董 庸，黃羚，王鵬萬，羅憲嬰，李 麗

（中國石油杭州地質(zhì)研究院）

桂中坳陷為滇黔桂盆地次級(jí)單元，泥盆系—石炭系廣泛出露，局部殘存二疊系—三疊系 （圖1）。2007年桂中1井的鉆探，有力地推進(jìn)了坳陷生儲(chǔ)蓋組合［1-4］、瀝青成因［5］、保存條件［6-8］、天然氣成藏［9］等方面的研究。桂中坳陷裂解氣藏為主要勘探方向、忻城-合山一線以西地層深埋區(qū)具有較好的保存條件等已成共識(shí)。該坳陷淺層泥盆系—三疊系天然氣顯示豐富，但目前對(duì)其組分類型、空間分布特點(diǎn)、非烴組分的成因以及對(duì)烴類天然氣成藏研究的意義等尚缺乏系統(tǒng)的論述。筆者以此為線索，整理了區(qū)內(nèi)11口井的氣體組分資料（除桂中1井外，其余為20世紀(jì)70年代的鉆井），從成因定性分析入手，對(duì)氣體組分類型的空間分布與保存條件的關(guān)系進(jìn)行了梳理與研討。

1 天然氣顯示及其組分類型

桂中坳陷淺層（埋深一般小于2000m），氣顯示較豐富（圖1），平面上集中在柳城（下石炭統(tǒng)氣苗）、柳江、南丹（泥盆系氣苗）及合山（三疊系油氣苗）（表1），鉆井中多次發(fā)生氣噴。氣體組分主要包括富N2氣體和富CH4氣體兩類。結(jié)合天然氣顯示所在地質(zhì)層位的分析，可見下列特征：

（1）下石炭統(tǒng)泥灰?guī)r、石灰?guī)r氣樣中，N2體積分?jǐn)?shù)占主導(dǎo)，為76%～99%。

（2） 南丹縣ZK-1井中下泥盆統(tǒng)泥巖（214.8～228.3m）氣樣中CH4體積分?jǐn)?shù)52.1%～54.9%，N2體積分?jǐn)?shù)在44.99%～47.9%，兩者比例相當(dāng)；柳江縣柳1井在中泥盆統(tǒng)1260.5～1267m和1360～1390m兩處，氣體組分N2體積分?jǐn)?shù)均超過91%，CH4體積分?jǐn)?shù)在10%以內(nèi)。

（3）對(duì)于二疊系—三疊系殘存部位，如合山縣D907井，泥灰?guī)r氣樣中CH4的體積分?jǐn)?shù)達(dá)82%。

與上述石炭系富N2不同，近年完鉆的桂中1井富 CH4和 CO2（表 2）。其中，僅 1207～1209m 石灰?guī)r中氣測(cè)異常明顯，全烴含量最高為4.721%，烴類組分全；CH4相對(duì)含量高達(dá)93.98%，解釋為差氣層。其余井段CH4與CO2共存，CO2的含量均大于25%。

圖1 桂中坳陷出露地層與天然氣顯示分布圖

表1 桂中坳陷天然氣顯示表（據(jù)文獻(xiàn)［8］，① 樓章華，金愛民，朱蓉，等.黔南桂中海相地層油氣成藏和保存條件研究［R］.浙江大學(xué)，2008.整理）

從氣體組分類型看，桂中坳陷主要存在CH4、N2、CO2等三種。從天然氣顯示的空間分布看，自北向南，河池、柳城、柳江一帶，地表石炭系廣泛出露區(qū)的氣樣組分以N2為主；忻城、合山一帶的桂中1井石炭系見CH4與CO2共存；合山的二疊系—三疊系殘存區(qū)見到CH4相對(duì)富集。此外，據(jù)南丹ZK-1井揭示，泥盆系泥質(zhì)巖發(fā)育段CH4也見相對(duì)富集。

表2 桂中坳陷桂中1井氣測(cè)解釋簡表

由此可見，研究區(qū)氣體的地質(zhì)時(shí)空分布復(fù)雜，那么,形成不同類型氣體聚集的地質(zhì)條件，其特殊性又何在呢？這種分布現(xiàn)象對(duì)區(qū)內(nèi)天然氣成藏有何研究價(jià)值？筆者試圖對(duì)這些問題進(jìn)行嘗試性的探討。

2 非烴組分成因分析

如上所述，桂中坳陷天然氣的非烴組分主要是N2和CO2。關(guān)于其成因，主要是根據(jù)理論研究與具體地質(zhì)條件進(jìn)行定性分析，目前尚缺乏同位素等方面的數(shù)據(jù)。

中國多旋回地質(zhì)演化的特點(diǎn)產(chǎn)生了海相碳酸鹽巖地層油氣成藏的整體觀和晚期觀［10-12］。桂中坳陷具有兩個(gè)基本地質(zhì)特點(diǎn)：一是高熱演化［2，5，9］，二是燕山期以來的強(qiáng)烈改造［5-7］，特別是喜馬拉雅期以來滇黔桂地區(qū)整體抬升導(dǎo)致了碳酸鹽巖裸露，巖溶廣泛發(fā)育。桂中地區(qū)地面海拔高度一般為200～400m，總體上，發(fā)育巖溶的層系為上泥盆統(tǒng)和石炭系，中泥盆統(tǒng)泥巖由于區(qū)域分布廣且較厚，起到隔層作用，阻止了區(qū)域性大氣水下滲，因而中泥盆統(tǒng)及其以下地層巖溶不發(fā)育。鉆井和錄井資料顯示，發(fā)生漏失井段一般為420～873m。柳深1井鉆遇了中泥盆統(tǒng)泥巖隔層，巖溶主要發(fā)育于泥巖隔層之上。

目前對(duì)“富二氧化碳?xì)怏w主要屬深部來源，或者是和深部熱源有關(guān)的碳酸鹽熱分解”［13-15］已成為共識(shí)。具體到桂中1井區(qū)，這種CO2生成機(jī)制獲得了等效鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)的支持，在Ro-深度關(guān)系圖（圖2）上，泥盆系與石炭系呈現(xiàn)明顯的兩段特征，石炭系鏡質(zhì)體反射率（2.6%～3.0%，變化梯度較大）高于上泥盆統(tǒng)（2.2%，向下呈線性增加，變化梯度明顯小于石炭系），顯示石炭系具有地溫超補(bǔ)償特征?？紤]到海西期泥盆系—石炭系相對(duì)連續(xù)沉積的區(qū)域地質(zhì)背景，鄰區(qū)熱演化研究中［16-17］也未見到類似的石炭系地溫超補(bǔ)償?shù)膱?bào)道，因此推斷所述的地溫倒轉(zhuǎn)為局部異常，可能與局部地區(qū)熱事件例如深部熱液或者巖漿上涌有關(guān)。

圖2 桂中坳陷桂中1井烴源巖等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)與深度關(guān)系圖［5］

N2成因是多方面的［18-20］，熱液氣中富CO2貧N2［21］，伴隨烴類熱解產(chǎn)生的有機(jī)氮一般小于5%［19，22］， 結(jié)合坳陷晚期改造強(qiáng)烈的特點(diǎn)看，河池、柳城、柳江一帶N2富集應(yīng)當(dāng)與巖溶作用有一定關(guān)系。

對(duì)于南方海相地層，富氮?dú)怏w（N2體積分?jǐn)?shù)大于20%的氣體）中絕大部分N2主要來自于大氣，通過地面水下潛攜帶到地下 （例如盆地邊緣地層露頭區(qū)或斷裂破碎帶），然后以過飽和方式脫出并達(dá)到一定程度富集。富氮?dú)怏w通常與淡化地層水相伴，反映了地層水曾經(jīng)或至今仍與地表水發(fā)生緩慢交替［22-23］。

把現(xiàn)有氣體組分分析結(jié)果與井區(qū)水型資料結(jié)合起來分析，有助于理解兩者的關(guān)系。

（1）石深1井中泥盆統(tǒng)泥灰?guī)r中的N2體積分?jǐn)?shù)高達(dá)80%，在454～455m深度時(shí)水型為Na2SO4，到460m時(shí)向NaHCO3型轉(zhuǎn)化。

（2）柳1井中泥盆統(tǒng)泥灰?guī)r中的N2體積分?jǐn)?shù)達(dá)95%，附近的柳深1井200～649 m（上泥盆統(tǒng)）水型為NaHCO3。桂參1井820 m深處上泥盆統(tǒng)所采集的水樣礦化度為11.253 g/L，水型為NaHCO3；在1920m深處中泥盆統(tǒng)測(cè)得水樣礦化度為5.756g/L，水型為NaHCO3。

（3）北1井石炭系N2體積分?jǐn)?shù)高達(dá)95%～100%，于478.14m采集的水樣水型為Na2SO4，處于水文自由交替帶；值得注意的是，北2井在上泥盆統(tǒng)408.2m處N2體積分?jǐn)?shù)達(dá)98.5%，未見水型資料，在下伏深部地層2565.5～2567.5m和2824.6～2852.9m兩處取得水樣的水型均為MgCl2型，礦化度分別為206.93 g/L和255.84 g/L，這說明桂中坳陷區(qū)存在垂直水文地質(zhì)分帶，深部發(fā)育相對(duì)封閉的環(huán)境。

結(jié)合儲(chǔ)蓋組合、保存條件評(píng)價(jià)成果［6-8］分析，桂中坳陷天然氣顯示及其組分的空間分布特點(diǎn)正是保存條件空間差異的響應(yīng)。

桂中坳陷主要發(fā)育兩套儲(chǔ)蓋組合：中泥盆統(tǒng)泥巖蓋層是最重要的區(qū)域蓋層，巖溶作用主要發(fā)育在其之上，在ZK-1井該套泥巖內(nèi)氣體組分中CH4與N2體積分?jǐn)?shù)比例相當(dāng)，這與其它井石炭系高N2含量形成了鮮明的對(duì)比（表1）；下石炭統(tǒng)泥巖蓋層局部殘留。自北向南，天然氣組分類型隨蓋層殘存程度不同，呈現(xiàn)明顯的分異。河池、柳城、柳江一帶石炭系廣泛出露，石炭系殘存厚度小，區(qū)域蓋層之上的上泥盆統(tǒng)—石炭系保存條件差，天然氣顯示多見巖溶作用下的富N2氣體聚集，鉆進(jìn)中常發(fā)生氣噴，烴類聚集應(yīng)當(dāng)發(fā)育于中泥盆統(tǒng)區(qū)域蓋層之下；忻城、合山一帶中泥盆統(tǒng)區(qū)域蓋層與石炭系局部蓋層均發(fā)育，巖溶程度低，保存條件較好，反映到氣體組分上，桂中1井區(qū)石炭系氣測(cè)組分分析為CH4與CO2共存；合山二疊系—三疊系覆蓋區(qū)D907井鉆進(jìn)中在下三疊統(tǒng)發(fā)生了CH4氣噴。據(jù)此分析，天然氣組分類型及其空間分布可作為桂中坳陷保存條件的直接反映，它可為區(qū)帶評(píng)價(jià)提供參考。

3 結(jié) 論

（1）桂中坳陷淺層天然氣顯示豐富，主要包括CH4、CO2、N2三種組分；

（2）自北向南，石炭系廣泛出露區(qū)，天然氣組分富N2，體積分?jǐn)?shù)達(dá)80%～90%；忻城—合山一帶二疊系—三疊系殘存區(qū)，烴類相對(duì)富集，桂中1井石炭系見CO2與CH4共存，體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)，D907井下三疊統(tǒng)CH4體積分?jǐn)?shù)達(dá)82%；

（3）非烴氣體主要包括 CO2和 N2，CO2為深部熱作用下碳酸鹽巖分解成因，N2來源于大氣，與巖溶發(fā)育帶地面淡水下滲有關(guān)。氣體組分類型與分布是區(qū)內(nèi)保存條件的響應(yīng)。

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