王勇剛 陳 岑 譚先鋒 李 寧 張年念 湯 睿 李 陳

(1. 中海石油(中國)有限公司上海分公司， 上海 200335；2. 復(fù)雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401331；3. 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院， 重慶 401331；4. 江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六七大隊(duì)， 江西 九江 332000)

西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷的中部，屬于東部坳陷帶內(nèi)的次一級(jí)凹陷，其總體呈北北東向展布，新生界地層沉積預(yù)計(jì)最大厚度達(dá)20 000 m以上。中央反轉(zhuǎn)帶位于西湖凹陷中部，緊鄰西湖凹陷生油洼槽中心，為始新世晚期受玉泉運(yùn)動(dòng)自東向西的擠壓作用而形成的反轉(zhuǎn)背斜帶，自南而北可劃分為天臺(tái)構(gòu)造帶、黃巖構(gòu)造帶、寧波構(gòu)造帶、嘉興構(gòu)造帶等4個(gè)三級(jí)構(gòu)造帶。近年來，在中央反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)一系列油氣田或含油氣構(gòu)造，主要含油氣層位為漸新統(tǒng)花港組，勘探前景良好。

西湖凹陷存在三套烴源巖，其中以平湖組海陸過渡相烴源巖為主，下始新統(tǒng)寶石組、漸新統(tǒng)花港組的河流相-湖泊相烴源巖為次要烴源巖。其中，巖石類型主要為暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤等3種類型[1]，有機(jī)質(zhì)類型主要以II2-III型為主。本次研究主要通過天然氣的化學(xué)組分、碳同位素、輕烴指紋等因素對(duì)西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶不同構(gòu)造帶(除嘉興構(gòu)造帶外)的天然氣地球化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比分析，并討論天然氣的成因類型。

1 天然氣化學(xué)組成特征

1.1 組分

天然氣的組分由烴類和非烴類組成，不同組分天然氣受母質(zhì)類型和熱演化程度的影響，同時(shí)受區(qū)帶油氣運(yùn)移和成藏方式等因素的影響。對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶3個(gè)次級(jí)構(gòu)造已鉆多口探井的漸新統(tǒng)花港組天然氣進(jìn)行取樣分析，得到西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣組分特征(見表1)。中央反轉(zhuǎn)帶的天然氣以烴類氣體為主，含少量非烴類氣體。

三級(jí)構(gòu)造帶之間天然氣的組分變化較大。在天臺(tái)構(gòu)造帶，甲烷體積分?jǐn)?shù)為71.5%～90.57%，平均為83.63%；重?zé)N體積分?jǐn)?shù)為3.68%～13.16%，平均為9.45%；干燥系數(shù)(C1C1-5)為0.85～0.93，平均為0.89。在黃巖構(gòu)造帶，甲烷體積分?jǐn)?shù)為70.72%～92.23%，平均為83.84%；重?zé)N體積分?jǐn)?shù)為5.53%～18.4%，平均為10.78%；干燥系數(shù)為0.72～0.94，平均為0.88。在寧波構(gòu)造帶，甲烷體積分?jǐn)?shù)為85.36%～98.25%，平均為92.24%；重?zé)N體積分?jǐn)?shù)為1.04%～4.82%，平均為3.42%；干燥系數(shù)為0.93～0.99，平均為0.97。重?zé)N組分整體由南向北體積分?jǐn)?shù)明顯減少。中央反轉(zhuǎn)帶南部的天臺(tái)構(gòu)造帶、黃巖構(gòu)造帶以濕氣(干燥系數(shù)<0.95)為主，北部的寧波構(gòu)造帶以干氣(干燥系數(shù)>0.95)為主(見圖1)。

表1 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣組分特征

圖1 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣樣品干燥系數(shù)頻率

研究區(qū)非烴類氣體主要為CO2和N2，且3個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶非烴類氣體含量都比較低，CO2平均體積分?jǐn)?shù)介于1.96%～2.68%，N2平均體積分?jǐn)?shù)介于0.81%～1.84%。

1.2 ln(C1C2)、ln(C2C3)關(guān)系

Behar等人研究了干酪根裂解氣和原油裂解氣的烴類組分差別，并根據(jù)這種差別提出通過ln(C1C2)-ln(C2C3)圖版來區(qū)分兩類天然氣的成因[2]。李劍等人在此研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過熱模擬實(shí)驗(yàn)建立了可判別天然氣所處熱演化階段的新圖版[3-4]。將天然氣樣品的ln(C1C2)和ln(C2C3)數(shù)據(jù)放入圖2所示圖版進(jìn)行分析?？梢钥闯?，中央反轉(zhuǎn)帶的天然氣以干酪根裂解氣為主，僅在天臺(tái)構(gòu)造帶存在少量原油裂解氣，3個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶干酪根裂解氣的成熟度存在差異。其中，天臺(tái)構(gòu)造帶和黃巖構(gòu)造帶干酪根裂解氣的Ro(鏡質(zhì)體反射率)為0.8～1.1；寧波構(gòu)造帶干酪根裂解氣成熟度最高，Ro為1.2～1.6，整體呈現(xiàn)南低北高的特征；天臺(tái)構(gòu)造帶的原油裂解氣Ro為1.3～1.6。

圖2 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶ln(C1C2)與ln(C2C3)關(guān)系圖版

2 天然氣碳同位素組成特征

2.1 天然氣碳同位素分布特征

西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶的39個(gè)天然氣碳同位素分析樣品取自不同構(gòu)造帶的花港組，不同構(gòu)造帶的天然氣碳同位素(δ13C)存在一定差異。

(1) 天然氣δ13C1。天臺(tái)構(gòu)造帶天然氣δ13C1主頻分布于-40.11‰～-38.15‰，平均為-39.20‰；黃巖構(gòu)造帶天然氣δ13C1主頻分布于-37.46‰～-32.78‰，平均為-35.25‰；寧波構(gòu)造帶天然氣δ13C1主頻分布于-32.21‰～-22.6‰，平均為-29.86‰。整體上，甲烷的碳同位素呈現(xiàn)出北重南輕的特點(diǎn)，說明南北的天然氣源巖熱演化程度不同。

(2) 天然氣δ13C2。天臺(tái)構(gòu)造帶天然氣δ13C2主頻分布于-27.61‰～-25.87‰，平均為-26.87‰；黃巖構(gòu)造帶天然氣δ13C2主頻分布于-28.92‰～-25.00‰，平均為 -27.09‰；寧波構(gòu)造帶天然氣δ13C2主頻分布于-26.00‰ ～-23.30‰，平均為-24.24‰。

由烷烴氣碳同位素系列特征(見圖3)可知，3個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶的天然氣有一部分發(fā)生了同位素倒轉(zhuǎn)(δ13C3<δ13C2或者δ13C4<δ13C3)。戴金星根據(jù)國內(nèi)多個(gè)盆地的碳同位素系列特征，總結(jié)了碳同位素倒轉(zhuǎn)的原因[5-6]：(1) 有機(jī)烷烴氣和無機(jī)烷烴氣相混合；(2) 煤成氣和油型氣相混合；(3) 同型不同源氣或同源不同期氣相混合；(4) 烷烴氣中組分被細(xì)菌氧化。在西湖凹陷幾乎沒有發(fā)現(xiàn)無機(jī)烷烴氣，同時(shí)中央反轉(zhuǎn)帶氣藏埋藏較深，不可能發(fā)生細(xì)菌氧化作用，因此天然氣的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象主要為不同類型或不同期次天然氣混合所致。

圖3 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣碳同位素對(duì)比圖

2.2 天然氣碳同位素組合特征

天然氣中烷烴的碳同位素主要受烴源巖的母質(zhì)類型及其熱演化程度的影響，CH4碳同位素主要受天然氣成熟度的影響，而C2H6碳同位素主要與烴源巖母質(zhì)類型有關(guān)[7-9]。通常，δ13C2<-28‰的天然氣為油型氣，δ13C2>-28‰的天然氣為煤成氣。研究區(qū)天臺(tái)構(gòu)造帶和黃巖構(gòu)造帶主要落入煤成氣區(qū)，部分落入混合成因氣區(qū)，寧波構(gòu)造帶主要以煤成氣為主[10]。根據(jù)西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣δ13C1-δ13C2關(guān)系圖版(見圖4)可知，天臺(tái)地區(qū)的混合成因氣主要是煤成氣與原油裂解氣的混合氣[11]。黃巖構(gòu)造帶和寧波構(gòu)造帶以干酪根裂解氣為主?，F(xiàn)有研究表明，西湖凹陷油氣是多期沖注、多期成藏所形成的產(chǎn)物，因此黃巖構(gòu)造帶和寧波構(gòu)造帶可能主要由不同成熟度天然氣混合而成。

胡惕麟等人根據(jù)碳同位素特征，建立了判別天然氣成因類型及成熟度的δ13C2與δ13C2-δ13C1關(guān)系圖版(見圖5)[12]。根據(jù)研究區(qū)數(shù)據(jù)落入?yún)^(qū)域可以看出，天然氣的成熟度表現(xiàn)為由南向北逐漸升高。其中，天臺(tái)構(gòu)造帶以中期腐殖型氣區(qū)和過渡區(qū)為主；黃巖構(gòu)造帶落入晚期腐殖型氣區(qū)與過渡區(qū)；寧波構(gòu)造帶天然氣主要落入晚期腐殖型氣區(qū)，該構(gòu)造帶主要處于高成熟 — 過成熟熱演化階段。

圖4 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣δ13C1-δ13C2關(guān)系圖版

圖5 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣δ13C2與δ13C2-δ13C1關(guān)系圖版

3 天然氣輕烴C6-C7組成特征

C7輕烴化合物包括正庚烷(nC7)、甲基環(huán)己烷(MCC6)及各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷(DMCC5)。戴金星等人根據(jù)不同結(jié)構(gòu)輕烴在母質(zhì)中的含量以及熱演化過程中的穩(wěn)定性，建立了C7輕烴三角圖，可有效區(qū)分不同成因油氣[13-14]。MCC6是有效反映煤成氣輕烴的指標(biāo)，甲基環(huán)己烷(MCC6)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于46%的天然氣一般為煤成氣，小于46%的天然氣一般為油型氣。天然氣樣品中除天臺(tái)構(gòu)造帶部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)外，C7輕烴系列化合物中MCC6質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49%～64%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，正庚烷的含量相對(duì)較低。這些情況均表明，西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶的天然氣主要為煤型氣，天臺(tái)構(gòu)造帶含部分油型氣。

Thompson提出庚烷值、異庚烷值與凝析油成熟度的關(guān)系式[15-16]。程克明等人根據(jù)不同地區(qū)的油氣成熟度，提出了依據(jù)庚烷值和異庚烷值劃分天然氣成熟度的標(biāo)準(zhǔn)[17]。依據(jù)該分類標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為天臺(tái)構(gòu)造帶和黃巖構(gòu)造的天然氣樣品基本處于成熟階段，黃巖構(gòu)造帶的天然氣樣品成熟度相對(duì)較高，寧波構(gòu)造帶的天然氣樣品基本處于高成熟階段，部分已經(jīng)進(jìn)入過成熟階段(見圖6)。這與前面的分析結(jié)果基本一致。

圖6 西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣輕烴成熟度

4 結(jié) 語

西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶天然氣呈南北分帶特征，南部天臺(tái)構(gòu)造帶和黃巖構(gòu)造帶的天然氣以濕氣為主，北部寧波構(gòu)造帶的天氣然以干氣為主，整體上天然氣組分中非烴類氣體組分含量比較低。中央反轉(zhuǎn)帶天然氣碳同位素均出現(xiàn)了不同程度的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其天臺(tái)構(gòu)造帶天然氣存在混源特征，以干酪根裂解氣為主，并存在少量原油裂解氣；而黃巖構(gòu)造帶和寧波構(gòu)造帶天然氣可能為多期充注的不同成熟度干酪根裂解氣的混合氣。成熟度分析結(jié)果表明，西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶南部天臺(tái)構(gòu)造帶和黃巖構(gòu)造帶的天然氣基本處于成熟階段，而北部寧波構(gòu)造帶天然氣基本處于高成熟階段，部分已經(jīng)進(jìn)入過成熟階段。整體上，天然氣成熟度呈北高南低的態(tài)勢(shì)。