鄂尔多斯盆地杭锦旗气田致密砂岩气成因新解：基于天然气地球化学数据的源-汇关系与迁移机制

针对鄂尔多斯盆地北缘杭锦旗气田天然气成因争议，研究人员通过系统地球化学分析，揭示该气田40-76%为外源气（主要来自南侧苏里格-乌审旗气田），提出低成熟烃源岩与高成熟天然气矛盾的混合成因模型，为盆地边缘致密气勘探提供新理论依据。

　　

【研究背景】
鄂尔多斯盆地作为中国最重要的能源基地之一，其北部边缘的杭锦旗气田近年来展现出巨大的致密砂岩气开发潜力。然而，这个气田却给地质学家们出了道难题：这里的烃源岩热成熟度普遍较低（Ro多<1.4%），但产出的天然气却显示出异常高的成熟度特征，甲烷碳同位素值（δ¹³
C₁
）显著高于相邻的达尼乌迪气田。更令人困惑的是，在盆地边缘烃源岩发育较差的区域，为何能形成如此规模的气田？这些矛盾现象使得杭锦旗气田的天然气成因成为学术界争论的焦点，有学者认为纯属本地煤型气，也有观点主张存在外源混合气。

西北大学的研究团队在刘池阳教授带领下，联合中国石化等机构，对杭锦旗及相邻达尼乌迪气田的59个天然气样品展开系统地球化学分析。通过多参数交叉验证，不仅破解了"低源高气"成熟度矛盾的成因，更首次量化了外源气的贡献比例及其迁移路径，相关成果发表在《Organic Geochemistry》上。

【关键技术】
研究采用22.5 MPa高压钢瓶采集35个杭锦旗和24个达尼乌迪气田样品，通过气相色谱(GC)分析气体组分，同位素比值质谱(IRMS)测定δ¹³
C（碳同位素）和δD（氢同位素），结合C_5-7
轻烃色谱-质谱(GC-MS)特征及He-Ar稀有气体示踪技术，建立源-汇对比模型。

【研究结果】

1. 天然气组分特征
   杭锦旗气田烷烃气占比92.15%（CH₄
   87.13-95.6%），干燥系数(C₁
   /C_1-4
   )跨度大（0.87-0.97），40%样品出现乙烷-丙烷碳氢同位素倒转。C₇
   轻烃中甲基环己烷占优（51.3-77.8%），庚烷值与异庚烷值投图落在芳香烃演化线附近，这些均指示典型的煤型气特征。

2. 源相标志
   与盆地内其他气田对比发现，杭锦旗上石炭统-下二叠统煤系烃源岩（山西组-太原组）虽同为III型干酪根，但Ro值（0.7-1.8%）普遍低于苏里格（1.3-2.3%）等成熟气田。新召-十里加汗局部高成熟区（Ro>1.4%）因厚度有限，难以支撑整个气田储量。

3. 外源气证据
   甲烷δ¹³
   C₁
   值（-32.1‰至-28.5‰）显著重于达尼乌迪气田（-35.5‰至-31.2‰），却与南侧苏里格-乌审旗高成熟气田高度吻合。氢同位素（δD_CH4
   -195‰至-165‰）与C_6-7
   轻烃参数进一步证实，约40-76%的天然气来自南部气田的侧向迁移，博尔江海子断裂为关键运移通道。

【结论与意义】
该研究首次建立杭锦旗气田"本地低熟气+南源高熟气"的混合成因模型：
（1）本地烃源岩贡献24-60%，以新召地区煤岩为主；
（2）苏里格-乌审旗气田通过断裂系统向北输送成熟气，占比达40-76%；
（3）天然气迁移-散失过程（包括逸散和损耗）导致同位素分馏，但非区域差异主因。

这项研究不仅解决了鄂尔多斯盆地边缘致密气"有储无源"的理论矛盾，更创立了利用C_5-7
轻烃指纹与同位素联用追踪天然气迁移路径的新方法，对盆地周缘隐蔽气藏勘探具有重要指导价值。