苏北盆地生物降解气特征及成藏模式

付 茜，刘世丽

(中国石化江苏油田分公司，江苏 扬州 225009)

0 引 言

苏北盆地位于苏北-南黄海盆地陆上部分，其南北分别以苏南隆起和鲁苏古陆为界，西至郯庐断裂，东与南黄海盆地相接，盆地面积约为3.8×104km2[1-9]。盆地总体富油贫气，但在石油勘探过程中也发现了部分浅层生物降解气藏[12]。在当前油价低迷的形势下，生物降解气藏由于埋藏浅，具有较好的勘探效益。前人对此类气藏研究较少[8-11]，对其形成条件等尚未明确，故通过对苏北盆地刘庄和周庄典型生物降解气藏的解剖，探讨其形成条件，分析成藏模式，为今后生物降解气勘探提供依据。

1 典型气藏解剖

1.1 金湖凹陷刘庄气田

1.1.1 天然气地球化学特征

刘庄气田位于金湖凹陷西斜坡外坡带，气藏埋深为1 080～1 170 m，含气层位为E1f1+2(E1f1顶部和E1f2中下部)。该气藏类型为气顶气，低部位分布油环，边部为水，油气水重力分异作用明显。气田天然气组分较干，甲烷含量为94.58%～96.53%，重烃含量为0.97%～1.86%，干燥系数为0.99，iC4与nC4含量比为1.37%～2.25%，N2含量为1.85%～3.31%，CO2含量为0.26%～1.25%，属于典型的干气。

刘庄气田天然气甲烷碳同位素δ13C1组成较轻，主要分布在-51.74‰～-49.78‰，乙烷碳同位素δ13C2分布在-41.74‰～-40.18‰，丙烷碳同位素δ13C3分布在-27.03‰～-25.86‰，二氧化碳同位素δ13CO2分布在-14.28‰～-17.37‰。与永安油田的热成因气相比，甲烷、乙烷碳同位素偏负，同时丙烷碳同位素偏正，表明天然气可能属厌氧产甲烷气微生物降解成因[13-14]，属于生物降解气。

根据刘庄气田和金湖凹陷不同层系烃源岩碳同位素分析可知，刘庄气田天然气与三河次凹HC1井E1f2暗色泥岩碳同位素特征基本一致，表明形成降解气的原油来源于三河次凹E1f2成熟的腐泥型烃源岩，原油经生物降解后形成富含CH4的天然气。

1.1.2 伴生油藏特征

刘庄气藏伴生油的原油物性较差，密度为0.91～0.93 g/cm3，黏度为4.91～85.70 mPa·s，凝固点为8～17 ℃，属稠油。从L11、L13、L24井原油饱和烃色谱图可以看出(图1)，正构烷烃消失，姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)存在，说明原油出现中等程度降解，证实原油有水洗氧化、菌解现象。

油藏不同部位原油降解程度有差异，越靠近气层的部位原油降解程度越低，如L24井属于轻度降解；越靠近底边水的部位原油降解越严重，如L11井属于重度降解。原油降解稠化是形成生物降解气的基础，大部分同类型生物降解气藏都是与稠油油藏共生[2]。

图1 刘庄气田原油饱和烃色谱

1.1.3 保存条件

刘庄气藏储层以生物碎屑灰岩和砂岩为主，生物碎屑灰岩储层物性非均质性较强，储层物性总体较好。气藏上覆盖层为E1f2+3泥岩，E1f2顶部为深灰色泥岩、泥灰岩互层，E1f3底部为灰色泥岩，盖层累计厚度大于100 m，封盖条件有利。另外，测得气藏上覆E1f2泥岩盖层突破压力为10.75 MPa，地层剩余压力为0.35 MPa，突破压力远远大于剩余压力，可以对下部E1f2的含气层形成有效的封盖。从侧向封挡条件看，刘庄气田控圈断层为反向断层，断距为140～200 m，使得气层与E1f3下部砂岩欠发育段和E1f2上部泥岩发育段对接，侧向封挡有利，气藏保存条件好。

1.1.4 地层水特征

刘庄气田地层水化学条件平面变化具有一定的规律性。平面上，气藏高部位保存条件好，水型以CaCl2型为主，地层水矿化度较高，为3 350～97 070 mg/L；气藏低部位即油层至边水位置，保存条件较高部位略差，水型以NaHCO3型为主，地层水矿化度为4 980～9 430 mg/L，反映低部位可能有地面淡水侵入。

1.2 高邮凹陷周庄气藏

1.2.1 天然气地球化学化特征

周庄气藏Z2块气藏类型为气层气，含气层为盐一段(N2y1)，气藏埋深浅，深度为950～990 m。该气藏甲烷含量为96.52%，干燥系数为1，N2含量为1.85%～3.31%，CO2含量为3.47%，属于典型的干气。周庄气藏天然气甲烷碳同位素δ13C1组成较轻，主要分布在-45.88‰，与刘庄气田类似，属于生物降解气。

1.2.2 伴生油藏特征

周庄气藏位于盐一段(N2y1)，其下部为Z43泰州组(K2t)稠油油藏，油藏埋深为1 450～1 520 m，原油密度为0.94～0.96 g/cm3，黏度为29.3～487.9 mPa·s；从原油饱和烃色谱图可知(图2)，正构烷烃消失，姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)消失，说明K2t原油出现严重降解，遭受生物降解菌作用明显。

图2 周庄Z43块K2t原油饱和烃色谱

1.2.3 地层水特征

控制周庄气藏的吴①断层是一条长期活动的大断裂，可以沟通地表水下渗。Z2块K2t地层水型以NaHCO3为主，MgCl2次之，矿化度为20 072～47 774 mg/L。

1.2.4 保存条件

N2y1储集层主要以砂砾岩、中—粗砂岩、细砂岩为主，砂岩含量为40%～80%，砂岩孔隙度一般为23%～32%，渗透率为200×10-3～1 100×10-3μm3，为高孔高渗储集岩，储层条件十分有利。从盖层条件来看，Z2块盐城组(Ny1)气层之上发育一套稳定的泥岩盖层，厚度为50～60 m，可以对N2y1气层形成有效封盖。

Z2块气藏主控断层吴①断层是在中生代断裂基础上发育的一条边界大断层，具有形成时间早、活动期长的特点。向下切至古生界地层，向上断至盐城组(N2y)内部，一方面可以有效沟通下部K2t油藏遭受生物降解后形成的降解气向上运移，另一方面边界大断裂本身又具有很好的封闭性，苏北盆地勘探实践已证实这一点。因此，Z2块气藏的保存条件十分有利。

2 生物降解气形成的地质条件

从上述典型生物降解气藏的解剖可知，原油降解气的形成关键包括适宜厌氧微生物生存的环境、稠油带的分布、较好的保存条件等。

2.1 适宜厌氧微生物生存的环境

研究表明，适宜厌氧微生物的生存环境一般埋藏较浅、温度较低、水型以NaHCO3为主。厌氧产甲烷菌通常的生存温度为0～80 ℃，最适宜其新陈代谢的温度为30～55 ℃[14]。苏北盆地根据真86井系统埋深测井方法获取的新生界平均地温梯度为30.5 ℃/km，埋深1 325 m对应的温度约为55 ℃，埋深2 150 m对应的温度约为80 ℃。因此，最适宜厌氧产甲烷菌新陈代谢的深度为500～1 325 m，最深不超过2 150 m，浅部储层温度较低，微生物可以大量繁殖。苏北盆地已发现的生物降解气及其伴生的稠油油藏埋深均在1 500 m以内。

由于水是微生物活动必不可少的介质[2]，生物降解气实质上是微生物参与水-烃反应的产物，化学反应在水中进行并与水发生反应，同时产甲烷菌还原CO2，也需从水中获取氢元素，这也是生物降解作用通常发生在油水界面附近且稠油油藏边部或底部往往是含水层或者油水同层的原因。从水型看，原油降解通常发生在NaHCO3型和CaCl2型地层水的含油气系统中，Na2SO4型地层水不利于微生物繁殖，尤其是当SO42-浓度高时，对厌氧菌群有抑制作用，很难形成生物降解气。同时，高矿化度也不利于微生物活动。苏北盆地目前发现的降解气藏均处于NaHCO3或CaCl2水型、中等矿化度的地层水中。

2.2 与稠油油藏相伴生

已发现的生物降解气的分布与稠油油藏息息相关。气藏多位于稠油油藏的上方或侧上方，如刘庄气田层位为E1f2，稠油油藏同样为E1f2，处于气层的低部位，降解气与稠油处于同一层，气层在稠油油藏的侧上方；Z2块气藏含气层位为N2y1，稠油油藏位于下部K2t，气与稠油非同一层位，气位于稠油油藏的上方。

2.3 较好的保存条件

保存条件是气体成藏的关键因素，油藏遭受生物降解形成生物降解气同样对保存条件要求较高。刘庄、Z2块等气藏都存在区域性或局部性泥岩盖层，封盖条件有利；同时，控圈断层多为边界大断裂或早期断层，或与泥岩侧向对接，这些都有利于气藏的保存。

除了上述几个条件外，良好的储集条件也更有利于厌氧产甲烷菌的生存和活动，有利于微生物降解原油形成生物降解气。

3 生物降解气成藏模式

通过解剖苏北盆地已发现的典型生物降解气藏，建立了苏北盆地生物降解气“自生自储”侧向运移和“下生上储”纵向调整2种成藏模式。

3.1 “自生自储”侧向运移模式

气和稠油位于同一层位，即低部位原油经生物降解后形成生物降解气侧向运移到高部位形成气顶(图3)。该类气藏的区域盖层厚度一般较大而且断层封闭性较好，油气在原圈闭中正常分异形成气顶，为“自生自储”层内聚集，例如金湖凹陷的刘庄气田、高邮凹陷的W8块气藏等均属此类成藏模式。

图3 刘庄气田“自生自储”侧向运移模式

3.2 “下生上储”纵向调整模式

气分布于上部层位，稠油分布于下部层位，即下部层位的原油经生物降解后形成的降解气经断层垂向调整至上部层位聚集成藏(图4)。该类气藏其下部油藏盖层较发育，原油被生物降解后形成的生物降解气经断层纵向调整，近距离或较远距离聚集成藏，形成“下生上储”纵向调整模式，如Z2块气藏，气在上部N2y，稠油油藏位于下部K2t1。

4 下步勘探方向

以上分析表明，苏北盆地生物降解气具有埋藏较浅、与稠油油藏相伴生的特点，因此，稠油油藏的分布范围是浅层生物降解气的有利区。根据埋深、地温及地层水特征等研究，结合已钻井情况分析表明，苏北盆地稠油油藏主要分布在高邮凹陷南部断裂带的许庄、黄珏和周庄地区，西部韦庄地区和北斜坡的外坡带以及金湖凹陷西斜坡的外坡带，这些地区是寻找生物降解气的有利区。

在高邮凹陷南部断裂带，成藏与Z2块相似，生物降解气以“下生上储”纵向调整模式为主，下步应在稠油带的上方、储盖发育且保存条件有利的地区寻找目标圈闭；在高邮凹陷韦庄、北斜坡外坡带及金湖凹陷西斜坡外坡带，成藏与刘庄气田相似，生物降解气以“自生自储”侧向运移模式为主，下步应在稠油带的侧上方、存在良好区域盖层且保存有利的地区寻找目标圈闭。

5 结 论

(1) 苏北盆地刘庄气田和周庄气藏均为生物降解气，成分以甲烷为主，甲烷碳同位素值较轻，分布在-51.47%～-49.78%，介于生物气与热成因气之间。

(2) 生物降解气的形成与适宜厌氧微生物生存的环境、稠油油藏的分布、保存条件等有关。生物降解气藏与稠油伴生，一般埋深小于1 500 m，地温低于80 ℃，水型以NaHCO3型和CaCl2型为主，具有较好的储集条件和保存条件。

(3) 苏北盆地主要存在“自生自储”侧向运移和“下生上储”纵向调整2类生物降解气成藏模式。

图4 周庄气藏“下生上储”垂向调整模式

(4) 高邮凹陷南部断裂带、西部韦庄地区、北斜坡的外坡带以及金湖凹陷西斜坡的外坡带稠油油藏分布区是下一步浅层生物降解气勘探的有利方向。