东海盆地丽水凹陷天然气与二氧化碳成因来源

刁慧

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）

1 基本地质情况

东海陆架盆地是欧亚板块东缘的弧后盆地，是在晚白垩-古新世时期拉张而形成的伸展盆地。丽水凹陷位于东海盆地西南部（图1），为北东—南西向展布的东断西超的典型的箕状凹陷[1-2]，内部被中央潜山-披覆构造带分割为东、西两个次洼[3]。其构造活动主要受太平洋板块运动的制约，经历了三次构造热事件的作用，使得丽水凹陷经历了古新世的裂陷伸展、始新世的冷却沉降坳陷、上第三纪-第四纪的区域水平沉降三个演化阶段[4-5]。裂陷早期沉积了滨浅湖相下古新统月桂峰组地层，厚达2000余米。裂陷中晚期海水侵入，沉积充填了滨浅海相的砂泥岩含煤的上古新统灵峰组、明月峰组煤系地层，厚逾5000米。上、下古新统这两套不同沉积环境沉积的湖相泥岩及煤系泥岩形成了丽水凹陷的烃源岩[6-8]。目前，在丽水凹陷东、西次凹及灵峰潜山周边钻探的10余口均有良好的油气显示，并在西次凹发现XW36气田[9]。笔者通过对已钻井天然气和二氧化碳气的成因、来源分析，探讨丽水凹陷有利勘探方向和规避风险，对丽水凹陷勘探具有一定指导意义。

图1 丽水凹陷构造—地层划分Fig.1 Division of tectonic and stratigraphic units in the Lishui Sag

2 天然气与二氧化碳的组成和碳同位素特征

丽水凹陷天然气分为气藏凝析气和油藏溶解气，气藏凝析气二氧化碳含量普遍较高，除了丽水36-1气田外，其余井二氧化碳含量大于88%，气藏凝析气干燥系数在0.84～0.89之间，属于湿气。油藏溶解气二氧化碳含量低，以烃类气为主，占93%～99%，溶解气干燥系数小于0.82（表1）。

天然气同位素差别较大，甲烷碳同位素最轻可达-46‰，最重可达-29‰，乙烷碳同位素最轻的为-33‰，最重为-27.01‰。二氧化碳碳同位素表现为气藏凝析气与油藏溶解气不同，气藏凝析气二氧化碳碳同位素重于-9.2‰，油藏溶解气二氧化碳碳同位素为-22.2‰（表2）。

3 天然气成因来源

表1 丽水凹陷天然气组分Table 1 Natural gas components in Lishui Sag

表2 丽水凹陷天然气碳同位素Table 2 Natural gas carbon isotope in Lishui Sag

图2 丽水凹陷天然气成因划分Fig.2 Genetic classification of natural gas in Lishui Sag

图3 丽水凹陷天然气δ13C1-C1/C2+3天然气成因分类Fig.3 Genetic classification of natural gas δ13C1-C1/C2+3 in Lishui Sag

图4 丽水凹陷天然气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]，具有气源关系的气源岩干酪根碳同位素比天然气丁烷重1‰上下。气、油、源碳同位素对比来看，丽水凹陷西次洼中北部DW13-1-1和XW36-1-1大部分天然气丁烷同位素与XW36-1-1的全油碳同位素、湖相月桂峰组烃源岩趋近，西次洼中北部的天然气与油同源，并来源于月桂峰组烃源岩。灵峰潜山ZY-1的天然气同位素重于ZY-1全油碳同位素，表明灵峰潜山的天然气与油不同源，天然气可能来源于西次洼，而原油来源于东次洼。西次洼中南部的XW36-1-2部分、XW35-7-1d和DYX-1井天然气碳同位素重于全油碳同位素，介于月桂峰组烃源岩和灵峰组烃源岩之间，天然气来源于湖相月桂峰组和陆相灵峰组烃源岩混源（图5）。

Pallasser等指出[17-18]，在气藏没有发生次生蚀变，如细菌氧化及逸散的情况下，同源天然气的C1～C4烷烃δ13C值与它们的碳数倒数（1/Cn，n=1～4）应呈线性关系。天然气碳同位素折线图（图6）表明，靠近西次洼中心的ZY-1油藏溶解气、XW36-1-1、XW36-1-2、XW35-7-1d井气藏凝析气折线近似直线，发生次生蚀变程度低，气源较单一。远离西次洼中心DW13-1-1、DYX-1天然气碳同位素倒数呈明显折线，存在气藏蚀变、天然气逸散及混源。

图5 丽水凹陷天然气与原油、 烃源岩碳同位素值对比Fig.5 Natural gas, crude oil and source rock carbon isotope comparison in Lishui Sag

图6 丽水凹陷天然气碳同位素与碳数倒数折线图Fig.6 Natural gas carbon isotope and carbon number reciprocal line chart in Lishui Sag

4 二氧化碳成因来源

丽水凹陷目前钻探的井中均有二氧化碳，其中气藏凝析气中二氧化碳含量比例较高，占比31%～98%，油藏溶解气中二氧化碳含量较低，占比1%左右，二氧化碳含量整体呈现出从凹陷边缘向凹陷中心逐渐降低的趋势（表1）。

从二氧化碳碳同位素可以看出，气藏凝析气二氧化碳碳同位素较重（-4‰～9.2‰），油藏溶解气二氧化碳碳同位素轻，为-22.2‰（表2）。依据二氧化碳含量和二氧化碳碳同位素关系[19]，XW36-1-1、DW13-1-1、DYX-1和XW35-7-1d井气藏凝析气中为二氧化碳无机成因二氧化碳，ZY-1井油藏溶解气中二氧化碳为有机成因二氧化碳（图7）。

依据二氧化碳碳同位素和R/Ra关系[20]，XW36-1-2、DW13-1-1气藏凝析气中无机成因二氧化碳来源于火山活动沟通地幔的幔源二氧化碳（图8）。二氧化碳碳同位素有从凹陷边缘向凹陷中央逐渐变轻的趋势，这与火山活动由凹陷边缘向凹陷中央逐渐减弱一致[21]，这种趋势反映了无机二氧化碳气的运移是由凹陷边缘向凹陷中央运移。

图7 丽水凹陷天然气中二氧化碳成因鉴别Fig.7 Identification of carbon dioxide genesis in natural gas in Lishui Sag

图8 丽水凹陷天然气中二氧化碳来源鉴别Fig.8 Identification of carbon dioxide source in natural gas in Lishui Sag

5 结论与启示

（1）丽水凹陷天然气划分为两种类型：一种以月桂峰组湖相烃源岩为主要贡献，为油型气、Ⅱ型干酪根热成因，天然气成熟度在Ro1.3%左右，主要分布在东次洼、西次洼中北部及灵峰潜山带；另一种以灵峰组煤系烃源岩为主要贡献，为煤成气或煤成气与油型气混合、Ⅲ型干酪根高温裂解成因，天然气成熟度高，在Ro2.0%左右，主要分布在西次洼中南部。丽水凹陷天然气资源以第一种为主。

（2）丽水凹陷二氧化碳气有两种类型：一种为无机成因幔源二氧化碳，二氧化碳的含量高，二氧化碳的含量受火山活动强弱控制明显；另一种为有机成因二氧化碳，其含量低。丽水凹陷二氧化碳以第一种为主，影响油气发现的商业性。

渠系受益村社作物种植复杂，地亩不连片，作物需水量多少极不均匀，黑河调水频繁，夏秋季严重缺水，地下水和地表水混合使用，供需水矛盾尖锐，给测水量水工作带来极大困难。

（3）天然气、二氧化碳成因来源对勘探的启示：一、丽水凹陷以湖相月桂峰组为主力烃源岩的天然气是主要资源，其主要分布西次洼中北部及灵峰潜山带，东次洼为少量的油资源；二、丽水凹陷以陆源灵峰组为主力烃源岩的天然气是重要的资源，其主要分布在西次洼中南部；三、靠近西次洼中央，远离西北、南部火山活动活跃区，对减低二氧化碳对油气勘探风险十分必要。因此，围绕西次洼中北部及灵峰潜山带寻找构造、岩性圈闭，并规避沟通火山的断层通道及火山活跃地区，是油气勘探的有利方向。

参考文献(References)

[1]周心怀,蒋一鸣,唐贤君. 西湖凹陷成盆背景、原型盆地演化及勘探启示[J]. 中国海上油气,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]刘金水,廖宗廷,贾健谊,等. 东海陆架盆地地质结构及构造演化[J]. 上海地质,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]陈志勇,吴培康,吴志轩. 丽水凹陷石油地质特征及勘探前景[J].中国海上油气(地质),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]张田,张建培,张绍亮,等. 平衡剖面技术在东海丽水凹陷构造演化研究中的应用[J]. 上海国土资源,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,丁飞,赵洪. 西湖凹陷构造演化特征及油气运聚单元划分[J]. 上海国土资源,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,陈建平,陈晓东,等. 东海盆地丽水凹陷天然气类型及其成因探讨[J]. 中国科学D辑(地球科学),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]孙玉梅,席小应. 东海盆地丽水凹陷油气源对比与成藏史[J]. 石油勘探与开发,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]郭永华,于水,葛玲. 东海盆地丽水凹陷LS36-1构造成藏机理研究[J]. 石油勘探与开发,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]王勇刚. 东海盆地丽水凹陷原油地球化学特征及其来源分析[J].上海国土资源,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. 各类烷烃气的鉴别[J]. 中国科学(B辑:化学生命科学),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]朱扬明,王积宝,郝芳,等. 川东宣汉地区天然气地球化学特征及成因[J]. 地质科学,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,宋岩,戚厚发,等. 中国东部无机成因气藏形成条件[M].北京:科学出版社,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]宋岩,徐永昌. 天然气成因类型及其鉴别[J]. 石油勘探与开发,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,赵志刚. 东海盆地丽水凹陷油气成藏制约因素分析[J]. 特种油气藏,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.