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柴北缘热模拟实验前人已经做过不少工作,但是尚未见有生烃动力学和同位素动力学相结合的报道。本文对北缘典型暗色泥岩进行了封闭体系生烃动力学和甲烷碳同位素分馏动力学研究,取得了以下重要认识:
1.泥岩样品的甲烷和总烃产气率都与热解温度相关,随着热模拟温度的升高,甲烷和总烃气体产率不断增加,在同一温度下,升温速率慢的累计产率比升温速率快的大;重烃气体产率随温度增加先增大后减小,反映了重烃在高温时同时存在生成与裂解两个反应。升温速率慢的条件下重烃最大值出现的温度比升温速率快的条件下重烃最大值出现的温度低;非烃气体中CO2和H2随着温度升高,其累计产率不断增加;同一温度下,升温速率慢的产率比生温速率快的产率高;非烃气体中H2S气体随着温度增加,具有先增加,后减少的趋势,在升温速率慢的条件下能够在较低的温度出现H2S产率峰值。
2.对热模拟气体产物饱和烃C1-C3碳同位素特征进行了系统研究,发现:(1)气态烃碳同位素呈现出有规律的变化,具有δ13C1＜δ13＜C2＜δ13C3的特点;(2)热解气中甲烷、乙烷、丙烷碳同位素值均受热解温度影响,总的规律是随着热解温度的升高,碳同位素值先变轻后变重;(3)在升温速率比较慢的条件下,甲烷、乙烷和丙烷出现最低值所对应的温度比较低。
3.应用Kinetics软件获取柴北缘泥质烃源岩的主要生烃动力学参数:甲烷与C1-C5烃生成的活化能范围分布较宽,分别介于34～54kcal/mol和34～52 kcal/mol范围,主峰分别出现在54kcal/mol和49kcal/mol,频率因子A分别为4.06×108S-1和2.43×108S-1。
4.计算了柴北缘泥质烃源岩生成的甲烷同位素动力学参数:12CH4的频率因子是5.65×1011,平均活化能为58kal/mol,13CH4的频率因子是5.76×1011,平均活化能为59kal/mol。
5.应用所获取的生烃动力学参数,结合柴北缘地温史与埋藏史,对该区各个凹陷代表钻孔进行了逼近地质条件下生烃规律模拟。结果表明:昆特依凹陷N23进入到生气门限,现今仍处于主生气阶段;伊北凹陷N21时期为生气门限,N22至Q3+4是主生气阶段,现在处于生气晚期;赛什腾凹陷N21时期进入生气门限,现今是主生气阶段。
6.应用同位素动力学软件计算出各凹陷同位素演化史,当Ro＜0.9％时,甲烷碳同位素值呈现出随着热演化程度的增加而变轻的趋势;当Ro＞0.9%时,甲烷碳同位素值呈现出线形增加的趋势。昆特依凹陷天然气甲烷碳同位素现今值为-32.59‰;伊北凹陷为-25.5‰,;赛什腾凹陷为-32.3‰。
7.泥岩在各个凹陷的天然气干燥系数(C1/C1-5)演化规律为随着热演化程度的增加干燥系数先变湿,当Ro＞0.9%时干燥系数又逐渐变干。
8.通过生烃动力学模型和碳同位素演化模型在南八仙的应用得出以下结论:该油气藏天然气全部来自伊北凹陷,天然气气源岩对应的Ro在1.97%～3.77%,生气高峰在N23,与南八仙次生油气藏形成时间一致。从南八仙深浅层油气藏天然气碳同位素分布特征类似的特征分析,天然气在进入了原生油气藏的同时也进入了次生油气藏。