柴北缘鄂博梁Ⅲ号构造天然气成因分析

岳祯奇　吴萌萌　陆申童

摘要：为了解决柴达木盆地北缘鄂博梁Ⅲ号构造的天然气成因问题。本文从天然气地球化学的角度，结合溶解度计算对柴北缘鄂博梁Ⅲ号是否具有水溶气进行了研究。笔者认为，柴北缘鄂博梁Ⅲ号构造的深层含有游离的天然气，深层水和天然气在沿断裂向上运移的过程中，由于温压降低，存在明显的天然气脱溶，且脱溶的天然气量可占到气藏的65%，造成了天然气干燥系数随深度减小而逐渐增高。也正因此，深部储集层成为下一步勘探的目标。

关键词：柴北缘；鄂博梁Ⅲ号；水溶气；形成条件；地球化学特征；甲烷溶解度回归方程

Natural gas genetic analysis in Erboliang III Structure in North Margin of Qaidam Basin

YUE Zhen-qi WU Meng-meng LU Shen-tong

1. State Key Laboratory of Continental Dynamics ， Department of Geology， Northwest University ，Xian 710069， China

Abstract： In order to solve the problem of causes of natural gas in the northern margin of the Eboliang III structure in the Qaidam Basin. This article from the perspective of natural gas geochemistry， combined with the solubility calculation， make a conclusion whether the northern margin of the Qaidam Basin Eboliang III contains the water-soluble gas. Studies suggest that the Eboliang III s deep formation has free gas. Deep water and natural gas migrated upward along fracture. With the decrease of temperature and pressure， it is obvious that water-soluble gas is dissolved into free natural gas， and the amount of natural gas exsolution of gas reservoirs may account for 65% ， which makes gas dry coefficient increased gradually with the decrease of depth. Therefore， the deep reservoir has become the target of next exploration.

Key words： North Margin of Qaidam Basin； Eboliang III； water-soluble gas；

formation conditions； geochemical characteristics； methane solubility regression equation

水溶氣是指溶解在水中的天然气。它是一种重要的非常规天然气资源，全世界水溶气的资源丰富，总量达33837×1012m3，比常规天然气资源量高两个数量级[1-2]。

柴达木盆地北缘（以下简称柴北缘）西段鄂博梁地区发现了重要油气地质储量，因受到区域地质背景的影响，鄂博梁地区的勘探效果不佳。近年来，在鄂博梁Ⅲ号构造东西两高点钻探了ES1、ES2和E7三口探井，为该区天然气成因及成藏等地质研究提供了直接的钻井和测井资料。在鄂博梁Ⅲ号地区，前人研究主要聚焦于天然气藏的形成条件如构造、储层物性、流体信息、超压机制、沉积环境等。本论文着重于对天然气地球化学的分析研究，从天然气地化角度出发，提出了鄂博梁Ⅲ号具备水溶气运移成藏特点的观点。通过天然气溶解度计算，剖析了水溶气对该地区构造天然气成藏的贡献，并分析了水溶气运移成藏条件以及成藏过程。

1. 鄂博梁Ⅲ号水溶气成藏有利条件

对于鄂博梁Ⅲ号成藏，前人作了大量的研究工作，认为该区天然气具备优质的气源岩、超压条件、优质的储盖层和断裂系统。本文从水溶气的角度，论述满足该气田水溶气成藏的地质条件。

1.1 气源岩较好

该地区能够使水溶气聚集的物质条件是因为有着充沛的气源。下侏罗统烃源岩是本区的烃源岩，其干酪根类型主要为Ⅲ型，Ro值平均高达2%，氯仿沥青A的平均值为0.08%。结合这几组数据得出它是一套较好的烃源岩层[3]。

1.2 超压

超压既能促进天然气溶解于水，又可以为水溶气向上运移提供动力[4]。ES1井出现10次溢流现象，压力系数为1.6～1.8。ES1井实测静压结果为78.0384MPa/3954.45m，压力系数高达2.013[5]。钻井液密度、实测压力以及测井的声波时差资料均表明该区存在异常高压。

1.3 断裂系统运移通道

断裂系统为溶解了天然气的水体向上部运移提供通道。柴北缘受到强烈的构造活动的影响，该区发育以上干柴沟组为界的深、浅两套断裂系统。鄂博梁Ⅲ构造为受深部断裂控制的大型挤压背斜，位于南北两侧的鄂北、鄂南两条断层倾角陡、断面平直、切穿烃源岩和古近—新近系储层。背斜轴部发育浅层滑脱断层[6-7]。

1.4 良好的储盖条件

拥有良好的储盖条件能够对天然气的储存封盖起到积极的作用，使其能够从深部运移出来。古近—新近系储层岩性以粉砂岩和泥质粉砂岩为主，平均孔隙度12%，平均渗透率4.0mD，储层的物性较好。干柴沟组—油砂山组均发育扩张湖相泥岩，具备良好的封盖及保存条件。

2. 天然气地化特征

2.1 天然气成因类型

鄂博梁Ⅲ号的构造位于伊北凹陷下侏罗统的烃源岩上部，天然气甲烷碳同位素含量约为-13.2‰～-22.1‰，根据根据天然气成因的判识标准[8]，研究区样品并没有落入常规天然气范围（图2-1）。这可能有两种情况，一种是异常高成熟的煤型气，另一种是受到无机天然气的混入。

图2-1 不同有机质成因烷烃气鉴别

2.2 天然气组分变化

天然气各组分在水中的溶解能力会受到不同因素的影响，在相同温度、压力、矿化度的条件下溶解能力由强到弱为：CO2>N2>CH4>C2H6>C3H8。当水溶气从深部通过断层向浅层运移的过程中，随着温度、压力的降低，水溶气会从水中脱溶成游离气。溶解度较大的组分往往会保存到最后脱溶，进而使得其相对含量增大[9]。

由于天然气各组分溶解度不同，天然气溶解于水经过运移后地化参数会发生变化。这就为水溶气的判别提供了依据。前人研究表明，在运移路径上干燥系数、CO2含量、N2含量、iC4/nC4、iC5/nC5均呈增大的趋势。本次研究采用C1/C1+、CO2/CH4作为示踪指标（表2-1）。

图2-2 鄂博梁Ⅲ号构造天然气C1/C1+与深度的关系图

由图2-2-（a）可知，C1/C1+具有随深度减小而逐渐增大的趋势，这说明在流体向上运移的过程中，可能伴随着天然气的出溶。图2-2-（b）中，CO2/ CH4在深层（>2500m）随深度减小逐渐增大。而在浅层该比值陡降至0。该区储层富含碳酸盐胶结物，其沉淀必然会造成流体中CO2含量的降低。因此，该指标在本区不是有效指标。

3. 天然气溶解度计算

本章通过天然气溶解度定量计算，并与实际气水比进行比较，验证水溶气的可能性。鄂博梁Ⅲ号构造天然气的主要成分是甲烷，大约平均占86%～92%。因此本研究对不同地质条件下甲烷的溶解度进行了计算[10]。

3.1 甲烷气溶解度回归方程

温度、压力和地层水矿化度是天然气的溶解度的主要影响因素。范泓澈等人利用不同天然气样品及与鄂博梁Ⅲ号地层水特征相似的地层水。通过对不同条件下碳酸氢钠水溶液中天然气溶解度的测定，研究得出得甲烷溶解度的回归方程式[11]。本次研究利用该回归方程：

当T<90℃时（R2=0.999）：

S（p，T，M）=3.94266+0.11199p-0.00049p2-0.0873T+5.59368×10-4T2-8.18224×10-7pM+7.66273×10-9p2M （1）

当T≥90℃时（R2=0.9978）：

S（p，T，M）=0.33131+0.09392p-0.00037p2+0.00903T-3.39715*10-5M+3.97436×10-9p2M+1.83068×10-7TM-2.84625×10-9TpM （2）

式中：S为溶解度，m3/m3，代表1m3水可溶解的天然气量；p为压力，MPa；t为温度，℃；M为矿化度，mg/L。

3.2 计算结果与结论

（1）鄂博梁Ⅲ号深部构造内热流体深度的溶解度

鄂博梁Ⅲ号构造的储层内发现了流体包裹体：其中有相当多的流体包裹体的均一温度超过了地层经历的最大埋藏温度，推测其间受到热液流体的影响。通过激光拉曼的分析测试，可以得出均一温度最高的流体包裹体中含有甲烷。因此天然气的充注可能与热流体有关[12]。流体包裹体的最高均一温度（168.4℃～175℃），结合地温梯度2.2℃/100m[13]，计算大致热流体的来源深度为7336m～7636m。根据单井过剩压的最大压力系数作为上限，推测流体源所在地层的压力系数范围（1.3～2.0），对应的压力则为95.67Mpa～152.72Mpa。

矿化度取射孔后均值28000mg/L。根据富甲烷天然气溶解度计算公式，可计算出流体源天然气的溶解度为7.14m3/m3～8.02m3/m3。

（2）鄂博梁Ⅲ号构造储层中地层水的溶解度

已知不同层位温度、压力、矿化度，根据富甲烷天然气溶解度计算公式，计算ES1，ES2这两口井6个层位储层中的天然气溶解度（见表3-1）。

（3）地面条件下地层水的溶解度

通过观察钻探时鄂博梁Ⅲ号地表温度、大气压，根据富甲烷天然气溶解度公式计算开采到地面时的溶解度。青海11月地表温度取7℃；海拔3000m，大气压取为0.7Mpa；矿化度取15000～40000，可计算出地面条件下地层水中天然气的溶解度为3.42m3/m3。

（4）实际含气量

表3-2是两口井的日产气、产水量。微量气取值为50（m3/d）。计算结果表明除ES1井Ⅲ層位中地层水的含气量较高（120.4m3/m3）外，大部分位于2.84～6.64m3/m3。

（5）比较与结论

通过对比分析三个关键深度天然气的溶解度，分析结果表明：流体源天然气溶解度最高，其值为7.14～8.02m3/m3；储层深度时，天然气溶解度随压力及温度等的变化而降低至3.51～5.49m3/m3；到达地面后，天然气溶解度进一步降低至3.42m3/m3。

天然气在地层水的赋存状态取决于天然气的含量和地层水溶解度的大小关系。如果含有的气量大于溶解度，则天然气除了以水溶气的状态（地层水饱和）存在外，还有相当部分以游离气的形态存在。通过对比实际情况含量和储层条件、流体源条件下地层水的溶解度，发现许多层位的实际含气量不但大于储层条件下的溶解度，而且大于流体源条件的溶解度。这表明，在流体源处就已经存在游离的天然气。但从深层运移上来的游离态的天然气的量并不多。因为，运移过程中因温度、压力降低而导致出溶的天然气的量可达3.72～4.60m3/m3，占到了总产气量的3%～65%（主要集中在38%～65%）（表3-3）。

4. 天然气移聚集过程与结论

伊北坳陷深部侏罗系高过熟烃源岩产生大量天然气，在异常高压作用下先溶于水，并在水中扩散，最终达到饱和；随着排出的烃越来越多，当天然气量超过溶解度时，天然气脱溶成为游离气。由于埋藏太深，上覆泥岩封盖较好，天然气散失的可能性较小，可能在一些深层圈闭中成藏了。深部受倾向相对的鄂北、鄂南两条断层控制，沟通了浅部和深部的地层，有利于天然气的向上运移。这些在深层游离的天然气很可能和地层水一起沿着断层向上运移至现今的储层。随着温度、压力的降低，水溶气脱溶和原来的游離气在新近系储层中重新成藏，构成了“下生上储”的成藏模式。

综上所述，可得出如下结论：

（1）该区具备了天然气成藏的条件

（2）天然气在深层溶解度为7.14m3/m3～8.02m3/m3，至储集层降至3.51m3/m3～5.49 m3/m3，采出至地面时约为3.42m3/m3。深层天然气到达地面脱溶量约为3.72m3/m3～4.60m3/m3，对气藏的贡献率高达65%。

（3）由于天然气脱溶量的比例较大，造成了天然气干燥系数随深度逐渐增高。

（4）深层存在游离天然气，且该区盖层发育，巨量天然气可能被封盖在深层。对于深部储集层的研究是以后勘探的目标。

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