我是这个学校的学生，现在大4，想问什么问我吧 QQ251916050 注明来意
1、仉宝玉，肖军．基于GA参数优化整定的PI型广义预测控制．科学技术与工程，2011，2：367~3702、付秋峰，肖军，李书臣．基于微粒群优化和模拟退火的约束广义预测控制．石油化工高等学报，vol23(2)，2010，6：89~923、张立国，肖军，佟仕忠．立式金属罐容积检定爬壁机器人本体设计．工业仪表与自动化装置，2010，2：37~414、裴硕，肖军，翟春艳．基于模糊神经网络的滑模控制算法．科学技术与工程，2010，4：900~9035、张勇强，肖军，付秋峰．基于ARM的供热计量和智能温控的应用研究．工业仪表与自动化装置，2010，1：68~706、刘威，肖军，翟春艳．基于改进灰色预测模型的自适应PID控制算法．科学技术与工程，2010，2：501~5047、王志超，肖军，赵国峥．炼油厂循环水系统油料泄漏点快速检测．辽宁石油化工大学学报，2009，4：67~708、罗曦，肖军，佟仕忠．油罐无损探伤机器人及其作业路径规划的探讨．扬州大学学报，2009，（12）：54~569、肖军，高德胜，吴云．错位无环流直流可逆调速系统的仿真．科学技术与工程，2009，1：6404~640810、肖军，金太东．PLC与智能仪表PS-485串口通讯的设计与实现．中国高校通信类学术研讨会论文集，2009，9：414~41711、肖军，白静．状态反馈最优控制器设计及仿真．鞍山师范学院学报，2009，8，11（4）58~6112、栾硕，胡东方，肖军．智能交通系统模型的研究及算法分析．鞍山师范学院学报，2007，12，9（6）：69~7213、马静，李书臣，肖军．基于模型预测控制的迭代学习控制器设计．河北工业科技，2006，23(1)：8-1114、李书臣，肖军．模糊控制在聚合反应釜温控中的应用．自动化与仪器仪表，1997，(1)：32~3415、王玉武，肖军．聚丙烯反应釜控制系统．抚顺石油学院学报，1995，（3）47~5016、于爽，张燕，肖军．基于MATLAB的过程控制系统课程仿真实验软件．辽宁石油化工大学学报，vol.25，2005，4：83~9017、肖军，李书臣．圆网纸机定量水份控制系统．自动化仪表，1998，19(10)：32~3318、仉宝玉，肖军．集散控制实验教学系统的开发与应用．渤海大学学报（自然科学版），vol.25，1，2004，3：82~8319、翟春艳，肖军．基于遗传算法的模糊模型广义预测控制．2004中国控制与决策学术年会论文集，中国黄山，2004，5：172~174（ISTP）20、王杰，肖军．医疗网络信息系统方案设计．辽宁统计，2003，6：30~3121、王莉，肖军．基于C-R模糊模型的广义预测控制设计与仿真．全国系统仿真技术应用学术论文集，2003，422、肖军，井雷．模糊自适应温度控制器的设计与仿真．电子与信息学报，vol25，2003，4：213~21723、肖军，王莉．软水器的SCM控制设计与应用．全国单片机及嵌入式系统学术年会论文集，2003，10：1127~113024、王玉武，肖军．PLC在小型加氢试验装置中的应用．国际东西方发明专利学术会（德国），香港新闻出版社，2001，925、肖军．基于MATLAB的CAI实验课件的开发及应用．微型电脑应用，2000，3：37~3826、肖军．现场总线在常压精馏试验装置控制中应用．基础自动化，2000，7（2）：44~4627、吴云，肖军．应用绕组函数对同步电机电感量计算．抚顺石油学院学报，2000，20(2)：68~7228、李书臣，佟仕忠，肖军．聚丙烯反应釜仿真培训系统．系统仿真学报，2000，12(11)：692~69429、肖军．模糊控制在自来水厂中的应用．自动化与仪表，1999，14（5）：25~2630、肖军，李书臣．UPS故障诊断专家系统设计初探．基础自动化，1999，6：31~3331、王玉武，肖军．微机在小型常压精馏试验装置中应用．全国工业控制系统应用学术论文集，1999，332、王玉武，逢玉俊，肖军．热电厂实时故障诊断专家系统．第一届全国技术过程的故障诊断与安全会议论文集，清华大学，1999，5：286~290
董发勤 王光华 张宝述
（西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳 621010）
摘要 本研究利用粉碎加工后天然纤维水镁石为原料，并对其进行表面改性，然后将表面改性的天然纤维水镁石与少量Cu2＋、Zn2＋斜发沸石或Cu2＋、Zn2＋型蛭石抗菌剂复合，制备出了具有阻燃、增强、抗菌等功能的复合粉体。在此基础上，对开发的多功能复合粉体材料填充聚丙烯（PP）的效果进行了综合试验，通过熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、断口冲击强度的测定和垂直燃烧与氧指数试验，探讨了改性与不改性及添加量对PP的物理性能、加工性能和燃烧性能的影响［1～16］。
关键词 纤维水镁石；表面改性；多功能粉体；复合材料。
第一作者简介：董发勤（1963—），男，博士，教授、博导。电话：；E-mail：。
一、引言
塑料、橡胶和化纤三大合成材料在国民经济中具有极其重要和广泛的用途，但是它们潜在的易燃性是不容忽视的。从化学成分上分析，合成材料中的高分子材料部分就其本质而言是不能做成防火材料的，然而在合成材料制品中加入阻燃剂是最方便有效的方法，它可以阻止引燃、抑制火焰传播和起到熄火的作用，同时还可以提高合成材料制品的物理、化学性能。陕西黑木林纤维水镁石（FB）矿床位于略（阳）-勉（县）-宁（强）三角构造断裂带，南秦岭加里东-海西褶皱带南缘，陈家山-茶店子复背斜中黑木林-袁坎子向斜北翼，板块构造，该区被称为南秦岭古海沟火山岛弧带［1～2］。该矿床中，FB与温石棉共生于块状蛇纹岩内，矿区中大量产出的FB质量很好。本项目就是针对我国这特有纤维水镁石矿物资源，以及纤维水镁石型功能粉体开发薄弱的特点，同时考虑其他功能外加剂及发挥组合矿物填料的优势，研制出了新型无机阻燃、补强、抗菌多功能复合粉体材料。
二、纤维水镁石表面改性
（一）红外分析
钛酸酯（四异丙氧基钛）改性水镁石的红外光谱图见图1，通过钛酸酯改性样与水镁石原样的红外光谱对比发现，在3600～3400 cm-1，1600～1400 cm-1，1130～950 cm-1，900～800 cm-1这四个吸收区间出现附加吸收谱带。其中3400 cm-1左侧出现吸收肩（3540 cm-1），1600～1400 cm-1区间的两个吸收带强度急剧增大，在1130 cm-1处出现较强的新谱带；同时在红外光谱中900～800 cm-1之间出现三个新光谱带（882 cm-1，855 cm-1，800 cm-1）。可以看出，水镁石表面发生了变化，说明钛酸酯与水镁石颗粒发生了偶联作用［3，4］。
（二） DTA和DTG分析
从硅烷（KH-550）改性水镁石的DTA曲线上（图2），发现在290～360℃之间出现一完缓的放热峰，相对应的TG曲线出现较明显的失重台阶，该区间的放热效应和热失重是由水镁石表面包覆的硅烷燃烧所致。硅烷（KH-550）的闪点为96.1℃，在改性料中燃烧开始放热，温度延续到290℃，说明硅烷与水镁石发生了化学键合作用。
图1 钛酸酯改性样与水镁石原样红外光谱对比
1—水镁石原样；2—0.5%钛酸酯改性水镁石（200目）；3—0.5%钛酸酯改性水镁石（超细）
图2 硅烷改性FB的TG-DTA曲线
在硬脂酸（正十八烷酸）改性水镁石（图3和图4）的DTA曲线上，60～200℃间的吸热谷（最大吸热温度110℃）为包覆于水镁石表面的硬脂酸熔化的结果（硬脂酸熔点69.6℃），在285～410℃间有一很强的放热峰（336℃），为硬脂酸燃烧放热，在510～530℃之间出现明显吸热谷，可能与水镁石分解过程中的次级相变有关。由此DTA曲线可以看出，硬脂酸与水镁石表面发生较好的包覆作用。
图3 1.5%硬脂酸改性FB（200目）的TG-DTA曲线
图4 2%硬脂酸（纯固体）改性FB（超细）的TG-DTA曲线
三、纤维水镁石基抗菌剂
通过对不同水镁石粉体的抗菌性能检测表明，块状水镁石的一般粉体和超细粉体对试验菌种没有抗菌效果；天然纤维水镁石粉体具有较强的抗菌性能，且其超细粉体比一般粉体的抗菌性能要强；对于改性块状水镁石的超细粉体而言，由于超细粉体具有较大的比表面积和表面能，对Cu2＋、Zn2＋具有一定的吸附性能，即改性后的超细粉体表面黏附有Cu2＋、Zn2＋，因此对试验菌种表现出一定的抗菌性能，但灭菌率较低［6，7］；改性纤维水镁石的超细粉体具有很强的抗菌性能，相对未改性的纤维水镁石的超细粉体而言，灭菌率有一定程度的提高。这主要是由于纤维水镁石的超细粉体和Cu2＋、Zn2＋本身具有的抗菌性协同抗菌，即存在协同抗菌效应。
（一）纤维水镁石/聚丙烯抗菌塑料
1.抗菌剂添加量对PP力学性能的影响
纤维水镁石基抗菌剂填充PP的力学性能测试结果列于表1，在PP中加入10%的纤维水镁石抗菌剂对PP的力学性能改善作用，即在 PP 塑料中添加纤维水镁石后，纤维水镁石能对 PP 起补强作用［8，9］。
表1 纤维水镁石基抗菌剂填充PP 力学性能测试结果
2.抗菌剂添加量对PP抗菌性能的影响
从纤维水镁石基抗菌剂填充PP的抗菌性能测试结果可以看出，对于同一纤维水镁石基抗菌剂填充PP，其对大肠杆菌的抑菌率都要强于对金黄色葡萄球菌的［10］。当抗菌母粒（抗菌剂）添加量逐步增加时，水镁石-PP抗菌塑料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都有一定程度的提高。当抗菌母粒添加量为15%时，纤维水镁石基抗菌剂填充PP对大肠杆菌抑菌率最高单体可达到85.7%。在同样的添加量下，Cu2＋-Zn2＋复合型斜发沸石基抗菌剂对PP塑料的抗菌性能影响较Cu2＋型和Zn2＋型要强。结合纤维水镁石基抗菌剂填充PP力学性能测试结果可知，在制备斜发沸石基抗菌剂填充PP时，适宜添加10%的Cu2＋-Zn2＋复合斜发沸石基抗菌母粒［11，12］。
四、多功能纤维水镁石阻燃母粒
（一）纤维水镁石阻燃剂的阻燃效果试验
1.纤维水镁石阻燃剂的加入对聚丙烯（PP）机械性能的影响
限制ATH及人工合成氢氧化镁大量加入的主要因素是复合材料的机械性能降低，除添加型阻燃剂的添加量必须很大外，还受到机械性能、相容性、稳定性等其他因素的制约［13，14］。但是纤维水镁石阻燃剂是纤维状的，它在复合材料中能起到增强作用。因此，纤维水镁石阻燃剂加入使PP的硬度、抗拉强度、拉伸率（变形量）、密度均有变化。
（1）FB及改性FB的添加量对熔体流动速率的影响
添加FB及改性FB之后，PP的熔体流动速率均有下降，且其下降速度随添加量的增加而增大。FB的添加量为16.4%时，熔体流动速率下降较小的次序分别是P-FB、FB、K-FB 和N-FB，在37.4%以下时，降幅较慢的是 P-FB，而在37.4%以上时，降幅较快的也是 P-FB，当添加量为49.9%时，熔体流动速率变得很小。添加量在37.4%以下时，PL改性FB的效果最好［15，16］。
（2）FB及改性FB添加量对拉伸强度的影响
FB及改性FB添加量在16.4%时PP的抗拉强度均有所增加，FB、K-FB、N-FB和P-FB填充的PP的抗拉强度分别增加 3.7%，5.2%，5.0% 和 5.2%；在 28.5% 时，分别是 2.4%，4.2%，-0.8%和0.8%，说明纤维水镁石填充量在30%以下时，具有一定的增强效果。当添加量大于28.5%时，抗拉强度均有所下降，但降幅较小。
（3）FB及改性FB添加量对断裂伸长率、缺口冲击强度的影响
实验结果表明，随着FB 及改性FB 添加量的增加，PP 的断裂伸长率下降很快，添加量在大于37.4%之后，变化较小。改性与未改性FB的差别体现在添加量＜37.4%，钛酸酯改性的效果较好。随FB及改性FB添加量的增加，PP的断口冲击强度也下降，比较而言，PL改性FB填充PP的断口冲击强度下降较慢。
（4）FB与ATH协同效应试验
从上述实验结果可能看出，FB对PP的机械力学性能的影响是很大的，因此还对FB与氢氧化铝（ATH）的协同效应进行了试验，其结果见表2。从表2可以看出，FB与氢氧化铝（ATH）不同比例混合，用KH-550改性后，以60∶100比例添加，可以观察到熔体流动速率和断裂伸长率相对于单独添加FB有明显的增加，对拉伸强度和断口冲击强度的影响不明显。随FB∶ATH的比例增加，拉伸强度逐渐增加，而断裂伸长率减小。
表2 协同效应试验测试结果
注：ATH与FB的协同试验中采用的是PP100份，ATH＋FB的用量为60份。
2.纤维水镁石阻燃剂对PP的阻燃效果
（1）纤维水镁石阻燃剂对PP燃烧热的影响
从燃烧热测定可知，PP燃烧热绝对值是很大的，但加入纤维水镁石阻燃剂后，燃烧热急剧下降，当FB∶PP＝50∶100时，则其值下降约为64%，纤维水镁石阻燃剂添加量由33% ＞上升为38%，则反应焓下降约11%。但是，纤维水镁石阻燃剂的添加量并不是与反应焓严格成正比，如70∶100配比中纤维水镁石阻燃剂上升5%，而反应焓则下降甚微，表明抑制传热、吸热时，纤维水镁石阻燃剂在PP中有一个最佳范围。
（2）纤维水镁石阻燃剂填充PP的氧指数试验
纤维水镁石的加入使PP的氧指数有较大增加，当以70∶100 配比加入时，已有明显的阻燃效果，并且［OI］随FB 加入量的增加而继续上升。从发烟情况看，聚丙烯不完全燃烧有浓黑烟产生且有（毒）异味。烟主要是由于燃烧残余物中有低碳废气和挥发气体中碳微粒高的缘故。
（3）纤维水镁石多功能复合母粒
利用开发的补强阻燃抗菌材料、补强阻燃材料以及组合补强材料与树脂、助剂混合，通过熔融—挤出—共混—造粒等工艺制备纤维水镁石多功能复合母粒。其开发的补纤维水镁石多功能复合母粒的技术参数如下：形状：圆柱形；粒度2～3.5mm；密度≤2.0g/cm3；熔体流动速度1.0～5.0 g/10 min；氧指数＞27%；抑菌性：室温条件下细菌增长总量小于5%。
五、结论
1）以硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸为表面改性剂，成功地对纤维水镁石阻燃生料进行了表面改性，并利用红外和TG-DTA对改性效果进行了表征。
2）通过对水镁石-PP复合塑料的抗菌性能研究发现，当抗菌母粒添加量为15%时，纤维水镁石基抗菌剂填充PP对大肠杆菌抑菌率最高为85.7%。
3）对纤维水镁石超细粉体及其改性产品填充聚丙烯（PP）的效果进行了详细地试验，通过熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、断口冲击强度的测定和垂直燃烧与氧指数试验，探讨了改性与不改性及多功能复合粉体添加量对PP的物理性能、加工性能和燃烧性能的影响。
参考文献
［1］董发勤等.纤维水镁石（FB）应用矿物学研究.成都：四川科技出版社，1997
［2］安悦等.天然水镁石粉填充聚丙烯阻燃性能研究.辽宁师范大学学报（自然科学版），1999（2）：134-136
［3］安悦等.无机阻燃剂天然水镁石的表面改性机理.抚顺石油学院学报，1998（2）：22-24
［4］罗士平等.氢氧化镁表面改性及其在EVA中的应用.江苏石油化工学院学报，1998（4）：4-7
［5］董发勤等.矿物超细效应及其效果的检测评估.中国矿业，1997（1）：59-63
［6］罗士平等.阻燃剂氢氧化镁表面改性及其阻燃性能研究.合成材料老化与应用，1998（4）：21-24
［7］冯嘉春等.稀土偶联剂（REC）对PP/Mg（OH）2体系性能的影响.中国塑料，2000（10）：57-61
［8］魏晓波.硅烷/钛酸酯复配偶联剂对水镁石粉/LDPE性能影响.塑料科技，2003（4）：1-4
［9］张显友等.水镁石短纤维增强HDPE/EPDM无卤阻燃复合材料的研究.复合材料学报，1998（3）：81-85
［10］Manfred Weber.Mineral flame retardants overview and future trends.Industrial Minerals，2000（2）：19-28
［11］Hornsby P R.Interfacial modification of polypropylene composites filled with magnesium hydroxide.Journal of Materials Science，1995，30（21），5347-5355
［12］Rothon R.阻燃剂用矿物的质量要求.江苏地质科技情报.1995（3）：2-4
［13］张秋艳等.从水镁石制取氢氧化镁阻燃剂近况.海湖盐与化工，2002，31（6）：34-37
［14］李梅等.Mg（OH）2复合型阻燃剂在PVC中的应用.塑料工业.1997（5）：96-99
［15］李玉华等.氢氧化镁填充的VAMAC无卤低烟阻燃电缆胶料的配方和性能.橡胶工业，1997（44）：75-79
［16］罗振敏等.天然纤维水镁石在阻燃材料中的应用.非金属矿，2001（3）：21-23
Surface Modification and Development of Multi-Functional Composite Materials for Natural Fibrous Brucite Powder
Dong Faqin，Wang Guanghua，Zhang Baoshu
（Department of Material Science and Engineering，Southwest University of Science and technology，MianYang 621010，Sichuan，China）
Abstract：The multi-functional powder with antibacterial，flame retardant and reinforcing functions was prepared by adding antibacterial agents of Cu2＋-clinoptilolite and Zn2＋-clinoptilolite or Cu2＋-Vermiculite and Zn2＋-Vermiculite to the surface modified natural fibrous brucite powder from ShanXi province.The multi-functional composite powder was filled into polypropylene，and the resultant composite material was tested comprehensively with determination of flow rate，tensile strength，elongation rate at breakage and impact strength at fracture of the melt，and a test on vertical combustion and oxygen index test were carried out.The experimental results showed that the modification or without modification and added amount of multi-functional composite powder have heavy effects on physical properties，processing performances and combustion behavior of polypropylene composite material.
Key words：fibrous brucite，surface modification，multi-functional powder，composite materials.
1、Treatment of catalyst filter liquor by filters membrane of tiny holes Sun, Jie ; Jin, Shan Author Affiliation: Fushun Petroleum Inst Liaoning Source: Shiyou Huagong/Petrochemical Technology 28 9 Sep 1999 p -8144 In Chinese2、Membranous separation technique applied in recovering molecular sieve small particles in catalyst filter liquor Jin, Shan ; Sun, Jie Author Affiliation: Fushun Petroleum Inst Source: Shiyou Huagong Gaodeng Xuexiao Xuebao/Journal of Petrochemical Universities 12 2 Jun 1999 p 32-35 1006-396X In Chinese3、Distributed microcomputer control system for high-temperature long-time testing machine Sun, Jie Author Affiliation: Fushun Petroleum Inst Source: Fushun Shiyou Xueyuan Xuebao/Journal of Fushun Petroleum Institute 19 1 1999 p 43-47 1005-3883 In Chinese以上三篇 2000年被美国工程索引《EI》收录：4、孙杰，高温持久试验机微机集散式测控系统， 抚顺石油学院学报， 1999.15、孙杰等，微孔滤膜处理催化剂滤洗液的研究，石油化工，1999.96、孙杰， 活塞式压缩机气阀运动规律的测试，抚顺石油学院学报， 2000.47、孙杰等，微机自动检测活塞式压缩机指示图的应用，流体机械，2001.18、仲跻生，孙杰等，焦化炉炉管的红外热像监测诊断，红外技术，2001.69、孙杰等，陶瓷微滤膜回收分子筛催化剂的研究，石油化工，2001.增刊10、孙杰等，膜分离技术在滤洗液中回收分子筛微粒的研究，石油化工，2001.增刊11、孙杰，智能桥式传感器仪表电路设计，仪表技术与传感器，2002.312、孙杰，离心泵性能参数的计算机辅助测试系统，抚顺石油学院学报，2002.213、孙杰等，网状阀片运动规律自动测试系统的应用研究，抚顺石油学院学报，2002.314、孙杰等，电加热微型反应器微机控制系统的改进，石油化工，2003.增刊15、孙杰等，分子筛催化剂滤洗液用微孔滤膜的选择，石油化工，2003.增刊16、孙杰等，拉伸试验用引伸计微机自动标定系统研究，辽宁石油化工大学学报，2003，217、孙杰等，XL系列智能仪表与微机的接口技术，自动化与仪表，2004，3
推荐《石油化工》，中文核心期刊，简介如下：
《石油化工》为学术与技术相结合的科技期刊，1970年创刊，由中国石油化工股份有限公司北京化工研究院和中国化工学会石油化工专业委员会联合主办，主管单位为中国石油化工集团公司，国内外公开发行，月刊。报道我国石油化学工业领域的科技成果，介绍石油化工的新技术、新进展及国内外科技、生产动态。本刊主要栏目有：特约述评、研究与开发、精细化工、石油化工新材料、环境与化工、工业技术、分析测试、进展与述评。文章发表时滞4～5个月。 由于本刊刊登的文章具有新颖性、实用性、启发性和指导性，在读者中有广泛的影响，被选为中文核心期刊和中国石化集团公司核心期刊。 据中国科技信息研究所《中国科技期刊引证报告》报道，2008年《石油化工》期刊评价指标为：总被引频次 1524，影响因子0.827，总被引频次在能源类期刊中名列第5位，影响因子名列第10位；总分在能源类期刊中排第4名，在统计源期刊中的总排名为220名。
《油气田地面工程》北大核心
有时有，标准都高。
刊 名石油勘探与开发石油学报石油与天然气地质石油化工石油实验地质石油大学学报．自然科学版（改名为：中国石油大学学报．自然科学版）石油钻采工艺油田化学新疆石油地质西南石油学院学报（改名为：西南石油大学学报）石油机械钻采工艺石油炼制与化工大庆石油地质与开发西安石油大学学报．自然科学版油气地质与采收率油气储运石油天然气学报中国海上油气石油钻探技术大庆石油学院学报石油物探油气田地面工程石油学报．石油加工测井技术断块油气田
这是国内中文核心一些石油相关期刊，供您参考一下:1. 石油勘探与开发2. 石油学报3. 天然气工业 4. 石油与天然气地质 5. 石油化工 6. 石油实验地质7. 石油大学学报.自然科学版(中国石油大学学报.自然科学版)8. 石油钻采工艺9. 油田化学10. 新疆石油地质 11. 西南石油学院学报(改名为:西南石油大学学报) 12.石油机械 13.钻采工艺 14. 石油炼制与化工15. 大庆石油地质与开发16.西安石油大学学报.自然科学版17. 石油地球物理勘探18. 油气地质与采收率19. 油气储运20. 石油天然气学报21.中国海上油气22. 石油钻探技术 23. 大庆石油学院学报24. 石油物探25. 油气田地面工程26.天然气地球科学27. 石油学报.石油加工28.测井技术29.断块油气田 其中石油学报是EI部分收录。 国外SCI收录期刊主要有：1. AAPG BULLETIN 《美国石油地质学家协会通报》美国 2. BULLETIN OF CANADIAN PETROLEUM GEOLOGY 《加拿大石油地质学通报》加拿大 3. CHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF FUELS AND OILS 《燃料与石油化学和工艺学》美国 4. CHINA PETROLEUM PROCESSING & PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 《中国炼油与石油化工》中国 5. GEOARABIA 《中东石油地球科学杂志》巴林 6. HYDROCARBON PROCESSING 《烃加工》美国 7. INTERNATIONAL GAS ENGINEERING AND MANAGEMENT 《国际天然气工程与管理》英国 8. JOURNAL OF CANADIAN PETROLEUM TECHNOLOGY 《加拿大石油技术杂志》加拿大 9. JOURNAL OF GEOPHYSICS AND ENGINEERING 《地球物理学与工程学》英国 10. JOURNAL OF PETROLEUM GEOLOGY 《石油地质学杂志》英国 11. JOURNAL OF PETROLEUM SCIENCE AND ENGINEERING《石油科学和石油工程杂志》荷兰 12. JOURNAL OF THE JAPAN PETROLEUM INSTITUTE 《日本石油学会志》日本 13. OIL & GAS JOURNAL 《石油与天然气杂志》美国 14. OIL & GAS SCIENCE AND TECHNOLOGY REVUE DE L INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE 《石油、天然气的科学与技术；法国石油研究所杂志》法国 15. OIL GAS-EUROPEAN MAGAZINE 《欧洲石油气杂志》德国 16. OIL SHALE 《油页岩》爱沙尼亚 17. PETROLEUM CHEMISTRY 《石油化学》美国 18. PETROLEUM GEOSCIENCE 《石油地质科学》英国 19. PETROLEUM SCIENCE 《石油科学》德国 20. PETROLEUM SCIENCE AND TECHNOLOGY 《石油科学与技术》美国 21. PETROPHYSICS 《岩石物理学》美国 22. SPE DRILLING & COMPLETION 《石油工程师协会钻井与完井》美国 23. SPE JOURNAL 《石油工程师协会杂志》美国 24. SPE PRODUCTION & OPERATIONS 《石油工程师协会生产和操作》美国 25. SPE RESERVOIR EVALUATION & ENGINEERING 《石油工程师协会油藏评估与工程》美国 26. VISION TECNOLOGICA 《技术视野》委内瑞拉 SPE相对容易一些
1.刘红霞，代剑飞，郭春芳，徐群. 多烷基咪唑离子液体的合成及性能比较[J]. 化学试2012，34( 3)2.刘红霞，代剑飞，徐群. L-脯氨酸为阴离子的手性离子液体的合成、表征及光学活性[J].化学世界2012, 53(2)3.刘红霞, 代剑飞, 李 华, 徐 群. 离子液体1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯中B-酮酸酯和环酮的选择性α-单卤代反应研究[J]. 化学世界, 2011, 52(12)4. Shuwei Ma, Hongxia Liu , Neuroprotective effect of ginkgolide K on glutamate-induced cytotoxicity in PC 12 cells via inhibition of ROS generation and Ca2+ influx. NeuroToxicology ,2012,33, 59–69(SCI)5.刘红霞,代剑飞,徐 群. 溴化1-丁基-3-甲基咪唑离子液体合成反应动力学研究[J]. 化学世界2010 ，51（12）6.刘红霞，王自民.离子液体中乙酸异山梨醇酯的合成[J].应用化学,2008，25（12）7.刘红霞，徐群.微波法合成溴化1-丁基-3-甲基咪唑反应条件的优化[J].化学世界,2008，49（2）8.刘红霞，徐群.离子液体作为微波吸收剂促进苯甲醛与巴比妥酸的缩合反应[J].化学研究与应用,2007，19（6）9.王平，刘红霞，徐群. 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成[J].大庆石油学院学报，2007，31（4）10.Liu Hong，Liu Hong xia.tudy on IR Fingerprint Spectra of Alpinia Oxyphylla Miq,《SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS》2008,28(11)（SCI）11.刘红霞，徐群. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的合成研究[J].化学世界,2006，47（11）12.刘红霞，徐群. 微波法合成烷基咪唑类离子液体[J].化学试剂,2006，28（10）13.刘红霞，徐群. 烷基咪唑类离子液体的合成及应用[J].中国医药工业杂志,2006，37（9）14.刘红霞，梁军. 冠脉宁软胶囊薄层色谱鉴别研究,辽宁中医杂志,2007，34（3）15.马舒伟，陈旅翼，何盛江，梁军，刘红霞，张现涛 .银杏内酯K对脑缺血的保护作用[J]. 中国现代应用药学2011,28 (10) : 877-88016.马舒伟，张现涛，刘红霞，韩光程. 银杏叶内酯N 对谷氨酸损伤PC12 细胞的保护作用[J]. 华西药学杂志,2011，26( 2) ∶138 ～ 14017.张现涛，梁军，刘红霞，韩光程，马舒伟。银杏叶内酯N 对实验性大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用[J]. 中国实验方剂学杂志, 2012,18(1): 141-14418.邢凤兰,王丽艳,刘红霞. 设计性实验的指导思路[J].实验室研究与探索, 2010, 29(7): 264-266
文必龙 计秉玉
（中国石化石油勘探开发研究院信息技术研究所，北京 100083）
摘 要 当前的各种IT规划方法和软件工程方法在指导石油企业进行数据资源规划时，需要结合石油勘探开发数据资源管理的特点进行具体化。本文分析了石油勘探开发数据资源管理方面的现状及特点，提出了基于业务驱动的石油勘探开发数据资源规划方法，给出了构建勘探开发业务模型、数据资源目录的方法，以及数据中心的总体架构，为石油勘探开发数据资源规划提供了完整的方法论。
关键词 数据资源 业务驱动 业务模型 数据中心
Research on Method of Petroleum Exploration and Production
Data Resource Planning Based on Business－driven
WEN Bilong，JI Bingyu
（Dep.of Information Technology，Exploration and Production Research
Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）
Abstract To guide data resource planning，the IT planning methods and software engineering theory need to be specified according the features of petroleum data resource management.The features in petroleum exploration and production data resource management are analyzed，and a method of data resource planning based on business－driven is put forward，that presents the approaches how to build petroleum exploration and production business model and data resource catalogs，and architecture of data centre.These provide a complete methodology to plan petroleum exploration and production data resource.
Key words data resource；business－driven；business model；data centre
在油气勘探开发综合研究过程中，需要从海内外油田收集大量的数据，同时综合研究成果中包含了大量的数据，如各种图表、报告。为了管理和应用这些数据，各研究部门纷纷开展了与项目研究相关的数据资料管理系统的建设，但由于缺少统一的规划，在数据资源的建设和管理中存在以下问题：数据库建设 “小、散、杂”，难以管理；数据分散存储，数据之间的逻辑关联度低，不能集成共享；数据收集困难；缺少专门的数据服务机制，数据应用困难。因此，有必要对油气勘探开发综合研究的勘探开发数据资源进行统一规划，即开展数据管理与应用需求分析，从总体上设计数据中心建设方案。
数据资源规划（Data Resource Planning，DRP）的方法主要是基于软件工程理论和IT战略规划的各种方法论。目前多数国际知名的IT咨询公司均采用企业架构（Enterprise Architecture，EA）这一先进理论方法，例如TOGAF企业架构框架，制定具有自身特点的IT规划编制方法论，并在企业规划咨询项目中应用，取得了良好效果［1］。针对数据资源，高复先在信息工程方法论的基础上，总结出了一套信息资源规划（Information Resource Planning，IRP）方法［2］。IRP方法以面向主题数据库的总体数据规划方法为基础，按照一定的方法步骤、遵循相关标准规范、利用有效的软件支持工具进行各职能域的信息需求和数据流分析，制定信息资源管理基础标准，建立全域和各职能域的信息系统框架——功能模型、数据模型和系统体系结构模型。
本文根据EA理论和IRP方法，结合油气勘探开发综合研究的特点，提出了一套基于业务驱动的勘探开发数据资源规划方法。
1 数据规划的基本思想
数据资源规划是采用科学合理的方法，对企业生产经营过程中产生和使用的数据的相关内容、标准、技术、软件、人员、支撑条件等进行全面梳理、优化和设计，提出全面的数据资源采集、传输、存储、应用、管理的解决方案，以便企业提高数据的共享程度，降低数据采集、管理、应用的成本，发挥数据资源的最大价值。
数据资源规划的目的是优化企业数据管理质量。这包括提高数据共享程度，降低数据采集、管理、应用的成本，提升数据资源的价值等。其中，首先要向企业不同层级提供相关的信息。对决策层，提供的信息包括：有哪些数据资产，还要投资建设哪些，数据投资效果如何，是否有重复建设；对管理层，提供的信息包括：数据保存在哪里，谁在管理，哪些人在使用，数据质量如何；对执行层，提供的信息包括：有什么数据，数据在哪里，如何获取数据，如何提交成果；对信息服务部门，提供的信息包括：业务部门需要什么数据，如何使用这些数据。
数据资源规划的目标是提出一个数据资源建设解决方案。通过实施方案，可以建立企业数据中心及配套的建设和管理体系，达到数据资源规划的目的。数据资源规划的内容包括梳理数据需求，即数据内容；设计数据相关标准，包括数据元标准、数据采集标准、数据管理标准、数据代码标准等等；设计数据建设和管理的技术方案；数据管理和服务的软件体系架构；数据建设的组织架构和配套制度等。
数据资源规划的过程如图1所示。如果把数据中心的建设作为一个完整的软件工程项目，数据资源规划位于需求分析阶段和概要设计阶段。在项目实施中，还需要进一步根据规划的各项方案进行详细设计、系统开发、系统测试和运行维护。
在数据资源需求分析阶段，通过调研，梳理当前勘探开发综合研究的业务范围、研究活动、已经建立的数据库及数据内容、应用软件及部署情况。根据调用情况建立业务模型，用规范化的方式描述各项研究活动及每项活动的数据需求，并对数据流进行分析，形成统一的数据资源目录。需求分析阶段最终成果是需求分析报告，核心内容由一组规范组成，包括业务模型、数据资源目录、数据元目录、数据流规范。
概要设计阶段主要任务是依据数据需求进行方案设计，形成数据资源建设方案，具体包括：综合数据库建设方案、综合研究数据服务与管理平台建设方案、数据中心运维体系。形成数据模型、数据服务功能、数据管理功能、数据汇交管理流程、数据管理与服务组织架构等总体架构，并形成数据中心建设的项目框架。通过数据资源建设方案明确了数据如何存储，如何控制数据质量，数据如何建设，数据如何管理，数据如何获取、提交、应用等问题。
图1 数据资源规划过程
图2 数据资源规划的成果及其之间的关系
在项目实施阶段，还需要根据数据资源建设方案，对每一个项目进行详细设计和开发。
数据资源规划的成果包括数据资源需求分析报告和数据中心建设方案。需求分析报告中，包含了业务模型、数据资源目录和数据元目录，数据中心建设方案包括数据库和数据模型在内的数据库建设方案、数据服务与管理平台、数据中心运行维护体系。
图2给出了这些成果及其之间的关系。业务模型中的每一个业务活动使用和产生的每一类数据都应在数据资源目录中进行注册，数据资源目录中的每一类数据都要用一个或多个数据元进行描述。数据库中的数据实例应该归类到数据资源目录中，数据元与数据模型之间要建立映射关系。根据上述关系，应用软件或用户可以根据业务活动利用数据服务与管理平台非常方便地从数据中心获取需要的数据。
2 基于6W的业务模型
业务模型（Business Model）是一种通过定义组成活动及活动之间逻辑关系来描述企业经营生产过程的模型。勘探开发业务建模就是要将石油勘探开发生命周期中涉及的业务抽象为一个完整的业务功能结构，建立勘探开发业务模型。建立此模型，在系统地、本质地、概括地把握勘探开发功能结构的同时，还要建立勘探开发业的数据模型、知识模型、软件模型等与功能相关的信息模型。
业务分析与建模过程从形式上可分为4个阶段：一是业务领域划分；二是分业务领域建模；三是业务模型集成；四是业务模型标准化。
业务模型采用 “业务域－业务分类－业务活动” 3层结构。将石油勘探开发涉及的所有业务划分为多个业务域，每个业务域建立多级业务分类，每个分类中定义一个或多项最基本的业务活动。
业务域（Business Domain）是对企业中的一些主要业务活动领域的抽象，而不是现有机构部门的照搬。对油田业务域的划分可以依据某一主题进行。业务领域的划分原则是：(1)根据专业划分业务领域；(2)根据油气田勘探、开发生命周期划分业务领域；(3)根据油气田勘探、开发管理阶段划分管理业务域。业务领域的划分参照以上3种原则进行划分，尽量符合油气田勘探、开发管理约定俗成的管理习惯，做到不同业务域间的业务不重复，并保证能覆盖所有的勘探、开发业务。根据以上原则，油气勘探开发业务领域可划分为“物化探”、“井筒工程”、“分析化验”、“综合研究”、“油气生产”、“地面工程” 等六大业务领域。
业务是由一系列业务活动组成的，对业务活动的描述按照 “6W” 的模式进行［3］，即活动是由谁（Who）发起的、在什么时间（When）发起的、在哪里（Where）发起的、为什么（Why）要发起这个活动、在这个活动中都涉及了哪些（Which）对象、这些对象的特性是什么（What）。采用业务单元定义了参与业务活动的基本元素以及元素之间的关系。一个业务单元包括以下8类元素：1个业务活动，该活动作用的1个业务对象，实施该活动的组织机构，1组结果对象（输出），1组参与对象（输入），业务规则，相关对象的特性，对象之间的关系。业务单元的结构如图3所示。
业务单元中，“特性” 定义了业务活动需要的数据、业务活动相关的知识，是数据规划中梳理的重点；“参与对象” 包括各种人员、软件、数据、设施、材料、方法等；“作用对象” 包括区块、油藏、井、层位、油田、企业等；“结果对象” 可以是油井等油田实物对象，也可以是文档、方法、研究成果等技术性对象。
基于6W的业务模型的建模通过在统一的业务域分类架构下对单一业务活动的业务单元进行描述，没有进行专门的业务流程梳理，但由于业务单位中描述了业务活动参与对象与结果对象，即定义了活动的输入与输出，以这些对象为中介，因此很容易自动形成业务流、数据流、知识流等各种流程。
业务活动与数据之间的关系可以用 “CUR” 矩阵描述。矩阵中，行对应业务活动，列对应数据元。如果业务活动中创建了某一项数据则行列对应的值标识为 “C”（Create），如果业务活动对数据进行了更新则标识为 “U”（Update），如果业务活动引用了某一项数据则标识为 “R”（Read）。通过CUR矩阵，可以检查某一数据是否有唯一的创建源头，保证数据源头的唯一性。根据CUR关系，可以自动形成数据流。
图3 业务单元的结构
3 勘探开发数据资源目录
勘探开发数据资源目录是对油田企业、勘探开发研究院或中国石化整体已有和需要数据的分类与组织方式描述。数据资源目录描述了企业需要什么数据、有什么数据、数据在哪里、谁在管理数据、哪些人在使用、哪些应用软件在使用等信息。数据资源目录既是一个数据建设单位的数据分类与数据组织规范，也是数据中心进行数据管理与服务平台的核心元数据，同时也是用户建设和使用数据的依据。
数据资源目录的分类模式是多维的，可以从不同角度进行分类。常用的维度包括：
（1）按业务对象组织。包括区块、油藏、井、层位、油田、企业等，除对象本身的基础数据（如井基础信息）即通常所说的静态数据外，还包括该对象的各种动态数据（如井的日报数据）。
（2）按业务活动组织。根据业务模型的 “业务域－业务分类－业务活动” 3层结构进行分类，每一个业务都有一组按 “CUR” 标识的数据。
（3）按特性组织。按数据或知识本身的特性进行分类，如长度、密度、渗透率等。
（4）按项目组织。一个项目使用和产生的数据有哪些。
（5）按单位组织。一个部门使用、产生、管理的数据有哪些。
数据资源目录的各个维度是相互关联的，对象、活动、特性、项目、单位之间的关系如图4所示。
除建立分类目录外，数据资源目录还包括数据实例，因此需要将数据分类与数据库中的实例关联起来，明确标识出每一类包括哪些实例。分类与实例关联的方式主要采用数据集进行定义，通过数据实例的标识符、标识条件确定数据集中的实例［4］。数据资源分类在数据需求分析阶段完成，分类与数据实例的关联在数据中心运行期间形成。
数据资源目录中数据分为两级：逻辑数据实体和属性。从技术角度，逻辑数据实体的本质就是数据视图，一个数据视图是一个虚数据表，每一个数据视图由多个属性组成，其中至少包括一个关键字。实体的属性用数据元进行描述。数据元是不必要再分的基本数据单元［5］。当前可直接参照中国石化石油勘探开发数据元字典［6］。
4 数据中心的总体架构
不同企业数据中心的架构会有所不同［7］。本文以中国石化石油勘探开发研究院的数据中心为例，说明数据中心建设方案。数据中心包括综合研究勘探开发数据库、数据服务与管理平台、数据中心运维体系，如图5所示。
图4 数据资源分类维度之间的关系
图5 综合研究勘探开发数据中心
勘探开发数据库包括元数据和专业数据。元数据是以数据资源目录为核心，描述了专业的分类、目录、结构、使用动态等信息。外购数据库、地理信息数据库由于来源于外部，自带有成熟的管理软件，属于公共数据，独立于具体的项目研究。由于地震数据和测井数据有专门的格式，由专门的软件进行管理，但要与项目数据进行关联。项目资料与成果主要以文件形式保存，对共享程度较高的数据需要从半结构化的文件形式转换为结构化数据，数据之间相互关联，实现数据的集成。综合研究应用软件有自己内部的项目数据库，通过数据桥技术可以实现在线数据访问。数据通道用于实现石油勘探开发研究院数据中心与中国石化各级数据中心的互联。
综合研究数据服务与管理平台的主要功能包括：GIS研究目标查询、地震剖面显示、测井曲线显示、资料查询、资料搜索、资料提交、资料下载、系统管理、数据发布等。
数据中心运维体系包括运维管理组织机构、数据资料上交管理、数据服务管理3个部分。运维管理队伍的职能包括数据库系统管理、数据服务支持、数据质量控制等。数据资料上交管理按照数据流和数据生命周期，对各环节进行规范管理，包括：外部数据申请、数据采集、原始资料上交、个人/项目组资料管理、成果上交、数据流程调整（数据资料目录注册与注销）、安全与权限、审核与验收等内容。数据服务管理通过数据服务管理制度，规范数据服务行为，建立数据服务技术规范，通过数据应用服务接口规范，为应用系统提供标准的服务接口。
5 结论
数据资源规划方法提出了一套适合石油勘探开发领域开展数据资源建设的方法论。从勘探开发业务需求出发，通过梳理业务流程，建立业务模型，并梳理与业务相关的数据，建立数据资源目录，在此基础上提出完成的数据中心建设方案，从人员组织、数据建设、服务平台构建及运维管理进行规划。数据资源规划方法成功应用于中国石化油气勘探开发数据模型标准建设，开发了中国石化业务模型（Sinopec Business Model，SPBM），定义了物化探、井筒工程、分析化验、综合研究、开发生产、地面工程六大业务域，包括1237个业务活动，对每一个与业务活动相关的数据项进行了梳理。进一步的研究工作将把数据资源规划方法应用于中国石化石油勘探开发研究院数据资源建设，通过研究院业务进行调研，结合SPBM，建立综合研究数据资源目录，设计数据中心建设方案。针对中国石化石油勘探开发研究院综合研究的数据资源规划成果可进一步推广应用于石油行业各石油公司的综合研究数据资源建设。
参考文献
［1］金涛，郑树泉，李名敏，等.企业架构驱动的IT规划方法研究［J］.计算机应用与软件，2009，26（12）：164～166.
［2］高复先.信息资源规划——信息化建设基础工程［M］.北京：清华大学出版社，2002.
［3］肖波，景帅，吴建军，马承杰.模型驱动技术在油田企业数据中心中的应用研究［J］.大庆石油学院学报，2012，36（1）：78～82.
［4］时贵英，文必龙.基于数据元的数据集成技术研究［J］.科学技术与工程，2011，11（18）：4223 ～4227.
［5］Wen Bilong，Zhang Li.Defining semantics for data element with semantic tree［C］.Proceedings of 2008 International Symposium on Information Science and Engineering，2008.12：524～527.
［6］文必龙，肖波，陈新荣.石油勘探开发数据元管理技术［J］.大庆石油学院学报，2012，36（1）：83～87.
［7］李剑峰，肖波，段鸿杰.中国石化油田企业数据中心总体框架设计［J］.大庆石油学院学报，2012，36（1）：73～76.
摘要：实行学分制以来，学生网上选课、选教师已成为同学们关注的话题.孰不知排课也成为摆在教务处和各二级学院的难题之一。在教室少、课程多的客观背景下，在各种条件的约束下，排出一份让学生和老师都满意的课程表实属不易。本文在分析了数学系2005?2006学年度第一学期开设的所有教师课程安排和班级课程表的基础上，旨在通过建立适当的排课问题的数学模型，应用Visual FoxPro等数据库软件，按照穷举法和和移山填海思想，利用计算机运行数据，得出结果。然后尝试根据所给条件进行优化处理，重新排课，以使各班级和教师的课表更趋合理。本文发展出的穷举法可以依所能分配到的教室数目,适当的调整,而实现藉由电脑快又有效的解决人员头痛的教室数目要最少的排课问题. 本文得到的结论和程序可以供数学系教务处有关排课人员进行参考，结合实际，优化资源配置，从而在保证正常教学的基础上进一步提高教学效率，实现学校高效化管理. 关键词：数学模型 排课 数据库穷举法 移山填海法 一、问题的提出：注：原问题及有关原始数据请参考本论文附页，本文在此不再赘言. 二、解决排课问题的基本方法：排课问题主要是思考如何在众多的条件限制下,对相关的资源作最佳的分配. 排课是每一所学校都会面临的繁重作业,且通常是校务行政电脑化中最难解决的一环.虽然各级学校对排课的作业流程莫衷一是,但如何将排课的资源与其限制,作一个妥善而令人满意的调度安排,却是排课作业的基本要求与目标.目前一般学校在配合校务行政电脑化的要求下,排课的作业的方式大致可分为下列三种: 1.人工排课再将结果输入电脑. 2.透过系统的辅助,以交谈式的方式进行排课. 3.将排课限制因素加入计算机程序中,由电脑自行排出课表. 传统的的排课系统多采第一或第二种方式,这两种排课的方式充其量只能算是互动式的排课辅助工具,并未具备自动化的功能,但因为排课作业极为复杂,其过程常需耗费排课者大量的处理及验证时间,这两种作业往往是靠排课人员主观经验完成和凭直观检验，缺乏较严格的理论证明，在目前高校扩招、扩建的情况下，这两种作业日益暴露出冗繁，复杂，不易扩展等缺点.故现行的排课系统皆朝向第三种模式开发, 即运用计算机的高效率运算，在附加一定量的限制条件下，由计算机自行排出课表. 三、Visual FoxPro的相关知识： 1、二维表：是由字段名和数据两部分构成，VFP能方便的将二维表作为“表”存储到电脑的存储器中.建表时，二维表标题栏的列标题将成为表的字段.标题栏下方的内容输入到表中成为表的数据，每一行数据称为表的一个记录.如图1，即是一个典型的二维表.课号 课名 班级号 教师号 T1 T2 T3 T4 T5 课时 已选 A1 常微分方程 B20 C1 .T. .T. .T. .T. .T. 4 0 A2 常微分方程 B21 C1 .T. .T. .T. .T. .T. 4 0 A3 常微分方程 B5 C1 .T. .T. .T. .T. .T. 4 0 A4 高等代数 B22 C2 .T. .T. .F. .T. .F. 5 0 A5 高等代数 B23 C2 .T. .T. .F. .T. .F. 5 0 2、SELECT-SQL查询命令： VFP支持在VFP环境中直接使用SQL型的查询命令，即SELECT-SQL命令. SELECT-SQL命令具有强大的单表与多表查询功能.3、表的关联：每个打开的表都有一个记录指针，用以指示当前记录.所谓关联，就是令不同工作区的记录指针建立一种临时的联动关系，使一个表的记录指针移动时，另一个表的记录指针能随之移动.4、 本文所用到的程序控制结构：顺序结构、分支结构、循环结构
王杰顾忆
（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，无锡214151）
摘要 塔河油田奥陶系与TS1井天然气主要以烃类气体为主，甲烷占绝对优势，塔河油田东部奥陶系天然气为干气，其余区块天然气为典型湿气，而TS1井天然气则为典型干气。塔河油田奥陶系与TS1井天然气具有相同母质来源，都为典型油型气，奥陶系天然气为不同成熟度油型气的复合，是干酪根降解气，而TS1井天然气为原油裂解气，塔河油田奥陶系与TS1井二氧化碳气体都为碳酸盐岩热变质作用产生。该油田奥陶系天然气的生成具有多阶连续的特征，既有反映成熟阶段的正常原油伴生气和较高成熟阶段的凝析油伴生气，还有反映高过成熟阶段的高温裂解气。TS1井天然气成熟度总体上高于塔河油田主体区天然气成熟度，而低于塔河油田东部评价1区和阿克库勒S14井和S18井天然气成熟度。
关键词 塔河油田 TS1井 同位素倒转 碳氢同位素 稀有气体同位素 成因类型
Geochemistry and Genetic Type of Natural Gas in TS1 Well and Ordovician System in Tahe Oilfield，Tarim Basin，Northwest China
WANG Jie，GU Yi
（Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi 214151）
Abstract In TS1 well and Ordovician system of Tahe oilfield，the hydrocarbon gases in natural gas occupy a great majority in volume，and methane occurs absolutely dominant.The natural gases belong to typical dry gas in the eastern of Tahe oilfield，and belong to wet gas in the others areas.The natural gas of TS1 well is typically dry gas.The natural gases of Ordovician system in Tahe oilfield and TS1 well originate from the same source rocks，which belonging to typical oil type gas.The Ordovician system natural gases in Tahe oilfield are the complex of the different maturity stage gas，which contains kerogen cracking gas.But the natural gases in TS1 well remain with oil cracking gas.Carbon dioxide is produced by the thermal metamorphose of carbonate rocks in Tahe oilfield and TS1 well.In Tahe oilfield，the generating natural gas of different stages takes on continuous character，which contain petroleum associated gas of the maturity stage and condensate associated gas of the relatively high maturity stage，as well as cracking gas of high-over maturity stage.The natural gas maturity of TS1 well is bigger than that of main areas in Tahe oilfield and lower than the east part of Tahe oilfield.
Key words Tahe oilfield TS1 well isotope reverse carbon and hydrogen isotope rare gas isotopegenetic feature
对于天然气成因判别，前人已做了大量卓有成效的工作，形成了比较可行的方法和指标［1～4］。天然气藏的天然气成因类型取决于气中占绝对优势组分的成因，天然气成因研究和气源探讨为天然气资源评价和勘探奠定了基础。前人对塔里木盆地宏观油气地球化学和塔河油田及其外围地区原油的地球化学特征进行了大量的研究，取得了一系列的研究成果［5～8］，限于篇幅，不在文中赘述。但到目前为止，却未见塔河油田天然气的地球化学特征及其成因类型的系统研究成果见诸于报道。本文对塔河油田及其外围以及塔河深层TS1井天然气组分、碳氢同位素、稀有气体同位素和轻烃指纹特征进行了综合分析，首次在塔河地区应用了天然气的CO2碳同位素与稀有气体同位素分析，对该区奥陶系和深层天然气地球化学特征及其成因类型进行了系统研究，为深层天然气的研究和勘探提供理论依据。
1 地质背景
塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起西南部斜坡，西为哈拉哈塘凹陷，东邻草湖凹陷，北为雅克拉断凸，南接顺托果勒隆起和满加尔坳陷，面积约750km2。阿克库勒凸起为前震旦系变质基底上发育起来的一个长期发展、经历了多期构造运动、变形叠加的古凸起，先后经历了加里东期、海西期、印支-燕山期及喜马拉雅期等多次构造运动，由于长期的抬升暴露风化剥蚀，使凸起大部分地区缺失中、上奥陶统及志留系—中、下泥盆统等，下奥陶统也遭受不同程度的剥蚀，上述地层主要分布在凸起南部、东部围斜地区［9］。塔河油田是我国迄今为止最大的海相烃源大型油田，勘探表明，塔河油田含油气层位有三叠系、石炭系与奥陶系，主要集中在奥陶系，特别在中、下奥陶统碳酸盐岩中岩溶缝洞型储层最为发育，为该油田的最主要产层。
阿克库勒凸起在加里东中晚期形成雏形，海西早期受区域性挤压抬升形成向西南倾伏的NE向展布的大型鼻凸，经过海西晚期运动、印支-喜马拉雅运动的进一步改造定型，为油气运移有利指向区。为了加快塔河油田油气勘探步伐，进一步探索下古生界储层发育特征及油气分布规律，实现“塔河油田下面找塔河”的油气勘探目标，选择寒武系碳酸盐岩台地边缘建隆圈闭，部署了TS1井。TS1井位于塔河油田2区，钻深达8408m，揭穿建隆体1后完钻，完钻层位为上寒武统下丘里塔格群（ ），通过对TS1井钻探成果的分析，揭示了塔河油田深层生储盖圈保条件以及油气成藏规律。
2 天然气组分特征
塔河油田奥陶系天然气主要以溶解气、伴生气或凝析气的形式出现。天然气组分包括：烃类气体，CO2，N2，H2S。天然气的组分主要以烃类气体为主，占气体总体积的89.2%～98.6%，平均为95.2%；非烃气体以CO2和N2为主，含有少量H2S气体。烃类气体中甲烷占绝对优势，含量为49.8%～93.6%，平均为75.7%；绝大部分天然气重烃含量较高，占3.8%～39.4%，平均为18.6%。塔河油区天然气干燥系数（C1/∑C）介于0.56～0.96之间，平均为0.80，整体上属于典型的湿气，塔河油田外围的阿克库勒地区S14井和S60井天然气干燥系数分别为0.96和0.93，属于热演化程度较高的干气类型；另外塔河油田东部评价1区的天然气，根据其甲烷碳同位素组成来看，也为典型干气。其余天然气的干燥系数介于0.56～0.89之间，属于典型的湿气。在塔河油田奥陶系天然气中，非烃气体为N2，CO2，H2S，非烃气体含量不高，为1.38%～10.83%，其中N2含量为0～8.9%，CO2含量为0.09%～8.39%，硫化氢含量分布范围较宽，从不含硫化氢到高含硫化氢均有分布。油田西部的T740井、T751井和T738井一带硫化氢含量较高，在20.2～108.8g/m3之间，属于中—高含硫气区。在此区域之外只有T804（K）井、S91井一带为含硫化氢天然气，其余地区从中—高含硫区到低含硫区的变化非常快，在紧邻中—高含硫区域的其他井硫化氢含量很快衰减到低于1g/m3，为低含硫化氢天然气。
TS1井在井深7358m处上寒武统丘里塔格群（ ）进行地层测试，产出少量天然气。由表1可见，在该层段采集了2个天然气样品，天然气组分主要以烃类气体为主，占总体积的96.9%和97.0%，其中甲烷在天然气组分中占绝对优势，含量分别为94.1%和93.9%；天然气中重烃含量分别为2.79%和3.11%。非烃气体中含有一定量的N2和CO2气体，2个样品中N2含量分别为2.81%和2.86%，CO2含量很低，为0.22%和0.21%。TS1井天然气干燥系数为0.97，属于热演化程度较高的典型干气。
表1 TS1井天然气组分和地球化学特征
由塔河油田奥陶系和TS1井天然气组分特征来看，二者都以烃类气体为主，其中甲烷占绝对优势，TS1井天然气中甲烷含量要高于塔河油田奥陶系所有天然气，重烃含量低于塔河油田奥陶系天然气；另外该油田东部评1区的天然气为典型干气，其余区块天然气为典型湿气，TS1井天然气干燥系数为0.97，说明TS1井天然气成熟度整体上要高于塔河油田奥陶系，二者处于不同演化阶段。
3 天然气碳、氢及稀有气体同位素组成
3.1 甲烷碳同位素组成
对于划分无机成因与有机成因甲烷碳同位素δ13C1的界限值，许多学者认识不一致。本文采用-30‰作为划分无机成因和有机成因甲烷δ13C1的界限值［10］。塔河油田奥陶系天然气中甲烷的碳同位素偏轻，分布在-50.8‰～-30.2‰之间，主要分布在-42.9‰～-38.4‰范围内，平均为-40.5‰。本区天然气δ13C1都小于-30‰，再结合其他指标，综合判断塔河油田奥陶系天然气甲烷为有机成因。
由图1可见，总体上天然气C1/∑C和C1/C2与δ13C1具有明显的正相关关系，即随着干燥系数和C1/C2增加，δ13C1值逐渐变大，说明该区天然气甲烷的碳同位素组成主要是受热演化程度的影响，表明天然气的碳同位素分馏效应主要受成熟作用的控制。
TS1井天然气甲烷碳同位素值分别为-38.6‰和-37.2‰，普遍重于塔河油田奥陶系天然气，这说明TS1井天然气热演化程度高于塔河油田奥陶系天然气。
3.2 重烃气的碳同位素组成
烷烃气碳同位素系列是指依烷烃气分子碳数顺序的碳同位素分布特征。有机成因烷烃气是指碳同位素值随烷烃气分子中碳数增加而增大，被称为正碳同位素系列，即δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4。而无机成因烷烃气碳同位素值则随烷烃气分子中碳数增加而减少，被称为负碳同位素系列，即δ13C1＞δ13C2＞δ13C3。不具有上述顺序的碳同位素系列，称同位素倒转或逆转。
图1 塔河油田奥陶系天然气C1/∑C 和C1/C2与δ13C1值相关关系
塔河油田奥陶系天然气总体上具有δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4的特征，呈明显正序列，为典型的有机成因。但塔河油田外围S73井和T913井以及塔河4区TK417井天然气具有δ13C1＞δ13C2＜δ13C3＜δ13C4的异常序列（图2），根据烷烃气的碳同位素组成特征和轻烃特征判断该区天然气为油型气，且具有相同来源，因此S73井和T913井以及TK417井天然气碳同位素组成的倒转现象可能为相同母质不同期次生成的气复合造成的，这与塔河区域地质以及周缘烃源热演化史是吻合的。由图2可见，塔河油田奥陶系天然气δ13C2-1值在-3.2‰～8.1‰之间，δ13C3-2值在0.1‰～6.4‰之间，δ13C4-3值在0.7‰～3.7‰之间，显然δ13C2-1，δ13C3-2，δ13C4-3值所处相对范围依次变小，并且范围相互重叠，说明塔河油田奥陶系天然气为不同成熟度油型气的复合，印证了上述的认识。
图2 塔河油田奥陶系与TS1井天然气碳同位素组成指纹分布图
TS1井天然气和塔河油田奥陶系天然气具有δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4的特征，呈明显正序列。据图2可见，TS1井天然气碳同位素类型曲线与塔河油田奥陶系天然气的类型曲线具有很好的一致性，说明TS1井天然气与塔河油田奥陶系天然气具有相同或相似的母质来源。
3.3 二氧化碳碳同位素组成
二氧化碳成因分为有机成因和无机成因两类，有机成因的CO2通常相对富集轻碳同位素，无机成因CO2一般相对富集重碳同位素。戴金星等［11，12］认为无机成因二氧化碳的 值大于-8，主要在-8～+3 区间内；在无机成因二氧化碳中，由碳酸盐岩变质成因的CO2其 值接近于碳酸盐岩的δ13C值，为0±3；火山-岩浆成因和幔源CO2其 值大多为-6±2。塔河油田奥陶系8个天然气样品的 值分布在-4.3～-0.7 之间（表2），结合稀有气体同位素R/Ra处于0.016～0.037判断，该区二氧化碳基本上为壳源成因，主要为碳酸盐岩热变质成因产生，笔者认为是由二叠系火山活动引起的热事件造成。目前，塔河油田已有百余口钻井钻遇二叠系火山岩，主要连片分布于阿克库勒凸起西南部，整体上阿克库勒凸起两翼厚、中间薄，由北向南、由东向西特别是向西南方向厚度逐渐增大。塔河地区火山岩确切形成时代限定在晚石炭世以后到早三叠世前，该地区火山活动有利于促进有机质热演化。
表2 塔河油田奥陶系与TS1井天然气地球化学特征
TS1井天然气中二氧化碳 值为-5.3，根据不同类型二氧化碳 值分布范围以及TS1井天然气伴生的He同位素值R/Ra为0.03，远小于1，说明塔深1井二氧化碳为碳酸盐岩变质成因。
3.4 天然气氢同位素组成
天然气氢同位素组成主要受4个方面因素的影响：①受源岩沉积环境和水介质条件影响；②受热演化程度影响，有机质随演化程度增加，天然气的δD1有变重趋势；③受母质特征的影响；④受外来氢源的影响，这种外来氢源有时可能对天然气的氢同位素组成起到关键性作用。天然气中的氢同位素组成虽然受母质特征和热演化程度的影响，但主要受源岩沉积环境和水介质条件的影响。
δD值序列倒转的原因主要有：①烷烃气受到细菌氧化的次生改造；②煤型气和油型气混合［13］。由表2可见，塔河10区TK827井、塔河2区TK235井和塔河8区T702B井等3口井天然气的氢同位素组成具有δD1＜δD2＜δD3＜δD4的特征，其余5口井天然气呈现出δD1＞δD2＜δD3＜δD4的规律。本区甲烷氢同位素的差异主要不是由沉积水介质条件变化引起的，而是由同一烃源岩中同一类型母质不同演化阶段的产物混合造成的（图3）。本文研究认为，造成天然气δD值序列倒转还有其他因素，在该区戴金星等［13］提出的因素不是造成δD值序列倒转的原因，部分天然气的甲烷氢同位素倒转主要是由于本区早期生成的油气遭受强烈的次生改造，再加上后期的高成熟油气充注混合造成的。其中又分两种情况：一是塔河地区部分天然气δ13C1和δ13C2值相近，且δD1和δD2值序列发生倒转，主要是由于不同成熟阶段油气混合造成，这可以从氢同位素类型曲线两阶段分布的特征得到印证，与碳同位素类型分布曲线一致，即主要为天然气的甲烷与乙烷存在不同的来源，显示了天然气具有两期充注、混合的特征；二是塔河地区部分天然气δ13C1和δ13C2值相差较大，且δD1和δD2值序列发生倒转，主要是早期生成的油气受水洗氧化次生改造的因素占主要地位造成。
图3 塔河油田奥陶系天然气组分参数与δD1值的关系
一般情况下，海相（或咸水）沉积有机质形成的天然气 大于-180‰，而陆相淡水沉积则是 小于-180‰［14］。而TS1井天然气δD值具有δD1＜δD2＜δD3＜δD4的特征，为正序列，不具有倒转特征，而且δD1值都大于-180‰，为典型海相沉积环境。由图4可见，TS1井天然气氢同位素组成曲线和塔河油田奥陶系天然气氢同位素类型曲线具有相似的特征，具有相同的母质来源。
3.5 天然气稀有气体同位素组成
氦的两个稳定同位素分别为3He和4He，3He主要为元素合成时形成的核素，主要存在于地幔，而4He则主要是地球上自然放射性元素铀、钍α衰变的产物。天然气中氦的来源有3个，即大气氦、壳源氦和幔源氦。大气氦的3He/4He值（Ra）为1.40×10-6，地幔氦3He/4He取1.1×10-5［15］，平均壳源氦的3He/4He值为（2～3）×10-8［16］。氩有3种稳定同位素36Ar和38Ar及40Ar，放射成因40Ar由40K衰变产生，36Ar主要是元素合成时形成的原始核素。大气40Ar/36Ar值为295.5；上地幔40Ar/36Ar值分布范围很广，从接近大气氩值的295.5到高达104；下地幔的40Ar/36Ar值则远低于上地幔，约为400。
图4 塔河奥陶系与TS1井天然气氢同位素类型曲线
塔河油田奥陶系天然气的氦同位素3He/4He值比较低，分布在（2.26～5.23）×10-8范围内，R/Ra的值分布在 0.016～0.037 内，平均值为 0.03（表2）。该区天然气的4 He/20Ne值比大气中的4He/20Ne值（0.326）大2～4个数量级，且40Ar/36Ar值明显地大于大气氩值。因此大气成因氦的份额可忽略，仅需讨论壳、幔两种来源的氦，用壳-幔二元复合模式计算出天然气中氦有0.02%～0.29%幔源氦的贡献，壳源氦在天然气氦中占绝对优势，说明深部来源的幔源挥发分对天然气成分的影响很小，天然气为有机成因。TS1井天然气氦同位素3He/4He 值比较低，分别为4.1×10-8和4.3×10-8，R/Ra值为0.03，说明深部来源的幔源挥发分对TS1井天然气成分的影响很小。
4 天然气成因类型
4.1 天然气的稳定同位素
δ13C2和δ13C3值是区别油型气和煤型气的重要标志之一。国内研究者多以δ13C2=-28‰作为划分油型气和煤型气的标志，一般认为，油型气的δ13C3小于-25.5‰，煤成气的δ13C3大于-23.2‰。塔河油田奥陶系天然气δ13C2值为-42.9‰～-31.9‰，都小于-28‰，δ13C3值分布在-36.6‰～-31.4‰之间，属于典型油型气范畴。TS1井天然气δ13C2值分布在-38.1‰～-36.7‰之间，δ13C3值分布在-34.5‰～-33.3‰之间，属于典型油型气。所以不论从乙烷的碳同位素组成，还是丙烷的碳同位素组成来看，塔河油田奥陶系和TS1井天然气都为典型的油型气。
对于油型气而言，生物热催化过渡带气的δ13C1值为-55‰～-48‰，正常原油伴生气的δ13C1值为-48‰～-40‰，凝析油伴生气的δ13C1值为-40‰～-36‰，高温裂解气的δ13C1值大于-36‰。塔河油田外围S14井、S18井、S60井、S73井和T913井等于或大于-36‰，加之干燥系数大，为高温裂解气，其余气样为正常原油伴生气和凝析油伴生气（T740井气样除外），所以塔河油田奥陶系天然气的生成具有多阶连续特征，成熟度范围为从成熟阶段到过成熟阶段，既有反映成熟阶段的正常原油伴生气和较高成熟阶段的凝析油伴生气，还有反映高过成熟阶段的高温裂解气。
对TS1井天然气而言，若仅根据甲烷碳同位素组成为-38.6‰～-37.2‰判断，其天然气应为凝析油伴生气。根据沈平［17］等的油型气回归方程δ13C1≈21.72lgRo-43.3 计算，TS1井天然气相应源岩Ro为1.65%和1.91%，处于高成熟湿气-凝析油阶段，为凝析油伴生气。塔河油田除10区T740井天然气相应源岩Ro为0.45%外，其余天然气相应源岩Ro为0.7%～4.0%，处于成熟阶段—过成熟阶段。特别是位于塔河油田外围东部地区的T913井、S14井、S18井、S60井和S73井的δ13C1值相对较大，其相应Ro都大于2%，显示已达到过成熟阶段，与其干燥系数较高是一致的。
当母质类型一定时，天然气中甲烷的碳同位素组成主要受成熟度效应的控制，而乙烷的碳同位素组成则受母质继承效应的制约更为明显，因此，利用δ13C1与δ13C2相结合可有效地划分天然气成因类型。图5直观地反映了塔河油田奥陶系和TS1井天然气甲烷、乙烷碳同位素值的差异，塔河油区奥陶系天然气的甲烷碳同位素与乙烷碳同位素具有很好的线性关系，而且都属于典型的油型气范畴。TS1井天然气成熟度总体上高于塔河油田主体区天然气成熟度，而低于塔河油田东部评价1区和阿克库勒S14井和S18井天然气成熟度。
图5 塔河油田奥陶系和TS1井天然气δ13C1与δ13C2相关图
4.2 天然气组分
Behar等［18］在封闭热解系统中的模拟实验表明，油裂解气在ln（C1/C2）变化较小的情况下，ln（C2/C3）变化范围较大；而干酪根降解气在ln（C1/C2）变化较大的情况下，ln（C2/C3）变化较小。塔河地区奥陶系天然气ln（C2/C3）在-0.19～1.16之间，基本上变化不大，而ln（C1/C2）值变化较大，变化范围为1.51～3.82，具有干酪根裂解气的特征。由图6可见，塔河地区奥陶系天然气为典型干酪根降解气，而TS1井天然气则为典型原油裂解气。
图6 塔河油田奥陶系与TS1井天然气ln（C1/C2）与ln（C2/C3）相关图
虚线区为干酪根降解气的变化趋势和范围
4.3 天然气轻烃组成
胡国艺等［19］通过模拟实验对原油裂解气和干酪根降解气轻烃组成的研究表明，在C7轻烃组成中，原油裂解气中甲基环己烷/正庚烷和（2-甲基己烷+3-甲基己烷）/正己烷均明显高于干酪根裂解气，而且原油裂解气中甲基环己烷/正庚烷一般大于1.0，（2-甲基己烷+3-甲基己烷）/正己烷一般大于0.5，而干酪根裂解气则反之。应用上述指标对塔河地区奥陶系天然气成气过程判识，发现甲基环己烷/正庚烷比值在0.39～0.59 之间，均小于1；（2-甲基己烷+3-甲基己烷）/正己烷比值，除8个天然气样外均在0.18～0.5之间，表明塔河地区奥陶系天然气主要为干酪根裂解气。TS1井天然气甲基环己烷/正庚烷比值为0.93和1.93，大于1；（2-甲基己烷+3-甲基己烷）/正己烷比值也均大于0.5，表明TS1井天然气为原油裂解气。
脂族烃组成为某一碳数烃类中直链烃、支链烃和环烃组成的归一百分含量，不同沉积环境和母质类型源岩生成的天然气具有不同的脂族烃族组成特征。将天然气C5—C7轻烃馏分的各类烃类组成标在分别以正构烷烃、异构烷烃和环烷烃的百分含量为端元的三角图上，从图7可以看出，塔河油田奥陶系与TS1井天然气C5—C7轻烃组成的点分布在相同的范围内，具有相同的母质来源。塔河油田奥陶系与TS1井天然气C6—C7轻烃组成三角图上的点分布在相同的范围内（图7），充分显示塔河地区奥陶系天然气与TS1井天然气具有相同的母质来源。
5 结论
（1）塔河油田奥陶系天然气与TS1井天然气主要以烃类气体为主，其中甲烷占绝对优势，非烃气体含量较低。塔河油田东部奥陶系天然气为干气，其余属于典型的湿气；而TS1井天然气属于热演化程度较高的干气。
图7 塔河地区奥陶系天然气与TS1井天然气C5—C7和C6—C7轻烃组成
（2）塔河油田奥陶系天然气与TS1井天然气具有相同的母质来源。塔河油田奥陶系为腐泥型母质不同成熟度油型气复合的面貌，为干酪根降解气，天然气的生成具有多阶段连续的特征，既有反映成熟阶段正常原油伴生气和较高成熟阶段的凝析油伴生气，又有反映过成熟阶段的高温裂解气。TS1井天然气为典型油型气，属于原油裂解气，处于高成熟湿气-凝析油阶段。TS1井天然气成熟度总体上高于塔河油田主体区天然气成熟度，而低于塔河油田东部评价1区和阿克库勒S14井和S18井天然气成熟度。
（3）造成塔河地区奥陶系天然气碳氢同位素倒转的原因，主要是由于不同成熟度油型气的复合，再加上早期生成天然气遭受强烈次生改造形成。
参考文献
［1］陈践发，徐永昌，黄第藩.塔里木盆地东部地区天然气地球化学特征及成因探讨（之一）［J］.沉积学报，2000，18（4）：606～609.
［2］徐永昌.天然气中的幔源稀有气体［J］.地学前缘，1996，3（3～4）：63～70.
［3］徐永昌.天然气成因理论及应用［M］.北京：科学出版社，1994，97～106.
［4］沈平，徐永昌，王先彬等.气源岩和天然气地球化学特征及成气机理研究［M］.兰州：甘肃科学技术出版社，1991：39～122.
［5］张水昌，梁狄刚，张宝民.塔里木盆地海相油气的生成［M］.北京：石油工业出版社，2004，101～480.
［6］赵孟军，周兴熙，卢双舫.塔里木盆地天然气分布规律及勘探方向［M］.北京：石油工业出版社，2002，100～220.
［7］顾忆，黄继文，邵志兵.塔河油田奥陶系油气地球化学特征与油气运移［J］.石油实验地质，2003，25（6）：746～750.
［8］顾忆，黄继文，马红强.塔河油区油气分布特点及其控制因素［J］.中国西部油气地质，2006，2（1）：19～25.
［9］康玉柱.塔里木盆地塔河大油田形成的地质条件及前景展望［J］.中国地质，2003，30（3）：315～319.
［10］戴金星，石昕，卫延召.无机成因油气论和无机成因的气田（藏）概略［J］.石油学报，2001，22（6）：5～10.
［11］戴金星，夏新宇，秦胜飞等.中国有机烷烃气碳同位素系列倒转的成因［J］.石油与天然气地质，2003，24（1）：2～6.
［12］戴金星.中国含油气盆地的无机成因及其气藏［J］.天然气工业，1995，15（3）：22～27.
［13］戴金星.天然气碳氢同位素特征和各类天然气鉴别［J］.天然气地球科学，1993，3（2）：1～40.
［14］Schoell M.The hydrogen and carbon isotope composition of methane from natural gases of various origins［J］.Geochim.Cosmochim.Acta，1980，44：649～661.
［15］Lupton J E.Terrestrial inert gases-isotopic trace studies and clubs to primordial components［J］.Annual Review Earth Plant Science，1983，11（5）：371～414.
［16］Poreda R J，Jenden P D，Kaplan E R.Mantle helium in Sacramento basin natural gas wells［J］.Geochim Cosmochim Acta，1986，65（5）：2847～2853.
［17］沈平，徐永昌.中国陆相成因天然气同位素组成特征［J］.地球化学，1991，20（2）：144～152.
［18］Behar F，Kressman S，Rudkiewicz J L.Experimental simulation in confined system and kinetic modeling of kerogen and oil cracking［M］.//Eckardt C B，Maxwell J R，Lartern S R.Advances in Organic Geochemistry，1991，173～189.
［19］胡国艺，肖中尧，罗霞等.两种裂解气中轻烃组成差异性及其应用［J］.天然气工业，2005，25（9）：23～25.
边瑞康 武晓玲 聂海宽
（中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083）
摘 要 对东濮凹陷古近系泥页岩的分布特征、有机地球化学特征和储集特征进行了系统分析，认为沙河街组三段具有页岩油气成藏的物质基础和有利条件。分析认为沙三段具有页岩油、页岩气同时发育并以页岩油为主的特点。在成藏条件分析基础之上对沙三段页岩油气有利区进行了优选，其中沙三1亚段主要以页岩油为主，分布在北部地区的白衣阁—文明寨中间地区，沙三2亚段页岩油主要分布在濮城附近的大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气主要分布在靠近前梨园洼陷的毛岗地区和文留地区的文45井一带；沙三3亚段页岩油主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在桥口—东明地区。
关键词 东濮凹陷 古近系 页岩油 页岩气 成藏条件
Accumulation Conditions of Eogene Shale Oil and
Gas in Dongpu Depression
BIAN Ruikang，WU Xiaoling，NIE Haikuan
（Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，
Beijing 100083，China）
Abstract Systematic analyses of the distribution characteristics，organic geochemistry characteristics and reservoir characteristics of Eogene shale in Dongpu Depression indicate that Es3 formation have the basic materials and favorable conditions for forming shale oil and gas.There are characteristics of both developing shale oil and shale gas，and shale oil takes the majority of the proportion.Favorable areas of shale oil and shale gas in Es3 formation are optimized after analyzing accumulation conditions.Shale oil in mainly occurs in the middle area of Baiyige－Wenmingzhai.Shale oil in mainly occurs in Daxingzhuang，Maogang areas and Wenliu，Hubuzhai， Huzhuangji areas.Shale gas mainly occurs in Maogang area and well Wen－45 of Wenliu area.Shale oil in mainly occurs in Pucheng－Baiyige area and Hubuzhai，Wenliu，Xuzhenji，Qianliyuan areas；shale gas mainly occurs in the deep sag areas of middle Wenliu，Xuzhenji and Huzhuangji.Shale oil in mainly occurs in Hubuzhai －Wenliu area；shale gas mainly occurs in Qiaokou－Dongming area.
Key words Dongpu Depression；eogene；shale oil；shale gas；accumulation condition
中国博士后科学基金“华北石炭－二叠系煤系泥页岩含气性特征及主控因素研究”项目（2012M510714）。
2007年后受北美页岩油气勘探开发获得巨大成功的影响，国内石油公司重新意识到陆相断陷盆地页岩油气勘探的巨大潜力［1～6］。2008年，中国石油辽河油田在辽河东部凹陷开展了非常规天然气资源潜力研究，证实了辽河坳陷陆相古近系具有丰富的页岩气资源［7～8］。2011年3月辽河西部凹陷古近系曙古165井对沙三段泥岩进行压裂，日产油24m3，也充分证明了辽河坳陷陆相古近系页岩油的存在。自2010年开始，中国石化在东部老区开展了页岩油气老井复查复试工作，胜利、河南、江汉等油田分公司对100余口老井进行了复查，在泌阳凹陷、东营凹陷、沾化凹陷和东濮凹陷泥页岩段发现了丰富的油气显示。以东濮凹陷为例，在柳屯洼陷部署的风险探井濮深18井，在沙三中上亚段泥页岩中油气显示活跃，随后部署的濮深18－1井用钻杆投产方式放喷，日产油约420.75m3，首次在泥页岩中获得高产油流，取得东濮凹陷泥页岩油藏勘探的突破。此外，前期部署在中央隆起带文留潜山构造上的文古2井、文300井等井在沙三中上亚段泥页岩中也见到良好气测显示及多次后效显示，仅限于当时的工艺技术，未能求得产能，但这些钻井显示初步揭示了沙三中上亚段泥页岩油层可能具有连片分布的特点。除页岩油外，东濮凹陷沙三段也发现了页岩气的存在。桥口构造的桥14井曾在沙三段获得日产4.6×104m3的工业气流，此后中原油田对东濮凹陷深层气进行了多轮攻关，先后部署了一批“濮深” 字号井。其中濮深4井，在钻至5116.8m处发生强烈井喷，该井沙三中—沙三下亚段连续含气井段长达1200m，气测显示大套泥岩段普遍含气。随后濮深7井、濮深10井、濮深14井、新12井等在沙三下—沙四段均发生井喷或获得低产气流。可见，东濮凹陷古近系具有页岩油气形成的物质基础，并且具有页岩油、页岩气同时存在的特点。
1 泥页岩分布特征
东濮凹陷为典型的古近系断陷湖盆，沉积了厚达6500m的古近系湖相砂泥岩与含盐组合。根据地震解释和钻井资料揭示，泥页岩层主要赋存于古近系沙河街组沙四上亚段、沙三段和沙一段，其中沙三段是东濮凹陷主要的生烃层系，具有形成泥页岩油气藏的良好条件。
东濮凹陷发育有5个次级生油洼陷：濮城－前梨园洼陷、柳屯－海通集洼陷、葛岗集洼陷、南何家－孟岗集洼陷和观城洼陷。其中，北部的濮城－前梨园洼陷与柳屯－海通集洼陷长期大幅度、继承性沉降，生油岩发育，沉积厚度大，是最有利的生油洼陷。而葛岗集洼陷在第三纪中期大幅度沉降，晚期抬升；南何家－孟岗集洼陷早期沉降幅度小，晚期大幅度沉降，因此，烃源岩品质及油气的生成不如北部有利。
沙三段为一套下细上粗的反旋回沉积，在中央隆起带厚度为1500～2500m，在前梨园洼陷厚度达3000m以上。沙三段自上而下划分为沙三1、沙三2、沙三3、沙三4四个亚段，其岩性剖面的突出特点是发育有3套盐岩沉积，沙三段盐间泥岩为有效烃源岩，其沉积厚度大，分布范围广，属于深湖—半深湖相沉积。
沙三3亚段暗色泥页岩厚度一般介于100～400m之间，存在文留、胡状集、葛岗集、前梨园、马厂等多个沉积中心，最大沉积厚度可达300 ～400m，凹陷北部观城及南部梁寨一带厚度较薄，东部洼陷带厚度大于西部洼陷带。有效烃源岩岩性主要为灰－深灰色泥岩及深灰色、灰色含膏泥岩、白云质泥岩、钙质泥岩夹薄层褐色页岩。
沙三2亚段沉积中心位于海通集－胡状集一带，在白庙和前梨园也存在两个次级沉积中心。凹陷南部脑里集－三里集一带厚度较薄。沙三2亚段上部有效烃源岩最厚处主要分布于东西两洼，最厚可达400m，大部分厚100～300m。岩性主要为褐色油页岩、含膏泥岩及薄层深灰色泥岩、钙质泥岩。沙三2亚段下部厚度分布不均，最厚处可达600m，主要分布在柳屯－海通集洼陷带。该层段盐岩发育，下部盐岩段主要分布于卫87井、濮70井以南地区，上部盐岩段分布范围小于下部，主要分布于濮83井、濮139井以南区域。
沙三1亚段泥岩除西南部长垣－马厂一带厚度较薄外，其他地区厚度都大于100m，其中又以前梨园洼陷厚度最大，达到400～500m，在孟居一带厚度也较大，达到300m，北部卫城－观城一带厚度在100 ～200m之间。岩性以灰色、深灰色泥岩为主，部分夹灰色页岩、钙质页岩、油页岩。
综合分析，东濮凹陷沙三2亚段有效烃源岩厚度最大，最厚处可达900m，其次为沙三3亚段。从整体来看，北部有效烃源岩厚度大于南部，西部洼陷带厚度大于东部洼陷带。
2 泥页岩有机地球化学特征
2.1 有机质丰度
东濮凹陷沙河街组有机质泥页岩有机质丰度在纵向上变化较大，有机质丰度普遍不高，南部地区相对北部地区有机质丰度较低。北部地区沙三1亚段有机碳含量最高达到4.43％，沙三2亚段有机碳含量最高达到6.23％，沙三3亚段有机碳含量最高达到7.81％，尤其是北部的濮城前梨园洼陷沙三段有机碳含量平均达2.65％，柳屯－海通集凹陷有机碳含量均为1.18％。凹陷南部的葛岗集凹陷和南何家－孟岗集凹陷有机碳含量较低，生油能力较差。
沙三段岩心样品氯仿沥青 “A” 分析测试显示，其含量主要为0.001％～10.97％，平均为0.2237％。岩石热解烃S1、S2与S3之和在一定程度上能反映泥页岩的生烃能力，东濮凹陷3口井不同深度段岩心热解分析表明，沙三段生烃能力在0.68～25.95mg/g（表1）。可见，东濮凹陷古近系沙河街组有机质泥页岩在纵向和横向上分布均质性较强，以中等烃源岩为主，当然也存在烃源岩质量非常好的甜点区，例如北部地区。
表1 东濮凹陷沙三段有机质泥岩热解分析
续表
2.2 有机质类型
北部地区泥页岩有机质的主要来源为低等水生生物，如濮城－前梨园洼陷的沙三段，Ⅰ型干酪根占总数的23.8％，Ⅱ1型干酪根占该地区总数的47.6％，以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，占分析样品的71.4％，具有很高的生烃潜力（图1）；北部非含盐区Ⅱ1型干酪根占该地区总数的31.1％，Ⅱ2型干酪根占该地区总数的26.7％，以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，占分析总数的57.8％（图2）。南区相对要差一些，葛岗集等无盐区的沙三段Ⅱ1型干酪根占总量的16.7％，Ⅱ2型干酪根也仅占总量的16.7％，Ⅲ型干酪根却占了总量的66.7％。因此优质烃源岩主要分布在东濮凹陷北部含盐地带。
图1 东濮凹陷北部含盐区干酪根类型
图2 东濮凹陷北部非含盐区干酪根类型
2.3 热演化程度
整个东濮凹陷大约在2500m左右进入生烃门限（Ro ＝0.5％），沙三段主体处于成熟、高成熟演化阶段。沙三1亚段有机质成熟度主要分布在0.4％～1.4％，除少部分埋深较浅地区处于未成熟阶段外，其余皆处于成熟和高成熟演化阶段。凹陷东南部和西南部Ro值相对较低，主要分布在0.4％～1.0％，呈向中心地带演化程度逐渐变高的趋势；凹陷中部地区Ro值分布在0.8％～1.2％；东北部地区Ro值分布在0.4％～0.8％，北部和东部地区Ro值分布在0.8％～1.4％，有从东北部向东部和北部地区逐渐增加的趋势。沙三2亚段热演化程度处于成熟和高成熟阶段，Ro值分布在0.6％～1.5％，分布特征与沙三1亚段相似。高成熟区主要分布在凹陷东北部与西南部之间的中间地带。沙三3亚段热演化程度分布在0.4％～1.3％，凹陷北部边缘和南部边缘地区热演化程度较低，局部地区Ro值在0.4％左右，处于未成熟阶段，其余地区主要分布在0.8％～1.3％，呈南部和北部向四周增加的变化趋势。沙三4亚段热演化程度较高，Ro主要分布在0.6％～2.0％，大部分地区Ro＞1.0％，处于高成熟阶段，Ro值有由北、东、南向中部和西部逐渐变大的趋势。
东濮凹陷古近系沙三段泥页岩在东营期末期经历过地壳抬升，剥蚀厚度在1000m左右，且已发生过生排烃过程，与北美已发现页岩油气源岩的生烃埋藏史具有一定的相似性。由于北部含盐区在大约4200m才达到生油高峰，因此东濮凹陷在这个深度以浅以泥页岩油为主。
3 泥页岩储层特征
3.1 矿物组成
图3 PS18－1井沙三段不同深度段矿物含量
东濮凹陷濮深18－1井沙三段，矿物类型主要为黏土、石英、斜长石、方解石、白云石，其次是黄铁矿、硬石膏、菱铁矿，仅一个样品含有较少钙芒硝矿物（图3）。其中，黏土含量主要为4.7％～52.1％，平均含量26.1％，小于30％的样品占多数。石英含量主要为3.5％～25％，平均含量15.67％。斜长石在每个泥页岩样品中均有分布，主要含量为2％～51.9％，平均为16.4％，不同深度的样品含量变化较大。方解石含量主要为1％～45.6％，其中3258.2m段样品岩性为膏岩盐，方解石含量高达98％。白云石含量主要为1.1％～45％，平均12.91％。黄铁矿、菱铁矿、硬石膏发育于部分井段，含量较低。东濮凹陷沙三段脆性矿物类型主要为石英、方解石、白云石等。通过对PS18－1井和PS18 －8井不同深度段共计28个样品进行矿物组分分析统计，脆性矿物含量为6.7％～72％，平均43.84％，其中脆性矿物含量大于40％的样品数为66.67％（图4）。
图4 28个样品的脆性矿物含量分布
3.2 物性特征
孔隙度分析测试显示（表2），沙三段孔隙度分布在3.5％～14.24％，主要分布于3％～8％之间，平均为7.7％。沙三段有机质泥页岩渗透率分布在（0.0008889～0.0442）×10－3μm2，由于泥页岩较致密，渗透率整体偏低，属于超低渗型。泥页岩中发育的天然裂缝对渗透率影响较大，PS18－8井沙三段微裂缝较发育，渗透率相对其他微裂缝发育程度较弱的测试岩心要好。东濮凹陷沙三段有机质泥页岩比表面积主要分布在3.23 ～31.77m2/g，平均达16.32 m2/g。页岩气主要以吸附性形式赋存，比表面积是影响吸附气含量的主要因素之一。
表2 东濮凹陷沙三段泥页岩物性分析
续表
3.3 储集空间
图5 东濮凹陷沙三段粒间孔隙发育特征
图6 东濮凹陷沙三段有机孔发育特征
东濮凹陷沙三段储集空间可分为微孔隙和微裂缝（图5）两大类，其中孔隙空间可分为有机孔和无机孔。有机孔主要发育收缩孔和溶蚀孔（图6），无机孔主要分为黏土粒间微孔、晶间溶蚀孔和晶内溶蚀孔（图7）。充填状态主要为未充填和半充填，充填物主要为方解石和黄铁矿，主要孔径分布在50nm至1μm，可对页岩油的储集和运移提供通道。
图7 东濮凹陷沙三段溶蚀孔隙发育特征
3.4 泥页岩含气性
濮深18－1井、濮深18－8井、卫42井和文260井4口井不同深度段共计9个样品的含气性分析测试显示，东濮凹陷古近系泥页岩吸附气量分布在0.499～1.835m3/t，平均为1.06m3/t。等温吸附曲线均呈现3个阶段特征（图8）：(1)初期，随压力增加吸附气量直线增加；(2)中期，随着压力继续增加，吸附气量增速明显变缓；(3)末期，随着压力的继续增加，吸附气量接近饱和状态，微量变化，或不再变化。吸附气量大小与泥页岩有机质含量有较大关系，分析样品中PS18－1和PS18－8井岩心样品有机质丰度较高，吸附气量主要分布在1.5～1.7m3/t。卫42井和文260井的岩心样品TOC为0.3％～1.0％，所测得的吸附气含量主要为0.5～0.8m3/t。
4 有利区优选
有利区优选基于页岩分布情况、地球化学指标、含油气性等研究，采用多因素叠加、综合地质评价、地质类比等方法，优选出进一步钻探能够或可能获得工业页岩油气流的区域，参数见表3。
表3 页岩油、页岩气有利区优选参数
续表
图8 东濮凹陷沙三段等温吸附曲线｜Fig.8 Isothermal adsorption curves of Es3 in Dongpu Depression
优选结果显示，沙三1亚段泥页岩演化程度较低，主要以页岩油为主，主要分布在北部地区的白衣阁—文明寨中间地区；沙三2亚段页岩油有利区主要分布在濮城附近的大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气有利区主要分布在靠近前梨园洼陷的毛岗地区和文留地区的文45井一带，分布面积较小；沙三3亚段页岩油有利区主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气有利区主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在以Ⅱ2和Ⅲ型干酪根为主的桥口—东明地区（图9）。
5 结论
成藏条件分析认为，东濮凹陷古近系沙三段为页岩油气有利发育层段，并以发育页岩油为主。有利区优选结果显示，沙三1亚段主为页岩油，分布在白衣阁—文明寨中间地区；沙三2亚段页岩油主要分布在大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气主要分布在毛岗地区和文留地区的文45井一带；沙三3亚段页岩油主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油主要分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在桥口—东明地区。
图9 东濮凹陷沙三4亚段页岩油、页岩气有利区预测图
参考文献
［1］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布.天然气工业，2004.24（7）：15～18
［2］张金川，唐玄，姜生玲，等.碎屑岩盆地天然气成藏及分布序列.天然气工业，2008，28（12）：11～17.
［3］蒲泊伶，包书景，王毅，等.页岩气成藏条件分析——以美国页岩气盆地为例.石油地质与工程，2008，22（3）：33～36.
［4］聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气成藏控制因素及我国南方页岩气发育有利区预测.石油学报，2009，30（4）：484～491.
［5］刘树根，曾祥亮，黄文明，等.四川盆地页岩气藏和连续型－非连续型气藏基本特征.成都理工大学学报（自然科学版），2009，36（6）：578 ～591.
［6］龙鹏宇，张金川，唐玄，等.泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探和开发的影响.天然气地球科学，2011，22（3）：525～532.
［7］王广源，张金川，李晓光，等.辽河东部凹陷古近系页岩气聚集条件分析.西安石油大学学报（自然科学版），2010，25（2）：1 ～5.
［8］朱炎铭，陈尚斌，方俊华，等.四川地区志留系页岩气成藏的地质背景.煤炭学报，2010，35（7）：1160～1164.