董 庸，黃羚，王鵬萬，羅憲嬰，李 麗

（中國石油杭州地質研究院）

桂中坳陷為滇黔桂盆地次級單元，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，有力地推進了坳陷生儲蓋組合［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。該坳陷淺層泥盆系—三疊系天然氣顯示豐富，但目前對其組分類型、空間分布特點、非烴組分的成因以及對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11口井的氣體組分資料（除桂中1井外，其余為20世紀70年代的鉆井），從成因定性分析入手，對氣體組分類型的空間分布與保存條件的關系進行了梳理與研討。

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。結合天然氣顯示所在地質層位的分析，可見下列特征：

（1）下石炭統(tǒng)泥灰?guī)r、石灰?guī)r氣樣中，N2體積分數(shù)占主導，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體積分數(shù)52.1%～54.9%，N2體積分數(shù)在44.99%～47.9%，兩者比例相當；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體積分數(shù)均超過91%，CH4體積分數(shù)在10%以內。

（3）對于二疊系—三疊系殘存部位，如合山縣D907井，泥灰?guī)r氣樣中CH4的體積分數(shù)達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中氣測異常明顯，全烴含量最高為4.721%，烴類組分全；CH4相對含量高達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［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，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相對富集。此外，據(jù)南丹ZK-1井揭示，泥盆系泥質巖發(fā)育段CH4也見相對富集。

表2 桂中坳陷桂中1井氣測解釋簡表

由此可見，研究區(qū)氣體的地質時空分布復雜，那么,形成不同類型氣體聚集的地質條件，其特殊性又何在呢？這種分布現(xiàn)象對區(qū)內天然氣成藏有何研究價值？筆者試圖對這些問題進行嘗試性的探討。

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。關于其成因，主要是根據(jù)理論研究與具體地質條件進行定性分析，目前尚缺乏同位素等方面的數(shù)據(jù)。

中國多旋回地質演化的特點產生了海相碳酸鹽巖地層油氣成藏的整體觀和晚期觀［10-12］。桂中坳陷具有兩個基本地質特點：一是高熱演化［2，5，9］，二是燕山期以來的強烈改造［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“富二氧化碳氣體主要屬深部來源，或者是和深部熱源有關的碳酸鹽熱分解”［13-15］已成為共識。具體到桂中1井區(qū)，這種CO2生成機制獲得了等效鏡質體反射率數(shù)據(jù)的支持，在Ro-深度關系圖（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償特征?？紤]到海西期泥盆系—石炭系相對連續(xù)沉積的區(qū)域地質背景，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償?shù)膱蟮?，因此推斷所述的地溫倒轉為局部異常，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。

圖2 桂中坳陷桂中1井烴源巖等效鏡質體反射率(Ro)與深度關系圖［5］

N2成因是多方面的［18-20］，熱液氣中富CO2貧N2［21］，伴隨烴類熱解產生的有機氮一般小于5%［19，22］， 結合坳陷晚期改造強烈的特點看，河池、柳城、柳江一帶N2富集應當與巖溶作用有一定關系。

對于南方海相地層，富氮氣體（N2體積分數(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到一定程度富集。富氮氣體通常與淡化地層水相伴，反映了地層水曾經或至今仍與地表水發(fā)生緩慢交替［22-23］。

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

（1）石深1井中泥盆統(tǒng)泥灰?guī)r中的N2體積分數(shù)高達80%，在454～455m深度時水型為Na2SO4，到460m時向NaHCO3型轉化。

（2）柳1井中泥盆統(tǒng)泥灰?guī)r中的N2體積分數(shù)達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體積分數(shù)高達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體積分數(shù)達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)存在垂直水文地質分帶，深部發(fā)育相對封閉的環(huán)境。

結合儲蓋組合、保存條件評價成果［6-8］分析，桂中坳陷天然氣顯示及其組分的空間分布特點正是保存條件空間差異的響應。

桂中坳陷主要發(fā)育兩套儲蓋組合：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井該套泥巖內氣體組分中CH4與N2體積分數(shù)比例相當，這與其它井石炭系高N2含量形成了鮮明的對比（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，鉆進中常發(fā)生氣噴，烴類聚集應當發(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)帶評價提供參考。

3 結 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，體積分數(shù)達80%～90%；忻城—合山一帶二疊系—三疊系殘存區(qū)，烴類相對富集，桂中1井石炭系見CO2與CH4共存，體積分數(shù)相當，D907井下三疊統(tǒng)CH4體積分數(shù)達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。氣體組分類型與分布是區(qū)內保存條件的響應。

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