李　浩，任戰(zhàn)利，陳西泮，趙　洋，康　靜

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075；2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；3.延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安716000)

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延長氣田馬家溝組氣源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

李浩1，任戰(zhàn)利2，陳西泮3，趙洋1，康靜1

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075；2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；3.延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安716000)

摘要：對延長氣田下古生界馬家溝組巖心樣品的有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)行測定，分析馬家溝組氣源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征，將天然氣組分與碳同位素對比分析，進(jìn)而探討該區(qū)馬家溝組氣源特征。結(jié)果顯示，該區(qū)下古生界馬家溝組氣源巖巖性為海相泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖。馬家溝組氣源巖累計(jì)厚度為10～40m，厚度由西向東增加，TOC范圍為0.01%～1.03%，平均為0.25%，有機(jī)質(zhì)豐度較低，Ro為1.7%～3.45%，平均為2.2%。馬家溝組氣源巖形成于強(qiáng)還原環(huán)境，干酪根類型主要為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型為主。天然氣具有甲烷含量高、非烴氣體含量低的特點(diǎn)，干燥系數(shù)較高，總體為干氣，C2/C3值大于3，δ13C1重，δ13C2輕，推測其可能是煤型氣為主油型氣為輔的混合氣。

關(guān)鍵詞：氣源巖；馬家溝組；有機(jī)地球化學(xué)；延長氣田；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地是中國陸上大型低滲透含油氣盆地，下古生界蘊(yùn)藏豐富的天然氣資源，已發(fā)現(xiàn)了靖邊、大牛地、榆林、子洲和烏審旗等大型天然氣田。上述氣田多集中在盆地的中北部地區(qū)，為了尋找新的天然氣接替區(qū)，本文將盆地南部延長氣田下古生界馬家溝組海相碳酸鹽氣源巖作為重點(diǎn)研究對象(圖1)，通過對其有機(jī)地球化學(xué)特征、天然氣地球化學(xué)特征的研究，為該區(qū)下古生界氣藏的判識與評價(jià)提供可靠依據(jù)，對進(jìn)一步探討盆地下古生界天然氣成藏富集規(guī)律及其控制因素等有重要意義。

延長氣田構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中南部(圖1)，該區(qū)下古生界馬家溝組地層分布廣泛，厚度一般為500～600m，最厚處可達(dá)1000m以上。

1 氣源巖類型與分布特征

延長氣田下古生界馬家溝組(O1m)碳酸鹽氣源巖包括海相泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖及總有機(jī)碳含量(TOC)較高的石灰?guī)r、白云巖、膏質(zhì)白云巖。其中，海相泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖TOC較高，是海相氣源巖中的較好的氣源巖[1]。

延長氣田馬家溝組海相泥巖測井曲線表現(xiàn)為高自然伽馬、高聲波時(shí)差、低電阻率、低密度特征；泥質(zhì)灰?guī)r與泥質(zhì)白云巖的測井曲線表現(xiàn)為低自然伽馬、低聲波時(shí)差、低電阻率特征[2-3]。對延長氣田300余口探井的測井曲線進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)并繪制了延長氣田馬家溝組氣源巖厚度等值線圖(圖2)。

由圖2可見，馬家溝組氣源巖遍布全區(qū)，累計(jì)厚度為10～40m。由西向東增厚，在延川—綏德地區(qū)，即陜北古凹陷沉積中心最厚，達(dá)40m以上。

2 氣源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

碳酸鹽巖類氣源巖有機(jī)質(zhì)豐度下限值至今尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)延長氣田內(nèi)下古生界碳酸鹽氣源巖高—過成熟演化特點(diǎn)，參考戴金星[2]碳酸鹽氣源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將延長氣田馬家溝組碳酸鹽氣源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限值定為0.3%。

延長氣田馬家溝組巖心樣品實(shí)測TOC為0.01%～1.03%，平均為0.25%(表1)。

表1　延長氣田馬家溝組氣源巖地球化學(xué)參數(shù)表

注：S1+S2—生烴潛量；Tmax—最高熱解峰溫；Ro—鏡質(zhì)組反射率。

統(tǒng)計(jì)表明，該區(qū)馬家溝組80.2%的樣品TOC低于0.3%，為非氣源巖；19.8%的樣品TOC在0.3%之上，達(dá)到海相碳酸鹽氣源巖生烴下限，為氣源巖。其中延長氣田東部所在的陜北古凹陷碳酸鹽氣源巖TOC最高，高于0.4%，該區(qū)氣源巖厚度也較厚，為30～40m。馬家溝組泥巖氣源巖TOC在甘泉—延長附近最高，向四周降低(圖3)。由于延長氣田馬家溝組氣源巖熱演化程度已達(dá)高—過成熟階段，殘留可溶有機(jī)質(zhì)和可熱解有機(jī)質(zhì)大多已排出，有機(jī)地球化學(xué)豐度指標(biāo)(如S1+S2、氯仿瀝青“A”等)已失去指示有機(jī)質(zhì)豐度的意義。該區(qū)氣源巖樣品S1+S2為0.02 ～0.10mg/g，平均僅為0.06mg/g(表1)。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

延長氣田馬家溝組氣源巖巖心樣品干酪根鏡檢分析表明，腐泥組含量為81.19%～90.50%，腐泥組有機(jī)質(zhì)是該區(qū)碳酸鹽氣源巖中最主要的成分(圖4a、b)，海相鏡質(zhì)組含量僅為3.96%～11.05%(表2)。腐泥組含量較高，印證了藻類大多形成干酪根中無定形腐泥組組分的觀點(diǎn)[5]，馬家溝組氣源巖樣品反映了藻類低等生物母質(zhì)特點(diǎn)(圖4c)，總體上以Ⅰ型干酪根為主(圖4d)。

注：干酪根類型為Ⅰ型。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

由圖5可知，下古生界馬家溝組泥質(zhì)氣源巖主峰碳為C23、C24、C25，Pr/Ph值為0.61，反映氣源巖形成于強(qiáng)還原環(huán)境[6-7]；CPI值為1.09，OEP值為1.06，奇偶優(yōu)勢不明顯。

延長氣田各氣井馬家溝組頂界附近的鏡質(zhì)組反射率Ro多數(shù)都在2.0%以上，進(jìn)入過成熟干氣演化階段。演化程度最高的位于富縣—甘泉—延安一帶，Ro達(dá)3.0%以上。干酪根Tmax為393～497℃，Ro為1.7%～3.45%，平均為2.2%(表1)，有機(jī)質(zhì)普遍處于過成熟干氣階段。

鏡質(zhì)組反射率值較高、處于過成熟干氣階段的干酪根樣品在熱解產(chǎn)物中仍有相當(dāng)含量的正構(gòu)烷烴，說明了其屬于Ⅰ型有機(jī)質(zhì)類型。

3 天然氣地球化學(xué)特征

3.1 天然氣組分特征

由表3可知，天然氣中烴類組分占絕對優(yōu)勢，總烴為93.19%～96.33%。烴類組分中甲烷含量很高(92.84%～95.81%)，平均為94.19%。C2-6重?zé)N含量較低(0.26%～0.52%)。馬家溝組各樣品天然氣干燥系數(shù)(C1/C1-5)為99.47%～99.69%，平均為99.62%，具有過成熟干氣的特征。干燥系數(shù)較高、氣藏偏干與現(xiàn)今氣源巖埋藏深度大、熱演化程度高有關(guān)。延長氣田馬家溝組天然氣非烴組分含量低，H2S含量普遍較低，為微—低含硫氣藏。CO2含量為1.97%～5.35%，N2含量為0.32%～3.68%。

表3　延長氣田馬家溝組天然氣組分特征表

3.2 天然氣穩(wěn)定碳同位素特征

穩(wěn)定碳同位素是目前國內(nèi)外在氣源判別中應(yīng)用最廣、使用最成熟的地球化學(xué)指標(biāo)，可以識別天然氣成因及類型[8-10]。甲烷碳同位素值(δ13C1)受母質(zhì)類型和成熟度兩方面的影響，而乙烷碳同位素值(δ13C2)受成熟度的影響較小，能夠更準(zhǔn)確地反映成氣母質(zhì)的屬性。

延長氣田馬家溝組天然氣甲烷δ13C1為-31.8‰～-30.4‰，乙烷δ13C2為-36.2‰～ -35.5‰，乙烷碳同位素相對于甲烷偏輕，丙烷δ13C3為-29.1‰(表4)。按照天然氣成因劃分標(biāo)準(zhǔn)[11-13]，研究區(qū)δ13C2具有腐泥型有機(jī)質(zhì)特征，馬家溝組天然氣接近于腐泥型有機(jī)質(zhì)形成的天然氣。

表4　延長氣田馬家溝組天然氣穩(wěn)定碳同位素組成特征表

按照海相碳酸鹽生油巖熱解氣碳同位素模擬實(shí)驗(yàn)得出的關(guān)系式(δ13C1=-46.45+27.23lgRo)計(jì)算[14]，延長氣田馬家溝組甲烷碳同位素對應(yīng)的天然氣Ro值分別為3.4%和3.8%，與該區(qū)實(shí)測Ro接近，同延長氣田氣源巖的熱演化程度一致，與其過成熟干氣的屬性較為吻合。

3.3 氣源特征探討

延長氣田馬家溝組兩個(gè)樣品天然氣甲烷δ13C1分別為-31.8‰和-30.4‰，基本處于-40‰～-30‰之間，首先排除為生物氣的可能[8-10,15-16]。

按照天然氣成因劃分標(biāo)準(zhǔn)[11-13]，延長氣田馬家溝組天然氣具有油型氣特征。但馬家溝組天然氣甲烷碳同位素反映的高成熟煤型氣特征與乙烷重?zé)N組分碳同位素反映的油型氣特征之間具有明顯矛盾。假設(shè)研究區(qū)馬家溝組天然氣是油型氣，那么高的熱演化程度應(yīng)使甲烷碳同位素更輕，但事實(shí)上甲烷碳同位素卻較重，在熱演化程度偏高的情況下，氣源不大可能以奧陶系的油型氣為主。

從表3中可以看出,馬家溝組天然氣乙烷和丙烷含量的比值(C2/C3)遠(yuǎn)大于3，根據(jù)王濤[17]提出的天然氣組分參數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)，推測馬家溝組天然氣以煤型裂解氣為主。馬家溝組碳酸鹽氣源巖TOC普遍低于上古生界氣源巖TOC[18]，僅有19.8%的樣品TOC在0.3%之上，達(dá)到海相碳酸鹽氣源巖生烴下限，為氣源巖，且天然氣δ13C1大于δ13C2，推測延長氣田馬家溝組天然氣可能是煤型氣為主、油型氣為輔的混合氣，這與前人研究的鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組天然氣以煤型氣為主、油型氣為輔的觀點(diǎn)一致[4,19]。

從組分特征來鑒別天然氣成因類型具有多解性，因?yàn)樘烊粴饨M分常受諸多外在因素如溫壓條件、運(yùn)移作用、產(chǎn)狀及生物降解作用的影響[20]，因此上述分析結(jié)果還需其他參數(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

(1) 延長氣田馬家溝組氣源巖包括海相泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，累計(jì)厚度為10～40m，延川—綏德地區(qū)最厚，達(dá)到40m以上，該區(qū)氣源巖TOC值也最大，為延長氣田馬家溝組氣源巖發(fā)育的最有利區(qū)域。

(2)延長氣田馬家溝組天然氣組分以烴類氣體為主，甲烷為烴類氣體的主要組分，含量多超過90%，非烴氣體含量較低，為少量H2S、CO2和N2；天然氣重?zé)N含量不高，干燥系數(shù)較高，總體上以干氣為主。

(3)延長氣田馬家溝組氣源巖形成于強(qiáng)還原環(huán)境，TOC為0.01%～1.03%，平均為0.25%，僅有19.8%的樣品為氣源巖。有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥組，以Ⅰ型干酪根為主。熱演化成熟度高，Ro普遍大于2.0%，處過成熟干氣階段。天然氣C2/C3值大于3，δ13C1重，δ13C2輕，且TOC普遍偏低，推測其可能是煤型氣為主、油型氣為輔的混合氣。

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Geochemical Characteristics of Majiagou Formation Source Rocks in the Yanchang Gas Field

Li Hao1，Ren Zhanli2，Chen Xipan3，Zhao Yang1，Kang Jing1

(1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., xi′an, Shaanxi 710075, China;2.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics/DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi′an,Shanxi710069,China;3.FuxianOilProductionPlant,YanchangPetroleumGroupCorporation,Yan′an,Shaanxi716000,China)

Abstract:According to the laboratory testing of the sample rocks, the organic matter abundance, type,and maturity of the Lower Paleozoic Mjiagou formation in Yanchang Gas Field geochemical characteristics was determined, in combination with the natural gas component and carbon isotope properties, so that the basic geochemical characteristics of the gas source rock in Majigou formation can be determined.The research results show that, the gas source rocks of Majiagou formation in the study areas are categorized marine mudstone, mud particle dolomite limestone and argillaceous dolomite. Total thickness of gas source rocks are generally 10 to 40 meters, increases from west to east, the TOC varied from 0.01% to 1.03% with the average of 0.25%, the abundance of organic matter is lower, and the Ro values varied from 1.7% to 3.45% with the average of 2.2%, the gas source rocks of Majiagou group formed in strong reducing environment, the gas source rocks are mainly typeⅠkerogen,and the organic matter is mainly sapropel in type，indicating that is at over maturity dry gas stage. Gas in the Majiagou formation is characterized by a high content of methane but a low content of non-hydrocarbon gases, the dry coefficient is relatively high, indicating that the natural gas are dominated by dry gas. Natural gas C2/C3 values are greater than 3, the δ13C1 is heavy, the δ13C2 is light, speculating that the gases are mixed from mainly coal type gas and partly oil type gas.

Key words:Source rocks, Majiagou formation, Geochemical characteristics, Yanchang gas field, Ordos Basin

基金項(xiàng)目：國家重大專項(xiàng)專題(2011ZX05005-004-007HZ)；國家自然科學(xué)基金(41372128)；西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科技部專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助。

第一作者簡介：李浩(1986年生)，男，博士，主要從事天然氣地質(zhì)綜合研究工作。郵箱:hydrocarbons@163.com。

中圖分類號：TE122

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A