非生物天然气资源的特征与前景

第17卷1期天然气地球科学Vol. 17 No. 12006年2月NATURALGAS GEOSCIENCEFeb.2006非生物(无机)气非生物天然气资源的特征与前景戴金星(中国石油勘探开发研究院,北京100083)摘要:根据非生物气可作为资源的有用组分类型及其占天然气总组分份额的多少,将非生物天然气资源划分为主非生物天然气资源和次非生物天然气资源两大类。在主非生物天然气资源中,非生物气组分(CO2、CH4)占天然气总组分的大部分或绝大部分;在次非生物天然气资源中,非生物组分(He)占天然气总组分的少部分或极少部分。指出主非生物天然气的CO2和烷烃气藏主要分布在中国东部裂谷型盆地中,资源潜力大;次非生物天然气中的He气在四川盆地、鄂尔多斯盆地和塔里木盆地资源潜力大,在松辽盆地也有一定潜力关键词:资源;前景;主非生物气资源;次非生物气资源中图分类号:TE12文献标识码:A文章编号:1672-1926(2006)01-0001-06在论及非生物天然气资源时,首先要确定是否值为-19.95%~-29.30‰2,CH4/He值为1.57存在非生物天然气及其气藏。近年来陆续发现了×10~2.4×1010,故CO2和CH4组分均为非生些有充分地球化学依据的非生物气及其气藏,物成因不仅发现了较多的CO2及其气田-1121,而且发黑龙江省五大连池火山群是我国最年轻的火山现了非生物成因烷烃气田1。群之一,其中老黑山和火烧山在1719-1721年还有1世界非生物气自然产出实例火山喷发。火烧山东南麓的科研泉,处于下白垩统嫩度出发,目前有资源价值的非生物江组和石龙熔岩交界的沼泽地上,该泉含水面积约3m2,有约0.21m2水面在冒气,每年冒气约10.19气的组分以烷烃气、CO2和He为主。He均是非生物成因的烷烃气和CO2则有非生物成因和生物成0m3。冒出气的组分是:CO2为97.50%,N2为因2种。鉴别烷烃气和CO2属于非生物成因已有充34%,He为0.067%和Ar为0.184%。其δCco2分的地球化学指标:非生物成因烷烃气具有负碳同值-3.96‰,R/Ra值2.983。CO2为非生物成因。位素系列(G(C1>81C2>8C3>81C4);6C1一般重东太平洋21N处中脊喷出的热液(400C)中,于-30%:CH/H值在n×10~m×10之间是非含H、CH和HeH2的体积浓度为10%每年喷出生物成因CH4;非生物成因CO2的δC值重于H2和CH4分别为12×10m3和1.6×10°m3。其8‰;CO2在天然气组分中大于60%0,1。以这些C1值为-17.6‰~-15%,R/Ra值约8,说明这指标来衡量,世界上有许多地方自然产出非生物成些气体是幔源成因。在加勒比海分隔牙买加水下因烷烃气和CO2。山脉和凯曼海槽的深断裂附近,有较强烈的甲烷和在云南省腾冲县澡塘河150m河段,据85个不大量(0.5%)乙烷、丙烷排岀。在6300m深度,根据间断岀气点统计,年排出天然气26.68×10m3。这5000多次测量的甲烷浓度平均值,估算每天排出些气的组分是:CO2为96.81%,N2为2.54%,CH4气体为10×10m3,即1000年可排出气360为0.35%。其8C∞2值为-1.9‰~-6.3‰,C110m3。在千岛至勘察加火山地带裂口喷气带长收稿日期:2005-12-05:修回日期天然气地球科学Vol 17约600km,含甲烷22%~56%,其余为CO2、CO和发-7114水。估计8.3Ma以来,排出非生物甲烷共5000×08m31712非生物天然气资源的类型以上简述的自然产出的非生物成因烷烃气和非生物天然气资源类型研究还是个空白。CO2,在没有盖层和圈闭条件下完全散失了。若在有根据非生物气的可作为资源的有用组分的类别圈闭条件下,其就可能聚集成为气藏(田),成为非生及其占天然气总组分份额的多少,可将非生物天然物气资源。在沉积盆地下若有以上自然产出的非生气资源分为主非生物天然气资源和次非生物天然气物气,便有可能形成非生物气田在中国东部和美国资源2种类型(表1)西部裂谷盆地中已经找到这类气田并进行了开主非生物天然气资源,指非生物气中作为可利表1非生物天然气资源分类非生物天然气资源类型定义主要成分举例非生物气中作为可开以CO2为主的非生物气聚集成气藏CO2-般占中国万金塔气田、黄桥气田和美国帝国主非生物天发利用的非生物气组(田),成为主非生物CO2气田0%以上气田然气资源分,占天然气总组分的大部分或绝大部分以烃类气为主的非生物气聚集成气藏(田),成为主非生物烃气田烃类气松辽盆地昌德气藏(芳深1、芳深2井次非生物天天然气中作为可开发利用的非生物气组分,仅占天然气总组分苏北盆地溪桥氦气藏,He含量最高为然气资源的少部分或极少部分06%~1.17%;四川盆地威远气田:俄罗斯奥伦堡气田;美国胡果顿一潘汉得气田用开发的非生物气组分,占天然气总组分的大部分在非生物天然气资源类型中,又可根据非生物或绝大部分。这类资源若聚集为气藏(田)便成为主气组分以某组分为主再进行亚类划分:若以非生物非生物天然气储量。目前世界上开发利用的非生物CO2组分为主,则称为主非生物CO2资源;若以非天然气主要是此类型,并以主非生物CO资源为生物烷烃气组分为主,则称为主非生物烷烃气资源主,一般CO2占90%以上,例如中国万金塔气田、黄桥气田和美国帝国气田。中国发现了主非生物烃气3非生物天然气资源的特征田如松辽盆地昌德气藏(芳深1、芳深2井)3.1主非生物CO2资源以幔源成因为主次非生物天然气资源,指天然气中作为可开发幔源成因CO2的δ℃C值大多在6‰±2%,其伴利用的非生物气组分,仅占天然气总组分的少部分生的He的R/Ra值一般在2.0以上。这类CO2资或极少部分,例如氦(中国氦的工业品位为0.1%以源往往形成CO2气藏(田),已在中国东部裂谷型盆上)。我国苏北盆地溪桥氦气藏,氦含量最高达地中发现了这类气田4-12-1,共计34个(表21.06%~1.17%。俄罗斯奥伦堡气田和美国胡果顿图1)。潘汉得气田中氦均属次非生物天然气资源。主非生物CO2资源除幔源成因为主之外,也有表2中国东部非生物CO2气田地球化学参数与研理气的主要组分(%)代表井层位1C(‰,PDBR/Ra藏)CHasC.金塔0.7797.771.3940.14.314.96农安村芳深9K1ych2.4484.2015.110.23C2+)27.1孤12K1q213.1981.055.050.68(C2+43.705.743.24渤翟庄子港151E0.1998,6128.63,773.62画11.6093.783.894.39-33,16-31.25-3.413.18湾阳25阳250696.500.4442.514.382.94苏黄桥苏1743696.850,680,03.252.965.3192.320.810.81t.104.58北丁庄垛苏东203E2d5.0992.062.620.113.822.74三沙头圩水深9E12b0.2599.55.190.020.024,604.29坑田水深240.2399.540.195.804.50东温州13-1WZ13-1-1E1lf98.591.190.22(Cg+)4.208.80No. 1戴金星:非生物天然气资源的特征与前景E习发现O气出的盆地34-1943年共产气84xfy2m上CO气出()赛烃气出(藏)6Cc:3.5%e地尔沈阳顿马力特岛地/济南海郑州苏北盆地合肥。南上海/东海福台北热泉☆地热井流纹岩喷口推测断层南j图2赛马顿海地热田及变质成因的帝国CO2气田ler等,1968,简化0300km气田的天然气地球化学参数。由于这些气田(藏)中图1中国东部和大陆架盆地非生物成因二氧化碳He含量均达到工业品位0.1%以上,即0.108%气田(藏)和烷烃气田(藏)(戴金星等,20051.42%,所以氦资源就成为氦储量了。威远气田是我1农安村:2昌德:3乾安:4万金塔:5孤店:;6旺21井:7旺古1国第一个开发氦的气田。从表3可知,这2个气田井;8友爱村;9翟庄子;10齐家务;11阳25井;12八里泊;13平(藏)除He之外的主要组分CH4的δC1值均轻于方王;14平南;15花沟;16高53井;17丁庄垛;18纪1井;19黄有机成因和无机成因界限值-30‰,同时威2、威桥;20南岗;21沙头坪;22坑田;23石门潭;24WZ1-13-1;25惠州18-1:26惠州22-1:27番禺28-2;28WC15-1:29乐东15-1100井δC<δC2,故该2个气田的烷烃气应是有3乐东21-1:31乐东8-1;32东方1-1;33BD19-2;34BD15-3机成因的。此2个气田(藏)δCc值为-10.6%部分是变质成因。例如莺歌海盆地DF1-1气田-12.81‰,均轻于有机成因和无机成因δCco界限LD21-1气田和LD29-1气田中CO2的8C值为值-1‰,因此,CO2也是有机成因的。0.65‰~3.8‰,较重,R/Ra为0.03~0.31,是变3.3主非生物天然气资源(储量)仅发育于构造活质成因或岩石化学成因10。美国加利福尼亚州帝国动大的含油气盆地CO2气田,面积几个平方公里,位于几个流纹岩喷口在中国含油气盆地中,除在东部裂谷型含油气附近夹持于2个热泉带之间,自1934-1943年共盆地发现了主非生物天然气资源(储量)外产CO21840×10m2以上。该气田CO2是由碳酸盐(图1),在中国西部和中部至今未发现主非分解形成,即在温度150~200C和深度超过300m生物天然气的气藏和气田。世界上大量主非生物处,白云石和高岭石发生作用,生成绿泥石和CO2;CO2气田形成与火山活动密切相关,例如中国东部在温度300~320C和深度超过900m的带中,方解CO2气田与晚第三纪一第四纪玄武岩带密切相石被分解,形成绿帘石并产生CO2。δCco.值为关,美国加利福尼亚帝国CO2气田与流纹岩有3.5%,是典型的变质成因(图2)7关,罗马尼亚特兰西瓦尼亚盆地东部班第德CO3.2次非生物天然气资源(氦)所在天然气的各组气田等与晚第三纪安山岩火山喷气口相关。值得天然气地球科学Vol 17表3溪桥气藏和威远气田天然气地球化学参数的主要组分(%地(藏)代表井层位CHHeC1ac2aC2g位豪6C(‰,PDB)R/Ra(×10-6)苏溪桥HQ1N1y52.05~54.8914.77~12.7426.83~26.411.420-39.20Ny57.41~57.1210.79~10.2927.49~27.731.168-39.17N1y60.77~63.6712.11-13.2319.91~19.541.051-40.302.65威2Z1d24-Z1d85.070.250-32.54-30.95-11.16四川威远威5P3-P94.280.108-34.27-37.20-12,81威100Z1d86.800.298-32.52-31.71-11.563.4次非生物天然气(He)资源(储量)主要富集在的富集;③天然气中氦的浓度和基底岩石的时代之构造稳定的古老地台区间存在明显的正相关,而与沉积盖层厚度呈反相关KAueHI B(1984)21曾对沉积盖层中氦浓度在世界整个中新生界有巨量的天然气,虽然其和资源分布作了统计研究。根据对世界上气田含氦中有氦的资源,但由于天然气中氦的浓度通常不大量的2万多次分析统计,其发现氦浓度和资源主要如世界后海西地台上平均氦含量为θ.010%有以下分布规律:①按大地构造特征古地台区占有0.015%,所以氦资源难于转化为有效资源(储量)。氦总储量的95%以上,天然气中含氦量为0.03%~目前氦的有效资源(储量)主要集中在沉积盖层厚度0.15%,在后海西地台区天然气中含氦量为小于3~4km的古老地台的含油气盆地中。世界上0.008%~0.03%,而在年轻褶皱形成的含油气盆地发现大的氦储量皆集中于此,例如美国的胡果顿中,天然气氦含量小于0.006%;②在古老地台上是潘汉得气田,阿尔及利亚的哈西鲁梅勒气田,俄罗斯富集氦,而在年轻基底的含油气盆地中几乎没有氦的奥伦堡气田和我国四川盆地的威远气田(表4)。表4世界古地台上富集的氦藏气田名称地台名称产层时代岩性气储量(×108m3)氦含量(%)氦储量(×108m3)胡果顿一潘汉得北美(古)地台P、C白云岩20390(可采)哈西鲁梅勒北非(古)地台T砂岩14850(可采)奥伦堡俄罗斯(古)地台P1、C2生物礁灰岩为主17000(地质)2004年产He347×10m3(当年产气186.313×10m3)上扬子(古)地台Zn白云岩108.6(地质)95434中国非生物天然气的资源前景表6我国主非生物CO2气田(藏)探明储量气田层位含气面积探明地质储量累计采出量中国不仅把非生物天然气作为一种资源,而且(km2)(×103m3)(×108m3)孤店23,62000年把非生物天然气中的CO2作为储量归入全万金塔0.75国天然气的总储量中。说明中国相当注意非生物天黄桥D2a、P1g、Csc,C3h52.2然气资源的研究,并且已把这种资源转化为储量而红庄花沟N1g、E35340,50.09加以开发利用。八里泊在20世纪末叶,一些学者对我国一些CO2气田的储量作了预测(表5)。2004年国土资源部石油气田累计采出量已达4.15×10m2,恐怕它是世界天然气储量评审办公室审定了我国一些CO2气田上有效益开发非生物CO2最多的一个气田。我国不探明地质储量和累计采出量(表6),其中黄桥CO仅研究、勘探和开发非生物CO2气田,而且研究和表5我国主非生物CO2气田(藏)预测储量探明了世界上第一个非生物烃气藏—昌德气藏。储量(×108m3)参考文该气藏包括芳深1井和芳深2井,探明非生物成因图万金塔30以上陈荣书(1989)(22烃气地质储量32.66×10°m3。以上说明了我国在研翟庄子戴金星(1995)23究、勘探和开发利用主非生物天然气资源类型上已No. 1戴金星:非生物天然气资源的特征与前景走在世界的前列,同时从一个侧面反映了中国非生的有30多口井,这说明松辽盆地北部氦资源有物天然气资源前景是好的良好的前景,值得今后在天然气勘探中予以充分重有关研究指出:我国东部晚第三纪和第四纪视。徐永昌等指出郯庐大断裂带一些井中有(例如界条北西西向玄武岩带,主要控制着CO2气田的分3井)幔源氦的工业储集。总之,中国东部裂谷型布,而目前对该带没有开展有的放矢地CO2气田的盆地中氦资源值得我们重视和研究,尽管其储量规勘探。预测该带主非生物CO2资源前景潜力大。何模不如古老地台巨大。家雄等指出,初步预测南海莺一琼盆地CO2资源参考文献量逾1×102m3,经勘探及钻探评价证实的CO,地质储量亦颇大,据不完全统计,迄今为止所获CO2[1]戴金星,桂明义,黄自林,等楚雄盆地中东部禄丰一楚雄一带的探明十控制十预测级地质储量已达3000×的二氰化碳气及其成因[].地球化学,1986,(1):42105m3左右。可见我国东部和大陆架盆地CO2资源「2]戴金星.云南省腾冲县硫磺塘天然气的碳同位素组成特征和成因[冂].科学通报,1988,(15):1168-1170潜力巨大。3]戴金星,文亨范,宋岩.五大连池地幔成因的天然气[].石油关于主非生物烃气资源研究和勘探至今还很薄实验地质,1992,(2);200-203弱,有根据的仅知松辽盆地昌德气藏(芳深1、芳深2[4 I DAI JINXING, SONG YAN, DAI CHUNSEN,eal.Ge井)储量达32.66×10°m3。至今为止,在世界其它地ochemistry and accumulation of carbon dioxide gases in China方未有报导发现和探明主非生物烃气藏和储量,因冂]. AAPG Bulletin,1996,80(10):1615-1626[5]戴金星,秦胜飞陶士振,等.中国天然气工业发展趋势和天然此,昌德非生物烃气藏虽探明储量不大,但其发现和气地学理论重要进展[J].天然气地球科学,2005,16(2):127探明具有重大的实践和科学意义。在沉积盆地,由于烃源岩存在,能形成大量有机成因烷烃气,即使盆地[6 DAI JINXING, YANG SHUFENG, CHEN HANLIN,etal深部有非生物烷烃气运移至盆地沉积层中,往往难Geochemistry and occurrence of abiogenic gas accumulations于认识而被认为是有机成因的烷烃气。根据天然气in the Chinese sedimentary basins. Organic Geochemist地质和地球化学条件,我国东部裂谷型盆地中有来ry,2005·36:1664-1688[7] MUFFLER F J P, WHITE D E. Origin of CO= in the Salton自深部的非生物成因烷烃气。例如:辽河坳陷界3井Sea geothermal system, southeastern California USALC]//的甲烷中有5%左右为来自深部的非生物成因2;XXIll. International Geological Congress. 1968: 185-194.在松辽盆地昌德非生物烃气藏旁的芳深3、芳深4[8] BROOKSJ M. Deep methane maxima in the Northwest Cari井中也混有高比例的非生物成因的烷烃气;在松bean Sea: possible seepage along the Jamica ridge[J]. Sc-lence,1979,206:1069-1071辽盆地徐家围子断陷有非常活跃的非生物成因烷烃[97 WELHAM J, CRAIG H, Methane and hydrogen in East Pa气运移入沉积层,并有部分参加成藏0-12;渤海湾fic rise hydrothermal fluids[). Geophys. Res Lett,1979,6盆地大港油田港151井甲烷也是非生物成因的23。(11):829-8以上说明在我国东部裂谷盆地有非生物烷烃气运移101郭占谦,王先彬松辽盆地非生物成因气的探讨中国科学入沉积层中,并部分参与不同程度的成藏,但这种非(B辑),1994,24(3):303-309.11]郭占谦,刘文龙,王先彬.松辽盆地非生物成因气的成藏特征生物资源至今未被人们充分认识和研究。由此可见J,中国科学(D辑),1977,27(2):143-148中国东部裂谷型盆地中非生物烷烃气资源有一定潜12]霍秋立,杨步增,付丽,松辽盆地北部昌德东气藏天然气成因力,今后研究和勘探时应以予重视J].石油勘探与开发,1998,25(4):17-19对次非生物资源He我国目前探明和开发的仅13]杜建国中国天然气中高浓度CO2成因[]天然气地球科学有四川盆地威远气田,探明地质储量近1×108m31991,2(5):199-202表4)。根据yuem(1984)的He储量95%以上14]何家雄,刘全稳.南海北部大陆架边缘盆地CO2成因及运聚规律分析与预測[J.天然气地球科学,2004,15(1):1-8分布在古老地台的观点,在四川盆地鄂尔多斯盆地15戴金星,李剑,丁巍伟,等,中国储量千亿立方米以上气田天然和塔里木盆地应是我国探明氦资源的有利地区。但气地球化学特征[J.石油勘探开发,2005,32(4:16-23在我国东部裂谷盆地中有多处高于工业品位0.1%[161王先彬,徐胜,陈践发,等.腾冲火山温泉气体组分和氨同位素以上的含氦气井甚至是气藏,例如:苏北盆地黄桥气组成特征[].科学通报,1993,38(9):814-817田的溪桥氦气藏(表3),松辽盆地芳深9井氦含量17]李庆忠,打破思想禁锢,重新审视生油理论[].新疆石油地天然气地球科学Vol 17[19]何家雄,夏斌刘宝明等.中国东部及近海陆架盆地CO2成23]戴金星,宋岩,戴春森,等.中国东部无机成因气及其气藏形成因及运聚规律与控制因素研究[].石油勘探与开发,2005,32条件[M].北京:科学出版社,1995:107-131,201-202(4):42-49[24]何家雄,胡忠良,麦文,等,综合开发利用南海莺一琼盆地CO2[20 PARASCHIV D. Variation of non-hydrocarbon constituent of资源促进中海油跨越式发展[J].天然气地球科学,2004,15atural gas in different Romanian areas [C 1//10th WorldPetroleum Congress. 197925]徐永昌,刘文汇,沈平,等.辽河盆地天然气的形成与演化[21] Shy4EIIII B Il. I IHTeHCIIBie ra leHNe B ne, Ipax[M]. MM].北京:科学出版社,1993:60-69,134-13726]冯子辉,霍秋立,王雪.松辽盆地北部氦气成藏特征研究[][22]陈荣书.天然气地质学[M].武汉:中国地质大学出版社天然气工业,2001,21(5):271989:264-265CHARACTERISTIC OF ABIOGENIC GAS RESOURCE ANDRESOURCE PERSPECTIVEDAI Jir(Research Institute of Petroleum E.rploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China)Abstract The abiogenic gas resource can be classified as major a biogenic gas and minor abiogenic gasbased on the commercial resource and the proportion of natural gas components. In the major abiogenic gasresource, the abiogenic gases(CO, and CH, take the most part of natural gas, even whole. Whereas, theabiogenic gases concentration (He )in the minor abiogenic gas resource is low, or extreme low. Most of themajor abiogenic gas accumulations which have the high concentration of CO and gaseous hydrocarbons arediscovered in rift basins of Eastern China, having the big resource potential. The He resources as theminor abiogenic gas accumulations also have good perspective, distributed in Sichuan basin, Ordos basinand Tarim basin, else in Songliao basinKey words: Resource; Perspective; Major abiogenic gas resource; Minor abiogenic gas resource.会议消息香山科学会议第268次学术讨论会“中国煤层气资源及产业化”召开香山科学会议第268次学术讨论会“中国煤层气资源及产业化”于2005年11月8-10日在北京香山召开。王慎言教授、秦勇教授、冯三利教授、赵庆波教授、张新民硏究员被聘请担仼本次会议的执行主席。来自全国石油、煤层气、煤炭系统以及高校、中国科学院、中国社会科学院和国家自然科学基金委的38名专家学者参加了会议。会议设置有4个中心议题:中国煤层气基础科学问题,中国煤层气资源与勘探方向,中国煤层气开发技术,中国煤层气产业化面临的瓶颈及对策会议以学术报告和自由讨论相结合的方式,特别是从突出产业化的角度,深入探讨了中国煤层气资源及产业化涉及的科学、技术、管理和政策问题深化了科学认识,凝聚了重要共识。会议肯定了我国煤层气在勘探开发利用方面取得的积极进展,一致认为,历经20余年来的科技攻关,我国对煤层气成藏条件与机制的探索在新的层次上全面展开,勘探开发试验取得新的突破,商业性生产能力初步形成,煤层气产业已步入商业性开发的启动阶段这次会议是一次从战略高度重视能源问题,拓展能源新领域,把握历史机遇,力促我国煤层气产业快速发展的重要科学会议。会议成果将有力推进煤层气能源的高效开发利用、加快我国从煤层气资源大国向产气