東海盆地麗水凹陷天然氣與二氧化碳成因來源

刁慧

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

1 基本地質情況

東海陸架盆地是歐亞板塊東緣的弧后盆地，是在晚白堊-古新世時期拉張而形成的伸展盆地。麗水凹陷位于東海盆地西南部（圖1），為北東—南西向展布的東斷西超的典型的箕狀凹陷[1-2]，內部被中央潛山-披覆構造帶分割為東、西兩個次洼[3]。其構造活動主要受太平洋板塊運動的制約，經歷了三次構造熱事件的作用，使得麗水凹陷經歷了古新世的裂陷伸展、始新世的冷卻沉降坳陷、上第三紀-第四紀的區域水平沉降三個演化階段[4-5]。裂陷早期沉積了濱淺湖相下古新統月桂峰組地層，厚達2000余米。裂陷中晚期海水侵入，沉積充填了濱淺海相的砂泥巖含煤的上古新統靈峰組、明月峰組煤系地層，厚逾5000米。上、下古新統這兩套不同沉積環境沉積的湖相泥巖及煤系泥巖形成了麗水凹陷的烴源巖[6-8]。目前，在麗水凹陷東、西次凹及靈峰潛山周邊鉆探的10余口均有良好的油氣顯示，并在西次凹發現XW36氣田[9]。筆者通過對已鉆井天然氣和二氧化碳氣的成因、來源分析，探討麗水凹陷有利勘探方向和規避風險，對麗水凹陷勘探具有一定指導意義。

圖1 麗水凹陷構造—地層劃分Fig.1 Division of tectonic and stratigraphic units in the Lishui Sag

2 天然氣與二氧化碳的組成和碳同位素特征

麗水凹陷天然氣分為氣藏凝析氣和油藏溶解氣，氣藏凝析氣二氧化碳含量普遍較高，除了麗水36-1氣田外，其余井二氧化碳含量大于88%，氣藏凝析氣干燥系數在0.84～0.89之間，屬于濕氣。油藏溶解氣二氧化碳含量低，以烴類氣為主，占93%～99%，溶解氣干燥系數小于0.82（表1）。

天然氣同位素差別較大，甲烷碳同位素最輕可達-46‰，最重可達-29‰，乙烷碳同位素最輕的為-33‰，最重為-27.01‰。二氧化碳碳同位素表現為氣藏凝析氣與油藏溶解氣不同，氣藏凝析氣二氧化碳碳同位素重于-9.2‰，油藏溶解氣二氧化碳碳同位素為-22.2‰（表2）。

3 天然氣成因來源

表1 麗水凹陷天然氣組分Table 1 Natural gas components in Lishui Sag

表2 麗水凹陷天然氣碳同位素Table 2 Natural gas carbon isotope in Lishui Sag

圖2 麗水凹陷天然氣成因劃分Fig.2 Genetic classification of natural gas in Lishui Sag

圖3 麗水凹陷天然氣δ13C1-C1/C2+3天然氣成因分類Fig.3 Genetic classification of natural gas δ13C1-C1/C2+3 in Lishui Sag

圖4 麗水凹陷天然氣δ13C2-δ13C1分布及成熟度Fig.4 Distribution and maturity of δ13C2-δ13C1 of natural gas in Lishui Sag

Prinzhofer等研究表明[14-16]，具有氣源關系的氣源巖干酪根碳同位素比天然氣丁烷重1‰上下。氣、油、源碳同位素對比來看，麗水凹陷西次洼中北部DW13-1-1和XW36-1-1大部分天然氣丁烷同位素與XW36-1-1的全油碳同位素、湖相月桂峰組烴源巖趨近，西次洼中北部的天然氣與油同源，并來源于月桂峰組烴源巖。靈峰潛山ZY-1的天然氣同位素重于ZY-1全油碳同位素，表明靈峰潛山的天然氣與油不同源，天然氣可能來源于西次洼，而原油來源于東次洼。西次洼中南部的XW36-1-2部分、XW35-7-1d和DYX-1井天然氣碳同位素重于全油碳同位素，介于月桂峰組烴源巖和靈峰組烴源巖之間，天然氣來源于湖相月桂峰組和陸相靈峰組烴源巖混源（圖5）。

Pallasser等指出[17-18]，在氣藏沒有發生次生蝕變，如細菌氧化及逸散的情況下，同源天然氣的C1～C4烷烴δ13C值與它們的碳數倒數（1/Cn，n=1～4）應呈線性關系。天然氣碳同位素折線圖（圖6）表明，靠近西次洼中心的ZY-1油藏溶解氣、XW36-1-1、XW36-1-2、XW35-7-1d井氣藏凝析氣折線近似直線，發生次生蝕變程度低，氣源較單一。遠離西次洼中心DW13-1-1、DYX-1天然氣碳同位素倒數呈明顯折線，存在氣藏蝕變、天然氣逸散及混源。

圖5 麗水凹陷天然氣與原油、 烴源巖碳同位素值對比Fig.5 Natural gas, crude oil and source rock carbon isotope comparison in Lishui Sag

圖6 麗水凹陷天然氣碳同位素與碳數倒數折線圖Fig.6 Natural gas carbon isotope and carbon number reciprocal line chart in Lishui Sag

4 二氧化碳成因來源

麗水凹陷目前鉆探的井中均有二氧化碳，其中氣藏凝析氣中二氧化碳含量比例較高，占比31%～98%，油藏溶解氣中二氧化碳含量較低，占比1%左右，二氧化碳含量整體呈現出從凹陷邊緣向凹陷中心逐漸降低的趨勢（表1）。

從二氧化碳碳同位素可以看出，氣藏凝析氣二氧化碳碳同位素較重（-4‰～9.2‰），油藏溶解氣二氧化碳碳同位素輕，為-22.2‰（表2）。依據二氧化碳含量和二氧化碳碳同位素關系[19]，XW36-1-1、DW13-1-1、DYX-1和XW35-7-1d井氣藏凝析氣中為二氧化碳無機成因二氧化碳，ZY-1井油藏溶解氣中二氧化碳為有機成因二氧化碳（圖7）。

依據二氧化碳碳同位素和R/Ra關系[20]，XW36-1-2、DW13-1-1氣藏凝析氣中無機成因二氧化碳來源于火山活動溝通地幔的幔源二氧化碳（圖8）。二氧化碳碳同位素有從凹陷邊緣向凹陷中央逐漸變輕的趨勢，這與火山活動由凹陷邊緣向凹陷中央逐漸減弱一致[21]，這種趨勢反映了無機二氧化碳氣的運移是由凹陷邊緣向凹陷中央運移。

圖7 麗水凹陷天然氣中二氧化碳成因鑒別Fig.7 Identification of carbon dioxide genesis in natural gas in Lishui Sag

圖8 麗水凹陷天然氣中二氧化碳來源鑒別Fig.8 Identification of carbon dioxide source in natural gas in Lishui Sag

5 結論與啟示

（1）麗水凹陷天然氣劃分為兩種類型：一種以月桂峰組湖相烴源巖為主要貢獻，為油型氣、Ⅱ型干酪根熱成因，天然氣成熟度在Ro1.3%左右，主要分布在東次洼、西次洼中北部及靈峰潛山帶；另一種以靈峰組煤系烴源巖為主要貢獻，為煤成氣或煤成氣與油型氣混合、Ⅲ型干酪根高溫裂解成因，天然氣成熟度高，在Ro2.0%左右，主要分布在西次洼中南部。麗水凹陷天然氣資源以第一種為主。

（2）麗水凹陷二氧化碳氣有兩種類型：一種為無機成因幔源二氧化碳，二氧化碳的含量高，二氧化碳的含量受火山活動強弱控制明顯；另一種為有機成因二氧化碳，其含量低。麗水凹陷二氧化碳以第一種為主，影響油氣發現的商業性。

渠系受益村社作物種植復雜，地畝不連片，作物需水量多少極不均勻，黑河調水頻繁，夏秋季嚴重缺水，地下水和地表水混合使用，供需水矛盾尖銳，給測水量水工作帶來極大困難。

（3）天然氣、二氧化碳成因來源對勘探的啟示：一、麗水凹陷以湖相月桂峰組為主力烴源巖的天然氣是主要資源，其主要分布西次洼中北部及靈峰潛山帶，東次洼為少量的油資源；二、麗水凹陷以陸源靈峰組為主力烴源巖的天然氣是重要的資源，其主要分布在西次洼中南部；三、靠近西次洼中央，遠離西北、南部火山活動活躍區，對減低二氧化碳對油氣勘探風險十分必要。因此，圍繞西次洼中北部及靈峰潛山帶尋找構造、巖性圈閉，并規避溝通火山的斷層通道及火山活躍地區，是油氣勘探的有利方向。

參考文獻(References)

[1]周心懷,蔣一鳴,唐賢君. 西湖凹陷成盆背景、原型盆地演化及勘探啟示[J]. 中國海上油氣,2019,31(3):1-10.ZHOU X H, JIANGY M, TANG X J. Tectonic setting, prototype basin evolution and exploration enlightenment of Xihu sag in East China Sea basin[J]. China Offshore Oil and Gas, 2019,31(3):1-10.

[2]劉金水,廖宗廷,賈健誼,等. 東海陸架盆地地質結構及構造演化[J]. 上海地質,2003,24(3):1-6.LIU J SH, LIAO Z T, JIA J Y, et al. The geological structure and tectonic evolution of the East.China Sea shelf basin[J]. Shanghai Geology, 2003,24(3):1-6.

[3]陳志勇,吳培康,吳志軒. 麗水凹陷石油地質特征及勘探前景[J].中國海上油氣(地質),2000,14(6):19-26.CHEN Z Y, WU P K, WU Z X. Petroleum geology and exploration potential of Lishui Sag[J]. China Offshore Oil and Gas (Geology),2000,14(6):19-26.

[4]張田,張建培,張紹亮,等. 平衡剖面技術在東海麗水凹陷構造演化研究中的應用[J]. 上海國土資源,2014,35(1):92-96.ZHANG T, ZHANG J P, ZHANG S L, et al. An application of the balanced cross-section technique: the tectonic evolution of Lishui Sag, the East China Sea shelf basin[J]. Shanghai Land &Resources, 2014,35(1):92-96.

[5]于仲坤,丁飛,趙洪. 西湖凹陷構造演化特征及油氣運聚單元劃分[J]. 上海國土資源,2018,39(4):75-78.YU Z K, DING F, ZHAO H. Characteristics of structural evolution and classification of hydrocarbon migration and accumulation units in Xihu Sag, China[J]. Shanghai Land & Resources, 2018,39(4):75-78.

[6]葛和平,陳建平,陳曉東,等. 東海盆地麗水凹陷天然氣類型及其成因探討[J]. 中國科學D輯(地球科學),2007,37(S2):104-110.GE H P, CHEN J P, CHEN X D, et al. Discussion of gas type and genesis in Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Science in China(Series D), 2007,37(S2):104-110.

[7]孫玉梅,席小應. 東海盆地麗水凹陷油氣源對比與成藏史[J]. 石油勘探與開發,2003,30(6):24-28.SUN Y M, XI X Y. Petroleum reservoir filling history and oil source correlation in Lishui Sag, East China Sea Basin[J].Petroleum Exploration and Development, 2003,30(6):24-28.

[8]郭永華,于水,葛玲. 東海盆地麗水凹陷LS36-1構造成藏機理研究[J]. 石油勘探與開發,2003,30(6):29-31.GUO Y H, YU S, GE L. Formation of the LS36-1 oil and gas structure in the Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2003,30(6):29-31.

[9]王勇剛. 東海盆地麗水凹陷原油地球化學特征及其來源分析[J].上海國土資源,2019,40(1):96-100.WANG Y G. Geochemical characteristics of crude oil and oilsource correlation in Lishui sag of East China Sea Basin[J].Shanghai Land & Resources, 2019,40(1):96-100.

[10]戴金星. 各類烷烴氣的鑒別[J]. 中國科學(B輯:化學生命科學),1992,35(10):1246-1257.DAI J X. Identification and distinction of various alkane gases[J].Science in China: Series B, 1992,35(10):1246-1257.

[11]WHITICAR M J. Stable isotope geochemistry of coals, humic Kerogens and related natural gases[J]. International Journal of Coal Geology, 1996,32(1):191-215.

[12]CHENG X, HOU D J, ZHAO Z, et al. Sources of natural gases in the Xihu Sag, East China Sea Basin: insights from stable carbon isotopes and confined system pyrolysis[J]. Energy & Fuel,2018,3(4):126-136.

[13]朱揚明,王積寶,郝芳,等. 川東宣漢地區天然氣地球化學特征及成因[J]. 地質科學,2008,43(3):518-532.ZHU Y M, WANG J B, HAO F, et al. Geochemical characteristics and origin of natural gases from Xuanhan area, eastern Sichuan[J].Journal of Geology, 2008,43(3):518-532.

[14]VANDRE C, CRAMER B, GERLING P, et al. Natural gas formation in the western Nile delta (Eastern Mediterranean):thermogenic versus microbial[J]. Organic Geochemistry,2007,38:523-539.

[15]OHM S E, KARLSEN D A, AUSTIN T J F. Geochemically driven exploration models in uplifted areas: examples from the Norwegian Barents Sea[J]. AAPG Bulletin, 2008,92(9):1191-1223.

[16]PRINZHOFER A, VEGA M A G, BATTANI A, et al. Gas geochemistry of the Macuspana basin (Mexico): thermogenic accumulations in sediments impregnated by bacterial gas[J].Marine and Petroleum Geology, 2000,17:1029-1040.

[17]PALLASSER R J. Recognising biodegradation in gas/oil accumulations through the δ13C compositions of gas components[J].Organic Geochemistry, 2000,31:1363-1373.

[18]ZOU Y R, CAI Y L, ZHANG C C, et al. Variations of natural gas carbon isotope-type curves and their interpretation: a case study[J].Organic Geochemistry, 2007,38:1398-1415.

[19]戴金星,宋巖,戚厚發,等. 中國東部無機成因氣藏形成條件[M].北京:科學出版社,1995:1-50.DAI J X, SONG Y, QI H F, et al. Inorganic gas and its reservoir forming conditions in eastern China[M]. Beijing: Science Press,1995:1-50.

[20]宋巖,徐永昌. 天然氣成因類型及其鑒別[J]. 石油勘探與開發,2005,32(4):24-29.SONG Y, XU Y C. Origin and identification of natural gases[J].Petroleum Exploration and Development, 2005,32(4):24-29.

[21]崔敏,趙志剛. 東海盆地麗水凹陷油氣成藏制約因素分析[J]. 特種油氣藏,2015,22(2):18-21.CUI M, ZHAO Z G. Constraint analysis of Lishui Sag hydrocarbon accumulation in Donghai Basin[J]. Special Oil & Gas Reservoirs,2015,22(2):18-21.