寧明盆地超淺層天然氣成因分析

張帆

摘 要：首次在寧明盆地發現超淺層天然氣，對采集的氣體進行組分分析和碳、氫同位素分析，根據戴金星提出的天然氣分類方法，判斷寧明盆地淺層天然氣為生物成因氣;通過對淺層氣富集部位的泥巖進行有機碳（TOC）與生烴潛量（S1+S2）測定，發現該地區古近系泥巖有良好的生烴潛力，為淺層氣的形成提供良好的有機質條件。

關鍵詞：寧明盆地;淺層氣;組分分析;生物氣

中圖分類號：P618.13文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0125-03

Abstract： The ultra shallow natural gas was discovered in Ningming basin for the first time. Based on the gas composition analysis and carbon and hydrogen isotope analysis， according to the natural gas classification method proposed by Dai Jinxing， it is judged that the shallow natural gas in Ningming basin is biogenic gas. Through the determination of organic carbon （TOC） and hydrocarbon generation potential （S1 + S2） of mudstone in the shallow gas enrichment area， the mudstone in this area has good prospects The potential of hydrocarbon generation is high. It provides good organic conditions for the formation of shallow gas.

Keywords： Ningming basin;shallow gas;component analysis;biogas

淺層氣是一種資源，但同時也會造成工程地質災害[1]。淺層氣在我國分布十分廣泛，它是油氣資源的重要組成部分。在我國的遼東灣灘海地區、黃河三角洲外海海域、山東半島濱淺海、南黃海、長江三角洲、杭州灣、舟山群島、長江口、珠江口、東海和南海陸架的海洋地質普查中均發現海床淺部存在淺層氣賦存證據[2-5]。但淺層氣也是一種地質災害源，其會改變土體的力學結構，削弱土體強度，進而產生淺層氣地質災害問題。近年來，因淺層氣而引發隧道、基坑、沉井、水工構筑物沉陷、斷裂等導致工程事故、造成重大經濟損失的例子屢有報道[6-9]。對于工程建設來說，埋深<100 m的超淺層氣會對工程施工造成直接危害。隨著我國大規模土木工程建設的發展和地下空間的開發，由淺層氣造成的工程災害及其防治問題日趨突出，需要對淺層氣進行精確定位與評價，以便工程順利實施。2018年4月，在建的納利大橋工程建設過程中遭遇淺層氣不良地質，在廣西壯族自治區工程建設尚屬首次。寧明盆地位于廣西壯族自治區寧明縣境內，是疊置于10萬大山盆地上的殘留盆地。為了探究寧明淺層氣的成因，對淺層氣冒出點進行地質調查與氣樣采集，并通過室內氣體分析手段與烴源巖測試探討淺層氣形成原因。

1 地質調查與氣樣采集

納利大橋地處廣西壯族自治區寧明縣納利屯，跨越明江兩岸，位于寧明盆地內。在明江納利大橋段西側岸的7#墩和10#墩距離橋樁中心3～5 m處布設地質鉆孔，孔徑130 mm，孔深50 mm，進行全深度詳細錄井，錄井后鉆孔埋入排氣管，兼作排氣井。明江西側鉆孔地層主要分為三層，由上至下依次為1～2 m素填土層，1 m左右的淤泥質土，深厚的下古近系泥巖層。

氣樣采集采用排水取氣法，將取樣袋內裝滿清水，倒置于取樣水桶中，連接好取樣膠管，使孔內排出的氣體放空1～2 min，然后將膠管插入水桶中，稍排空氣后，再倒插入取樣袋中，待取樣袋中剩余1/4的水時，關閉取樣袋閥門，從水中取出并封存。現場鉆孔氣體冒出及采集的氣體樣品如圖1所示。

2 淺層氣地球化學分析

2.1 試驗方法

淺層氣組分分析采用Agilent-7890b氣相色譜儀，載氣為氦氣，采用30 m×0.3 mm×20 μm的HP-PLOT Q型色譜柱。色譜儀進樣口溫度為150 ℃，熱導檢測器溫度為200 ℃。色譜柱在70 ℃恒溫7.5 min，之后以15 ℃/min的速率升至90 ℃，再以6 ℃/min的速率升至180 ℃。

天然氣碳同位素分析采用Thermo Scientific TRACE 1310型氣相色譜儀與Thermo Scientific MAT-253PLUS型氣體同位素質譜儀聯用檢測。氣樣先通過HP-PLOTQ色譜柱進行分離，分離后的烴類氣體經氧化爐氧化成CO2后進入同位素質譜儀進行碳同位素檢測。氧化爐溫度為950 ℃，色譜儀進樣口溫度為150 ℃。色譜柱先以8 ℃/min的速率從30 ℃升至170 ℃，然后以6 ℃/min的速率升至270 ℃，氣體組分及碳、氫同位素測定結果見表1。

烴源巖分析采用油氣評價工作站分析，把儲油巖中的油氣分為五種組分：C1～C7天然氣（S0）、汽油餾分（S1-1）、煤油及柴油餾分（S2-1）、蠟及重油餾分（S2-2）以及膠質瀝青質熱解烴（S2-3）。儀器通過熱解鉆井巖屑或巖芯，分析其中的干酪根的熱解烴量，從而對其進行定性和定量評價。

2.2 淺層氣組分與碳、氫同位素試驗結果與分析

天然氣烴類氣體包含CH4、C2H6、C3H8、C4H10和C5H12。其中，CH4為主要烴類氣體，含量占91.55%～95.37%，平均為93.9%;重烴氣體含量很低，平均總含量只占0.37%。非烴類氣體包含N2、CO2和O2/Ar，其中，N2占3.76%～7.50%，平均為5.14%;CO2占0.24%～0.32%，平均為0.29%;O2/Ar占0.07%～0.54%，平均為0.28%。其中，輕烴含量高，重烴含量低，樣品干燥系數（C1/C1-5）均大于0.995，為干氣。碳、氫同位素試驗結果如表1所示。試驗顯示，所有樣品δ13C1的值均<55‰，氫同位素δ13D的值均<-190‰，由戴金星[10]提出的對于烷烴氣鑒別方法（見圖2）可推斷該處淺層氣屬于陸相甲烷型生物成因氣。

2.3 烴源巖分析

由于本地區泥巖層深厚，且富含有機質，勘探過程中天然氣體產出主要位于泥巖層中。因此，選取現場不同深度泥巖層中的有機質樣品10份，在實驗室內開展有機質含量、有機碳含量（TOC）（圖3）、母質類型（干酪根）、生烴能力（圖4）和產力指數的試驗測定分析。泥巖在納利大橋橋址區地層中廣泛分布，且為橋樁的主要持力層。泥巖中有機碳含量（TOC）為0.61%～1.24%，生烴潛量（S1+S2）為1.78～13.69 mg/g，有機質豐度較高;干酪根為Ⅱ型，Ⅱ1—Ⅱ2均有，干酪根類型也較好。同時，從測定的烴源巖干酪根中鏡質體反射率Ro均小于0.6%，處在低成熟階段[11]。由此可判定納利大橋橋址區分布的泥巖地層是淺層氣烴源巖，具備較好的產氣條件，所產氣體屬于低成熟階段的甲烷型生物氣。

3 結論

根據寧明盆地淺層氣的氣相分析和烴源巖分析，得出以下結論。

第一，通過對寧明盆地淺層氣富集地區進行勘察和取樣測試，發現在大橋橋樁深度范圍的古近系泥巖層中普遍存在淺層氣，氣體的主要成分為甲烷，屬于典型的低成熟段甲烷型生物成因氣。

第二，納利大橋橋址區分布的泥巖地層是淺層氣烴源巖，有機質豐度較高，具備較好的產氣條件，可以源源不斷地進行氣體補充。

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