B天然氣的混合氣。

3.2 特殊低熟氣

3.2.1 成因機制

Type B天然氣是一種特殊成因的低熟煤型氣，主要形成于濱海、淺海沉積環(huán)境，陸源有機質(zhì)輸入及保存條件有限，藻類及低等水生生物的貢獻較大，天然氣碳同位素較典型煤型氣輕。低熟煤型氣生烴母質(zhì)主要為腐殖型有機質(zhì)，在中國中新生代含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)較多，如吐哈油田、松遼油田、遼河油田和蘇北盆地等發(fā)現(xiàn)陸相煤系地層的低成熟煤型氣[18-21]。

低熟煤型氣形成于特定的熱演化階段，Ro為0.30%～0.60%，主生烴期Ro為0.40%～0.55%，生成深度為1 500～2 500 m，部分深度超過3 000 m。Type B天然氣有4種生烴機制：(1)以蒙脫石為主的黏土礦物對不可溶有機質(zhì)的催化作用。對生烴有催化作用的黏土礦物主要有蒙脫石、綠泥石和高嶺石，其中蒙脫石在低溫階段的催化活性最強[22]。(2)化學(xué)動力學(xué)作用。來自于外部的構(gòu)造應(yīng)力降低發(fā)生離子交換所需要最小能量，增加黏土礦物的催化活性，對較低溫度條件下煤系泥巖中分散的有機質(zhì)化學(xué)生烴十分關(guān)鍵。(3)脂肪酸脫羧和氨基酸脫氨基作用。在黏土礦物的催化作用下，脂肪酸脫去自由基經(jīng)歷二次反應(yīng)而生成少量的長鏈烴類、甲烷和CO2(見圖4(a))。(4)縮聚作用。腐殖有機質(zhì)縮聚作用主要生成甲烷和有機CO2氣體[23](見圖4(b))。腐殖型有機質(zhì)富含12C—12C鍵，在低溫條件下，脂肪酸脫羧、縮聚反應(yīng)過程中12C—12C鍵優(yōu)先斷裂，生成的烴類氣和CO2碳同位素相比，熱催化成因氣體碳同位素更輕。

低熟煤型氣中甲烷體積分數(shù)變化較大，重?zé)N氣(C2+)體積分數(shù)相對較高，干燥因數(shù)相對較低。67.5%的特殊低熟氣干燥因數(shù)在0.60～0.95之間[24]，說明低熟煤型氣與生物氣(干燥因數(shù)>0.95)不同，代表不同成因。腐殖型烴干酪根支鏈中富含12C—12C鍵，因此低熟煤型氣甲烷和乙烷碳同位素相對更輕。低熟煤型氣甲烷碳同位素δ13C1為-50.00‰～-44.00‰[25]，甲烷及同系物碳同位素正序分布(δ13C1-δ13C2(6.00‰～28.00‰)>δ13C3-δ13C2(0.80‰～5.00%))，代表低溫條件下碳同位素分餾特征。低熟氣氫同位素相對較低，基本上不隨熱演化程度增加而增加，可作為母源判識的有效參數(shù)。

圖4 脂肪酸及腐殖型干酪根生烴機制Fig.4 Hydrocarbon generation mechanism of aliphatic acidsand humic kerogen

3.2.2 特殊低熟氣特征

松南—寶島凹陷特殊低熟氣甲烷碳同位素較低，δ13C1為-55.00‰～-44.00%，δ13C2為-31.04‰～-28.00%。相比于煤巖熱模擬天然氣碳同位素分餾動力學(xué)模型[26]，δ13C1和δ13C2偏小，是由母源差異和成熟度兩方面因素造成的。陵水組一段地層泥巖干酪根中，腐泥組體積分數(shù)逐漸升高，鏡質(zhì)組體積分數(shù)明顯減少。其中殼質(zhì)組體積分數(shù)極低，為0～3.50%，平均為0.95%，腐泥組體積分數(shù)能代表來自藻類和低等水生生物的貢獻。因此，陵水組一段上部低熟烴源巖腐泥組貢獻明顯加大的特點，為Type B天然氣提供特殊的烴源巖條件。煤系烴源巖熱模擬實驗表明，在較低溫度下生成的天然氣碳同位素較低且有下降的趨勢[27]，并且來自于相同層位相同成熟度的煤系泥巖和煤巖，在相同溫度點(熱演化程度)生成的天然氣δ13C1偏差為3.00‰～5.00‰[28-29]。松南—寶島凹陷陵水組上部低演化階段地層中未發(fā)育煤層，因此這種特殊的低成熟煤系泥巖生成的天然氣甲烷碳同位素，相比于Berner U的Ⅲ型有機質(zhì)熱模擬生成的天然氣甲烷碳同位素輕[26]。

δ13CCO2、干燥因數(shù)與δ13C1是識別松南—寶島凹陷特殊低熟氣的有效指標(biāo)。在低演化階段(Ro為0.3%～0.6%)，腐殖型有機質(zhì)通過腐殖酸脫羧作用和干酪根縮聚作用產(chǎn)生的天然氣甲烷偏輕，重?zé)N成分較高，演化階段多，干燥因數(shù)更小(見圖5)。天然氣碳同位素分餾效應(yīng)使低熟成因氣(δ13C2-δ13C1)相比于Type C天然氣更大，為14.00‰～24.00‰，而成熟煤型氣及其混合氣(Type C和Type D)的(δ13C2-δ13C1)小于14.00‰(見圖6)。脂肪酸脫羧和干酪根縮聚作用形成有機CO2(見圖4(a-b))，較殼源和幔源無機CO2甲烷碳同位素(-7.00‰<δ13CCO2<-10.00‰)輕，δ13CCO2為-15.00‰～-24.00‰，部分特殊低熟氣成因δ13C1與δ13CCO2負相關(guān)關(guān)系明顯(見圖7)。這種現(xiàn)象是由兩個因素造成的：(1)低溫條件下CO2主要為有機CO2，幔源、殼源無機CO2極少，對有機CO2碳同位素影響不大；(2)CH4和CO2是由有機質(zhì)熱解形成的，受熱應(yīng)力控制。

3.3 成熟煤型氣

Type C天然氣與鶯歌海盆地及瓊東南盆地陵水凹陷、崖南凹陷大多數(shù)天然氣類似，為典型的成熟煤型氣特征。Type C天然氣烴源巖有兩個特點：(1)崖城組和陵水組下部成熟烴源巖顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，其中鏡質(zhì)組體積分數(shù)為70.00%～99.00%，平均為92.50%，為典型的以陸源高等植物輸入為主的煤系烴源巖。腐殖型烴源巖天然氣碳同位素?zé)崮M實驗表明，鏡質(zhì)組熱模擬生成的甲烷碳同位素，比同層位的煤系泥巖熱模擬生成的天然氣碳同位素重3.00‰～5.00‰[28]。(2)甲烷碳同位素δ13C1隨熱演化程度的增加而增加[30-31]。在Ro為0.9%時，δ13C1有降低的趨勢，但源巖成熟度越高，生成的天然氣甲烷碳同位素更重。

圖5 松南—寶島凹陷天然氣干燥因數(shù)、甲烷碳同位素特征Fig.5 Dry coefficientsand δ13C1 values of natural gases in the Songnan-Baodao sag

圖6 松南—寶島凹陷天然氣δ13C2和(δ13C2-δ13C1)特征Fig.6 δ13C1 and (δ13C2-δ13C1) values of natural gasesin the Songnan-Baodao sag

瓊東南盆地和鶯歌海盆地漸新統(tǒng)、上新統(tǒng)地層超壓現(xiàn)象普遍，對有機質(zhì)成熟和生烴有明顯的抑制作用，可以生成相對較低成熟度的煤型氣。如L4-2-1井埋深為4 468.5 m～4 620.0 m層段的實測壓力因數(shù)為1.20～1.94，超壓層段鉆遇較低成熟度煤型氣，δ13C1=-43.00‰，δ13C2=-26.50‰，應(yīng)劃分為Type C天然氣。

3.4 特殊低熟氣與成熟煤型氣的混合氣

Type D天然氣是特殊低熟氣與成熟煤型氣的混合氣?；旌闲吞烊粴獾蔫b別主要考慮不同類型烴源巖生成的天然氣的混合，以及相同烴源巖在不同熱演化階段生成天然氣的混合。目前，主要根據(jù)天然氣碳同位素系列的倒轉(zhuǎn)識別混合成因氣。如B19-2-3井陵二段天然氣δ13C2>δ13C3，為混合成因天然氣。研究區(qū)甲烷碳同位素較重(δ13C1>-44.00‰)，但乙烷碳同位素較輕(δ13C2<-28.00‰)，也可能為Type C與Type B天然氣的混合氣。

Berner U等使用xylite有機質(zhì)熱模擬，建立Ⅲ型干酪根生成天然氣碳同位素分餾模型，與研究區(qū)實測樣品結(jié)果相差較大[32]。研究區(qū)漸新統(tǒng)泥巖干酪根為Ⅱ2-Ⅲ型，陵一段上部泥巖干酪根腐泥組體積分數(shù)增加明顯，與典型Ⅲ型烴源巖不同，因此該模型不適用研究區(qū)。根據(jù)Type B和Type C天然氣組分碳同位素數(shù)據(jù)，對Berner U的Ⅲ型有機質(zhì)碳同位素分餾模型——δ13C1=0.91×δ13C2-7.7重新擬合，得到a=0.857，b=16.85，R2=0.857，相關(guān)關(guān)系較好(見圖8)。這說明特殊低熟氣和成熟煤型氣可能存在成因聯(lián)系。

圖7 松南—寶島凹陷天然氣δ13CCO2和δ13C1同位素特征Fig.7 δ13CCO2and δ13C1 values ofnaturalgases in the Songnan-Baodao sag

圖8 松南—寶島凹陷天然氣δ13C1和δ13C2模型Fig.8 δ13C1-δ13C2 model of natural gases in the Songnan-Baodao sag

4 油氣源分析

4.1 油、巖生物標(biāo)志化合物

在瓊東南盆地崖南凹陷、陵水凹陷，陸源高等植物生物標(biāo)志化合物奧利烷、羽扇烷、雙杜松烷、海松烷、異海松烷豐度高，鶯歌海盆地中新統(tǒng)凝析油也發(fā)現(xiàn)極高豐度的奧利烷[33]。研究區(qū)2個凝析油樣品中奧利烷等陸源生物標(biāo)志物相對豐度極低，說明陸源有機質(zhì)輸入存在差異。S34-3-1Sa井凝析油樣品三環(huán)萜烷/藿烷極低，三環(huán)萜烷C26/C25、C27/C2920R甾烷、Ster/Hop遠低于B13-1-1井的，說明前者陸源高等植物輸入較多，后者藻類及低等水生生物輸入較多。凝析油成熟度存在明顯差異，受到母源輸入的影響，Ts/(Ts+Tm)、MPI1成熟度參數(shù)失真，優(yōu)選后的20S/(20S+20R)、αββ/(αββ+ααα)C29甾烷、DMDBT2成熟度參數(shù)說明，S34-3-1Sa井凝析油成熟度高于B13-1-1井的。油源對比結(jié)果表明，B13-1-1井凝析油與三亞組烴源巖具有較好親緣性(見圖9(a-b))，來源于低成熟烴源巖可能性大；S34-3-1Sa井凝析油與陵水組烴源巖親緣性較好，來源于陵水組成熟烴源巖可能性大(見圖9(c-d))。同樣，根據(jù)B15-3-1井井壁心抽提物油源對比(見圖9(e-f))，以及MPI1、DMDBT2、20S/(20S+20R)、αββ/(αββ+ααα)C29甾烷成熟度參數(shù)，也可分為低成熟和成熟兩種成因類型(見表2)。

圖9 松南—寶島凹陷質(zhì)量色譜圖油源對比Fig.9 Representative mass chromatograms ofsamplesshowing the correlation of condensates andpotential source rocks in the Songnan-Baodao sag

松南—寶島凹陷全油碳同位素(-24.80‰和23.80‰)比鶯歌海凝析油樣品輕(-24.80‰～-21.41‰)，但比北部灣盆地潿西南凹陷腐泥型凝析油全油碳同位素重，說明研究區(qū)凝析油母源不同于典型的腐殖型和典型的腐泥型母質(zhì)。由于凝析油生物標(biāo)志化合物豐度低，正構(gòu)烷烴碳同位素在識別油氣成因、混源油判識、油氣源對比方面的優(yōu)勢明顯[34-35]。松南—寶島凹陷B13-1-1和S34-3-1Sa井凝析油正構(gòu)烷烴單體烴同位素分布，在鶯歌海盆地樣品單體烴同位素和北部灣潿西南盆地樣品單體烴同位素之間(見圖10)，說明研究區(qū)凝析油源巖與鶯歌海盆地腐殖型烴源巖有所差異，也不同于北部灣盆地腐泥型烴源巖。

4.2 天然氣及凝析油輕烴組分及成熟度

C7輕烴系統(tǒng)中正庚烷(nC7)來源于微生物和藻類，二甲基環(huán)戊烷(DMCC5)主要來自于水生生物的類脂化合物。甲基環(huán)己烷(MCC6)主要來自于高等植物木質(zhì)素、纖維素和糖類等，熱力學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，是反映陸源母質(zhì)類型的良好參數(shù)[36]。正庚烷、二甲基環(huán)戊烷和甲基環(huán)己烷在輕烴中的體積分數(shù)可以追溯其生烴母質(zhì)(見圖11)。由圖11可以看出，Type B天然氣具有腐泥型母質(zhì)特點，Type C天然氣為腐殖型母源。可劃分為高成熟湖相烴源巖生成的油型氣或是油型氣與高成熟煤型氣的混合氣，油型氣可能來源于始新統(tǒng)湖相腐泥型烴源巖[5, 6, 37-38]。

表2 松南—寶島凹陷及鶯歌海盆地部分凝析油生標(biāo)參數(shù)

注：NA.無數(shù)據(jù)；ND.含量低檢測不到；C31H/C30H.C31藿烷/C30藿烷；T26/T25.C26三環(huán)萜烷/C25三環(huán)萜烷；OL/C30H.奧利烷/C30藿烷；GA/C30H.伽馬蠟烷/C30藿烷；C30Dia/C30H.C30重排藿烷/C30藿烷；C29Dia/C29Reg.C29重排甾烷/C29規(guī)則甾烷；Diaster/Ster.重排甾烷/規(guī)則甾烷；Ster/Hop.甾烷/藿烷；C27、C28、C29.C27、C28、C2920R甾烷相對豐度；20S.20S/(20S+20R)-ααα C29甾烷；αββ.αββ/(αββ+ααα) C29甾烷；Ts/(Tm+Ts).18α(H)-三降藿烷/(17α(H)+18α(H))-三降藿烷；MPI1.MPI1=1.5(3-MP+2-MP)/(1-MP+9-MP)；DMDBT1.4,6-DMDBT/1,4-DMDBT；DMDBT2.2,4-DMDBT/1,4-DMDBT

圖10 凝析油正構(gòu)烷烴單體烴碳同位素Fig.10 Stable carbon isotopes of n-alkanes in condensate

圖11 松南—寶島凹陷輕烴體積分數(shù)三角圖Fig.11 Ternary diagrams of light hydrocarbonsin the Songnan-Baodao sag

封閉體系中干酪根和原油的模擬實驗表明，隨成熟度增加，ln(C2/C3)急劇增加，導(dǎo)致原油裂解氣中l(wèi)n(C2/C3)與(δ13C2-δ13C1)呈正相關(guān)關(guān)系，而干酪根初次裂解氣ln(C2/C3)與(δ13C2-δ13C1)呈負相關(guān)關(guān)系；原油裂解氣中l(wèi)n(C1/C2)變化較小，ln(C2/C3)變化較大，而干酪根裂解氣中l(wèi)n(C1/C2)變化較大，ln(C2/C3)變化較小[39-40]。Type B天然氣成分ln(C2/C3)與(δ13C2-δ13C1)關(guān)系不符合原油裂解氣特征(見圖12(a))，但Type C天然氣ln(C1/C2)與ln(C2/C3)關(guān)系符合干酪根裂解氣特征(見圖12(b))，說明Type B天然氣不可能是來源于始新統(tǒng)高成熟—過成熟湖相腐泥型烴源巖生成的油型裂解氣，Type C天然氣來源于腐殖型干酪根。

圖12 原油裂解氣與干酪根裂解氣鑒別Fig.12 Identification of cracking gases from oil and kerogen, respectively

天然氣輕烴組分烷基化程度隨天然氣成熟度增加而增加，輕烴組分的正庚烷和異庚烷是鑒別天然氣成熟度的有效指標(biāo)[36]。排除蒸發(fā)分餾、氣洗作用對輕烴組分影響[41](見圖13)，Type A和Type B天然氣處于低成熟階段，Type C天然氣處于成熟階段，與天然氣鐘型曲線劃分的天然氣類型特征一致。

4.3 烴源巖顯微組分特征

松南—寶島凹陷漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)地層中，有機質(zhì)中腐泥組體積分數(shù)自下而上明顯加大，特別是在低成熟的陵水組一段上部地層十分明顯(見圖14)，腐泥組體積分數(shù)變化趨勢與鶯—瓊盆地海平面升降變化基本一致[42-43]。干酪根腐泥組主要來源于水生藻類，說明隨海平面上升后距離陸源較遠，陸源有機質(zhì)輸入或保存較少，藻類及水生生物貢獻相對加大。這種特殊的低成熟烴源巖為Type B天然氣及凝析油的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖13 松南—寶島凹陷天然氣和凝析油輕烴正庚烷—異庚烷成熟度特征

Fig.13 Maturity parameters of n-heptane and isohepane values of natural gasesand condensateinthe Songnan-Baodao sag

圖14 泥巖干酪根顯微組分中鏡質(zhì)組和腐泥組體積分數(shù)變化Fig.14 Stratigraphiccorrelationof sapropelinite and vitrinitevolume fraction of kerogen in shale

5 結(jié)論

(1)松南—寶島凹特殊低熟氣(Type B)碳同位素較輕，不同于典型低熟煤型氣和油型氣，有兩種成因：在以蒙脫石為主的黏土礦物低溫催化作用下，更輕的12C—12C鍵優(yōu)先斷裂并形成輕質(zhì)烴類；陵水組一段上部地層低成熟烴源巖中藻類、低等水生生物相對于陸源高等植物輸入貢獻顯著加大。

(2)特殊低熟氣(Type B)及伴生凝析油，來源于低成熟的陵水組一段上部三角洲前緣—濱淺海相低成熟泥巖可能性較大，始新統(tǒng)高成熟—過成熟腐泥型湖湘烴源巖的可能性較低。成熟煤型氣(Type C)主要來源于漸新統(tǒng)崖城組、陵水組腐殖型成熟烴源巖。特殊低熟氣的形成機理及母源的研究，可擴大瓊東南盆地深水區(qū)海陸過渡相—海相低熟煤型氣的勘探范圍，以及海相低成熟腐殖型天然氣的研究領(lǐng)域。

(3)特殊低熟氣的發(fā)現(xiàn)，說明瓊東南盆地松南—寶島凹陷低成熟的陵一段上部地層泥巖具有相當(dāng)?shù)纳鸁N潛力，可作為重要的烴源巖。通過陵水組一段上部泥巖干酪根熱模擬測定烴產(chǎn)率及氣體碳同位素，可以確定該類型天然氣的成熟度及資源潛力。

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