煤成甲烷碳同位素分馏的动力学模拟

主要目的是通过动力学模拟实验与GC-IRMS技术建立煤成甲烷碳同位素分馏的动力学模拟.热解产物中甲烷碳同位素的测定结果表明,同时假定生气过程中同位素分馏系数(α)固定不变和所有产甲烷母质具有相同的初始碳同位素组成(δ13Co)对于解释煤化过程中的碳同位素分馏是不可行的.在本研究中,为了解决陆源有机质的非均质性,应用了两个方法:一是假定对于煤中所有产甲烷前身物具有一个相同的初始碳同位素组成(δ13Co),通过调整各个平行反应的△Ea,i(Ea,i13C-Ea,i12C)来拟合实测甲烷同位素组成的变化;另一个是假定在整个生气过程中同位素分馏系数(α)不变,即△Ea,i为常数,通过改变fi13C来实现与实测甲烷同位素的拟合.动力学计算结果表明,在2℃/Ma的地质升温速率下两种方法具有相似的结果.     

鄂尔多斯盆地下古生界石灰岩岩相及碳、氧稳定同位素特征

鄂尔多斯盆地下古生界石灰岩的岩相及碳、氧稳定同位素组成变化大,具有多种成因类型。通过薄片鉴定、岩石及矿物微区碳、氧稳定同位素测试以及包裹体测温资料研究,发现正常海水成因的泥晶灰岩及颗粒灰岩具有较高的δ18O、δ13C;受淡水淋滤、溶蚀的颗粒灰岩、角砾泥晶灰岩、豹斑含云灰岩或灰云岩的δ13C随淡水淋滤及溶蚀程度升高而明显降低,但其δ18O变化较小;去膏化成因的巨晶次生灰岩在阴极发光下具环带结构,并具有较低的δ18O、δ13C,去云化成因的中-细晶次生灰岩多呈麦粒或蚕蛹结构,其δ18O、δ13C相对较高;早期及表生淡水方解石胶结物的δ18O、δ13C均为低值,Mn离子含量低,阴极发光暗淡;晚期热液方解石胶结物具异常低的δ18O、δ13C,包裹体均一温度介于100~150℃,富含Mn离子,阴极发光明亮。研究结果表明,岩相特征、碳、氧稳定同位素组成以及包裹体测温数据是确定石灰岩沉积、成岩环境以及成因类型的重要指标。     

乙烷稳定碳同位素动力学模拟及地质应用

详细介绍了限定体系下乙烷稳定碳同位素动力学模拟过程及煤成乙烷的同位素演化规律。地质模拟结果展示,煤成天然气乙烷演化规律与甲烷类似,低熟阶段存在一个下降的趋势,其最轻同位素值为-27.8‰,与我国常用的煤成气判别标准基本一致,对应有机质成熟度(Easy%Ro)为1.0。随后,乙烷稳定碳同位素逐渐变重,与Ro之间呈良好的线性关系。     

利用天然气包裹体方法划分天然气成藏期次--以鄂尔多斯盆地东南部上古生界储层为例

鄂尔多斯盆地东南部上古生界天然气储层主要为太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组,岩性以石英砂岩为主。储层的主要成岩作用有压实和压溶作用、胶结和交代作用、裂隙和溶蚀作用等,依据显微镜下岩相学研究,在研究区可以识别出四个大的成岩阶段,分别对应早成岩阶段的早期和晚期、晚成岩阶段的早期和晚期。识别出两期天然气包裹体,第一期天然气包裹体形成于早成岩阶段的晚期,分布在早期裂隙及与其相关的溶蚀孔隙中,形态不规则,气/液比较高,偶尔可见包裹体发荧光。第二期天然气包裹体形成于晚成岩阶段晚期,分布在晚期裂隙中和晚期亮晶方解石和石英胶结物中,包裹体气/液比小,大部分为有机气态和盐水组成的气液两相有机包裹体,包裹体壁薄色浅。研究认为第一期代表了早期天然气初次运移和注入储层事件,而第二期代表了天然气大规模二次运移聚集成藏事件。     

塔里木盆地库车坳陷煤成气甲烷碳同位素动力学研究及其成藏意义

天然气碳同位素动力学研究是在生烃动力学基础上发展起来的一种动力学研究方法。以库车坳陷侏罗系煤在限定体系下热解实验为基础，分析了煤成气甲烷碳同位素演化的基本特征。整体上，煤成气甲烷碳同位素值比较重。随着热解温度的增加，甲烷碳同位素演化形式表现为，在低温段存在着一个明显变轻的趋势，然后逐渐变重。这主要是由煤的非均质性造成的，煤沉积时不但有高等植物来源，还有水生生物来源，他们具有不同的活化能和不同的同位素组成。用自行开发的同位素模拟软件，结合库车坳陷的热史，对库车坳陷煤成甲烷碳同位素进行了模拟计算。其核心是把甲烷看作重碳甲烷和正常甲烷两个部分，各自求取动力学参数。模拟结果表明，坳陷中心几个干气藏中甲烷的碳同位素值(-27‰～ 32‰，PDB)落在了由干酪根开始裂解生气到2．0Ma之间。这说明库车坳陷中心区域的天然气主要来源于侏罗系煤系地层的长时期裂解、累积。累积阶段为开始生烃到库车期。     

鄂尔多斯盆地东南缘上古生界煤储层非均质性及其意义

鄂尔多斯盆地东南缘陆续发现一批高产井,显示了上古生界煤层气资源勘探开发的潜力。然而,受煤储层非均质性影响,同一区块相邻井组甚至同一井组不同单井的产气效果表现出较大差异,因此深化对煤储层非均质性的认识是实现高效勘探开发的客观途径。该文从岩石学、物性、吸附性、含气性等特征方面对煤储层非均质性进行了研究,结果显示,区内3号、5号、11号煤层分布稳定,厚度较大,是煤层气勘探与开发的主要目的层;煤层以半亮煤和半暗煤为主,镜质组含量较高,具有较好的可压裂性;以低灰-中灰的瘦煤、贫煤为主,部分地段发育少量无烟煤,煤级较高;煤岩孔隙度和渗透率均较低,吸附性强,吸附时间较短且解吸率较高,有利于煤层气的产出,但需要加强煤储层改造措施研究;含气量平均在11 m~3/t以上,最高可达19.73 m~3/t,含气饱和度平均在61%以上,表明资源密度较大且具有较高的地层能量,有利于煤层气解吸产出。     

鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系页岩气成藏地质条件

鄂尔多斯盆地煤系页岩气储量巨大,主要赋存在盆地东缘的上古生界地层中。总结前人的研究成果,分析了该地区上古生界煤系泥页岩的空间分布特征（沉积环境和空间分布）,有机地球化学特征（总有机碳含量、干酪根类型和有机质成熟度）,储层物性特征（矿物种类及含量、孔隙度和渗透率、微裂缝发育情况）以及含气性特征等成藏条件。结果表明：鄂尔多斯盆地东缘上古生界页岩分布广泛,累计厚度＞30 m,整体上TOC质量分数＞2.0%,镜质组反射率为1.00%～2.25%,有机质类型以Ⅲ型为主、Ⅱ型次之,石英等脆性矿物含量高,属于低孔低渗储层,同时微裂缝较发育,这些地质条件有利于页岩气的形成与富集成藏。认为鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系页岩具有巨大的页岩气资源潜力,其中山西组的页岩气成藏潜力最大,在后期的地质研究中应予以重视。     

鄂尔多斯盆地东南部上古生界储层岩石学特征

为弄清鄂尔多斯盆地东南部上古生界砂岩储层岩石学特征的差异性,通过大量岩石薄片、扫描电镜、阴极发光和X衍射等分析化验资料,对研究区上古生界主要产气层段砂岩储层的岩石类型、成分特征、平面分布等进行了详细研究。结果表明,盒8段和山1段是以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主,少量石英砂岩,岩屑主要为千枚岩,其次为石英岩、燧石和变质砂岩;山2段和本溪组则以石英砂岩为主,其次为岩屑石英砂岩,少量岩屑砂岩,其岩屑主要为石英岩,其次为燧石和千枚岩;从盒8段—本溪组的砂岩中碳酸盐和硅质胶结物含量均有逐渐增加的趋势,而高岭石和绿泥石含量逐渐减少。受物源分异的影响,从东部→西部→南部砂岩成分成熟度依次降低。     

鄂尔多斯盆地上古生界非常规天然气综合勘探前景

在充分调研国内外页岩气研究方法及早期页岩气研究成果的基础上,综合利用钻(测)井资料及样品分析测试资料,分析了鄂尔多斯盆地上古生界页岩气成藏地质特征。研究结果表明:鄂尔多斯盆地上古生界富有机质泥页岩、砂岩及煤层交互发育,泥页岩单层厚度小,但层数多,累积厚度大,有机质干酪根类型以Ⅱ型和Ⅲ型为主,有机质成熟度高,保存条件好,形成页岩气资源潜力巨大;泥页岩全岩矿物中石英、长石含量较高,泥页岩层脆性大,压裂后容易形成裂缝,有利于页岩气开发;页岩气资源有利区域与致密砂岩、煤层厚度叠合图显示,盆地内非常规天然气资源丰富,垂向分布相对集中,有利于未来非常规天然气集中高效开发。该研究成果为非常规天然气深入勘探开发提供了有益借鉴。     

鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储集层控制因素分析

同沉积期火山作用、物源条件、构造作用、气候条件、沉积作用及成岩作用,是控制鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储集层发育的主要因素。同沉积期火山作用提供的易溶火山碎屑组分（包括颗粒和凝灰质填隙物）,对区内中高渗次生溶孔型储集层的形成起决定性控制作用。盆地北部物源区巨厚的、富含中粗粒石英颗粒的风化母岩层集中剥露,是导致盆地内山西—石盒子期中粗粒砂质沉积物集中堆积、形成厚层砂岩沉积的主要原因。局部构造的控制主要表现为：奥陶系被下切较深的继承性洼陷,往往是河流长期作用的厚砂层发育区。气候因素主要通过影响母岩的化学风化作用强度来控制岩石的成分成熟度,盆地二叠系山西组煤系地层中石英砂岩的形成与该区二叠纪潮湿的气候条件有密切的关系。沉积控制包括沉积相带控制和沉积微相控制两方面,前者主要表现在对砂体分布的宏观控制上,后者主要表现为不同砂体微相的物性差异。成岩作用的控制是多方面的,主要分析了该区砂岩在成岩早期的碳酸盐矿物的充填交代和胶结作用对储集层致密化的影响,其形成可能与砂层长期处在近地表潜水面附近的暴露环境有关。     

鄂尔多斯盆地上古生界煤层气与致密气联合优选区评价

鄂尔多斯盆地上古生界具有煤层气和致密砂岩气成藏的有利条件。上古生界煤层气与致密砂岩气具有相同的烃源岩,且煤层与致密储层垂向上相互叠置,为二者联合勘探开发奠定了地质基础。在综合考虑煤层气与致密砂岩气成藏地质条件的基础上,建立了鄂尔多斯盆地煤层气与致密砂岩气共同勘探选区的评价指标体系,包括煤层厚度、烃源岩热演化程度、生气强度以及致密储层厚度4个指标。依据建立的评价指标体系,对鄂尔多斯盆地内5个区块进行煤层气与致密砂岩气共同选区评价,评价结果为区块Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ为勘探目标区,主要分布在盆地的东西缘,煤层厚度大、烃源岩生气强度大,勘探前景好;区块Ⅰ和Ⅳ为勘探有利区,呈条带状分布在盆地的东北部和西北部,煤层气与致密砂岩气协同勘探潜力较大。     

鄂尔多斯东南部上古生界层序地层特征

鄂尔多斯东南部上古生界可区分出的三级层序界面类型包括区域不整合、构造体制转化面、区域海退面、河道下切面、区域(暴露面)、煤层、灰岩底界与地层叠置样式转化面.基于层序界面特征分析,上古生界本溪组至石盒子组可划分为2个二级层序,其中本溪组、太原组和山西组为1个二级层序(SS1),石盒子组整体划归为1个二级层序(SS2).每个二级层序由区域性的水进-水退旋回组成,为构造控制型层序.二级层序进一步划分为11个三级层序,即本溪组划分出2个三级层序(SQ1和SQ2)、太原组划分出1个三级层序(SQ3)、山西组划分出2个三级层序(SQ4和SQ5)、石盒子组划分出6个三级层序(SQ6-SQ11).其中SQ1-SQ5为海相及海陆交互相沉积层序,SQ6-SQ11为陆相湖盆沉积层序.基于层序地层特征分析,建立了鄂尔多斯盆地东南部地区层序充填模式,对于沉积体系演化、气藏形成及聚集研究都具有指导性意义.     

鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界沉积演化特征

鄂尔多斯盆地上古生界海陆变迁过程中其沉积演化特征决定了气田内储层成因类型,分布特征和分类评价。通过对大牛地地区太原组-山西组-下石盒子组岩芯观察,结合测井,地震等资料分析,综合确定太原组为滨浅海环境,下部发育碳酸盐岩斜坡体系,上部为障壁-潮坪-潟湖沉积体系;受北部物源区抬升影响,陆源推进和尚未完全褪去的海水影响,山西组为海陆过渡环境,发育潮控辫状三角洲沉积体系;伴随北部物源区逐渐抬升,陆相碎屑显著推进至研究区,下石盒子组底部形成陆相河流环境,发育辫状-曲流河沉积体系;大牛地上古生界整体呈陆进海退特征。由海向陆变迁过程中,太原组和山西组发育的煤层是研究区重要烃源岩;太原组上部障壁砂坝和潮道等砂体,山西组下部辫状河道,潮道和潮砂坝砂体和下石盒子组底部厚层叠置辫状-曲流河道砂体是研究区内上古生界重要的产气储层。     

Structural Evolution and Hydrocarbon Potential of the Upper Paleozoic Northern Ordos Basin, North China

The hydrocarbon potential of the Hangjinqi area in the northern Ordos Basin is not well known, compared to the other areas of the basin, despite its substantial petroleum system.Restoration of a depth-converted seismic profile across the Hangjinqi Fault Zone(HFZ) in the eastern Hangjinqi area shows one compression that created anticlinal structures in the Late Triassic, and two extensions in ~Middle Jurassic and Late Early Cretaceous, which were interrupted by inversions in the Late Jurassic–Early Early Cretaceous and Late Cretaceous, respectively.Hydrocarbon generation at the well locations in the Central Ordos Basin(COB) began in the Late Triassic.Basin modeling of Well Zhao-4 suggests that hydrocarbon generation from the Late Carboniferous–Early Permian coal measures of the northern Shanbei Slope peaked in the Early Cretaceous, predating the inversion in the Late Cretaceous.Most source rocks in the Shanbei Slope passed the main gas-migration phase except for the Hangjinqi area source rocks(Well Jin-48).Hydrocarbons generated from the COB are likely to have migrated northward toward the anticlinal structures and traps along the HFZ because the basin-fill strata are dipping south.Faulting that continued during the extensional phase(Late Early Cretaceous) of the Hangjinqi area probably acted as conduits for the migration of hydrocarbons.Thus, the anticlinal structures and associated traps to the north of the HFZ might have trapped hydrocarbons that were charged from the Late Carboniferous–Early Permian coal measures in the COB since the Middle Jurassic.     

鄂尔多斯盆地延长探区上古生界热演化史

通过试气静温资料,统计了延长探区上古生界各个主力含气层位的现今地层温度。通过地化资料指出该区上古生界烃源岩热演化程度达到成熟—过成熟阶段,采用经验公式法恢复了对应的最大古地温。采用将今论古方法探讨了该区各个时期的古地温梯度。在剥蚀厚度恢复的基础上,详细配置各个地层的岩性、物性、地化参数等指标,恢复了该区埋藏沉降史和热演化史。沉降史模拟表明:晚三叠世为该区沉降的主要发育时期。热演化史模拟表明:延长探区上古生界烃源岩在早侏罗世进入成熟阶段,晚侏罗世进入高成熟阶段,上古生界烃源岩主生烃期为晚侏罗世—早白垩世。     

鄂尔多斯盆地上古生界标志层特征及形成机制

根据大量的钻探、测井、露头数据,对鄂尔多斯盆地上古生界标志层的岩电特征、层序地层意义及形成的沉积环境进行研究。结果表明：研究区主要发育灰岩、砂岩、泥岩及煤层标志层,依据层序界面的特点将研究区上古生界划分为5个二级层序、12个三级层序,其中SQ1—SQ5属于海相地层层序,SQ6—SQ12为陆相层序。鄂尔多斯盆地上古生界总体上经历了海相—海陆过渡相—陆相的沉积演化过程,标志层受沉积相横向变化的影响,主要形成于三角洲、辫状河三角洲、河流、湖泊、障壁海岸以及浅海陆棚沉积体系。在划分地层及地层对比过程中,可通过控制标志层、对比相邻井、参考厚度变化等,合理、准确地划分地层。     

鄂尔多斯盆地上古生界层序地层划分及演化

利用露头、岩心、钻测井、地震资料,进行层序界面识别,建立鄂尔多斯盆地上古生界的层序地层格架,将其划分为5个二级层序、19个三级层序,并分析了层序的体系域构成及其基本特征。二级层序对应于特定的构造—沉积演化阶段:SS1—裂陷海湾与局限海共存阶段;SS2—统一陆表海阶段;SS3—近海平原沼泽、三角洲阶段;SS4—近海湖盆沉积阶段;SS5—内陆红色碎屑岩沉积阶段。建立了三种层序格架中的沉积砂体发育模式（包括太原组的海陆交互相潮坪—三角洲模式,山西组的近海平原沼泽—三角洲模式、下石盒子组的辫状河—辫状三角洲模式）,并对层序格架中的主要砂体类型及分布进行分析预测。