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孙春岩
, 赵浩, 贺会策
SUN Chun-Yan, ZHAO Hao, HE Hui-Ce
中图分类号: P632
文献标识码: A
文章编号: 1000-8918(2018)01-0001-13
通讯作者:
责任编辑:
收稿日期: 2017-05-8
网络出版日期: 2018-01-20
版权声明: 2018 物探与化探编辑部 《物探与化探》编辑部 所有
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作者简介:
作者简介: 孙春岩(1952-),女,教授,博士生导师,长期从事石油天然气及海洋天然气水合物地球化学勘查技术方法的理论及应用技术的教学和科研工作。Email:suncy@cugb.edu.cn
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摘要
湖南省洞庭盆地具备形成一定规模生物气藏的条件。针对生物气资源勘探,2013~2016年在盆地内开展了以地球化学为主的勘探工作,进行了比较系统的地表沉积物测量。勘探涉及面积2 060 km2,采集样品1 498个,采用现场顶空气游离烃、室内酸解烃和少量微量甲烷同位素指标测试。研究结果表明:①洞庭盆地甲烷地球化学异常由游离烃(顶空气)和吸留烃(酸解烃)组成。游离烃是现存地下生物气的动态反映,酸解烃与沉积相造成的碳酸盐沉积和古河道分布有关。②洞庭盆地为甲烷指标高背景区域,异常分布与第四纪断陷盆地分布基本吻合,尤以沅江凹陷显著。③酸解烃河坝镇异常与中部NE向串珠状和东南部次级局部异常组成的环状异常围绕着沅江凹陷,表明其可能是洞庭盆地潜在生物气烃源区。④沅江凹陷北部青树嘴—河坝镇一带是盆地内游离烃甲烷特高值异常区,是下覆生物成因天然气在浅表层直接渗漏的反映;酸解烃甲烷高值异常环绕着游离烃甲烷高值异常,构成了酸解烃环状异常和游离烃顶端异常最佳油气藏组合模式。青树嘴—河坝镇区块是洞庭盆地下覆生物气的“烟囱”,是本区生物气勘探最有可能突破的地区。
关键词：
Abstract
Dongting Lake Basin has the conditions for forming biogenic gas reservoirs of certain scales. For the exploration of biogenic gas resources, the authors carried out a comprehensive exploration work mainly based on geochemical methods during the period of 2013~2016, and conducted fairly systematic surface sediments survey. Geochemical exploration covered an area of 2060 km2, and collected 1498 samples. All the samples were tested by in situ headspace gas (free hydrocarbon), indoor acidolysis hydrocarbon and a small quantity of methane isotope indexes. The results are as follows: 1. The geochemical anomaly of methane in the Dongting Lake basin is composed of free hydrocarbon (headspace gas) and adsorbed hydrocarbon (acid hydrolysis hydrocarbon). The free hydrocarbon is a dynamic reflection of the existing underground biogenic gas, and the hydrocarbon accumulation of the acidolysis hydrocarbon is related to the distribution of the paleo-channel. 2. The Dongting Lake basin is the area of a high background and high anomaly of methane, and the distribution of the abnormal area is basically consistent with the distribution of the Quaternary fault basin, especially in Yuanjiang sag. 3. Acidolysis hydrocarbon anomaly of the Heba Town, bead-like anomaly in NE direction and southeastern secondary local anomalies form a ring anomaly zone surrounding the Yuanjiang sag, which means that the sag may be the potential supply area of biogenic gas in Dongting Lake basin. 4. The area of Qingshuzuie-Heba Town north of Yuanjiang sag is the abnormal high value area of the hydrocarbon methane in Dongting Lake Basin, and this is the direct reflection of natural gas seepage in shallow surface. The high value of acidolysis hydrocarbon methane surrounds the anomaly area of free hydrocarbon methane in Qingshuzui, which constitutes the best combinational hydrocarbon reservoir model. The area of Qingshui-Haba Town is the 'chimney' of the biogenic gas underlying the Dongting Lake Basin and hence the most hopeful breakthrough area for biogas survey in the Dongting Lake Basin.
Keywords：
湖南湘西广泛发育有古生代海相泥页岩沉积,是我国寻找非常规天然气的有利区域之一,有关部门初步估计资源量超过80亿m3,因此2013年湖南保靖成为国家第一批招标勘探开发区块。洞庭盆地处于湘西古生界的边缘,经过中、新生代两次构造旋回,断陷盆地局部凹陷白垩系之上存在着持续砂泥岩沉积,以至于第四纪河流湖泊相现代沉积,具备了形成一定规模生物气藏的条件[1-3]。盆地内有关生物气资源勘探研究,除20世纪90年代湖南省地矿局黄泽新工程师做过初步研究外[4],基本属于空白。据此,2013~2016年在有关单位支持下,开展了洞庭盆地生物气资源地球化学及局部地球物理勘探。本着循序渐进的原则,2012年12月4日~2013年1月9日完成地球化学概查,采集样品373个,迅速摸清盆地内甲烷渗漏分布状况。2013年12月16日~2014年1月15日和2015年1月在概查筛选出来的异常区块实施了地球化学普查,采集了504个样品,查明甲烷气异常分布,圈定了有希望的区域。2016年1月6日~28日在盆地推断的古河道和筛选出显著异常区276 km2范围内,采集了621个样品,完成了地球化学详查工作。4年累计采土壤样品1 498个样品,覆盖面积2 060 km2,获取了地球化学勘探第一手资料,同时结合部署的广域电磁剖面测量进行了生物气形成机制及与深部烃源岩关系的研究。目前已经掌握了盆地内浅层沉积物中渗漏甲烷异常的分布和地球化学特征;追索了烃类气体异常的来源,摸清了洞庭盆地生物气赋存状况和分布区域,为洞庭盆地后续生物气勘探和开发积累了比较丰富的资料。
生物气是一种以甲烷组分为主的非常规天然气,分为以下三类[5-6]:①细菌成因或早期生物气,即有机质在甲烷菌生物化学作用下生成的浅层天然气,属于原生型生物气。②表生菌解气或晚期生物气,即经过热演化的烃源岩再次被微生物作用而产生的气体。这类生物气的形成与活跃的地下水系统密切相关,原苏联乌连戈依气田生物气和我国青海涩北第四系生物气藏均属于这种类型气。③低成熟气,指热解作用初期,在构造应力引起的理化作用强烈条件下,有机质经过脱羧、脱基团和缩聚作用形成的烃类。我国松辽盆地和北美生物气藏中有相当一部分属于低成熟气。地球化学勘探中作为识别标志的各类型生物气专属地球化学特征见表1。
表1 生物气藏地球化学识别特征[
| 特征 | 生物气类型 | |
|---|---|---|
| 细菌成因气与菌解气 | 低成熟气 | |
| 重烃含量 | <0.5%,典型干气 | |
| 干燥系数(C1/C1-C5) | ≥99% | 70%~99% |
| 湿度系数(K=C1/(C2+C3)) | ≥1 000 | 100~1 000 |
| 甲烷碳同位素δ13Cl | <-55‰ | -60‰~-46‰(腐殖型) -55‰~-48‰(腐泥型) |
| 甲烷氢同位素δD | -250‰~-175‰ 陆相环境δD<-190‰ 海相环境δD>- 190 ‰ | -271‰~-215‰ |
| 有机质成熟度Ro | <0.3% | 0.3%~0.6% |
据Rice和Srhurr等[8-9]资料不完全统计,十几个国家发现了生物气,表2列出了生物气规模较大或以生物气为主气田的分布状况。目前世界累计探明生物气储量15.5×1012 m3,约占到全球天然气总储量(73.37×1012 m3)的21.04%以上。美国是页岩气(包括生物气)勘探开发程度较高的国家,也是率先将这种非常规天然气投入生产运营的国家,墨西哥湾、阿拉斯加的库克湾、威利斯顿盆地西北部、密歇根盆地北部等地区均发现了大型生物气田[10-13]。
表2 世界生物气分布状况[
| 位置 | 气藏时代 | 深度/m | δ13Cl/‰PDB | 储量/1012 m3 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 美国 | 阿拉斯加库克湾 | 古近纪、新近纪 | 910~1 650 | -63~-56 | 0.21 |
| 墨西哥湾 | 更新世 | 460~2 800 | -69~-55 | 0.34 | |
| 落基山盆地群 | 白垩纪—古近纪、新近纪 | 120~840 | -72~-55 | ||
| 伊利诺伊 | 更新世 | 40 | -84~-72 | ||
| 日本 | 新潟 | 古近纪、新近纪 | 100~1 000 | -75~-65 | 0.13 |
| 意大利 | 波河、前亚平宁 | 古近纪、新近纪 | 400~1 830 | -71~-55 | |
| 德国 | 古近纪、新近纪 | 900~1 800 | -72~-64 | ||
| 加拿大 | 南阿尔伯塔 | 白垩纪 | 300~1 000 | -68~-60 | 5.6 |
| 前苏联 | 北威海 | 古近纪、新近纪 | 320~350 | -72~-64 | |
| 西伯利亚 | 白垩纪 | 700~1 300 | -68~-58 | ||
| 斯特拉瓦波尔 | 白垩纪—古近纪、新近纪 | 200~1 200 | -75~-37 | ||
| 北普里阿拉尔 | 古近纪、新近纪 | 300~500 | -72~-63 | ||
| 特立尼达 | 古近纪、新近纪 | 890~3 350 | -71~-64 | ||
| 波兰 | 喀尔巴阡 | 白垩纪—古近纪、新近纪 | |||
中国生物气资源比较普遍(表3),松辽盆地、柴达木盆地、东南沿海杭州湾均有生物气显示。典型的柴达木盆地[14-17],仅第四系生物气资源量就达1.05×1012 m3,截至2004年底,已探明控制天然气地质储量3 202.70×108 m3,天然气产能20×108 m3,是中国陆上4大天然气区之一。除柴达木盆地外,发现生物气的盆地和地区还有:莺-琼盆地、苏北盆地、江汉盆地、百色盆地、渤海湾盆地、松辽盆地(阿拉新气藏)、二连盆地(阿南气藏)及长江三角洲、珠江三角洲等[18-22]。我国现有探明生物气地质储量2 843.9×108 m3,占总地质储量38 629×108 m3的7.36%,约占全世界份额的4.5%,表明中国生物气资源潜力巨大[23-24]。
生物气藏类型以“自生自储”和“下生上储”为主,浅层生物成因系统中盖层通常很薄,局部构造对天然气成藏一般仅起到富集作用。生物气藏一般为低丰度、高产、小型,具有深度较浅,沿盆地边缘,广泛分布的特征。典型细菌成因自生自储柴达木盆地气藏,新近系和第四系低丰度烃源岩形成的生物气溶解在地层水中,以游离相由南向北侧向和垂向运移,形成岩性、饱和盐水和动态封闭3种机理气藏。虽然第四系烃源岩残余有机质丰度低,平均有机碳含量仅为0.3%,但原始有机质生物转化率可以高达85%以上,证明了低丰度烃源岩仍然可以形成大型生物气田[26-27]。
洞庭盆地是形成于燕山(中生代)延续于喜马拉雅运动(新生代)的断陷盆地,期间经历了两个旋回演变,直至第四纪全新世中期形成了目前的构造格局。
中生代晚白垩世洞庭湖凹陷盆地基本成型,新生代以断块运动为主。古近纪、新近纪凸起扩大,湖盆萎缩,后期湖区内地壳全面拾升,遭受强烈的风化剥蚀。洞庭盆地从白垩纪凹陷成湖至古近纪、新近纪末隆起成陆地,经历了第一个构造旋回[28]。
第四纪早更新世,地壳开始小均衡沉降,气候条件由炎热、干旱向温暖、潮湿转化,在安乡和沅江凹陷内形成了几个独立的小凹陷(安乡县城、酉港镇以西、杨罗洲—南大膳、茈湖口—白马寺等),至此盆地区面积已达17 500 km2。沉积厚度普遍在50 m左右,沉积中心在杨罗洲凹陷。中更新世早期由于全球地球磁极性倒转,湖区经历了大的地壳隆升,造成在区内第四纪早更新世与中更新世期显著的沉积不整合接触。中更新世,湖盆主要向南、向西扩展,盆地面积达16 500 km2,各独立盆地沉积厚度约20~60 m,沉积中心分别在酉港镇西和杨罗洲—南大膳一线。晚更新世,末期冰川期的到来使洞庭湖区域出现了不同程度的上升和下降,各地区沉降幅度及沉积时段不一,盆地区面积缩小至8 000~10 000 km2,四面均出现抬升,接受了相对寒冷干旱气候时段和相对温湿坚冰阶段的褐黄土及砂层沉积。至此,第四纪时期以来的构造旋回结束[29-31]。
第四纪早全新世,湖泊为典型的过水型湖泊,主要分布在湖盆中部及四水河道的中下游,面积约 3 000 km2。中全新世,随着江汉盆地构造“北掀南俯”,气候以温暖潮湿为主,大量水流进入洞庭湖盆。同时大陆冰盖消融使海平面全面回升,湖区范围逐步扩大,广泛沉积了河湖泥沙、盆地面积达到 5 000~6 000 km2,其构造和沉积条件证明盆地具有形成生气资源的条件。洞庭盆地构造演化沉积厚度及现已查明的地球化学异常分布见表4。
表4 洞庭盆地构造演化沉积厚度及地球化学异常分布[
| 时期 | 洞庭盆地 | 安乡凹陷 | 沅江凹陷 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 安乡县城 顶空气安乡异常带 酸解烃安乡异常带 酸解烃三仙湖异常带 | 酉港镇以西 | 南县县城 顶空气青树嘴 异常带,酸解烃 河坝镇异常带 | 草尾镇—杨罗洲— 南大膳,顶空气 草尾镇—茶盘洲— 四季红异常带 | 茈湖口—白马寺 | |||
| 地球化学异常显示分布 | 酸解烃强 顶空气强 | 无 | 酸解烃强 顶空气强 | 顶空气强 酸解烃弱 | 无 | ||
| 沉积期 | Q2早期 (洞庭湖组) | 断陷至第四纪最大 规模,整体接收沉积 | 50~80 m | 50~100 m | 70~80 m | 40~100 m | 70~80 m |
| Q1晚期 (汨罗组) | 盆地统一断陷,局部 沉降强度不同 | 20~60 m | 20~80 m, 北厚南薄 | 20~60 m, 西厚南薄 | 20~100 m, 西薄东厚 | 20~60 m, 南薄北厚 | |
| Q1早期 (华田组) | 盆地局部发生断陷, 沉积范围扩大 | 50~140 m | 10~50 m, 中间薄边缘厚 | 50~140 m | 30~60 m 厚度较均匀 | 10~50 m | |
| E3—N | 隆起剥蚀,沉积间断 | ||||||
| 沉积期 | E2 (新河口组) | 持续接受沉积, 沉积中心转移 至沅江凹陷 | 沉积 | 沉积 | 沉积 | 阳罗-河心洲以东 最厚400 m | 没有沉积 |
| E2 (汉寿组) | 沉积 | 沉积 | 沉积 | 冯家湾一带 厚达1 000 m | 南塘-马劲山达 1 000 m | ||
| E2 (沅江组) | 沉积 | 沉积 | 沉积 | 黄土包-河心洲-冯家湾 湘深17井厚474 m | 南塘一带,湘深 27井535.5 m | ||
| E1 (桃源组) | 沉积 | 沉积 | 沉积 | 湘深30井445 m 5井390 m | 湘深27井153 m, 32井311.5 m | ||
| K2 | 整体断陷,接受沉积, 沉积中心位于 安乡凹陷 | 沉积中心,沉积厚度最大 | 沉积 | 沉积 | 沉积 | ||
| 钻井资料 | ZK148(Q1-Q2) ZK149(Q1缺失 华田组) | ZK138 | ZK151、ZK153、ZK155、 ZK157Z、K158、ZK160、 ZK161、ZK165(Q1-Q2) | ||||
地球化学勘探采用土壤游离烃和酸解烃地球化学测量方法。游离烃指标(顶空气)指现存土壤孔隙中的从下部垂直运移至近地表土壤颗粒空间的烃类组分,成分与下伏气源基本一致,是下覆现存动态的烃类,其信息基本反映了现存甲烷气体的状态。酸解烃是指吸附在土壤碳酸盐晶格里的烃,既保留了下部运移吸留进入围岩的烃类信息,同时保留着原岩中烃类的原生信息。游离烃和酸解烃均为下伏烃类通量的反映,通过游离烃和酸解烃地球化学异常分布及形态特征,了解现存动态烃和下覆烃类迁移过程的分布状况及相关河道变迁沉积状况,为洞庭盆地生物气资源潜力评价和后续勘探选区提供科学依据。在已圈定的化探异常区块布置了土壤汞气和广域电磁测深剖面测量,以便了解盆地深部的沉积构造条件,为地球化学异常的解释评价提供依据。
盆地第四系沉积厚度一般为80~240 m,局部可达300 m,图1所示为盆地及其周缘第四纪构造格局和第四系等厚图[32]。沉积类型以冲积为主,次为残坡积,局部山麓或沟谷发育洪积[35-36]。此次地球化学勘探工区范围:西到太阳山隆起,东南到沅江凹陷,西南紧邻雪峰隆起,北到华容隆起,基本包括了洞庭盆地的几个沉积凹陷,勘探涉及面积2 060 km2。
图1 洞庭盆地及其周缘第四纪构造格局和第四系等厚图断裂:F1—复兴厂断裂;F2—澧县断裂;F3—南县-黄山头断裂;F4—石首断裂;F5—公安-监利断裂;F6—砖桥断裂;F7—注滋口断裂;F8—洪湖-湘阴断裂;F9—雷公庙断裂;F10—渐水断裂;F11—周家店断裂;F12—常德-益阳断裂;F13—赤山隆起西断裂;F14—赤山隆起东断裂;F15—荣家湾断裂;F16—望城-石头铺断裂。构造单元:U1—武陵隆起;U2—雪峰隆起;U3—幕阜山隆起;U4—澧县凹陷;U5—临澧凹陷;U6—太阳山隆起;U7—安乡凹陷;U8—赤山隆起;U9—沅江凹陷;U10—华容隆起;U11—江汉盆地
全区实际采集样品1 498个,累计覆盖勘探面积2 060 km2,其中详查面积276 km2。采样参数:概查,线距3 000~2 000 m,点距1 000~1 500 m;普查,线距1 000 m,点距1 000 m;详查区,(4~6)点/km2(大致相当于1:5万调查)。采样点位见图2,采样点位在各指标地球异常图上均有显示;图上还标出了详查区内57 km的广域电磁法剖面和 9.8 km的测汞剖面的位置。
采集样品实施现场顶空气游离烃指标测试和酸解烃实验室(室内中石化无锡石油地质研究所实验室Agilent7980A)测试获得甲烷等轻烃浓度数据,数据统计结果和非常规水合物资源调查数据列于表5。由表可见:洞庭盆地地球化学指标组分以甲烷为主,与我国南海天然气水合物调查区类似;游离烃甲烷均值水平与南海天然气水合物调查区内水合物赋存远景琼东南盆地类似,高于西沙海槽和南沙海槽;酸解烃甲烷均值高于海区水合物调查区2~4倍,远高于全国主要盆地酸解烃甲烷均值178 μL/kg和江汉平原酸解烃甲烷均值119.45 μL/kg的水平[37]。地球化学指标特征表明:洞庭盆地地球化学异常基本以甲烷为主,为高背景高异常区域,与北邻江汉盆地存在显著差异,与琼东南盆地类似。
实测数据经统计得到洞庭盆地顶空气游离烃甲烷地球化学异常特征(表6)。由表6中可见:洞庭盆地由西向东可以划分为Ⅰ~Ⅴ号异常区带,分别为:Ⅰ—安乡异常带,Ⅱ—青树嘴镇异常带,Ⅲ—四季红异常带,Ⅳ—草尾镇异常带,Ⅴ—茶盘洲异常带。根据所获数据,按统一异常下限在洞庭盆地第四纪沉积厚度分布的基础上绘制了洞庭盆地普查区顶空气游离烃甲烷异常分布图(图3),特征解释评价分述如下。
Ⅰ. 安乡异常带:呈EW向展布于安乡凹陷北缘斜坡地带,第四纪沉积厚度为160~200 m;异常带面积约200 km2,由23个异常点组成,最高值 3 773 μL/L,均值2 396 μL/L,为高背景、中沉积厚度、异常点分布较均匀的异常带。
Ⅱ. 青树嘴镇异常带:位于沅江凹陷的北缘,呈NW向展布于斜坡地带,第四纪沉积厚度为70~220 m;异常面积约200 km2,主要由18个测点组成,最高值3 877 μL/L,均值3 156 μL/L。该异常为高背景、低沉积厚度异常集中带,其中大通湖区西部甲烷值均高于3 500 μL/L,是整个工区顶空气游离烃甲烷高值最集中密集的区块。在该区以东盆地沉积边缘的注滋口地区,曾经出现过不间断生物气渗漏现象,根据地质解释此处为古河道分布区。
Ⅲ. 四季红异常带:位于大通湖区以南四季红镇,呈EW向展布于平原地区,第四纪沉积厚度为160~240 m;异常面积约80 km2,主要由11个测点控制。顶空气游离烃甲烷在南大膳镇附近出现全区最高异常值5 877 μL/L,均值3 244 μL/L,为高背景、高沉积厚度异常带。
Ⅳ. 草尾镇异常带:位于赤山隆起东部,草尾镇以东至阳罗洲镇以西,由24个测点控制,面积70 km2。异常区内顶空气游离烃甲烷最高值3 459 μL/L,均值2 310 μL/L,第四纪沉积厚度190~260 m。虽然顶空气游离烃高值不突出,但高值测点分布最多。围绕66号气苗点有11处(水沟、鱼塘、稻田)生物气自然涌出点,附近村民用气历史长达30多年。这种现象与柴达木盆地东部生物气富集地区类似,气体随水迁移在适合位置成藏也是一种比较典型的模式。
Ⅴ. 茶盘洲异常带:位于沅江凹陷以南,茶盘洲镇西部的平原地区,第四纪沉积厚度为260~270 m;异常面积约60 km2,由12个测点控制。甲烷最高值3 380 μL/L,均值2 161 μL/L,为全区第四纪沉积厚度最厚的异常带。
一般酸解烃表征的是存留在围岩碳酸盐晶格中的烃类,表示曾经发生过烃类的迁移过程,或者是现今动态烃造成的围岩吸收作用的结果,第一类异常幅值一般会大于第二类异常幅值。实测酸解烃数据经统计得到洞庭盆地酸解烃甲烷地球化学异常特征(表7)和洞庭盆地第四纪沉积厚度与酸解烃甲烷浓度异常分布(图4)。
本区酸解烃指标呈3个异常带:I—安乡异常带;II—三仙湖异常带;III—河坝镇异常带,各异常带分布在洞庭盆地的西北、中、东部的古近纪、新近纪到第四纪沉积中心的斜坡地带,具有酸解烃甲烷值普遍大于500 μL/kg、幅值均匀、局部异常面积较大的特点。另外,在盆地东南部一个次级酸解烃异常内也有一个不可忽视的局部高点存在。
据此分析,处于沉积最薄西斜坡的安乡异常直接覆盖在老地层之上,是烃类形成和演化过程的反映。河坝镇酸解烃异常处于类似安乡异常的浅部沉积斜坡地带,是老地层烃类演化和第四纪沉积中动态烃类作用叠加的结果。中部位于安乡凹陷沉积中心北缘次凹之中的三仙湖异常带是区内面积最大、均值最高847 μL/kg、沉积厚度最大且与顶空气游离烃次级异常区相吻的异常带,说明两种成因烃类活动均较强,这一异常的存在表明,虽然安乡凹陷顶空气游离烃异常不明显,但是仍然有潜在的地球化学意义。酸解烃河坝镇异常与中部NE向的串珠状和东南部次级局部异常组成了环状异常,将沅江凹陷和游离烃异常区包括其中,说明沅江凹陷有可能是洞庭盆地潜在的生物气烃源供应区。
综上,普查勘探表明:洞庭盆地甲烷地球化学异常由游离烃(顶空气游离烃)和吸留烃(酸解烃)指标组成。游离烃甲烷是现存地下生物气的反映,酸解烃与古河道沉积相造成的碳酸盐分布相关。洞庭盆地整体为甲烷指标高背景区,异常区分布与第四纪断陷盆地分布基本吻合,沅江凹陷甲烷指标地球化学背景较西部安乡凹陷高1 000 μL/L左右。安乡异常位于沉积最薄西斜坡上,直接覆盖在老地层之上,是烃类形成和演化过程的反映。东部处于沅江凹陷沉积斜坡地带的河坝镇异常,是老地层烃类演化和第四纪沉积中动态烃类叠加的结果。沅江凹陷内,游离烃背景高、沉积厚度大、面积大的草尾镇异常,带内有若干生物气苗在浅水中出漏;沅江凹陷北部第四系沉积斜坡上,青树嘴镇异常带是盆地内游离烃甲烷异常最强、异常分布连续性最好、异常点位最密集的区块,并且处于酸解烃指标三仙湖异常与河坝镇异常之间,展布在构造圈定的古河道沿线和测汞确定的密集断裂渗漏带上,多处位置具有30多年生物气自然喷漏现象,这些均是洞庭盆地存在生物气的直接证据。
据此,在普查基础上,将沅江凹陷北部边缘青树嘴镇—大通湖—河坝镇一带定为生物气详查区。详查工作包括:地球化学查证、土壤吸附汞剖面调查、广域电磁法剖面调查,旨在对该区生物气资源远景给出比较确切的评价和预测。
表8为实测得到的青树嘴—河坝镇顶空气游离烃甲烷和酸解烃指标地球化学特征值。该地带是全区顶空气游离烃甲烷测试结果中高异常值最密集的区块,顶空气游离烃甲烷最高值168 650 μL/L,均值15 586.59 μL/L,衬度10.82。游离烃甲烷均值远远高于普查区域顶空气游离烃甲烷背景值1 164.78 μL/L的水平,表明该区域是洞庭盆地甲烷渗漏最强烈的区块。该区域酸解烃甲烷最高值达38 599.6 μL/kg,均值 8 437.71 μL/kg,衬度为4.57。酸解烃甲烷值远远高于区域普查勘探酸解烃甲烷背景值469.78 μL/kg的水平,酸解烃甲烷高异常区基本与碳酸盐含量高的古河道重合,表明了它们的相关性和沉积属性。
对实测数据进行统计,得到详查区顶空气游离烃(游离烃)甲烷地球化学异常特征值(表9)。由表9可见:该地带是全区顶空气游离烃测试结果中高异常值最密集的区块,顶空气游离烃甲烷最高值168 650 μL/L,均值31 415.42 μL/L,衬度 5.37。洞庭湖青树嘴详查区第四纪沉积厚度与顶空气游离烃甲烷浓度异常分布见图5。
由图可见,在青树嘴镇—大通湖一线,顶空气游离烃甲烷高值分布最为突出,说明下覆动态甲烷气具有高饱和及高压力的特点,是现在存有生物成因气分布的证据。长期生物气自喷分布带就在这一异常区内。详查区存在4个顶空气游离烃甲烷局部异常,地球化学特征分述如下。
Ⅰ. 新乡村异常带:异常呈EW向展布于沅江凹陷北缘,第四纪沉积厚度为160~180 m,面积约6.44 km2,由29个异常点组成,最高值78 900 μL/L,均值27 796.79 μL/L,为顶空气游离烃甲烷高值分布均匀的高背景异常带。
Ⅱ. 五分厂—益丰村异常带:此异常位于沅江凹陷北缘,横跨大通湖南北,呈SN转NW向展布于凹陷的斜坡地带,第四纪沉积厚度为140~160 m,面积约24.78 km2,由39个测点组成,最高值95 430 μL/L,均值 31 937.36 μL/L(个别点偏低,为338.7 μL/L),为区域内最显著局部异常。此异常带的特点是第四纪沉积厚度并非最大,但顶空气游离烃甲烷高值最集中,异常范围最大,因此,是最重要的高背景和地下气体最富集的低沉积厚度异常带。
Ⅲ. 新礼村异常带:位于五分厂—益丰村异常带东北沿线,是斜坡地带上的局部异常,第四纪沉积厚度为100~120 m,面积约1.42 km2,由9个测点组成,最高值59 256 μL/L,均值26 495.44 μL/L。此异常整体上与五分厂—益丰村异常带是一潜在的整体异常,在7 000 μL/L等值线上呈NW方向延伸。由于此处第四系较厚,应该引起足够的重视。
Ⅳ. 青树嘴—四美村异常带:位于青树嘴镇以北,青树嘴—四美村一带,呈EW向展布在斜坡地带上,第四纪沉积厚度为140~160 m,面积约2.38 km2,由11个测点组成。顶空气游离烃甲烷全区最高值168 650 μL/L和全区最低值13 μL/L均出现在此,均值43 130.36 μL/L,是典型高背景之上的局部高异常。虽然它与五分厂—益丰村异常带似乎也属于一个潜在的整体异常,但是在构造上有显著差异,显然受到了地质构造的影响和控制,需要结合沉积构造给出正确的解释和评价。
表10为详查区酸解烃甲烷地球化学异常特征值。由表可见:全区的酸解烃甲烷最高值位于河坝镇附近的三财垸村,高达38 599.6 μL/kg,均值 14 095.49 μL/kg。依据2倍普查均值469.78 μL/kg的水平,以1 000 μL/kg为异常下限绘制了洞庭湖青树嘴详查区第四纪沉积厚度与酸解烃甲烷浓度异常分布(图6)。
由图可见河坝镇一带酸解烃甲烷异常依然显著。本区顶空气游离烃甲烷异常和酸解烃甲烷异常分布并不重合,酸解烃异常位于青树嘴—四美村、老河村和三财垸村,这里也是地质确定的洞庭湖古河道汇流处,原则上为碳酸盐高含量分布区,酸解烃异常表明这里曾经长期遭受过烃气运移过程,因此沉积中具有吸留烃和吸附烃类组分存量。详查区存在3个酸解烃甲烷局部异常。
Ⅰ. 青树嘴—四美村异常带:位于青树嘴镇以北青树嘴—四美村一带,由7个测点组成呈SN向展布在斜坡地带,第四纪沉积厚度为140~160 m,面积约1.52 km2。酸解烃甲烷最高值27 342 μL/kg,最低值10 217.5 μL/kg,均值15 810.93 μL/kg,是区内酸解烃甲烷均值最高的局部异常。值得注意的是,此异常与顶空气游离烃甲烷异常部分重叠,如果异常分布与构造相关的话,说明这里曾持续遭受过深部甲烷运移渗漏的影响,因此沉积中既有吸留和吸附烃类的影响,也存在动态烃类的响应。因此,结合详查区构造和古河道沉积特征对酸解烃异常特征进行分析研究,对揭示天然气成因和地球化学机理具有重要意义。
Ⅱ. 老河村异常带:位于详查区东北部老河村附近,由12个测点组成,主体呈NW向,第四纪沉积厚度为80~100 m,面积约1.59 km2,最高值27 629 μL/kg,全区酸解烃最低值980 μL/kg出现在此,均值11 944.45 μL/kg。此处酸解烃幅值波动较大,推测与地质构造断裂通道有关。
Ⅲ. 三财垸村异常带:此异常位于东北部三财垸村附近,由11个测点组成,主体呈NE转NW向展布于第四纪沉积100~120 m左右的相对缓坡地带。面积约2.58 km2,酸解烃全区最高值38 599.6μL/kg出现在此处,最低值5 825 μL/kg,均值14 531.09 μL/kg。相对于前两个异常,此酸解烃异常幅值和面积均显著。
青树嘴—河坝镇详查区地球化学特征表明:东部河坝镇—老河村一带是酸解烃甲烷异常最重要的分布区,这里地质上推断的洞庭湖古河道口分布和汇聚沉积地,与酸解烃甲烷异常分布相吻合。另外,地质调查结果显示,此处下覆生物成因天然气自然喷发点大约在30 m左右,较西部深20 m,同为黑色泥质黏土地层。越过河坝镇生物成因天然气自喷现象截止,显示了地下生物气聚集于酸解烃甲烷异常界限上,说明生物气资源与古河道汇聚和沉积物源相关。
详查区顶空气游离烃甲烷与该区酸解烃测试结果显示,酸解烃甲烷普查4 787.40 μL/kg等值线围绕大通湖区的东、西、北侧形成了一个半环状酸解烃高值区带(见图6)。带内顶空气游离烃甲烷:Ⅰ新乡村、Ⅱ五分厂—益丰村、Ⅲ新礼村、Ⅳ青树嘴—四美村异常,均分布于此带内,构成了油气藏典型的地球化学酸解烃环状异常和顶空气游离烃顶端异常典型的油气藏特征模式(图7)。
综上,酸解烃环状异常包围的青树嘴异常带是赋存生物成因天然气远景区。详查区值得重视的甲烷异常区为:新乡村异常、五分厂—益丰村异常、新礼村异常一线。游离烃异常是现存动态天然气存在的真实反映,与下覆天然气息息相关。至于青树嘴—四美村,需进一步查清顶空气游离烃甲烷变化界限,以便了解构造边缘与气体聚集分布机理。值得注意的是,河坝镇异常与中部NE向串珠状和东南部次级局部异常组成环状异常,将沅江凹陷包括其中,说明沅江凹陷是本区目前第四纪生物气潜在烃源最有希望的区域,需要结合地球物理证据查清储层结构和疏导体系。
1) 洞庭盆地地球化学异常由游离烃甲烷(顶空气游离烃)和吸留烃甲烷(酸解烃)地球化学指标组成。游离烃是现存地下生物气的反映,酸解烃与沉积作用造成的碳酸盐沉积和古河道分布相关。
2) 洞庭盆地为甲烷组分高背景高异常区域,地球化学异常分布与第四纪断陷盆地分布基本吻合,东部沅江凹陷较西部安乡凹陷异常显著。
3) 普查勘探中酸解烃河坝镇异常与中部NE向的串珠状和东南部次级局部异常组成的环状异常,将沅江凹陷包括其中,说明沅江凹陷可能是洞庭盆地潜在生物气烃源供应区。
4) 沅江凹陷存在南、北两个显著地球化学异常。其北部的青树嘴—河坝镇游离烃特高背景异常带是下覆生物成因天然气的直接反映,甲烷异常水平高出其他区域20倍,并且具有酸解烃环状异常和游离烃顶端异常组合的典型特征,是洞庭盆地生物气资源最具有远景和可能获得突破的地区。
5) 青树嘴—河坝镇异常详查区:重点甲烷异常为区内中西部的新乡村异常、五分厂益丰村异常、新礼村异常一线,他们应该是现存动态天然气存在的真实反映,与下覆天然气息息相关。对青树嘴—四美村异常带,应该进一步结合地球物理证据分析查清顶空气游离烃甲烷变化界限和沉积条件,以便了解构造边缘与气体聚集的分布机理。
6) 沅江凹陷腹地草尾镇异常带:具有中高背景、高沉积厚度、分布面积大的特点。带内水塘中具有若干生物气苗出漏点,是洞庭盆地存在生物成因天然气的佐证,沅江凹陷腹地能否成为第四纪生物气烃源,有待于结合地球物理证据进一步研究查证。
7) 洞庭湖地球化学综合勘探成果表明:青树嘴—河坝镇异常带是本区沉积较厚、甲烷顶空气游离烃和酸解烃异常最突出的生物气有利聚集带。关于钻探靶区,有待结合地球物理广域电磁法剖面成果,明确古近系、新近系和第四系泥岩沉积厚度以及构造疏导体系之后确定。
(本文编辑:蒋实,沈效群)
The authors have declared that no competing interests exist.
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