徐家围子断陷火山岩储层包裹体组分同位素组成及其在天然气成因判识中的应用

围绕现今气藏中天然气的同位素组成特征能否代表其初始同位素特征，目前有关徐家围子断陷烃类天然气的成因存在有机与无机两种观点。事实上，天然气的生成具有"多源复合、多阶连续"的特点，且分子半径较小，盖层难以将其完全封闭，绝对存在的混合和盖层散失作用将不可避免地造成同位素组成特征的变化，然而其程度却是难以直接定量的。储层流体包裹体同位素分析可以较好地解决这一问题。受制备难度的制约，人们对包裹体气体组分同位素组成的研究较少，近年来国内外学者进行了有益的探索，但研究对象主要为砂岩或碳酸盐岩，对火山岩鲜有涉及，且主要局限于碳同位素，氢同位素研究薄弱。本题拟在对现有分析技术加以改进的基础上，对徐家围子断陷火山岩储层的原生和次生包裹体气体成分进行组分碳、氢同位素组成分析，同时进行组分组成分析，进而结合潜在源岩中束缚态和储层中游离态天然气的组分和同位素组成特征，对该区天然气的成因做出可信鉴别。

采集徐家围子断陷深层60口井70余块岩心样品，进行显微岩相学观察300余项次，热爆前后机械破碎组分和同位素组成、激光拉曼、均一化温度和岩石撞气同位素组成等实验分析230余项次，结合煤系有机成因天然气资源量计算，对徐家围子断陷深层天然气的成因和成藏过程进行了研究。结果表明：①徐家围子断陷烃类天然气的碳同位素序列倒转主要是由不同期次/源天然气的混合作用造成，而非后期盖层散失过程中的组分和同位素分馏，同位素序列倒转不能单独用于判断天然气的成因；②相对有机成因气，无机成因气（甲烷、乙烷和CO2）碳同位素值常较重，用δ13C1重于-20‰作为无机成因气的判别标准有一定的适用性，但过于苛刻；③徐家围子地区火山喷发过程中的岩浆脱气烃类含量较高，暗示该区烃类天然气存在无机成因的可能，有必要对火山喷发脱气与普通岩浆活动脱气的差别做进一步研究；④徐家围子断陷CO2以无机成因为主，主要源于坳陷期地壳活动过程中的地幔岩浆脱气，无机成因CO2能够聚集成藏与其未经历初次运移，与地层水接触少等因素有关；⑤登娄库组和营城组天然气同期成藏，沙河子组成藏较早，深层天然气成藏期均在烃源岩主要生排气期间，支持烃类天然气的有机成因；⑥徐家围子断陷深层烃类气藏的成藏过程存在两种方式，一是烃气直接成藏，二是CO2首先成藏之后甲烷充注。而现今的二氧化碳气藏储层中均检测到含烃包裹体，说明徐家围子断陷在主要生气期，形成了大范围烃类气藏，后来沟通地幔的气藏逐渐被二氧化碳取代。徐家围子地区天然气的成藏过程研究支持烃类天然气主要为有机成因，CO2气以无机成因为主；⑦徐家围子断陷三套源岩中沙河子组生、排气量最高，为徐家围子深层主力烃源岩，营城组和火石岭组源岩的贡献非常有限，有机成因气总资源量约为5.50×1011m3，按照徐家围子断陷烃类天然气为有机成因气推算，该区天然气探明率为45%，与勘探现状相符，说明该区烃类天然气应以有机成因为主；⑧徐家围子断陷烃类天然气勘探应围绕煤系源岩生气中心展开，生气中心主要位于升平-宋站隆起及徐西凹陷中东部，对于无机成因CO2气勘探应重视深大断裂的幔源连通作用。