鄂尔多斯盆地南部地区富古4井硫化氢成因探讨

倪春华，周小进 王保华（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡214151）

鄂尔多斯盆地南部地区富古4井硫化氢成因探讨

倪春华，周小进 王保华（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡214151）

硫化氢是天然气中的有害成分，在碳酸盐岩油气藏中比较常见，通常与碳酸盐岩储集层中发育的膏质岩类有关。硫化氢的成因主要包括以下3种：生物成因、热化学成因和火山喷发成因。鄂尔多斯南部地区富古4井奥陶系天然气为低含硫化氢气藏（硫化氢含量为0.71%），在对其地球化学特征分析的基础上，结合富县地区区域地质背景和富古4井盆地模拟结果综合分析，认为其为热化学成因。

硫化氢；成因；天然气；富古4井；鄂尔多斯盆地

硫化氢是天然气中的有害成分，高含量硫化氢的存在给气藏储层研究、超深钻井技术、增产技术、井筒技术、地面工程技术等方面出了不少难题［1，2］。硫化氢可以通过多种途径形成，如生物成因、硫酸盐热化学还原反应、含硫化合物的热分解等［3］。关于鄂尔多斯盆地天然气研究的文献不少，大多集中于讨论其成因类型，而对于该地区古生界天然气中所含的硫化氢及其成因很少关注。笔者通过对鄂尔多斯盆地南部地区富古4井奥陶系风化壳产层中的天然气地球化学特征的分析，结合该地区的区域地质资料探讨了富古井硫化氢的成因。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地可划分为伊盟隆起、西缘逆冲带、天环坳陷、渭北隆起、伊陕斜坡和晋西挠褶带6大构造单元。富古4井位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造单元的东南部，隶属于中石化富县勘探区。该井于奥陶系风化壳储层内获得日产457m3的低产气流。富县探区古生界主要发育上古生界煤系烃源岩和下古生界海相碳酸盐岩烃源岩。上古生界烃源岩是一套海陆过渡相至陆相的含煤地层，主要是下二叠统山西组、上石炭统太原组和中石炭统本溪组的煤、暗色泥岩以及中石炭统太原组的生物灰岩。根据钻井揭示，探区内上古生界煤和暗色泥岩是好的气源岩，有机质丰度较高，煤中有机碳含量18.38%～78.20%，平均65.10%；暗色泥岩有机碳含量0.52%～7.19%，平均1.66%。石炭系灰岩有机质丰度比较高，有机碳含量为0.5%～3%，平均1.0%。原始母质以高等植物为主，Ro分布范围为1.7%～2.5%，处于高－过成熟阶段［4］。下古生界烃源岩主要是马家沟组海相地层，岩性多为灰岩，含少数泥灰岩。研究表明马家沟组烃源岩厚度较大，一般为406～649m，平均厚度475m，残余有机碳含量一般为0.18%～0.28%，而所夹云质泥岩有机碳含量为0.25%～0.40%，高者可达0.71%，氯仿沥青“A”含量为0.007%～0.02%，有机质类型以腐泥型为主，少数为混合型，属于较好烃源岩范畴［5］。勘探实践表明，区内储层为低孔低渗的致密砂岩，与盆地中北部地区储层特征相似。上古生界自身盖层发育，直接盖层包括太原组、山西组的三角洲平原相和湖沼相沉积的泥岩、炭质泥岩等；区域盖层主要为上石盒子组湖相沉积的泥质岩和粉砂质泥岩，具有分布广、单层厚度大的特点。总体而言，该地区具有较好的生储盖组合条件。

2 天然气地球化学特征

富古4井奥陶系天然气地球化学分析结果见表1。由表1可知，该天然气组分以烷烃气为主，其中甲烷含量为88.94%，干燥系数高达0.997，属于典型干气；非烃气主要是CO2，含量高达9.30%。值得注意的是，该天然气中硫化氢含量为0.71%，达到低含硫化氢气藏标准。甲烷、乙烷、丙烷碳同位素分别为－32.61‰、－36.95‰、－30.37‰，均小于－30‰，与盆地中部主要大气田天然气相比明显偏轻，且甲、乙烷碳同位素发生倒转，即δ13C1＞δ13C2。戴金星等认为天然气碳同位素发生倒转的原因包括有机烷烃气和无机烷烃气的混合、煤成气和油型气的混合、同型不同源气的混合和细菌氧化作用［6］，笔者认为富古4井奥陶系天然气甲、乙烷碳同位素倒转是同型不同源的油型气混合所致，且气源岩可能为石炭系灰岩和奥陶系马家沟组灰岩。戴金星等根据鄂尔多斯盆地中部5个气田20个天然气样品的He同位素组成研究，发现其3He/4He比值的数量级同位于（1～10）×10－8，说明鄂尔多斯盆地3He/4He分布稳定，天然气是典型的壳源气［7］。据此，富古4井奥陶系天然气样品3He/4He比值为5.28×10－8，处于（1～10）×10－8级别，属于壳源天然气。根据国内学者建立的δ13C1－Ro关系方程式［8，9］计算了该天然气的成熟度Ro平均值为3.50%，演化程度高，为过成熟天然气。综合分析认为，该天然气具有“干燥系数大、二氧化碳含量高、烷烃碳同位素轻、热演化程度高”的地球化学特征。

表1 鄂尔多斯盆地富古4井天然气组分及同位素分析数据

3 硫化氢成因探讨

我国已在四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和渤海湾盆地等发现高含硫化氢或含硫化氢的天然气藏，如四川盆地威远、卧龙河等海相气田和渤海湾盆地赵兰庄气田、罗家气田等陆相气田，且分布在富含硫酸盐矿物（石膏）的层系中。陈安定等［10］根据含硫化氢天然气的赋存条件、水溶特征，结合模拟实验的认识，将硫化氢气体生成的地质条件归纳为以下5点：①地层中富含石膏层或含膏泥岩、含膏碳酸盐岩；②烃类物质；③较大埋深或较高的地温；④地层水；⑤三度空间均严格密封的圈闭。

国内学者将硫化氢成因归纳为3大类5种［11，12］：①第一类为生物成因。有两种途径，一是通过微生物同化还原作用和植物吸收作用形成含硫有机物，在一定条件下分解而产生硫化氢，一般发生在地表；二是通过硫酸盐还原菌对硫酸盐的异化还原代谢实现，通常发生在严格的厌氧环境。②第二类为热化学成因，包括热分解和硫酸盐热化学还原两种途径。③第三类为火山喷发成因。

富古4井天然气储集层下奥陶统马家沟组五段（O1m5）总体属于蒸发潮坪相环境，岩性以深灰、灰色泥粉晶准同生白云岩、角砾化白云岩为主，夹泥质白云岩、白云质膏岩及薄层凝灰岩，石膏层分布在下奥陶统马家沟组五段，具备硫化氢生成的物质基础。利用PetroMod盆地模拟软件对富古4井热演化史进行了模拟计算，奥陶系马家沟组灰岩和石炭系底部灰岩在晚三叠世末地温已经达到180℃，早白垩世末超过220℃，具备热化学作用发生的温度条件，通常认为120℃是热化学作用发生的下限。反之，如此高的温度不适宜细菌生存（通常在70℃以下），生物成因的硫化氢出现在地表和浅层。此外，鄂尔多斯盆地构造稳定，岩浆活动不活跃，不存在火山喷发形成硫化氢这一途径。

研究还表明，硫化氢中硫同位素大致可以区分3种不同成因：生物成因有机硫δ34S一般小于10‰，热化学成因硫化氢硫δ34S一般介于10‰～20‰之间，而火山喷发成因无机盐硫δ34S一般大于20‰［10］。富古4井硫化氢硫同位素δ34S为17.56‰，在热化学成因硫化氢硫同位素的范围内，且与鄂尔多斯盆地奥陶系油型气硫同位素特征相近［13］，故综合分析后认为富古4井硫化氢为热化学成因。研究认为靖边气田奥陶系天然气中硫化氢属于热化学成因［14］。陈安定等［10］对靖边气田的资料分析显示，酸性气体的两个组分硫化氢和二氧化碳呈同步消长，硫化氢与乙烷以上重烃呈反向消长。如表1所示，富古4井奥陶系天然气中二氧化碳含量高达9.30%，而乙烷以上重烃含量仅为0.24%，符合这一规律。

4 结 论

1）鄂尔多斯南部地区富古4井奥陶系天然气具有“干燥系数大、二氧化碳含量高、烷烃碳同位素轻、热演化程度高”的地球化学特征。

2）硫化氢的成因主要包括以下3种：生物成因、热化学成因和火山喷发成因。富古4井奥陶系天然气为低含硫化氢气藏（硫化氢含量为0.71%），结合富县地区区域地质背景和富古4井盆地模拟结果综合分析，综合分析认为其为热化学成因。

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On the Genesis of Hydrogen Sulfide of Well Fugu 4in the South of Ordos Basin

NI Chun－hua，ZHOU Xiao－jin，WANG Bao－hua（Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，SINOPEC，Wuxi214151，Jiangsu，China）

The hydrogen sulfide was a hazardous material，It was often seen in carbonate reservoirs，which was often related to gypsiferous rock developed in the carbonate reservoirs.It was demonstrated that there were mainly three kinds of geneses of hydrogen sulfide，including biogenesis，hot chemical and magma genesis.The Ordovician natural gas of Well Fugu 4has lower hydrogen sulfide content in the southern Ordos Basin，where the hydrogen sulfide content is 0.71percent.Based on the analysis of its geochemical characteristics，it is thought that the hydrogen sulfide of Well Fugu 4belongs to hot chemical genesis，in combination with the geological background of Fuxian Area and basin simulation result of Well Fugu 4.

hydrogen sulfide；genesis；natural gas；Well Fugu 4；Ordos Basin

TE122.11

A

1000－9752（2010）05－0204－03

2010－04－14

中国石油化工集团公司海相油气勘探前瞻性项目（YPH08077）。

倪春华（1981－），男，2003年江汉石油学院毕业，硕士，工程师，现主要从事油气地质与地球化学方面的研究工作。

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