宁明盆地超浅层天然气成因分析

张帆

摘 要：首次在宁明盆地发现超浅层天然气，对采集的气体进行组分分析和碳、氢同位素分析，根据戴金星提出的天然气分类方法，判断宁明盆地浅层天然气为生物成因气;通过对浅层气富集部位的泥岩进行有机碳（TOC）与生烃潜量（S1+S2）测定，发现该地区古近系泥岩有良好的生烃潜力，为浅层气的形成提供良好的有机质条件。

关键词：宁明盆地;浅层气;组分分析;生物气

中图分类号：P618.13文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0125-03

Abstract： The ultra shallow natural gas was discovered in Ningming basin for the first time. Based on the gas composition analysis and carbon and hydrogen isotope analysis， according to the natural gas classification method proposed by Dai Jinxing， it is judged that the shallow natural gas in Ningming basin is biogenic gas. Through the determination of organic carbon （TOC） and hydrocarbon generation potential （S1 + S2） of mudstone in the shallow gas enrichment area， the mudstone in this area has good prospects The potential of hydrocarbon generation is high. It provides good organic conditions for the formation of shallow gas.

Keywords： Ningming basin;shallow gas;component analysis;biogas

浅层气是一种资源，但同时也会造成工程地质灾害[1]。浅层气在我国分布十分广泛，它是油气资源的重要组成部分。在我国的辽东湾滩海地区、黄河三角洲外海海域、山东半岛滨浅海、南黄海、长江三角洲、杭州湾、舟山群岛、长江口、珠江口、东海和南海陆架的海洋地质普查中均发现海床浅部存在浅层气赋存证据[2-5]。但浅层气也是一种地质灾害源，其会改变土体的力学结构，削弱土体强度，进而产生浅层气地质灾害问题。近年来，因浅层气而引发隧道、基坑、沉井、水工构筑物沉陷、断裂等导致工程事故、造成重大经济损失的例子屡有报道[6-9]。对于工程建设来说，埋深<100 m的超浅层气会对工程施工造成直接危害。随着我国大规模土木工程建设的发展和地下空间的开发，由浅层气造成的工程灾害及其防治问题日趋突出，需要对浅层气进行精确定位与评价，以便工程顺利实施。2018年4月，在建的纳利大桥工程建设过程中遭遇浅层气不良地质，在广西壮族自治区工程建设尚属首次。宁明盆地位于广西壮族自治区宁明县境内，是叠置于10万大山盆地上的残留盆地。为了探究宁明浅层气的成因，对浅层气冒出点进行地质调查与气样采集，并通过室内气体分析手段与烃源岩测试探讨浅层气形成原因。

1 地质调查与气样采集

纳利大桥地处广西壮族自治区宁明县纳利屯，跨越明江两岸，位于宁明盆地内。在明江纳利大桥段西侧岸的7#墩和10#墩距离桥桩中心3～5 m处布设地质钻孔，孔径130 mm，孔深50 mm，进行全深度详细录井，录井后钻孔埋入排气管，兼作排气井。明江西侧钻孔地层主要分为三层，由上至下依次为1～2 m素填土层，1 m左右的淤泥质土，深厚的下古近系泥岩层。

气样采集采用排水取气法，将取样袋内装满清水，倒置于取样水桶中，连接好取样胶管，使孔内排出的气体放空1～2 min，然后将胶管插入水桶中，稍排空气后，再倒插入取样袋中，待取样袋中剩余1/4的水时，关闭取样袋阀门，从水中取出并封存。现场钻孔气体冒出及采集的气体样品如图1所示。

2 浅层气地球化学分析

2.1 试验方法

浅层气组分分析采用Agilent-7890b气相色谱仪，载气为氦气，采用30 m×0.3 mm×20 μm的HP-PLOT Q型色谱柱。色谱仪进样口温度为150 ℃，热导检测器温度为200 ℃。色谱柱在70 ℃恒温7.5 min，之后以15 ℃/min的速率升至90 ℃，再以6 ℃/min的速率升至180 ℃。

天然气碳同位素分析采用Thermo Scientific TRACE 1310型气相色谱仪与Thermo Scientific MAT-253PLUS型气体同位素质谱仪联用检测。气样先通过HP-PLOTQ色谱柱进行分离，分离后的烃类气体经氧化炉氧化成CO2后进入同位素质谱仪进行碳同位素检测。氧化炉温度为950 ℃，色谱仪进样口温度为150 ℃。色谱柱先以8 ℃/min的速率从30 ℃升至170 ℃，然后以6 ℃/min的速率升至270 ℃，气体组分及碳、氢同位素测定结果见表1。

烃源岩分析采用油气评价工作站分析，把储油岩中的油气分为五种组分：C1～C7天然气（S0）、汽油馏分（S1-1）、煤油及柴油馏分（S2-1）、蜡及重油馏分（S2-2）以及胶质沥青质热解烃（S2-3）。仪器通过热解钻井岩屑或岩芯，分析其中的干酪根的热解烃量，从而对其进行定性和定量评价。

2.2 淺层气组分与碳、氢同位素试验结果与分析

天然气烃类气体包含CH4、C2H6、C3H8、C4H10和C5H12。其中，CH4为主要烃类气体，含量占91.55%～95.37%，平均为93.9%;重烃气体含量很低，平均总含量只占0.37%。非烃类气体包含N2、CO2和O2/Ar，其中，N2占3.76%～7.50%，平均为5.14%;CO2占0.24%～0.32%，平均为0.29%;O2/Ar占0.07%～0.54%，平均为0.28%。其中，轻烃含量高，重烃含量低，样品干燥系数（C1/C1-5）均大于0.995，为干气。碳、氢同位素试验结果如表1所示。试验显示，所有样品δ13C1的值均<55‰，氢同位素δ13D的值均<-190‰，由戴金星[10]提出的对于烷烃气鉴别方法（见图2）可推断该处浅层气属于陆相甲烷型生物成因气。

2.3 烃源岩分析

由于本地区泥岩层深厚，且富含有机质，勘探过程中天然气体产出主要位于泥岩层中。因此，选取现场不同深度泥岩层中的有机质样品10份，在实验室内开展有机质含量、有机碳含量（TOC）（图3）、母质类型（干酪根）、生烃能力（图4）和产力指数的试验测定分析。泥岩在纳利大桥桥址区地层中广泛分布，且为桥桩的主要持力层。泥岩中有机碳含量（TOC）为0.61%～1.24%，生烃潜量（S1+S2）为1.78～13.69 mg/g，有机质丰度较高;干酪根为Ⅱ型，Ⅱ1—Ⅱ2均有，干酪根类型也较好。同时，从测定的烃源岩干酪根中镜质体反射率Ro均小于0.6%，处在低成熟阶段[11]。由此可判定纳利大桥桥址区分布的泥岩地层是浅层气烃源岩，具备较好的产气条件，所产气体属于低成熟阶段的甲烷型生物气。

3 结论

根据宁明盆地浅层气的气相分析和烃源岩分析，得出以下结论。

第一，通过对宁明盆地浅层气富集地区进行勘察和取样测试，发现在大桥桥桩深度范围的古近系泥岩层中普遍存在浅层气，气体的主要成分为甲烷，属于典型的低成熟段甲烷型生物成因气。

第二，纳利大桥桥址区分布的泥岩地层是浅层气烃源岩，有机质丰度较高，具备较好的产气条件，可以源源不断地进行气体补充。

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