济阳坳陷非烃气藏成因研究－来自气体地球化学和火成岩方解石脉碳氧同位素的证据

济阳坳陷是自三叠纪以来欧亚板块、印度洋板块和库拉－太平洋板块相互作用形成的一个叠置在华北板块上的中、新生代坳陷，位于华北板块东部，东临著名的郯庐大断裂。在坳陷中部的高青－平南断裂地区和西部惠民凹陷发现了大量的CO2气藏，近年来受到很多地质学家和地学工作者的注意。本文在前人资料和自己研究成果的基础上，详细分析了济阳坳陷CO2气藏的气体地球化学特征和惠民凹陷地区火成岩中方解石脉的碳氧同位素特征，为厘定区域内二氧化碳气的来源提供理论依据。通过系统的研究，获得了以下成果和结论： 济阳坳陷CO2气藏中，13CCO2值为-5.67～-3.35‰，主频率段为-4.76～-4.32‰，指示CO2气的主体为无机成因；而气藏中CH4的13C为-54.39～-35.00‰，主频率段为-54.39～-51.55‰，显示以有机成因为主。 济阳坳陷CO2气藏中3He/4He比值为2.80～4.49×10-6，主频率段为3.55～4.49×10-6；40Ar/36Ar值为317～1791，变化较大，主要分布在770～1791；13CCO2值与3He/4He成正相关关系；CO2/3Hem值介于0.769～10.2×109之间，主体为1.86～3.51×109，且CO2/3Hem值与CO2含量一定程度地正相关；CH4/3He比值介于1.01～5.65×108之间，接近于幔源流体值，而远低于壳源特征值，且CH4/3He比值随3He/4He比值减少而增加。以上种种特征都说明，济阳坳陷非烃类气藏中气体具有多来源的特征，但CO2主体是无机成因，并主要来自地幔，少量来自有机成因；在成藏过程，幔源CO2通过转变为CH4或者碳酸盐岩而丢失了部分CO2，壳源CO2和其它烃类加入到气藏中；花沟地区的气体地球化学特征与众不同，可能存在碳酸盐地层变质脱气产生的CO2的混入，但具体原因尚待进一步研究。 济阳坳陷惠民凹陷地区火成岩中方解石脉的碳同位素数据-3.30～3.14‰，氧同位素数据12.64～16.97‰，二者成正相关关系，同时也位于前人所说的沉积混染趋势线上，具有较为典型的壳幔混合特征。这些方解石脉的碳同位素又明显的位于海相碳酸盐岩范围之内，说明脉体的主要碳源不是深源的，而是来自于海相底层。