油气运移的同位素示踪

石油与天然气形成以后经过运移、聚集才形成油气藏。Tissot等认为，由于油气的生成造成微裂隙，微裂隙张开时油气发生运移，压力释放后微裂隙又会闭合。这种张开、闭合多次发生，油气通过微裂隙的初次运移也就多次发生。研究证明，在初次运移(从油、气源岩向储集岩的运移)和二次运移(在储集岩中的运移)中油气继续发生地球化学变化。

油气二次运移是指石油和天然气进入储集层以后的所有运移。其运移方向一方面取决于可渗透性地层的产状，如储集层的物性变化、不整合、断层性质及分布等，即受运移通道类型和性质的限制;另一方面取决于流体势场的分布。这些因素都是由区域构造背景，即凹陷区与隆起区的相对位置及其发育历史决定的。在一般情况下，位于凹陷附近的隆起带及斜坡带常成为油气运移的主要指向区，特别是长期继承性的隆起带最为有利。在研究和探讨油气二次运移的方向时，必须从具体地质条件出发，首先考虑有利烃源岩的展布、区域构造条件及演化史、有利的油气运移通道。在此基础上，通过地球化学、原油物性等参数在油气运移过程中发生的效应，结合区域水动力条件进行分析，从宏观上判断区域性油气二次运移的方向和趋势。

油气运移研究(特别是油气运移方向与载体的研究)是石油地质综合研究中至关重要但又最为薄弱的环节。油气二次运移的距离可以从几毫米至数百千米，而输导层中真正被油所饱和的部分一般仅占输导层总体积的1%～10%。绝大多数情况下，由于无法直观确定运移通道的实际大小，加之难以估计对特定圈闭的供油量，很难建立可信的油气运移模型用于预测运移路径。但油气运移是一个复杂的物理、化学动态过程，烃类流体在各种输导体系中运移的过程中由于色层效应及各种水岩反应的存在，必然造成输导体系中禅迹沿烃类运移方向油气的某些物理、化学指示参数呈现出一定的趋势性变化特征，纳兆目前研究的示踪参数主要包括原油成熟度、碳同位素及各种生物标志化合物等。

原油的运移作用对碳同位素组成分馏的影响可能是由于原油本身的族组成发生变化的结果。在运移过程中，石油组分中极性较强的化合物大部分都被吸附在矿物表面或溶解在水中。芳香族化合物的极性和水溶性都大于饱和烃，因此在运移过程中会优先运移。由于矿物、岩石表面的吸附洞袭租作用，沥青质和胶质也会受到很大影响。一般地，运移过程中的石油会发生如下变化:石蜡烃有所增加，与此同时，沥青质、胶质和其他非烃则减少，原油的密度降低。由于含轻同位素较多的饱和烃相对增加，故原油的¹³C会相对减少。但这种变化幅度是很小的，如委内瑞拉的Quiriquire油田，原油经6km的运移以后，δ¹³C值的变化仅为0.4(S.R.Silverman，1965)。

自认识到油气在运移中碳同位素会发生变化以来，稳定碳同位素用于油气研究就一直在发展。现在认为油气运移使油气中¹³C轻微消耗，而轻饱和烃中¹³C则随运移距离增加而相对富集，重质的芳烃、极性化合物和沥青质则随运移距离增加而相对消耗¹³C，富集¹²C。陈安定等(1993)通过实验模拟和天然气甲烷碳同位素实际平面分布研究证明，天然气的运移会造成明显的碳同位素分馏。如在150℃和200℃两个温度点，将吸附于Al₂O₃的天然气脱附，其甲烷碳同位素分别为－14.7‰和－24.5‰。但苯和甲苯的碳同位素是母质类型的有效指标。

图14－12 塔里木盆地塔河油田天然气烃类组分1/n与δ¹³C_n关系

天然气在地层中运移时，由于色层效应，油气运移过程中会使¹²C轻微消耗。甲烷碳同位素将发生

分馏，据此可以较好地确定含油气盆地中油气运移的方向。陈践发等(2000)在莺琼盆地崖13－1气藏中发现，其天然气甲烷及凝析油族组分的¹³C值由西向东呈逐渐变轻的趋势，表明崖13－1气藏中的油气应主要来自一号断层西侧的莺歌海盆地，其运移方向为由西向东。塔河油田主体区天然气同位素分布曲线呈现明显的两段模式(图14－12)，表明塔河油田主体区

天然气的甲烷与乙烷存在不同的来源，显示了该区天然气具有两期充注、复合的特征。早期充注的为正常原油伴生气，分布广泛;晚期充注的为过成熟的高温裂解干气。从塔河油田主体区天然气具有干燥系数由东向西逐渐减小、成熟度逐渐降低的特征来看，该区晚期干气的充注方向是从东到西。

黄福堂等(1998)根据储层沥青的正烷烃的碳同位素，结合储层地质和源岩地化特征，探讨了塔里木盆地油Ⅱ区块石炭系储层特征及油气运移方向。石炭系是塔里木盆地下古生界储盖组合的储集层，也是盆地内主要勘探目的层之一。储层厚度80～175m，岩性包括粉砂岩和细砂岩，孔隙类型以粒间孔为主。石炭系有机质碳同位素数据如表14－6所示。首先从泥质岩、泥灰岩氯仿抽提物的碳同位素数据看，从阿瓦提凹陷到巴楚隆起，抽提物组分碳同位素没有明显变化，如饱和烃碳同位素变化在－29.17‰～－29.69‰范围内。储层中有机质碳同位素与之不同，泥质砂岩和细砂岩储层沥青，脱硫盐碳同位素从阿瓦提凹陷(胜利1井:－29.46‰～－29.48‰)向巴楚隆起(巴东2井:－29.67‰～－29.75‰)有变轻趋势，反映石炭系储层的油气从阿瓦提凹陷向巴楚隆起有侧向运移，地层色谱作用导致运移前方油气的碳同位素变轻。另外，从巴楚隆起上塘北2井粉砂岩储层沥青的组分碳同位素来看，饱和烃碳同位素(－30.33‰～－30.77‰)小于泥质岩碳同位素，亦是油气经过运移的反映。

表14－6 石炭系有机质碳同位素数据