桂中坳陷下石炭统 鹿寨组碳同位素特征分析

李国江

(胜利石油工程有限公司地质录井公司，山东 东营 257064)

[摘要] 页岩气甲乙烷碳同位素值与页岩气类型密切有关，通过对桂中坳陷下石炭统鹿寨组碳同位素特征分析，目前开发区块的龙马溪组页岩气对比，发现鹿一段页岩气甲乙烷碳同位素值普遍偏重，比丁山地区还要重，这与鹿一段页岩相对龙马溪组页岩偏腐植型的特征相符。同等成熟度下，偏腐植型页岩生成的气相对较干，但鹿一段页岩气湿度与威远地区类似比长宁昭通地区湿度更大，说明其演化程度与五峰组-龙马溪组页岩相比要低一些。结合岩屑罐顶气气量及同位素变化分析，鹿一段页岩气基本以Ⅱ、Ⅲ型页岩气储层为主，其内部存在破碎性夹层，表现出Ⅳ型页岩气储层特征，下部储层物性相对要好一些，表现出偏Ⅰ型页岩气储层的特征。

[关键词] 桂中坳陷；下石炭系鹿寨组；碳同位素；页岩气；地质甜点

下石炭统鹿寨组整合于尧云岭组之上，黄金组之下的一套石英砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩、泥页岩，中部为泥灰岩、泥质灰岩、含砂屑生物屑灰岩，上部为粉砂岩、石英砂岩夹页岩、炭质页岩岩。对下石炭统鹿寨组，现场取样测试鹿一段同位素倒转是最显著的特征之一，岩屑罐顶气δ¹³C₁和δ¹³C₂倒转差在5permil左右。其中，δ¹³C₁和δ¹³C₂偏轻的段在1400-1440m，1500-1580m，泥浆气偏轻的地方表明前期烃类损失的少，属于较有利的层段，为生油窗时的原油滞留区域。在倒转开始收敛处，δ¹³C₁明显变轻，与五峰组-龙马溪组底部所观察到现象很相近，为主要的甜点区。

1 天然气成因对比分析

鹿寨组下部鹿一段作为主要的页岩发育层段，泥浆气碳同位素值δ¹³C₁的波动在-27‰～-29‰之间连续变化，趋势明显，整体上进入鹿一段δ¹³C₁有先变轻、再变重、后变轻的趋势。泥浆气气测浓度较低加之组分较干，只在鹿一段泥浆气中仅测得3个δ¹³C₂数据。依据这3点数据，认为鹿一段是存在同位素倒转特征，其干燥系数在99.38%-99.6%，通过岩屑罐顶气亦可观察到鹿一段同位素存在倒转现象。鹿一段碳同位素值倒转特征明显，甲乙烷碳同位素普遍重于目前开发区块的龙马溪组页岩气，这与页岩气类型有关，鹿一段页岩相对龙马溪组页岩偏腐植型。

图1 碳同位素倒转特征 图2页岩气湿度与甲烷同位素特征

2 罐顶气同位素分馏与地质甜点

前期的研究表明罐顶气同位素分馏程度与页岩物性、压力有良好的对应关系，按照压力与页岩物性大致可将页岩气储层分为四种类型：

Ⅰ型：①7d岩屑罐顶气相对泥浆气同位素值变重明显（>4‰）。②1d岩屑罐顶气同位素值即达到最重值，3d、7d同位素无明显加重。③放气时间短、气量相对Ⅱ小。④气测值较好，井筒测压较高，该类多为高压岩气层，且储层较好，初产好，衰减快。

Ⅱ型：①7d岩屑罐顶气相对泥浆气同位素值变重明显（>4‰）。②1d/3d/7d岩屑罐顶气同位素值逐渐变重，区分明显。③放气时间长、气量相对Ⅰ大。④气测值一般，井筒测压比Ⅰ小，该类多为高压致密页岩气层，初产一般，衰减较慢。

Ⅲ型：①7d岩屑罐顶气相对泥浆气同位素值差值小（<4‰）。②1d/3d/7d岩屑罐顶气同位素值变重不明显。③放气时间长、气量较大（憋气）。④气测值较差，井筒测压低，该类多为低压致密页岩气层，资源量较差部分页岩油层也表现出该类特征。

Ⅳ型：①7d岩屑罐顶气相对泥浆气同位素值变重较大（>10 ‰）。②1d/3d/7d岩屑罐顶气同位素值不加重。③放气时间极短、气量极少。④气测值可能较高，该类多为裂缝型气藏，有出产，快速降产。

3 罐顶气同位素分馏程度与页岩物性、压力的关系

鹿一段岩屑罐顶气最终分馏程度在1-4‰，分馏程度相较于南川JY10井7‰、EYY牛蹄塘5‰、焦石5-6、7‰ 偏低，进一步说明其地层压力较低。岩屑罐顶气湿度远大于泥浆气，且有明显的随时间加大的现象，这是储层极为致密情况下产生的气体组分分馏，下部相对不明显。

结合岩屑罐顶气气量及同位素变化来分析，鹿一段页岩气基本以Ⅱ、Ⅲ型页岩气储层为主，其内部存在破碎性夹层，表现出Ⅳ型页岩气储层特征，下部储层物性相对要好一些，表现出偏Ⅰ型页岩气储层的特征。Ⅰ型页岩气储层测井GR明显变大，说明其泥质含量较高，该段气测显示相对较好，泥浆气碳同位素值明显变轻，说明其前期烃类损失的少。

通过对岩屑罐顶气测试过程中发现，该段岩屑罐顶气存在明显的胀罐现象，岩屑罐顶气浓度较高，岩屑罐顶气浓度最高达57%，说明其岩屑放气量较大。岩屑罐顶气同位素值1D即达到最重值，5D、10D罐顶气同位素值无明显变重现象，进一步说明该段物性相对较好，储层压力相对较大，岩屑放气量大且迅速。Ⅱ型页岩气储层气测值一般，主要表现在随着时间推移1D、5D、10D岩屑罐顶气分馏程度越来越大，区分较明显，说明岩屑罐顶气放气时间较长，但最终罐顶气浓度相比Ⅰ型的较低，其放气量一般，说明该段含气量较低，物性相对致密。Ⅲ型页岩气储层泥浆气碳同位素值明显变轻，说明其前期烃类损失的少，但岩屑罐顶气同位素值1D、5D、10D变重不明显，罐顶气浓度更低，岩屑放气量较小，并且该段该段页岩GR值比下部明显偏低，说明其泥质含量较低，进一步说明该段含气量较低。Ⅳ型页岩气储层气测值突然升高，气测曲线呈尖峰状，岩屑罐顶气不同时间段放气量与碳同位素值变化与相邻层段无明显差异，说明该层段为裂缝较为发育。

4 结论

1）鹿一段碳同位素值倒转特征明显，甲、乙烷碳同位素普遍重于目前开发区块的龙马溪组页岩气，这与页岩气类型有关，鹿一段页岩相对龙马溪组页岩偏腐植型。

2)δ¹³C₁和δ¹³C₂倒转收敛特征，与五峰组-龙马溪组底部所观察到现象很相近。

3)鹿一段页岩相对典型高产龙马溪组页岩地层压力偏低、储层较致密，主要Ⅱ、Ⅲ型页岩气储层为主，下部物性相对要好一些，表现出偏Ⅰ型页岩气储层的特征。

参考文献

1. 覃英伦,张家政,王玉芳等.广西桂中坳陷（桂融页1井）探获石炭系鹿寨组页岩气.中国地质.2020.06.02.

2. 罗胜元,王传尚,彭中勤.桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩气研究.华南地质与矿产,2016,06，P180-190.

[3] 胡东风,魏志红,刘若冰等.桂中坳陷下石炭统黑色页岩发育特征及页岩气勘探潜力.天然气工业,2018.10,P28-37.