普光气田的天然气可能是无机成因的

地质与探天然气工业2008年11月普光气田的天然气可能是无机成因的石兰亭12郑荣才张景廉2卫平生2张虎权2(1成都理工大学2.中国石油勘探开发研究院西北分院)石兰事等普光气田的天然气可能是无机成因的,天然气工业,2008,28(11):8-12.擴要普光气田天然气的成因由于地质储量和气源等认识有待深入而备受关注。普光气田的深部中地壳存在一个低速层,该低速层是一个塑性层,具流变性质,是充满气体及离子的热液流体。一方面,热液流体与橄榄岩等超基性岩发生蚀变反应,生成Fe2'、Mg2及V、Ni等;另一方面,CO2(或CO)与H2在中地壳的恰当温度、压力下,在VNi等金属的催化下,发生费一托合成烃的反应,这时,携带K+、Na+、Cl、Fe2+、Mg2+的热液体上升到沉积地层,当遇到碳酸盐岩时,便发生Mg2交代或Fe2、Mg2+交代形成铁白云石及盐岩等,当遇到砷屑岩(硅酿盐)时,便发生绿泥石化(Mg2+交代)伊利石化(K+交代),蒙脱石化(Mg2交代)作用并生成盐类矿物。费一托反应生成的烃可沿断裂系统上升到储层中(如白云岩及砂岩)而成藏,研究结果表明,普光气田天楼气的成因及成藏模式可能就是通过上述途径实现的,即普光气田的天然气可能是无机成因的。川东地区还是一个地球强烈排气的区城,那些尚没有圈闭成藏的天然气彩响了当地气侯(如酷热、森林大火等)。结论认为:寻找普光气田型的天然气藏(生物礁一白云岩一膏盐组合)是21世纪四川盆地天然气勸探的主要目标主题词普光气田气藏形成无机成因低速带塑性泷体费一托反应生物礁白云岩引言烷的碳同位素值难以确定其气源鉴于上述情况,金之钧教授等曾撰文认为“普光最近,马永生教授撰文,论述了“四川盆地普光气田的气源不清。并指出这是海相油气勘探的大型气田的形成机制”1,笔者拟从新的视角来分析主要问题之一。因此,深入探讨普光气田天然气的普光气田的深部地质地球物理背景,并论述普光气气源及成因十分必要。田的天然气可能是无机成因的自普光气田发现以来,以马永生教授为主的项二、普光气田的储层与盖层目组先后在《地质论评》、《地质学报》、《石油实验地普光气田是一个生物礁滩型气田。质》、《石油大学学报》、《石油与天然气地质》、《地学1.白云岩储层前缘》《海相油气地质》等刊物发表了一系列论普光构造位于碳酸盐岩台地边缘,主要发育鲕文21,全面论述了普光气田的沉积、层序地层、储粒白云岩残余鲕粒白云岩和糖粒状残余鲕粒白云层、礁滩及成藏模式也有专门论述二叠系长兴组生岩。这种白云岩总厚度约250m,为普光气田的主物礁的],但深人讨论普光气田气源的文章则还没力储层。如此巨厚的白云岩,Mg2+的来源一直困惑有。蔡勋育等从沥青地球化学的角度认为该气田气着沉积学家及石油地质学家(孙枢、张景廉,《白云体源于上二叠统烃源岩干酪根印;马永生根据烃源石、白云岩成因研究述评》,2004年)。根据笔者的研岩的演化史、储层流体包裹体分析资料所却确定的究,当地幔热液上升到底辟于花岗岩层与玄武岩层油气成藏期,提出普光气田的主力烃源岩为中、下志的超基性岩时,会发生广泛的蛇纹石化释放出大量留统及二叠系口1,但这种分析有诸多的不确定性。的Mg2+与Fe2+。这种热液继续上升,如进入碳酸马永生在文献[12]中认为,普光气田天然气干燥系盐岩地层便发生白云石化铁白云石化;如上升到硅数大乙烷含量过低,无法准确分析碳同位素组成,酸盐岩地层则发生绿泥石化;而当陆相地层也有碳而天然气又受到TSR的蚀变和改造。因此仅凭甲酸盐岩时,则会发生白云石化如柴达木盆地西部的作者简介:石兰亭,1963年生,高级工程师博士研究生;主要从事石油地质、油气藏描述等工作。地址:(730020)甘肃省兰州市雁儿湾路535号。电话:(0931)8686135。E-mail:lanzhousltt@163.com第28卷第11期天然气工业地质与勘探古近系、济阳坳陷古近系、江汉盆地古近系南阳盆需要找生物礁滩(有好的构造),第二找礁体内白云地古近系及酒泉盆地下白垩统的白云岩5。在普光岩(好的储集体)第三找巨厚的膏盐(好的封盖气田埋深5000m的白云岩孔隙度最大可达27.9%,层)1。普光气田就满足上述条件。最大渗透率可达1000×10-3pm2,而这种热液交代的白云岩在国内尚不多见。、普光气田深部地壳构造特征2.膏盐盖层1.宣汉一灵宝地质地球物理剖面四川盆地的三叠纪是一个主要的成盐期。对于20世纪80年代,原地质矿产部第一综合物探大膏盐,一直被认为是蒸发成因的,几乎从未被怀队第二综合物探大队进行了四川宣汉到河南灵宝疑过剖面的地质、地球物理调查工作随着油气勘探的深入,发现含盐盆地的古气候从图1可以看出:①商丹断裂一带有正磁异常;并非干旱,而是十分湿热,盐岩分布受深大断裂控②在宣汉一带有一个重力低异常;③从四川宜汉到制;滨里海盆地十分发育的盐穿刺构造,北非中生代陕西山阳,在深20~25km处有一个较稳定的低速盆地的盐底辟、盐穿刺构造,西南非 Aptian期盆地层,其v=5.7~6.0km/s,其上部的v=6.3~6.5的盐构造等均表明:这些盐可能是热的浓卤水所生km/s(地质解释为角闪岩相),下部v=6.5~6.7成的它们由富含Na+K+、Cl的地幔流体所生成,km/s(地质解释为麻粒岩相)。在图1中我们注意这便是热卤水成盐模式1。因此目前在沉积相研究到,在山阳深约25km处有一条断层沿低速层平缓中,常常把膏盐认作是干旱环境形成的蒸发岩,这显延伸直到宣汉地区附近,看来这是一个拆离构造,它然是一个错误,需要予以更正。正是这种热卤水形在深部遇到低速层(塑性层),角度变得十分平缓成的膏盐对油气藏起到了十分重要的封盖作用。2.中地壳低速层与天然气生成模式3.生物礁(滩)一白云岩一膏盐根据沃里沃夫斯基、萨尔基索夫对世界上9个根据上述白云岩、膏盐的形成模式,以及国外碳大油气田的研究表明,这种盆地的深部中地壳断续酸盐岩油气勘探的经验张景廉等陆续发表了3篇分布有低速一高导层。对这种低速一高导层有诸多论文,论述了在中国西部寻找古生代大型油气田的不同的地质解释沃里沃夫斯基等认为:上地幔的超勘探方向,即要在碳酸盐岩地区寻找大油气田第一基性岩浆上升底辟到花岗岩与玄武岩“层”中,由于扬子块一华北块川东北岔地大巴家2商斯裂洛南火1-56 kn576ma2220角相角闪岩相v=62kms麻粒岩相7.14k高角闪岩相y=65-67kms高角闪岩相v=66kms上地幔岩石圈m愿,m圆黑图1宣汉一灵宝地质地球物理综合解释剖面图据原地矿部第一综合物探大队,1986年;原地矿部第二综合物探大队1987年改编)地质与勸探天然气工业2008年11月地幔热液的蚀变超基性岩成为蛇纹石,即所谓蛇纹键是构造圈闭、储层以及盖层的耦合石化橄榄岩(21这种地幔热液通常是富含卤素的卤普光气田不仅储量大,其丰度也远远高出川东水富含K+、Na+、CO2(或CO)、H2等(2)。在超基其他气田口,就在于它的优质储层(白云岩)优质盖性的橄榄岩蚀变成蛇纹石的过程中释放出大量的层(膏盐)和有效圈闭(生物礁滩),更重要的是有充FeMg、Ni、V等金属离子。足的无机成因的气体。因此,富含CO2(或CO)、H2的流体在FeNi、V5.成藏模式讨论等金属元素的催化作用下(在中地壳合适的温度与张景廉曾就克拉2气田、威远气田的成藏模式压力下)可发生费一托合成烃的反应。CO2(或进行了讨论232,相比起来,普光气田与克拉2气田CO)、H2的比例不同,金属催化剂的种类不同,反应和威远气田有一些共同之处:克拉2构造储集了的温度,压力不同均会影响产物烃的组成,并且影响2800×10°m3的优质天然气,储集层是砂岩(少量到烃的碳同位素组成230。详细论述可见文献[25]。白云岩),盖层是厚逾200m的青盐层;威远气田则上述模式可解释碳酸盐岩不能成为有效烃源岩储集于震旦系藻白云岩中,也可称作为藻礁,基底为的困惑2,也解释了普光气田如此一个大气田“气源一个花岗岩体,此岩体富含烃。上述2个气田天然不清”的疑惑。气均源于中地壳,且中地壳均有低速、高导层低速层与白云岩、膏盐的生成另一方面,Mg2+、K+Na及卤素等上升到上地四、川东地区是一个地球强烈排气区壳的沉积地层,当有碳酸盐时,便发生Mg2+交代,形2006年,川东地区接连发生一些特异的自然现成白云石(岩),K+、Na及卤素便形成盐岩等;当进象及地质灾害,值得关注。入硅酸盐等泥质矿物时,Mg2-则形成绿泥石及蒙脱(1)森林大火石,K+交代形成伊利石Na交代则形成钠长石(如2006年8月28日,重庆大足县玉龙镇南家煤矿酒泉盆地)。区发生森林大火,当地政府曾组织2千余名军民扑这一模式成功地解释了巨厚白云岩及膏盐的生火;2006年8月30日,重庆北碚和渝北区交界的大成,更解释了白云岩不仅存在于海相地层,也可存在耳镇发生森林大火,威逼相国寺气田相4井,曾有20于陆相地层的现象。这一模式还解释了陆相碎屑地余米高的火舌,大火到9月2日方被扑灭层广泛发育的伊利石化、蒙脱石化、高岭石化等。(2)瓦斯爆炸4.天然气成藏模式2006年5月20日,四川达州市一家低瓦斯煤矿图1可解释普光气田天然气的成藏模式。中地发生了瓦斯爆炸。壳的低速层为天然气的发生器;所生成的天然气沿(3)酷热断层上升,当有合适的圈闭便可形成气藏(图2)。若据报道,重庆市2006年夏季有持续近2个月的断层开启,直到地表便造成天然气的大量泄漏(下酷热,最高温度曾达到4.5℃·酷热导致大旱,农节会讨论)。而图2的大湾构造与毛坝场构造的业生产遭受严重损失。这种酷热难以用传统的气象F1、FF断裂如果与普光构造F断裂是同一个系学理论予以合理解释统,就会有气藏。因此,笔者认为,川东地区石炭系(4)天然气井喷、井漏及溢流的天然气,也可用上述模式来解释其形成机理。关2003年12月23日,四川开县罗家16H井发生特大H2S井喷事故。与罗家16H井同属一个气田、同一气藏的罗家1H井测试日产气量达300×10膏岩盖层m2,无阻流量超过100×10md061年3月25日,四川开县高桥镇罗家2号井发生井漏,与上述事故发生地相隔仅几米;2006年12月21日,四川宣汉清溪1井发生天然气溢流事件,直到2007年1月日第3次压封井,才使溢流得到控制。(5)川东地区深部地球排气上述现象看似互不相关,实际上它们是互相有图2普光一大湾一毛坝场构造成藏模式剖面图(据马永生)联系的。张景廉分析了大兴安岭地区及广东三水地第28卷第11期天然气工业地质与勘探区的森林大火,可能与地球深部气体有关0;而酷热作为一种自然灾害,杜乐天教授认为是地球排气五、勘探前景作用所致0(杜乐天,《对当代西方地球科学理论的据最新报道,普光气田大湾2井在飞仙关组怀疑与新见》,《地学哲学通讯》,2006(1):1118)。段一二段,井深4804.4~4900m获日产586×上已述及的森林大火中20余米高的火舌,显然参与10m3的天然气流。普光气田储量进一步扩大。截有燃烧的天然气。四川开县、宣汉地区的天然气井至2007年2月,普光气田探明储量达到3561×10°喷、井漏、溢流事件表明:该地区深部有强大的气源m3),预计探明储量还将进一步增加体,一方面表现为高压气流,另一方面表明了天然气按天然气的无机成因观点,川东地区将会有更是可以再生的大发现。一方面生物礁常呈带状分布19,还会有更综上可以认为,川东地区是一个地球强烈排气多生物礁体被发现;另一方面,油气是可以再生区。事实上,在中央电视台的天气预报节目中我们的,如前所讨论的川东地区地球强烈排气区。目不时可看到川东地区的森林火险预报(或兴安岭地前在川东找到的气田,如滚子坪、罗家秦铁山坡渡区),那是卫星热红外探测的情报表明这里正在排口河铁山福成寨、卧龙河大池干井沙坪场五百气其原因便在于中地壳是一个巨大的气源,一部分梯、龙门、西河口高峰场及普光气田等均是被圈闭气体储集于构造中成为气藏气田,而另外相当一部成藏的天然气,而更多的天然气可能都已散失。普分气体则到达地表而散失了。光气田之所以在诸多气田中“鹤立鸡群”,在于它有据赵文智等的研究目前我们在川东地区共优质的储层及盖层外加有一个优良的生物礁构造发现气田14个,探明天然气地质储量5950×10这在陆相地层也如此,克拉2气田便是由于巨厚的2,尚没有包括H2S、CO2的储量;这些便是参加成青盐封盖而保存了巨量的天然气1),推而广之,藏作用的天然气,更多的天然气则是参与了上述自东地区的石炭系作为储层的气田也均是无机成因然现象。据计算,四川盆地(江油一渠县以南,华蓥的,为同一气源山断褶带以西,隆川一自贡一沭川一线以北)的下古如果说,20世纪50年代以来的半个世纪,我们生界海相地层在阳新世前的油气散失量为256×的石油工业是靠浅部地震找构造发展到20世纪90102m310。这种计算包括了剩蚀作用对早期油气年代的利用地震一测井一层序地层等找岩性地层圈藏的破坏,但至少表明了油气散失是十分严重的。闭而进行油气勘探的话,那么到了21世纪,我们的(6)川东地区天然气的碳同位素组成石油工业将靠深部地震(超过10km)探测中地壳的低速一高导层,进而寻找大型、超大型油气田。凭借戴金星院土在北京“中国油气论坛200”会议上这一创新思维,中国及世界的油气前景将迎来第二公布了川东北地区一些气田的碳同位素数据;普光次革命。重要的是,生物礁中的白云岩作为储层,不气田甲烷C1>-29‰,毛坝气田甲烷B3C1会随深度增加而使储层物性变差。因此,在生物礁23‰~28‰%,河坝气藏甲烷8C1=-26%,1G中找油气将是21世纪油气藏勘探的主要目标之一气藏甲烷8C1=-23‰;他认为,这些甲烷的碳同鄂尔多斯塔里木盆地的下古生界也是如此位素组成相当重,为煤成气(戴金星,《中国天然气勘探的现状及其特征》“中国油气论坛2007”,北京,六、结论年普光气田深部的中地壳有低速一高导层,这是据马永生研究成果,宣汉一达州地区天然气无机油气的发生器,重要的是有断层把低速一高导甲烷的碳同位素组成较重,大多集中在-29‰~层与上地壳的PT地层连通,白云岩作为优质储34%‰之间;东岳寨气田有3个气样的碳同位素组层膏盐作为优质盖层,又有生物礁作为一个构造成呈反序分布8C>8C2>8C·上述现象曾被使普光气田的储量丰度达到55×10m3/km2,居川解释为高成熟度或混源作用东各气田之首,探明地质储量也位列川东各气田之笔者认为,川东地区天然气甲烷的碳同位素组首。川东地区的石炭系、二叠系、三叠系的气田均为成特征恰恰表明了这些气体可能为无机成因的。碳同一气源,为无机成因。川东地区是地球强烈排气同位素组成用于判断天然气的成因尚存在诸多问区,这些天然气是尚未被圈闭的天然气。川东地区题笔者拟另文讨论。将有更大的气田被发现,而川东地区深部生物礁大地质与勘探天然气工业2008年11月气田的勘探将是未来的主要目标之一。渝昌,主编中国含油气盆地分析—朱夏学术思想研讨文集北京:石油工业出版社,1993:60-86[21]C沃里沃夫斯基,KoM萨尔基索夫世界最大含油气[1]马永生四川盆地普光超大型气田的形成机制[J石油盆地[M].任俞,译北京:石油工业出版社,1991:1-71.学报,2007,28(2):9-14[22]杜乐天烃碱流体地球化学原理[M].北京:科学出版[2]马永生郭旭升郭形楼等四川盆地普光大型气田的发社,1996:383-399现与勘探启示[.地质论评,2005,51(4):477480[23]吕功煊,丑凌军,张兵,等,深层及非生物成烃的催化机[3]马永生,蔡勋育,李国雄四川盆地普光大型气藏基本特制[J天然气地球科学,2006,17(1)14-18.征及成藏富集规律[地质学报,200,79(6):858-865.[24张景廉论石油的无机成因[M].北京;石油工业出版[4]马永生,傅强郭形楼川东北地区普光气田长兴一飞仙社,2001关气藏成藏模式与成藏过程[几石油实验地质,2005,27[25]张景廉于均民论中地壳及其地质意义[门]新骚石油(5):455-460地质,200425(1):9094[5]蔡立国,饶丹潘文蕾川东北地区普光气田成藏模式研26张景廉克拉2大气田成因讨论[J新疆石油地质,究[门].石油实验地质,2005,27(5):462-4672002,23(1):71-73[6]马永生牟传龙郭彤楼四川盆地东北部长兴组层序地[27]张虎权,卫平生,张景廉也谈威远气田气源一与戴金层与储层分布[J].地学前缘,2005,12(3):179-185星院士商榷[J].天然气工业,200525(7):4-77]蔡勋育,马永生,李国雄普光气田下三叠统飞仙关组鐺C28张景廉阿尔山森林大火兴许天然气作怪[N中国矿层特征[J].石油大学学报,2005,27(1):43-45业报,199807-29(3)[8]马永生,牟传龙郭旭升.川东北地区长兴组沉积特征[29]张景廉森林大火后的思考[].地学前缘,1996(增沉积格局[刀].地质论评,2006,52(1):25-29[9]蔡勋育,朱扬明,黄仁春普光气田沥青地球化学特征与[30]杜乐天,欧光习盆地形成及成矿与地幔流体间的成因成因[门].石油与天然气地质,200627(3):340-347联系[]地学前缘,2007,14(2);215224.[10]刘殊唐建明,马永生等川东北地区长兴组一飞仙关[31方乐华张景廉油气是可以再生的[门石油勘探与开组礁滩相储层预测[.石油与天然气地质,2005,27发,2007,34(4):508-511.(3):332-339[32]赵文智汪泽成,王红军,等.近年来我国发现大中型气[1]马永生,牟传龙谭钦银,等.关于开江一梁平海槽的认田的地质特点与21世纪初天然气勘探前景[J].天然气识[门]石油与天然气地质,2006,27(3):326331地球科学,2005,16(6):687-69212]马水生四川盆地普光大气田的发现与勘探门海相油[33康义昌论四川加里东古隆起形成大中型气图的有利地气地质,2006,11(2);35-40质条件与勘探目标[M]∥胡朝元,主编.中国中部大气[13]孙珍芹.四川盆地普光气田长兴组生物礁研究[J南方田研究与勘探,北京:石油工业出版社,1995:136145油气,2006,19(2-3):[34]马永生普光气田天然气地球化学特征及气源探讨[[14]金之钩,蔡立国中国海相油气勘探前景、主要问题与对天然气地球科学,2008,19(1):1-6.策[J].石油与天然气地质,2001,27(6):722730[35]黄籍中再论四川盆地天然气地球化学特征[J].地球化[15]张景廉曹正林,于均民白云岩成因初探[J]海相油气学,1990,20(1):32-43.地质,2003,8(1/2):109-115[36]王世谦四川盆地侏罗系一震旦系天然气的地球化学特[16]张景廉郭彦如,卫平生,等.三论油气与金属(非金属)征[J]天然气工业,1994,14(6):1-5.矿床的关系:油气与膏盐[J.新疆石油地质,1999[37]王孝祥海相油气勘探成果获国家科技进步一等奖[(4):310313.中国石油石化,2007(5):14.[]张景廉生物礁与油气田金属矿床的相互关系讨论【589.张朝军,田在艺塔里木盆地库车坳陷第三系盐构造与[].海相油气地质,2001,6(1):53-59油气[].石油学报1998,19(1):6-10.[18]张景廉从滨里海盆地上古生界油气探索中国海相碳酸[39]陈书平汤良杰,贾承造,等库车坳陷西段盐构造及其与油气的关系[J].石油学报,200425(1):30-34盐岩油气勘探科学思维[门]海相油气地质2002,7(3);[40]郑和荣吴茂炳邬兴威,等塔里木盆地下古生界白云50-58.[19]卫平生,刘全新张景廉等.再论生物礁与大油气田的岩储层油气勘探前景[J].石油学报,200728(2):1-8关系[J石油学报,2006,27(2):38-42[20]孙肇才碰撞山链与前陆盆地的演化[C]∥孙肇才,张修改回稿日期200809-01编辑居维清