“切脉”济阳坳陷氢气成因

　　近日，石油勘探开发研究院孟庆强博士申请的“济阳坳陷天然气中氢气的地球化学特征及其成因研究”项目，获得国家自然科学基金中青年科学基金资助。该项目研究不仅回答了“含油气盆地中对有机质进行加氢作用的氢气来自何方”这一科学问题，而且可以为未来勘探开发氢气资源积累素材。

　　济阳坳陷既存在多期次深部流体活动的构造活跃区，又存在深部流体相对不发育的构造稳定区氢气在济阳坳陷部分油气田中有一定分布，并可能参与油气生成。研究济阳坳陷氢气的分布规律及其成因，将进一步厘清深部流体发育地区氢气的保存与逸散条件，确认济阳坳陷深部流体活动区油气生成模式以及油气生成过程中的有机—无机相互作用类型，对估算该地区油气资源量、丰富油气成因学说具有现实意义。

　　美国地质调查局堪萨斯分局2009年在堪萨斯断陷盆地以氢气为勘探目标钻探两口井，获得每日145立方米～155立方米（含水）的气体产能，其中氢气含量超过90%，显示该类地区良好的氢气资源前景。济阳坳陷与堪萨斯断陷盆地具有相似的大地构造背景，因此，研究该地区氢气成因及分布，有利于积累该地区氢气资源潜力研究的基础资料，对下一步勘探具有指导意义。

　　该项目以济阳坳陷氢气成因研究为核心，以不同构造部位的天然气为研究对象，利用石油地质学和同位素地球化学研究方法，通过计算天然气中氢气与其他含氢流体之间的同位素分馏过程，得到氢气原始同位素组成。它依据大地构造背景条件，厘清济阳坳陷天然气中氢气的成因。

　　该项目将济阳坳陷分为活动断裂带、相对稳定区与相对活动区三种次级构造单元类型。济阳坳陷内高清—平南断裂、石村断裂带等深切至壳幔边界的深大断裂附近为活动断裂带；牛庄洼陷等构造运动相对简单，火山发育不明显的地区为相对稳定区。项目申请者孟庆强博士认为，受深大断裂影响，区内火山活动发育较广的地区为相对活动区，如滨南油田等。

　　根据上述划分，研究人员将分析氢气在不同次级构造单元内的含量变化特征及其与大地构造背景之间的关系、氢气与其他气体组分之间的含量关系及其在济阳坳陷的分布规律等。他们利用石油勘探开发研究院自行研发并申报专利的样品前处理方法，对天然气中的微量氢气进行前处理，测试其同位素组成。同时，他们将测试包括烷烃气及地层水等含氢流体的同位素组成。利用“地质温度计”原理，他们将确定影响氢气同位素组成的含氢流体种类及其对氢气同位素组成的影响程度，确定氢气同位素组成的真实值。透过氢气同位素组成以及氢气与其他气体组分之间的关系，研究人员可以对氢气成因进行划分。

　　该项目的特色与创新之处，是将断陷盆地以烷烃气为主的天然气中的氢气成因作为主要研究目标。在研究对象选择上，研究人员兼顾含油气盆地这一油气资源主要分布领域与断陷盆地这一氢气广泛分布地区的大地构造背景，同时包含以烷烃气为主的天然气这一氢气主要赋存环境，这对研究深部流体作用下天然气的成因具有促进作用。

　　项目申请者孟庆强博士介绍，在样品前处理与地球化学测试方案中，对天然气中微量氢气进行相对富集处理使其保持同位素组成不变，是该项目的另一特色。一方面，该项目研究能增加可测试同位素组成的氢气样品数量，进一步积累氢气同位素组成数据，因此可以扩大样品范围，使样品更具代表性，研究结论也更可靠；另一方面，针对微量氢气的同位素组成测试方法，对其他微量气体同位素研究领域具有良好的启示意义，可以进一步推动微量气体同位素领域的研究。