王冬燕

(中國(guó)石化東北油氣分公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

長(zhǎng)嶺地區(qū)斷陷層天然氣豐富，已成為天然氣勘探的重要領(lǐng)域。這些天然氣中二氧化碳含量很高，主要分布于紅崗、乾安和長(zhǎng)嶺3個(gè)區(qū)。其中，紅崗和乾安地區(qū)二氧化碳發(fā)育于泉頭組泉三段、泉四段以及青山口組砂巖中；而長(zhǎng)深2井、長(zhǎng)深4井、長(zhǎng)深6井、長(zhǎng)深7井、長(zhǎng)深1區(qū)塊二氧化碳發(fā)育于營(yíng)城組火山巖中。

圖1 松遼盆地長(zhǎng)嶺地區(qū)無(wú)機(jī)二氧化碳平面分布圖

二氧化碳是天然氣中最重要的非烴組分，對(duì)天然氣成因研究具有重要意義。最新研究認(rèn)為長(zhǎng)嶺地區(qū)無(wú)機(jī)二氧化碳屬于巖石化學(xué)成因，而非幔源成因。希望本文對(duì)松南地區(qū)乃至整個(gè)松遼盆地深層油氣成因研究以及勘探有一定的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地位于華北板塊北部，興安地塊東緣，為一北東向展布的寬廣斷陷盆地。構(gòu)造復(fù)雜，分為西部斜坡帶、中央斷陷區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和開(kāi)魯斷陷五個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。蓋層以火山巖-陸相沉積為主，分為中生界白堊系、新生界古近系和新近系。白堊系為主要的含油氣層系，包括明水、四方臺(tái)、嫩江、姚家、青山口、泉頭、登婁庫(kù)、營(yíng)城、沙河子及火石嶺組。

長(zhǎng)嶺斷陷位于南部中央斷陷區(qū)，面積約1.3×104km2，構(gòu)造復(fù)雜，包括乾安次凹、黑帝廟次凹、孤店次凹、伏龍泉次凹、大安-海坨次凹和孤西次凹5個(gè)次級(jí)斷陷，其間被隆起帶和斜坡帶相隔。

松遼盆地發(fā)育于海西期褶皺之上，基底發(fā)育上古生界石炭系～二疊系、下古生界以及前古生界地層。其中，上古生界分布廣泛、厚度巨大，厚度一般為 3.0～4.5 km，最厚達(dá)6 km，自下而上分為石炭系巴彥敖包組 (C1b) 、本巴圖組(C2b) 、阿木山組(C2a)、下二疊統(tǒng)壽山溝組(P1s)、中二疊統(tǒng)大石寨組( P2d )、哲斯組 ( P2z ) 及上二疊統(tǒng)林西組( P3l)。上古生界主要屬于海相、海陸交互相沉積，巖性以砂巖、泥巖、灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、碎屑砂巖為主，且多發(fā)生淺變質(zhì)。

下古生界巖性以絹云母片巖、綠泥石片巖、石英片巖及綠泥石千枚巖為主；前古生界變質(zhì)程度較高，巖性以花崗片麻巖、片麻狀花崗巖為主。

松遼盆地深大斷裂發(fā)育、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。研究表明，松遼盆地中、新生代發(fā)生了兩大旋回、七期巖漿活動(dòng)，侵入巖分布廣泛——約占上古生界總面積1/3(表1，圖2，圖3)。

巖漿活動(dòng)是裂谷盆地重要的地質(zhì)事件，對(duì)油氣形成和演化具有重要影響[6-7]。

表1 松遼盆地中、新生代巖漿活動(dòng)特征

中生代巖漿來(lái)自下地殼，包括4期，分別為火石嶺沉積時(shí)期(158-146Ma)、營(yíng)城組一段沉積時(shí)期(130-126Ma)、營(yíng)城組三段沉積時(shí)期(120-113Ma)和泉頭組四段-青山口組一段沉積時(shí)期(92Ma)。

新生代巖漿為基性，來(lái)自幔源。該旋回分為3期(時(shí)間分別為35Ma、9-15Ma和第四紀(jì))，如附近的伊通-舒蘭地塹發(fā)現(xiàn)約16 座火山，活動(dòng)時(shí)間為31 Ma和9.9 Ma～15 Ma(古近-新近紀(jì))(表1)[8]。

圖2 松遼盆地長(zhǎng)嶺及附近地區(qū)上古生界頂面巖性分布圖

圖3 松遼盆地南部長(zhǎng)嶺地區(qū)北西-南東向G6重力剖面解釋

2 二氧化碳成因機(jī)理

按成因，天然氣中二氧化碳可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類(lèi)。其中，有機(jī)成因二氧化碳是烴源巖中有機(jī)質(zhì)在生物及低溫作用下產(chǎn)生的[9]，主要特征是δ13CCO2小于-10‰，且含量較低(多在4.0%以下，甚至1.0%以下)[11]，如鄂整個(gè)爾多斯盆地天然氣δ13CCO2在-10.1‰～-24.2‰之間，二氧化碳含量大多數(shù)小于1.0%(平均只有0.72%)。

無(wú)機(jī)成因二氧化碳可進(jìn)一步分為巖漿-火山成因(即幔源成因)和巖石化學(xué)成因2種。幔源成因是巖漿在上升過(guò)程中由于溫度、壓力降低而析出的二氧化碳。巖石化學(xué)成因是地層中碳酸鈣礦物在高溫下(如巖漿或熱流體)分解而成的二氧化碳。無(wú)機(jī)成因二氧化碳的δ13CCO2大于-8‰，主要在-8‰～+3‰之間，且含量往往很高(最高可達(dá)99%以上)。有機(jī)和無(wú)機(jī)混合成因二氧化碳δ13CCO2在-10‰～-8‰之間[10-12]。

截至目前，中國(guó)已發(fā)現(xiàn)了30多個(gè)二氧化碳?xì)獠?，它們絕大多數(shù)分布于東部裂谷盆地。其中一些被證實(shí)為地層中碳酸鹽巖礦物分解而成，如渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷濱南地區(qū)古近系沙四段和奧陶系二氧化碳?xì)獠?；鶯歌海盆地二氧化碳?xì)獠兀S驊坳陷港西斷裂帶東北段二氧化碳?xì)獠匾约叭璧刂猩愁^圩構(gòu)造區(qū)二氧化碳?xì)獠氐萚12-16]。

3 長(zhǎng)嶺地區(qū)二氧化碳成因分析

長(zhǎng)嶺地區(qū)二氧化碳?xì)庵饕l(fā)育于下白堊統(tǒng)營(yíng)城組和泉頭組，空間上變化很大，不同構(gòu)造帶或不同井區(qū)之間差異明顯。二氧化碳含量在22.5%～97.05%之間，伴生的甲烷含量在0.9%～71.3%之間，氮?dú)夂吭?.21%～16.16%之間。另外，δ13CCO2在-3.73‰～-8.44‰之間，大多數(shù)高于-8.0‰(表1)，屬于無(wú)機(jī)成因。

由于這些天然氣中3He/4 He較高(多在2.65×10-6以上)，R/Ra在1.9～4.54之間。所以，米敬奎等認(rèn)為其中的二氧化碳來(lái)自地幔[1-5]。

表2 松遼盆地長(zhǎng)嶺地區(qū)二氧化碳?xì)獠氐厍蚧瘜W(xué)特征[1]

作者認(rèn)為這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。首先，研究區(qū)地幔中是否存在大量的二氧化碳以及晚期巖漿活動(dòng)是否從中攜帶了大量二氧化碳均缺乏可靠的證據(jù)。

另外，根據(jù)天然氣中氦推測(cè)二氧化碳來(lái)自地幔也是不可靠的，原因是巖漿具有重要的同化混染作用。

所謂的同化混染作用是由于巖漿溫度很高及很強(qiáng)的化學(xué)活動(dòng)性——可以熔化或溶解與之相接觸的圍巖或所捕虜?shù)膰鷰r塊，從而改變?cè)瓉?lái)巖漿的成分。若巖漿把圍巖徹底熔化或溶解，使之同巖漿完全均一，則稱(chēng)同化作用；若熔化或溶解不徹底，不同程度的保留有圍巖的痕跡(如斑雜構(gòu)造等)，則稱(chēng)混染作用。同化混染作用強(qiáng)度與圍巖的成分密切相關(guān)，其中碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖、基性巖、超基性巖更易被花崗巖巖漿同化。同化混染作用是巖漿的基本及重要作用，也是火成巖多樣化及復(fù)雜化的根源。所以，火成巖區(qū)天然氣中各種組分是不同源的，根據(jù)一種組分推測(cè)其它組分的來(lái)源是極不可靠的。

如上所述，松遼盆地及周邊中生代以來(lái)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)兩大巖漿旋回(主要為酸性和基性，溫度在650～1300℃之間)。鉆井及重磁資料均表明，研究區(qū)上古生界地層中侵入巖非常發(fā)育，甚至呈現(xiàn)上古生界被侵入巖包裹格局，地層變形強(qiáng)烈(圖2，圖3)，表明巖漿侵入對(duì)上古生界重要的影響。

中生代及新生代巖漿從深部下地殼或地幔出來(lái)后，運(yùn)移30～40km達(dá)到地表或近地表，穿過(guò)太古界、元古界、下古生界、上古生界、中生界等地層。資料表明，松遼盆地深部碳酸鹽巖非常發(fā)育(如寒武系、泥盆系和二疊系碳酸鹽巖總厚度分別大于250 m、103 m和518 m[13]；另外泥巖或砂巖中也往往含有一定量的碳酸鹽巖礦物。由于碳酸鹽巖性脆，往往裂縫發(fā)育，泥頁(yè)巖層理發(fā)育且性軟，所以它們均易被巖漿侵入(即巖漿侵入具有很強(qiáng)的選擇性)。當(dāng)巖漿與碳酸鹽巖礦物相遇時(shí)，必然發(fā)生同化混染作用——使之生成大量的無(wú)機(jī)二氧化碳(甚至烴等)，其中一些二氧化碳沿深大斷裂運(yùn)移至中生界。如李振生等研究認(rèn)為，松遼盆地東北緣孫家窯地區(qū)無(wú)機(jī)二氧化碳就是深部地層中碳酸鹽巖經(jīng)巖漿熱變質(zhì)而成[18]。

尤其需強(qiáng)調(diào)的是，楊春等通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)松遼盆地上古生界二疊系泥板巖和灰?guī)r在500℃左右生成許多無(wú)機(jī)二氧化碳，而且δ13CCO2在-8.0‰左右[19]——與研究區(qū)已白堊系發(fā)現(xiàn)的二氧化碳特征極為相似，從而進(jìn)一步證明這些二氧化碳主要是碳酸鹽巖高溫分解而成，并非幔源。

由于中生代末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)烈，所以該期生成的二氧化碳難以保存。相比之下，新生代巖漿活動(dòng)熱變質(zhì)生成的二氧化碳易于保存，即目前發(fā)現(xiàn)的無(wú)機(jī)二氧化碳?xì)庵饕切律纬傻摹?/p>

4 結(jié)論

(1)松遼盆地南部長(zhǎng)嶺地區(qū)下白堊系二氧化碳含量高、碳同位素重，空間變化較大。

(2)長(zhǎng)嶺地區(qū)古生界發(fā)育大量的碳酸鹽巖，并經(jīng)歷了中、新生代兩大巖漿旋回。高溫巖漿使地層中碳酸鹽巖礦物分解，生成大量的二氧化碳，并沿?cái)鄬舆\(yùn)移至中生界。其中，新生代巖漿活動(dòng)生成的二氧化碳易于保存。