渤南地區沙四段膏巖成藏體系中硫化氫的差異聚集

摘要：濟陽坳陷渤南油田是勝利油田高含硫化氫油氣田，硫化氫含量最高達8%，嚴重威脅井場操作人員及生產設備安全。該文從渤南沙四段含硫油氣藏的形成機制與分布特征入手，開展以下幾個方面的研究：分析渤南油田油氣成藏期和油氣運移路徑；分析壓力場、地層水與硫化氫形成、聚集的關系；分析硫化氫的形成和保存條件與油氣之間的關系和差異，建立硫化氫運聚模式等，并給出研究結論。

關鍵詞：含硫化氫油氣藏 運移通道 運聚模式 差異聚集

中圖分類號：P618.13文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-01

硫化氫是一種與油氣伴生的無色、中弱酸性氣體，其劇毒性和強腐蝕性對人、鉆采設備及環境構成極大威脅。目前國內缺乏硫化氫氣藏的分布規律、與油氣的關系、以及硫化氫生成、運移、聚集的控制因素等方面研究，很難對其進行有效評價和預測。因此，開展對硫化氫的分布及運聚規律進行深入研究彌補國內空白，對含硫化氫油氣藏進行有效預測和安全開發具有十分重要的指導意義。

1 硫化氫的來源與形成機制

同油氣一樣，硫化氫的聚集主要受控于三個因素，即生成、運移和保存條件的影響。在硫化氫的生成方面，必須同時滿足硫酸鹽、烴類的共存及一定的溫度條件（100 ℃以上），溫度還同時控制了烴類的生成。統計顯示，渤南地區的硫化氫主要來源于沙四段，是烴源巖中硫酸鹽熱化學還原反應（TSR）成因。地化分析結果表明，渤南洼陷沙四段3500 m附近鏡質體反射率（TOC）達0.7%以上，5000 m附近可達到2.23%，烴源巖有機質處在成熟—高成熟階段，這種環境下具備膏巖與烴類發生熱還原反應的地化條件。渤南洼陷膏巖層是發育于內陸湖泊環境的硫酸鹽類沉積，形成于蒸發量遠遠大于降水量的最低水位期。沙四段沉積早期，湖盆開始形成，晚期出現了蒸發量大于降雨量的干熱氣候，膏巖沉積開始形成。這種特殊的間歇性鹽湖的沉積環境中，發育了砂泥互層夾膏巖或碳酸鹽巖等含鹽沉積物。

2 沙四段成藏體系的流體運移模式

（1）原油平面分布指示運移路徑。通過油氣來源直接判識的結果，結合區帶地質特征來研究油氣的運移路徑是目前最為有效的方法。綜合現今壓力分布特征、儲層水化學特征及Es4上來源油氣的成熟度分布特征，渤南地區早期為順層側向運移為主，晚期坡折帶斷裂發揮了重要作用。烴源巖的成熟生烴高峰期，渤南洼陷坡折帶斷裂對油氣的運移發揮了重要作用。在低熟生烴至生烴高峰期之間，油氣以側向運移為主，斷裂并不是油氣的有效運移通道。

（2）地層水化學特征與運移路徑的關系。①地層水對硫化氫等酸性氣體有明顯的富集作用。硫化氫的生成經歷了一個烴類溶入水中、與硫酸根反應生成硫化氫、硫化氫從水中脫出的過程。實驗表明，熱還原反應的確離不開水，也就說明石膏中的硫缺少反應活性，不能成為硫化氫的直接供體，水解硫酸鹽或硫酸根才是生成硫化氫的直接供體。②硫化氫指示古地層水分布。渤南洼陷儲層水礦化度以沙四、沙三段最高，向上礦化度依次降低。古生界儲層水礦化度以最高，至中生界降低，對每一個層段而言，由深部向淺部礦化度降低。盡管硫化氫與地層水關系密切，但如果發生構造反向翹傾引起水相對運動，就會造成高硫化氫和地層水的空間位置不完全對應。

（3）由于只有在沙四段油源分布區才能形成硫化氫聚集，可以推斷硫化氫與油氣同時生成，并伴隨著油氣一起運移，與油氣且有相同的運移通道。

3 硫化氫氣藏的差異聚集及分布規律

3.1 壓力封閉與硫化氫富集的關系

渤南洼陷在縱向上現今仍存在兩個異常高壓帶，分別位于沙一—沙三下亞段及沙四上亞段烴源巖層中，且較新的沙一段異常高壓帶展布范圍較大。沙四上亞段在洼陷帶深部位基本為正常壓力，但洼陷帶的南部斜坡帶反而為異常超壓區，顯然，現今異常超壓可能并非來自沙四段地層本身，而有可能是通過斷層活動將沙四上亞段與沙三下亞段的烴源巖對接，使沙三下亞段的超壓流體注入沙四上亞段，形成異常高壓封閉。

3.2 硫化氫油氣藏的儲蓋層發育條件

保存條件很大程度上決定了硫化氫的分布。硫化氫與油氣具有相同的運移路徑，但硫化氫更為活躍，易溶于水形成氫硫酸，遇金屬離子反應形成金屬硫化物，因此其保存條件比油氣高很多，分布也更為局限。渤南洼陷沙四上的干旱淺水蒸發巖相沉積和沙三期廣泛發育深湖相泥巖是沙河街組第一套區域蓋層，厚度達400-1000 m。受區域蓋層和異常高壓帶分布的控制，硫化氫主要分布于受高壓帶封蓋的洼陷帶和斜

坡帶。

3.3 斷層對硫化氫分布的影響

成藏期活動斷層（切至沙四段）導致硫化氫向上運移，或散失或在淺層聚集，斷層不發育處硫化氫保存下來。鉆遇沙四段的井只有少數在沙四段有硫化氫顯示，大部分的硫化氫通過斷層散失。

3.4 硫化氫的運聚模式

渤南洼陷沙四段主要發育膏質泥巖，與烴源巖互層組合或團塊狀分布于烴源巖中，有利于TSR的發生。因此，渤南洼陷沙四段生成的硫化氫氣體，基于沙三段壓力封存箱作用，集中于沙四段。古生界的硫化氫氣體主要是隨油氣通過斷層側向運移至儲集圈閉中。斷層附近的硫化氫大部分沿斷層散逸，只有極少量可沿油源斷層運移至淺層氣藏中。

4 結語

（1）硫化氫與油氣同源生成，渤南洼陷沙四段含膏地層和有效烴源巖是產生硫化氫的源；

（2）伴生硫化氫與油氣具有相同的運移通道；

（3）沙三段區域蓋層控制了硫化氫主要分布于沙四段和古生界；沙四段內硫化氫主要見于油源斷層不發育的洼陷帶和斜坡帶，硫化氫可沿油源斷層運移至淺層氣藏

之中。

參考文獻

[1]戴金星.中國含硫化氫天然氣分布特征、化類及其成因探討[J].沉積學報，1985，3（4）：56-360.

[2]王新洲，李麗，劉守義.天然氣中硫化氫的成因和預測[J].石油與天然氣地質.1987，8（1）：67-75.

[3]朱光有，戴金星.中國含硫化氫天然氣的研究及勘探前景[J].天然氣工業，2004，24（9）：14.