侵入岩附近油气的高成熟、高丰度和高气油比特征
油气的物理性质(包括密度、黏度和凝固点等)不仅能够反映油气成因，而且对油气对比和油气开发也具有重要意义。
1.滨南玄武岩附近油气物性特征
滨南地区沙三段玄武岩周围源岩由于埋藏较浅，正常情况下达不到生烃门限。但由于玄武岩为其提供了大量火山矿物和过渡金属等催化剂，使之早熟、低熟。分析发现，与非火成岩区相比，玄武岩区原油往往具有高密度、高黏度、低凝固点等特征，如滨南沙三段玄武岩区原油密度为0.9758g/cm3，黏度在2240～36818mPa.s之间，凝固点在6～16℃之间，即高密度、高黏度和低凝固点-典型的稠油;相比之下，相邻的博兴地区(非火成岩区)油气之密度、黏度和凝固点分别为0.876～0.886g/cm3，19.5～37.7mPa.s，34.15～42.03℃(表3-13)，即滨南玄武岩区原油的密度和黏度远大于非火成岩区原油(尤其黏度相差86～1400倍)，而凝固点远低于非火成岩区(相差2～6倍)。物理性质如此大的差别表明这两个地区源岩的生烃演化或油气成因存在显著差异:滨南玄武岩区主要是源岩在火山矿物和过渡金属催化作用下早熟、低熟的结果，而博兴地区原油是在正常埋藏情况下形成的。
表3-13 东营凹陷不同火成岩附近原油物性对比
2.纯西辉长岩附近油气物性特征
与玄武岩附近相反，侵入岩附近油气往往表现出低黏度、低密度及高凝固点之特征，如纯西辉长岩区原油的密度、黏度、凝固点分别为0.8657g/cm3、11.81mPa.s和33.67℃。其物性不仅明显不同于附近的博兴、小营和梁家楼等地区油气物性(尤其原油黏度差别较大，只有前者的1/2.5)，而且更有别于滨南玄武岩附近的油气，其中凝固点是滨南地区的3倍，而黏度只有前者的0.0003～0.005(表3-13)。初步分析认为，辉长岩区油气主要是侵入岩及热流体使源岩高-过成熟演化的结果。
综上所述，玄武岩附近油气物性具有低熟特征———低于正常地区油气，而辉长岩附近油气物性具有高熟特征———明显优于正常地区油气。玄武岩附近与辉长岩附近油气物性的显著差异表明其源岩生烃演化或油气成因机理存在不同，这些将在后文给予深入分析。
———兼论油型气碳同位素上限及煤成气碳同位素下限
由于天然气烷烃碳同位素主要受其源岩的母质类型和热演化影响，所以，烷烃碳同位素对天然气成因研究和气源对比具有重要意义。目前，天然气碳同位素已经成为天然气成因研究和气源追踪应用最有效和最广泛的参数。
按成因，天然气分为煤成气和油型气两大类。其中，油型气δ13C1在-30‰～-55‰之间，δ13C2＜-28.8‰，δ13C3＜-25.5‰;而煤成气δ13C1在-10‰～-43‰之间，δ13C2＞-25.1‰，δ13C3＞-23.2‰(表3-28)。
根据同位素分馏原理，由于12C～12C键能比13C～12C键能小，有机质在热裂解过程中12C～12C键比13C～12C键断裂的机会高8%。所以，在温度较低阶段，12C易从母质中分离出来，即烷烃气富集12C。随着温度增高，13C逐渐增多，烷烃气也随之富集13C。这是烷烃气之δ13C随成熟度增大而变重的原因。
Stahl(1975)［12］综合研究西北欧和北美的天然气甲烷碳同位素组成及对应源岩有机质类型和热演化程度后，首次发现了甲烷同位素与成熟度的线性关系，并建立了著名的煤成气和油型气的δ13C1-RO相关性回归方程:
裂谷盆地火山活动与油气聚集
Berner(1987)首次建立了油型气δ13C1、δ13C2和δ13C3与源岩RO的回归方程［13］:
δ13C1=15.4lgRo-41.3(Ro≤2.0%)
δ13C2=22.6lgRo-32.2(Ro≤2.2%)
δ13C3=20.9lgRo-29.7(Ro≤2.4%)
80年代以来，我国学者在此领域进行了大量研究，提出了一些适应于中国地质实际的δ13C1-RO回归方程。尤其戴金星等(1985，1987)在系统总结了国内外研究成果的基础上，以中国大量天然气研究资料为基础，建立了中国煤成气δ13C1-3-RO的关系［10］:
裂谷盆地火山活动与油气聚集
综上所述，国内外学者对煤成气碳同位素研究较多，对油型气碳同位素研究较少，且目前仅建立了煤成气的回归方程。
孤北地区天然气比较丰富，但性质异常，分布复杂。虽然一些构造带天然气发现十余年，但成因和气源一直存在原则性争议，如深洼带沙四段和断阶带奥陶系天然气的煤成气与油型气之争。制约了该区深层气勘探。总体上，孤北地区天然气之烷烃碳同位素较重或很重，且变化非常大。不仅不同构造带，甚至不同井区之间也存在很大差别。如δ13C1最低只有-61.2‰，而最高可达-32.2‰，相差近2倍;另外，δ13C2差别也很大，在-37.6～-16.78‰之间，相差2倍以上。同样，δ13C3也存在类似特征(表3-29)。烷烃碳同位素差别如此之大表明该区天然气成因的复杂性。
表3-28 天然气成因类型鉴别表［10，11］
表3-29 孤北地区不同构造带二氧化碳及烷烃碳同位素分析结果表
总体上，潜山带天然气中烷烃碳同位素较重。其中，δ13C1在-41.0‰～-32.2‰之间，δ13C2介于-26.2‰～-16.78‰之间，δ13C3在-25.0‰～-16.05‰之间(表3-24)。尤其渤93和渤930井天然气中乙、丙烷碳同位素特重(远超过煤成气下限)，源岩在正常热演化所无法达到的。
深洼带天然气烷烃碳同位素差别很大。其中，δ13C1值分布在-61.2‰～-35.5‰之间，δ13C2值则介于-37.6‰～-20.8‰之间，而δ13C3分布在-27.3‰～-19.32‰之间(表3-24)。其中，孤西断裂附近天然气同位素较重，如渤深5、渤深8、义115和义121井等天然气烷烃碳同位素甚至比煤成气的还重;相比之下，远离孤西断裂天然气碳同位素较轻，如义170、义17和义171等井。
断阶带天然气碳同位素也较重且变化大，其δ13C1、δ13C2和δ13C3值分别在-43.763‰～-37.1‰和-28.734‰～-23.4‰和-25.8‰～-22.4‰之间。
按照戴金星等标准，潜山带上古生界天然气均为煤成气;深洼带和断裂带天然气乙丙烷碳同位素也很高，多被认为是来自深部［14］或东侧上古生界的煤成气［9］。作者认为这两种观点都是错误的。其中，来自深部的观点缺乏证据，深部是否存在煤系源岩不得而知，即使存在其生成的煤成气也难以运移至此，因为沙四段源岩发育，具有很高的生烃压力;另外，来自东侧潜山带的观点与成藏动力学相矛盾，因为东侧潜山带上的上古生界埋藏深度较研究区沙四段高得多，潜山带上古生界煤成气难以通过孤西断裂倒灌进入深洼带沙四段之中。
天然气烷烃碳同位素不仅与源岩有机质类型有关，还随着成熟度的增高而变重。研究区岩浆及深部流体活动强烈，沙四段暗色泥岩烘烤严重(Tmax可达544℃，Ro可达3.75%)。所以，可以肯定孤北地区深洼带和断裂带很重的天然气为岩浆高温使沙四段腐泥型源岩过成熟，所生成的油型裂解气，而非它源煤成气。由于前人未发现岩浆侵入以及源岩的高演化特征，而盲目套用戴金星等的标准，故产生错误。
根据Berner等的回归方程可以发现，当Ro≥1.41%时，生成的油型气之δ13C2(油)≥-28.8‰(戴金星等的油型气上限)，当Ro≥1.58%时，δ13C3(油)≥-25.5‰(戴金星等的油型气上限)，且当Ro≥2.05%时，δ13C2(油)≥-25.1‰，δ13C3(油)≥-23.2‰(戴金星等的煤成气下限)(图3-27)，表明利用烷烃碳同位素鉴别天然气成因类型具有局限性，以及戴金星等确定的油型气鉴别标准不具有通用性，而仅适合于Ro≥1.58%的源岩。当然，1.41%和1.58%的界限并不完全适合所有地区，即不同地区可能略有差别，但可以肯定的是不会很大。最后，作者认为戴金星等建立的油型气标准并不适合高成熟后期的源岩。
图3-27 煤成气和油型气碳同位素与源岩成熟度(Ro)关系图
综上所述，火成岩及深部流体显著促进了源岩的生烃演化、成岩作用(如碳酸盐岩和硫酸盐的分解等)，并导致火成岩区油气富集以及物理化学性质异常。侵入岩及热流体活动区源岩和油气往往表现出高-过成熟特征，而喷出岩上覆源岩和油气往往具有低熟和早熟特征。另外，火成岩区油气中往往含有较高的硫化氢和二氧化碳以及具有较重的烷烃碳同位素等特征。当然，火成岩附近油气的性质不仅取决于火成岩对源岩的异常生排烃作用，也与源岩正常的热演化有关，后期的运移和改造(氧化等)也有重要影响。
目前的油型气乙烷、丙烷的鉴别标准不具有通用性。裂谷盆地侵入岩及热流体活动区源岩成熟度非常高，以至于油气的烷烃碳同位素非常重，远超过目前的油型气上限及煤成气下限。
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一些人认为侵入岩高温对源岩生烃演化有显著的破坏作用，作者认为这种观点缺乏依据。首先，金刚石形成于高温高压的火山通道中;其次，地幔中存在的甲烷和氢气也未被破坏;再者，暗色泥岩或煤岩高温模拟实验(850℃，接近岩浆温度)能够继续生烃，并未发生有机质破坏或燃烧现象。这是由于地下深部和岩浆均为强还原性。另外，还有人认为岩浆或侵入岩的高温使周围源岩中的部分有机质失去生烃能力，作者也不同意这种看法。其实，源岩中总有相当部分有机质不能生烃或生烃后也无法排出，形成残余有机质。相比之下，侵入岩周围源岩中的残余有机质远低于非侵入岩区，即侵入岩不仅不能对源岩中的有机质产生破坏，而且对其有强大的生排烃能力。
图3-17 滨南玄武岩-烃源岩组合体油藏原油饱和烃色谱图
1.高成熟特征
分析发现，纯西辉长岩附近原油的CPI在1.06～1.09之间，C21/C22在0.66～0.71之间，表明油气成熟度较高(表3-8)。另外，Pr/Ph、Tm/Ts、γ蜡烷/C30藿烷和αααC29(20S/20S+20R)分别在0.50～1.17、0.76～2.57、0.14～0.41、0.40～0.64之间(表3-8、表3-10，图3-18)，变化较大，反映出纯西辉长岩附近油气性质的复杂性———多源或多阶。即纯西辉长岩及变质岩储层中的油气并非单纯的辉长岩使周围源岩异常生烃形成的，也包括远离辉长岩(未受辉长岩异常高温影响的)源岩正常演化生成的。
图3-18 纯西辉长岩区原油饱和烃色谱图
2.高丰度特征
火成岩附近油气往往比较丰富，侵入岩区尤为如此。统计表明，中国华北地区煤层气资源丰富，丰度往往较低(只有6.8m3/t，渗透率为0.2×10-3μm2)，一般达不到开发要求。研究发现，华北地区煤层气的高丰度带主要分布在侵入岩体附近，如沁水盆地南部晋城一带的瘦煤—无烟煤含气量高达15～20m3/t，渗透率一般为(0.5～1.6)×10-3μm2;北部寿阳—阳泉的贫煤、无烟煤含气量为13m3/t，渗透率＞3.0×10-3μm2;晋城潘庄井田3号煤层的渗透率达到3.6×10-3μm2，煤层气单井日产量为3000～6000m3［1］。阜新王营矿田未受侵入岩影响的煤的挥发分产率在38.46%～41.81%之间(Ro在0.42%～0.62%之间);接近侵入岩时，挥发分产率甚至降到10.99%，而Ro达4.95%。通常，侵入体两侧的天然焦与高变煤厚度分别达到侵入岩厚度的一倍。随变质程度增高，煤产气率也在不断增大。再者，观察发现侵入岩周围的天然焦裂隙密度达100条/m，高变质煤裂隙密度40条/m，储气空间增大，运移通道变宽。大量统计表明，高瓦斯矿井绝大多数都分布于高变质的贫煤、无烟煤区，而低变质煤区高瓦斯矿井很少。王营矿井既是超级瓦斯矿，又是瓦斯涌出、突出和喷出都相当普遍的矿井，该井田曾经发生过14次瓦斯突出，有11次发生在侵入体附近。自1985年12月3日至1987年10月20日共涌出瓦斯791.2×104m3。所以，经过燕山期区域岩浆热变质的煤层含气量大大增加［1，2］。
另外研究发现，侵入岩能够使周围煤层(或暗色泥岩)的厚度减薄和体积大大减小，如鹤壁的龙宫煤田，侵入岩高温导致了煤脱挥发分作用，使其体积收缩至原来的60%，一些地区岩浆侵入甚至可将煤层成片吞噬掉，形成无煤区，或使煤层部分被吞噬而形成薄煤带和造成煤层分叉现象。这是因为高温侵入岩使周围煤岩中的绝大多数有机质生烃并排出，从而大大减小了煤层的体积，这反映出侵入岩对煤成气生成及煤层改造重要的影响。
侵入岩周围煤层分带现象显著，由近而远依次为:天然焦-高变质碎裂煤-高变质煤-多节理煤-正常煤。越靠近侵入体，节理越发育，破碎越严重，孔隙度与裂隙度越高。统计发现，华北地区主要煤田侵入岩区的煤层气量是非岩浆区的3.1倍，而侵入岩区煤岩的渗透率是后者的11.8倍(表3-15)［6］。
表3-15 中国一些著名煤田含气量、渗透率与岩浆侵入的关系
通过计算，李臣等认为侵入岩对文安斜坡石炭-二叠系煤岩的生烃贡献率高达62.4%［7］(表3-16)。
济阳坳陷及其周围的黄河北、章丘、淄博等煤田中均发育大量侵入岩，而且研究发现这些侵入岩区煤层气的含气量远大于非侵入岩区［3］，无疑是侵入岩使煤岩异常生烃的结果。
从表3-1中可以发现，纯西辉长岩附近源岩中残余有机质非常低，表明辉长岩无疑大大提高了其生烃量(率)。由于侵入岩大大提高了周围源岩的生排烃率，所以必然导致侵入岩区油气的高丰度。在煤炭开采过程中，侵入岩附近常常发生瓦斯突出，这充分证明侵入岩能够大大提高源岩的生烃量。
模拟实验发现，高温不仅大大提高了源岩的生烃量，而且还大大提高了油气的汽/油(表3-17，表3-18，图3-19～图3-21)。
表3-16 文安斜坡石炭-二叠系煤岩在各地史时期资源量比较(108t)
表3-17 黄县和寻甸褐煤模拟试验生烃气量
对比发现，Ro在4.0%时(侵入岩周围源岩的保守成熟度)，源岩的总生气量、甲烷产量和重烃产量分别为1.3%时(石炭-二叠系源岩平均成熟度)的6.34～6.77倍、7.47～10倍和1.69～1.73倍，即表明侵入岩的高温大大提高了源岩的生烃量，尤其对甲烷生成影响最显著。
通常，煤岩按煤阶可分为褐煤、长烟煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤等几个级别，产气率随着煤阶的增加而大大提高。孤北地区上古生界煤系主要处于肥煤(0.85%～1.15%)和焦煤(1.15%～1.3%)阶段，而侵入岩附近达到无烟煤阶段(3.0%以上)。据此可以大致计算，侵入岩能够将孤北地区煤岩的产气率提高了至少3倍以上。另外，王新州等通过模拟实验对不同类型源岩的生气量以及气/油进行了探讨。
表3-18 不同煤阶产气率
图3-19 黄县和寻甸褐煤总生气量、甲烷产率与成熟度关系图
图3-20 不同类型源岩生气量与成熟度关系图(数据引自文献［8］)
图3-21 不同类型源岩气/油比与成熟度的关系图(数据引自文献［8］)
实验发现，源岩Ro在4.0%时的生气量分别是在1.25%时的2.48倍(Ⅰ～Ⅱ1)和2.88倍(Ⅱ2～Ⅲ);与此同时，在4.0%时所生成油气的汽油比是在1.25%时的335.89(Ⅰ～Ⅱ1)和92(Ⅱ2～Ⅲ)倍。进一步表明高温对源岩生烃(尤其气态烃)具有重要的促进作用，其中高温对腐泥型源岩的生气作用较腐殖型源岩高3倍多。
另外通过对孤北地区煤岩模拟实验也发现，义155井石炭-二叠系煤岩的生烃量和排烃量均随成熟度增高而显著增加(表3-19，图3-22，图3-23)。
表3-19 义155井石炭-二叠系煤岩生烃模拟试验结果表
图3-22 孤北地区上古生界煤岩生气量与成熟度关系
图3-23 孤北地区上古生界煤岩排气量与成熟度关系
孤北地区上古生界煤岩的有机碳为60%，有效碳为30%，而侵入岩周围煤岩成熟度非常高，有机质非常低，如渤古402井侵入岩(煌斑岩)周围煤岩Ro最高达6.6%，S1在1.32～1.88mg/g之间(平均1.56)，S2在4.17～7.86mg/g之间(平均5.42)，S1+S2在5.54～9.74mg/g之间(平均6.98mg/g)(表3-20)。所以，侵入岩能够使周围煤岩中绝大部分有效碳生烃并排出，显示出侵入岩对煤岩强大的生排烃能力。
研究区石炭系煤岩成熟度(Ro)平均为1.2%，据模拟试验，该条件煤岩的生烃量和排烃量分别为41.5m3/t煤和21.6m3/t煤，而Ro=4.0%时(侵入岩周围煤岩的保守成熟度)，煤岩生烃量达350m3/t煤，即表明侵入岩可将其周围源岩的生气量提高8.43倍。当然，距侵入岩越远，其对周围煤岩的生排烃能力也随之降低。
表3-20 渤古402井二叠系侵入岩周围煤岩地球化学分析结果表
孤西地区油气之气油比极高，如渤深6、6-1、6-5、601井油气之气油比分别为1154、579、1120、1194m3/t，其均值分别是附近车571等区块气油比的2.52-6.96倍，而渤古1和渤古4井的气油比分别为2723和2761m3/t(表3-21)，如此大的差别是非常罕见的。另外，对比发现渤深6井区汽油比与Ⅰ-Ⅱ1源岩成熟度为4.0%时的气油比接近(964m3/t)，表明这与该区岩浆活动有关。
表3-21 侵入岩及非侵入岩区油气物理性质对比表
综上所述，侵入岩不仅大大提高了附近源岩的生烃量，同时也引起煤层结构和构造的改变，能够形成大量次生空隙。其原因，首先是岩浆高温使煤中有机质生烃并排出，留下很多密集成群的浑圆状或管状气孔，提高了煤岩的孔隙度和渗透率;其次，岩浆烘烤还使煤基质收缩，产生收缩裂隙，这种裂缝数量众多，但规模一般较小;再者，岩浆侵入时的构造挤压作用也使煤岩产生的外生裂隙与内生裂隙(割理)叠加，使煤层裂隙性质、规模发生变化，裂隙度提高，渗透性增强，这种裂缝规模往往较大。尤其是靠近侵入体的天然焦，柱状节理密集发育，增大了煤层气的储藏空间，使煤层气运移储集在接近侵入体的煤层空隙中。
侵入岩显著提高了源岩的生烃强度以及油气丰度和气油比，所以，应当重视火成岩区的油气资源评价和勘探。
荀录天宁： 生油气层:是指具备生油条件的含油气的地层.它富含有机质,是还原环境下沉积的,结构细腻、颜色较深,主要由泥质岩类和碳酸盐类岩石组成.生油气层可以是海相的,也可以是陆相的.另外生油气层迁必须具备一定的地质作用过程,即达到成熟,才能有油气的形成.储层:是能够储存石油和天然气,又能输出油气的岩层,它具有良好的空隙度和渗透率,通常由砂岩、石灰岩、白云岩及裂隙发育的页岩、火山岩及变质岩构成.
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荀录天宁： 近日,中国石油集团宣布,连续多年在油气勘探开发中取得重大突破的长庆油田,以提交1亿吨致密油探明地质储量为标志,在陕北姬塬发现了我国第一个亿吨级大型致密油田——新安边油田,为长庆油田年5000万吨稳产进一步夯实了资源基础...
钦北区17119606192： 阅读图文资料,完成下列要求.(16分)沙特阿拉伯人口主要集中在沿海和内陆绿洲地区.21世纪初,该国甲地发 - ？
荀录天宁： (1)沙特阿拉伯(靠近亚洲、非洲、欧洲市场)濒临海洋,产品运输方便;(2分)磷酸盐矿品位高,储量大,易开采;(2分)油气资源丰富,能源成本低;(2分)资金雄厚.(2分) (2)高温干燥,淡水资源短缺,施工环境差;(3分)地处偏远地区,人口稀少,劳动力缺乏;(3分)地区开发历史短,工业与基础设施薄弱.(2分)试题分析: (1)读图,沙特阿拉伯靠近亚洲、非洲、欧洲市场,濒临海洋,产品运输方便.该地磷酸盐矿品位高,储量大,易开采.油气资源丰富,能源成本低,资金雄厚.有利于工业发展. (2)甲地属于热带沙漠气候,高温干燥,淡水资源短缺,施工环境差.地处偏远地区,人口稀少,劳动力缺乏.地区开发历史短,工业与基础设施薄弱.
钦北区17119606192： 页岩渣可以吗? - ？
荀录天宁： 油页岩又称油母页岩,是一种重要的能源矿产,它可用于提炼页岩油、直接用作燃料燃烧、发电等.油页岩由细粒矿物碎屑和低等动物及植物残体分解的有机质同时沉积形成的,是一种高灰分(灰含量大于33 %)的可燃有机岩,含碳、氢、氧、...
钦北区17119606192： 在波斯湾中,中东石油的分布特点 - ？
荀录天宁： 波斯湾的石油具有储量大,埋藏浅,出油多,油质好的特点.波斯湾地区不仅石油资源丰富,而且开采条件也十分优越.石油分布集中,平均每个油田储量达3.5亿吨以上,为超级大油田;并且多分布在海岸附近的海上和陆上,因此输油管运输距离短,原油外运方便.油田的地下压力高,油井多为自喷井,占油井总数的80%以上,因此其生产成本是世界最低的. 波斯湾的石油出口量占世界的60%以上,是世界最大的石油输出地区.在海湾及其周围100千米范围内,是一条巨大的石油带,这里蕴藏着占世界石油总储量一半以上的石油,仅沙特一国的石油储量就占世界总储量的1/4,堪称＂石油王国＂.
