王佩業(yè),宋 濤,真允慶,3,吳金鳳,巫 靜

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局,南京210093;2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局814隊,江蘇鎮(zhèn)江212005;3.中國冶金地質(zhì)總局三局,太原030002)

0 引言

隨著我國改革開放和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,全面落實建設(shè)小康社會的宏偉目標(biāo),石油、天然氣的產(chǎn)量和儲量短缺越來越成為影響國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。石油工業(yè)“穩(wěn)定東部、發(fā)展西部”的戰(zhàn)略方針要求勘探重點隨之逐步轉(zhuǎn)移:即在地域上從東部向西部轉(zhuǎn)移;層系上由陸相地層向海相地層轉(zhuǎn)移;勘探程度上從淺層往深層轉(zhuǎn)移。當(dāng)前勘探海相碳酸鹽巖層系油氣田是“油氣二次創(chuàng)業(yè)”[1]的主戰(zhàn)場。

四川威遠(yuǎn)氣田發(fā)現(xiàn)于1964年。從儲層來說,它是我國乃至世界上最古老的海相碳酸鹽巖層系(震旦系)的大型氣田。因此,深入研究其成因具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文從威遠(yuǎn)氣田的地質(zhì)構(gòu)造演化和天然氣的地球化學(xué)特征入手,力圖討論其成因機(jī)理。

1 氣田地質(zhì)特征

四川威遠(yuǎn)氣田位于揚子克拉通的四川盆地南部,受控于龍門山及川西—川中基底隆起,經(jīng)多期、多旋回運動影響,形成大隆大坳的構(gòu)造格局。川南坳陷以拉張性質(zhì)為主,而威遠(yuǎn)—資陽地區(qū)的基底花崗巖亦同時相對抬升。區(qū)內(nèi)地層具有“五多”(儲層多樣性、多個烴源層位、多期生烴、多期成藏和多期改造)的顯著特征。

1.1 烴源層和儲集層

威遠(yuǎn)氣田主要儲氣層為震旦系燈影組白云巖層系,地質(zhì)年齡(600±20)～700 Ma,其上覆有寒武系、奧陶系、志留系、二疊系及三疊系地層,均有天然氣分布,甚至在氣田的基底新元古代澄江期花崗巖裂隙中亦有天然氣產(chǎn)出(圖1B)。

震旦系燈影組主要為白云巖,含有藍(lán)綠藻、似紅藻極為豐富,有機(jī)質(zhì)含量較高,經(jīng)加熱演化成腐泥 型,其有機(jī)碳平均為0.18%,氯仿瀝青“A”平均為0.035%,為良好的烴源巖。全層可分為4段;1 518塊巖心測量,平均孔隙度為1.97%,基質(zhì)滲透率絕大多數(shù)小于0.1×10-3μm2,動態(tài)計算氣井滲透率為0.1×10-3～3.8×10-3μm2。頂部(Z4)為裂縫段,橫向連接性差;中部巖層為裂縫、空洞、孔洞層段(Z3—Z2),孔隙度 3.73%～4.5%;下部為裂隙、孔洞層段(Z1),橫向變化大,均為很好的儲集層。由于區(qū)內(nèi)分布有4條斷層切割(圖1A),各個層段在縱向上相互貫通,成為全區(qū)統(tǒng)一的水動力系統(tǒng),屬于自生自儲,這是成為大型氣田的主要地質(zhì)因素之一[5]。

直接上覆的寒武系九老洞組主要由暗色泥巖組成,不僅是威遠(yuǎn)氣田的蓋層,而且也是良好的烴源巖(圖1B)。從燈影組儲層中瀝青含有生物標(biāo)志的10-脫甲基藿烷、甲基藿烷和甾烷的對比,與九老洞組具有相似性。據(jù)燈影組20個氣樣,δ(13C1)平均值為-32.55×10-3,威基井九老洞組暗色泥頁巖中干酪根δ(13C干酪根)=-30.45×10-3,可見兩者有著親緣關(guān)系[6],可視為寒武系-震旦系含油氣系統(tǒng)(petroleum system)。

上部的二疊系、三疊系地層中亦有烴源巖分布,并見有天然氣,但未形成工業(yè)價值的氣田。

圖1 威遠(yuǎn)氣田構(gòu)造平面圖、橫剖面圖(A)及地層柱狀圖(B)(據(jù)文獻(xiàn)[3-4]修改)Fig.1 Plan and cross profile(A)and columnar(B)of Weiyuan gasfield

1.2 背斜構(gòu)造及其演化與控藏關(guān)系

威遠(yuǎn)氣田受樂山—龍女寺背斜控制,從已施工的工業(yè)氣井可以看出,基本圍繞背斜軸部分布,而氣顯示井、水井和氣水合井均分布在背斜的外圍四周(圖 1A)。

資陽位于威遠(yuǎn)之北,同屬樂山—龍女寺背斜構(gòu)造的范圍,但由于兩地所處位置不同,上覆地層缺失有所不一,因而油氣生成亦有明顯差異。從川南地區(qū)得知,志留紀(jì)末期,寒武紀(jì)烴源巖業(yè)已生油(R0=0.7%)。在本區(qū)震旦系儲集層中,兩地瀝青并不相同。在威遠(yuǎn)氣田的威117井、威113井,見到反射率較低的生物降解瀝青,鏡下呈褐黃色;而在資陽鉆井中所見瀝青呈拉長變形,R0值高達(dá)3.8%,反映經(jīng)歷異常高壓,據(jù)此可以證明,資陽震旦系儲層中原油已經(jīng)運移[7]。

不應(yīng)忽視,在四川盆地西側(cè),海西期峨眉山玄武巖熱幔柱活動無疑會促使寒武-震旦系的烴源巖進(jìn)入高-過成熟階段[8],生成的天然氣向資陽軸部聚集,產(chǎn)生 相的分異,大約在3 600 m圈閉線附近形成固體瀝青封堵帶(圖2A)。直至燕山期,古隆起軸線南移,構(gòu)成封堵帶南北兩側(cè)的威遠(yuǎn)—資中—大足和簡陽—樂至兩大天然氣聚集地帶(圖2B);喜山期,天然氣沿裂縫、斷裂再分配,形成現(xiàn)今的威遠(yuǎn)氣田。資陽地區(qū)因為喜山期背斜軸部的轉(zhuǎn)移及抬升,反而成為威遠(yuǎn)背斜的西北翼斜坡,僅在小褶曲和巖性圈閉部位存在“殘留型”或“冷凍型”氣藏,所以施工的7口井中只有資1和資3兩口井見到氣藏。威遠(yuǎn)地區(qū)直到新生代才完成了圈閉,聚集了天然氣,形成大氣田[7]。

圖2 威遠(yuǎn)氣田構(gòu)造演化及氣藏分布略圖[7]Fig.2 Sketch map of tectonic evolotion and distribution of gas pool in Weiyuan gasfield

2 威遠(yuǎn)天然氣組成

2.1 天然氣地球化學(xué)特征

威遠(yuǎn)氣田內(nèi)地層及花崗巖中均有天然氣顯示(圖1B)。天然氣組分和同位素組成(表1)具有如下特征:

(1)基底花崗巖裂隙的天然氣中 N2高達(dá)26.7%,H2和Ar亦比上覆地層要高得多,分別為4.337%和0.205%;δ(13C1)值與其他巖層相似。

(2)震旦系儲層均為干氣,重?zé)N含量低,普遍含微量乙烷。在威遠(yuǎn)和資陽主要成分CH4含量尚有不同,威遠(yuǎn)為 85.07%～86.80%,而資陽則為82.05%～94.22%;N2含量也相似,威遠(yuǎn)為6.26%～8.33%,資陽為 1.10%～11.88%;CO2含量,威遠(yuǎn)為4.40%～5.07%,資陽為0.007%～6.594%,波動性很大;而 H2S和Ar含量皆很相似。

(3)威遠(yuǎn)天然氣中普遍含 He,含量在0.218%～0.342%之間,具有工業(yè)綜合利用價值,資陽雖有He的高含量樣品(0.201%～0.323%),但大部分的樣品含量較低,變化較大;花崗巖裂縫中的天然氣含量亦高(He為0.248%);震旦系之上地層中的天然氣含 He甚微。

(4)區(qū)內(nèi)各地層中天然氣均含H2S,其中威遠(yuǎn)的天然氣中 H2S含量較高(0.95%～1.32%),資陽次之,一般為0.76%～0.91%(個別樣為1.372%),變化較大。

(5)威遠(yuǎn)天然氣中40Ar/36Ar平均高達(dá)7 000;上覆二疊系中天然氣的40Ar/36Ar為2 855～5 232,顯示來源于深部的特點,但3He/4He比值為2.9×10-8,顯示成藏過程中有殼源成分混入。

(6)產(chǎn)于震旦系燈影組天然氣δ(13C1)值均<-31×10-3,與δ(13C2)相差不大 ,而且δ(13C1)<δ(13C2);花崗巖裂縫中天然氣δ(13C1)=-32.35×10-3,δ(13C2)=-31.91 ×10-3,皆具有正碳同位素系列,屬于典型有機(jī)成因特征。

2.2 包裹體地球化學(xué)特征

據(jù)戴金星(2003)[4]采自威28井、威117井中5個花崗巖樣品的石英和長石包裹體研究,包裹體由90%的氣、液包裹體和10%純氣體包裹體組成,從它們相互關(guān)系可以確定為2次熱液活動,形成了不同性質(zhì)的包裹體;烷烴氣和稀烴氣并存,稀烴氣含量大于烷烴氣含量,屬在還原環(huán)境中產(chǎn)生,而且碳數(shù)多的比碳數(shù)少的碳?xì)浠衔餁怏w含量要高得多,與燈影組中天然氣顯然有所不同。

表1 威遠(yuǎn)氣田天然氣組分和同位素組成Table 1 Natural gas components and isotopic composition of Weiyuan gas field

王鶴年等(1991)[9]專門對本區(qū)所有儲氣巖層的包裹體進(jìn)行了研究。儲集層中的包裹體主要產(chǎn)于巖石裂隙充填物的石英或方解石之中,它既有孤立零星分布的原生包裹體,也有成群、成串排列的次生包裹體,后者分布很廣,測得均一溫度為200～240℃。包裹體主要可分為含氣態(tài)烴的氣相+液相包裹體(LW+GHY)、氣態(tài)烴包裹體(GHY+LW,GHY＞LW)2種;次要為含液態(tài)烴包裹體,多見于重結(jié)晶方解石及孔洞中,常呈孤立狀零星分布,多為原生包裹體。對伴生的氣、液包裹體測得均一溫度均<160℃。若按所含成分可分為含液態(tài)烴的液相包裹體(LW+GHY)、含液態(tài)烴的氣、液包裹體(GHY+LW+G,LW＞GHY)和含瀝青液態(tài)烴氣態(tài)包裹體(SHY+LHY+GHY,GHY≤LHY)3類。

綜合儲氣巖層的包裹體成分資料(表2,表3,表4)可以看出:

(1)震旦系燈影組白云巖中包裹體的CH4含量較高,其孔、洞充填物中包裹體高于裂隙中包裹體的含量,表明至少具有2次成藏作用和運移過程,而且前期形成包裹體的還原參數(shù)(CH4+CO)/CO2大于后期形成包裹體,均在還原環(huán)境中進(jìn)行。

(2)震旦系白云巖中包裹體的CH4含量高于上覆二疊系、三疊系巖石的包裹體,而且還原系數(shù)均大于所有圍巖。

(3)威遠(yuǎn)氣田與川中油田的包裹體一樣,其鹽度w(NaCl)=4.3%～17.2%,p H值均大于8(花崗巖中包裹體除外),Eh均為負(fù)值,有利于成藏作用。

(4)威遠(yuǎn)氣田液相包裹體中的陽離子主要為Mg2+和Ca2+,陰離子主要為 HCO-3和Cl-,裂隙充填包裹體的F-,Cl-含量比孔洞充填包裹體的含量高,顯示盆地流體活動印跡。

3 成因淺析

威遠(yuǎn)氣田的成因問題早已引起石油地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注,至今仍眾說紛紜。歸納起來有4種觀點:一是氣源來自燈影組含藻白云巖,即“自生自儲”論;二是氣源來自上部寒武系九老洞組(筇竹寺組)的暗色泥巖,即“上生下儲”論;三是氣源來自深部幔源,即“無機(jī)成氣”論;四是氣源既與殼源又與幔源有關(guān),即“混源”論。各種成因觀點都有一定的地質(zhì)依據(jù),本文贊同“混源”論——即殼?；煸闯梢蛴^點。

表2 威遠(yuǎn)氣田包裹體的主要成分[9]Table 2 Anaiyses of fluid inclusions from the Weiyuan gas field[9]

表3 威遠(yuǎn)氣田包裹體氣態(tài)烴(C1—C4)分析結(jié)果[9]Table 3 Gaseous bydrocarbon composition(C1—C4)of fluid inclusions from the Weiyuan gas field

表4 威遠(yuǎn)氣田包裹體液相成分[9]Table 4 Liquid Composition of fluid inclusions from the Weiyuan gas field

3.1 殼幔混源成因的地質(zhì)依據(jù)

(1)地殼大幅抬升和背斜南移形成的構(gòu)造圈閉是威遠(yuǎn)大型氣田的重要地質(zhì)前提。如前所述,威遠(yuǎn)與資陽成氣作用的差異是由于背斜構(gòu)造軸部南移互換的原因。據(jù)羅志立(1998)研究[10],本區(qū)隆起南移的同時,又大幅度抬升,其高度可達(dá)895 m(圖3),構(gòu) 成如此大幅度隆起和南移,按其成藏動力學(xué)分析,可能是與區(qū)域內(nèi)自西向東具有“三江”古特提斯熱幔柱(早古生代—新生代)[11]、峨眉山熱幔柱(東吳運動—印支運動)[8]、華南熱幔柱(燕山運動—喜山運動)[12]所構(gòu)成的幔柱構(gòu)造鏈構(gòu)造運動“大災(zāi)變”和成藏(礦)作用“大爆發(fā)”影響所致。正因為地殼抬升,在樂山—龍女寺背斜的軸部形成巨大空間,為成藏?zé)嵋簞?chuàng)造了儲、滲通暢的條件,故而形成大型氣田。

圖3 威遠(yuǎn)構(gòu)造樂山—龍女寺古隆起構(gòu)造演化剖面[10](據(jù)1995年四川石油管理局地質(zhì)勘探開發(fā)研究院資料編制)Fig.3 Tectonic evolution section of Leshan-Longnusi paleo-up lift at Weiyuan structure

(2)R0和 He,Ar隨深度有規(guī)律地變化是盆地成藏流體活動的特征。從本區(qū)地層柱(圖1B)得知,各地層廣泛有天然氣分布。其天然氣的R0(鏡質(zhì)體反射率)值隨地質(zhì)時代的更疊有增高的現(xiàn)象,而δ(13C)值亦有變大的趨勢,呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4A)。各個地層中天然氣的氬(Ar)、氦(He)含量亦隨不同時代的天然氣有所遞增,故而兩元素的變化曲線十分相似(圖4B),這可視為盆地流體活動的有力證據(jù)。

(3)天然氣主要組分相對均勻化,甲烷和乙烷碳同位素比較接近的特征是深層混源的特點。威遠(yuǎn)天然氣均為干氣,甲烷含量變化不大,在83%～88%之間波動;乙烷含量很低,為0.1%左右,最高不超過0.17%;丙烷幾乎沒有。非烴含量較高,N2為6%～10%,CO2為4%～6%,都與甲烷含量具有良好的消長關(guān)系;H2S相對均一,與CO2及He之間存在正相關(guān)關(guān)系(圖5)。同樣,在碳同位素組成上,甲烷和乙烷的碳同位素亦比較接近,分別為-32.52×10-3和-31.7×10-3,都具有正碳同位素系列(δ13C1<δ13C2)特征[13]。威遠(yuǎn)氣田震旦系、寒武系天然氣的δ(13C1)值均落在有機(jī)成因范圍內(nèi);僅有個別震旦系和下二疊統(tǒng)、以及川南納溪下二疊統(tǒng)的樣品落在無機(jī)成因區(qū)(圖6)。這些都是盆地流體在高溫條件下殼?；烊诔刹?即有機(jī)與無機(jī)成因)的重要證據(jù)。

圖4 威遠(yuǎn)氣田各地層天然氣的 R0(A)和 He,Ar(B)變化趨勢[6,4]Fig.4 Changing trends of R0(A)and He,Ar content(B)of natural gas for each stratigraphic unit in Weiyuan gas field

(4)威遠(yuǎn)天然氣的高氦、高氬含量是殼幔混源的顯著特征。在威28井2 820～2 905 m,震旦系中天然氣δ(13C1)=-32.53×10-3,δ(13C2)=-31.61×10-3,δ(13CCO2)=-12.51 ×10-3;深部 3 226～3736 m段,花崗巖裂縫中的天然氣δ(13C1)=-32.35×10-3,δ(13C2)= -31.41 ×10-3,δ(13CCO2)=-12.51×10-3。由此得知,二者頗為相似,無疑應(yīng)是同源的[14];它們的δ(13CCO2)均小于-10×10-3,足可以說明是有機(jī)成因的。然而,從 He與Ar來說均是無機(jī)成因。由于3He主要來自地幔,4He是放射成因,系地殼中238U,235U和232Th的母體衰變而成,當(dāng)然地層中原含有放射物質(zhì)則會受到混染熔融 作用。本區(qū)震旦系和二疊系地層的天然氣3He/4He分別為2.9×10-8和 3.03×10-8,相應(yīng)的R/Ro值為0.021和0.022,這些數(shù)據(jù)足以闡明有地殼的有機(jī)質(zhì)參與。而36Ar是空氣中的固定值,40Ar受年代積累效應(yīng),本區(qū)震旦系的威 23井的40Ar/36Ar為7 232,威2井為9 255;二疊系的威5井為2 855,威7井為5 222,三疊系為561,這與鉀的含量有明顯的正相關(guān)關(guān)系。如威遠(yuǎn)氣田震旦系中鉀的含量為1 356×10-6～2 750×10-6,平均 2 191×10-6,寒武系地層為4 440×10-6～9 255×10-6,川南二疊系與三疊系鉀的含量分別為206×10-6和166.8×10-6,元古代花崗巖w(K2O)=4.91%～5.99%,很顯然是與深部流體作用有關(guān)[15]。

圖5 威遠(yuǎn)氣田甲烷,乙烷和非烴類含量關(guān)系[13]Fig.5 Relationships of CH4,C2H6and nonhydrocarbon ontents in different stratigraphic units of Weiyuan gas field

(5)盆地流體是成藏作用的重要因素。成藏作用是一項極其復(fù)雜的過程,圍巖中的有機(jī)成分固然可以提供成藏物質(zhì)基礎(chǔ),但來自深部的盆地流體對成藏的貢獻(xiàn)更不應(yīng)忽視,它們所含包裹體提供了令人信服的信息。王鶴年等(1991)分別測定了震旦系與基底花崗巖中天然氣的包裹體組分(表5)[9]。

在震旦系地層和花崗巖中的天然氣及包裹體烴類成分含量并不相同,如甲烷含量,前者大于后者,而乙烷含量恰恰相反,非烴組分(CO2,N2)后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者,但二者包裹體的甲烷含量都低于天然氣。據(jù)此證明,甲烷和氮氣是與深部成藏流體向上運移貢獻(xiàn)有關(guān)。

圖6 川南各氣田甲烷和乙烷碳同位素分布特征[12-13]Fig.6 Distribution characteristics ofδ13C(CH4and C2H6)for different gas field in soth Sichuan basin

(6)氣藏水地球化學(xué)特征具有深層混源成因特點。邱蘊玉等(1994)采自威遠(yuǎn)氣藏水的水化學(xué)特征和同位素組成(表6)顯示:本區(qū)天然氣藏水的總礦化度為 50.93 ～76.78 g/L,δ(D水)-δ(18O)同位素組成表明,有天水滲入的變質(zhì)水。水中有機(jī)質(zhì)是由飽和烴組成,以C20-低碳數(shù)化合物為主,還有正烷烴和葵系列化合物均占相當(dāng)比例,表明成藏具有良好的封閉保存條件。而且是以高碳位出現(xiàn)的nC25,nC27,nC29奇數(shù)為優(yōu)勢,低碳位數(shù) nC14,nC16,nC18,nC20偶數(shù)碳僅出現(xiàn)在局部,并含有較豐富的異構(gòu)烷烴,顯示了晚期裂解烴的特征;圖7中的nC17呈現(xiàn)明顯主峰,這是海相低等菌類母質(zhì)的標(biāo)志。因此,認(rèn)為威遠(yuǎn)氣田為多源有機(jī)質(zhì)滲混的結(jié)果[16]。

(7)瀝青成分差異反映成藏作用是多期形成。威遠(yuǎn)和資陽地區(qū)成藏是與背斜構(gòu)造軸部的演變密切相關(guān)(圖2),淺部廣泛分布的瀝青是稠油經(jīng)高溫變異的產(chǎn)物,是原油運移聚集的證據(jù)。前人根據(jù)放熱峰(700 ℃),δ(13C)=-38.03 ×10-3和含釩量為0.06%～0.15%,定名為“碳瀝青”。邱蘊玉等(1984)將本區(qū)瀝青特征劃分為改造型(A2型)、脫瀝青化型(B型)和熱演化型(A1型)3類。其中以A2型為主,通常以全充填最為普遍,有機(jī)碳要高出碳酸鹽巖平均豐度的4～8倍,普遍具有低支鏈、低環(huán)烷特征。而高硫芴(Pr)和高植烷(Ph)特征呈現(xiàn)了遭受氧化的烙印;B型瀝青與之相反,類異戊二稀烴及支鏈烷烴(Ph)明顯,富集了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子量較重的組分,是天然氣與油共存的標(biāo)志;A1型(即俗稱的 “碳瀝青”)的有機(jī)組分殘存 Ph＞nC18和高硫芴(Pr)記錄了又一次氧化的特征,屬于高溫、高壓系統(tǒng)中由原油受岐化作用,熱裂解相態(tài)轉(zhuǎn)變成天然氣,故在巖石的孔縫中產(chǎn)出(圖8)。與其相對應(yīng),它們的芳烴組成特征如圖9所示,3種類型的瀝青并不雷同[16]。

表5 裹體氣相組分與天然氣組分對比表Table 5 Comparison of the gas composition of fluid inclusions with that of natural gas

表6 威遠(yuǎn)氣田氣藏水參數(shù)[16]Table 6 Parameter table of water in Weiyuan gas field

圖7 威遠(yuǎn)氣田震旦系氣藏水中有機(jī)質(zhì)飽和烴組成分布[16]Fig.7 Distribution of organic saturated hydrocarbon composition in Sinian gas reservoir water in Weiyuan gas field

(8)瀝青與油原巖對比具有殼源特征。邱蘊玉等(1984)通過對氣田內(nèi)鉆井中(如女探5井、女基井的中下寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng),磨深1井、窩深1井、陽深2井、座3井的中下寒武統(tǒng),威28井的寒武系)的多層瀝青研究,認(rèn)為是二疊系(相當(dāng)于峨眉山熱幔柱事件)遭受熱演化疊加效應(yīng)改造而成的“碳瀝青”,故體現(xiàn)了Ph＞nC18和高硫芴(Pr)等微顯表征,記錄了氧化作用的印跡。從取自區(qū)內(nèi)不同鉆井、不同地質(zhì)時代的黑色頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r(與震旦系燈影組巖性亦很相似)和前述的3種類型瀝青對比來看,它們的芳烴穩(wěn)定分子化合物曲線基本吻合(圖10),不難看出威遠(yuǎn)氣田的形成是與殼源成分有機(jī)質(zhì)參與息息相關(guān)。

值得注意的是,威遠(yuǎn)天然氣中34S的含量并不高 ,34S/32S=+11.5×10-3～ +14.4×10-3,未見硫酸鹽熱化學(xué) TSR(Thermochemical sulfate reduction)現(xiàn)象[17];對于是否有三疊系膏鹽層滲入的影響,尚需進(jìn)一步探討。我們認(rèn)為,主要由于深部流體與震旦系海相碳酸鹽巖中含有大量藻類有關(guān)。

3.2 威遠(yuǎn)氣田成因淺析

圖8 威遠(yuǎn)氣田不同成因類型瀝青飽和烴組成分布對比圖[16]Fig.8 Comparison chart of different genetic asphalt saturated hydrocarbon composition distribution in Weiyuan gas field

杜樂天(1988)早就提出幔汁(H-A-C-O-N-S流體)的概念,也就是指地幔流體中含有氫、鹵素、堿金屬、碳、氧、氮、硫等元素的化合物熱流體[18]。實際上地幔流體是一種以CO2和 H2O為主,同時含有一定量的溶質(zhì)成分,相對富集大離子等不相容元素的超臨界流體,具有獨特的溶解和運輸能力[19]。本區(qū)處于區(qū)域熱幔柱鏈的中部,深部受控于地幔流體活躍地帶。威遠(yuǎn)—資陽地區(qū)受樂山—龍女寺短軸背斜遷移的嚴(yán)格制約,在其軸部形成虛脫,構(gòu)成龐大的空間,無疑為成藏作用提供了良好的條件,這是形成大型氣田的前提。

圖9 威遠(yuǎn)氣田不同成因類型瀝青芳烴組成特征對比圖[16]Fig.9 comparison chart of different genetic asphalt aromatic hydrocarbon composition in Weiyuan gas field

一般來講,石油地質(zhì)界所稱的“盆地流體”包括盆地內(nèi)部自生流體和外來流體兩部分,前者指無機(jī)/有機(jī)沉積物壓實和相變釋放出的各種流體;后者包括大氣降水、下滲海水及地幔深部流體。氫、氧同位素的測定結(jié)果已證實本區(qū)有天水的滲入(表6)。據(jù)張永旺等(2009)研究[20],烴源巖-流體相互作用過程中,有機(jī)酸的形成機(jī)制比較復(fù)雜,受干酪根類型、溫度、水的礦化度、p H值等多種因素影響。從威遠(yuǎn)烴源巖震旦系燈影組含大量藻類化石及天然氣的化學(xué)組分,計算其 H/C原子比介于1.7～0.3之間,O/C原子比介于0.1～0.2之間,屬于Ⅰ、Ⅱ類干酪根。包裹體的形成溫度從80～160℃到200～240℃,成分以烴類為主;包裹體的鹽度w(NaCl)=4.3%～17.2%,大于川中油田的鹽度w(NaCl)=7.1%～11.6%,p H值均大于8,Eh值均為負(fù)值[9],故可形成大量的有機(jī)酸。深部流體高溫,以醋酸占優(yōu)勢[21],這對碳酸鹽巖中Ca,Mg,Na元素有一定溶解作用,又為氣體運移和儲存創(chuàng)造了優(yōu)越條件。同時,隨溫度升高,Si4+離子在溶液中也會增大,呈酸性溶液,其溶解能力最強(qiáng),在這種高鹽度的地層水與烴源巖作用之后,普遍表現(xiàn)為Mg2+離子明顯沉淀,所以在儲集層顯示了白云巖化。白云巖化的Mg2+來源于上地幔及中地殼[22]。

從圖1B可以看出,寒武系(九老洞組泥巖)—震旦系(燈影組白云巖夾薄層泥巖,陡山沱組泥巖)為同一含油氣系統(tǒng)。上部的寒武系泥巖既是烴源巖,也是隔水屏蔽層,深部的流體在向上運移的過程中,會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象,并形成流體相對聚集的超壓流體囊。幕式流體活動是異常超壓盆地中流體活動的主要特點[23],它不僅可以促使同沉積斷裂再次活化[24],又可成為流體二次運移的運移動力,區(qū)內(nèi)(圖1A)分布的4條平移斷裂即是有力佐證。

圖10 威遠(yuǎn)氣田瀝青與主力油源巖的芳烴穩(wěn)定分子化合物分布曲線對比Fig.10 Comparison of stable molecular compounds of asphalt of Weiyuan gas field and aromatic of the main oil source beds

隨著成藏作用溫度的升高,泥巖中的蒙脫石受熱蝕變成為伊利石,使得早期成油產(chǎn)生脫解,在地表不同層位中廣泛分布“碳瀝青”和不同類型(成因)的瀝青即是古油藏的印跡。

綜上所述,從本區(qū)天然氣主要組分均勻,包裹體成分為 H2O-CO(CO2)-CH4型,R0值、He和Ar元素隨時代演進(jìn)顯示出積累效應(yīng),基底花崗巖賦存天然氣及其包裹體中亦有CH4成分、古油藏瀝青地球化學(xué)類型,特別是威遠(yuǎn)氣田天然氣δ(13C1)、δ(13C2)和δ(13CCO2)極為近似等特征,反映威遠(yuǎn)氣田的成因機(jī)理與四川盆地中地殼的低速層(波速為5.95 km/s)分布有關(guān),天然氣應(yīng)屬于深層殼幔混源(無機(jī)和地殼)成因類型。

4 結(jié)束語

四川威遠(yuǎn)氣田是我國乃至世界上儲層最古老的大型氣田,詳細(xì)研究和了解油氣田的成因?qū)ωS富石油地質(zhì)學(xué)理論和深部找藏具有指導(dǎo)意義。

威遠(yuǎn)氣田基底花崗巖裂縫中的天然氣雖已引起石油地質(zhì)學(xué)家的重視,但對于成藏機(jī)理問題尚有待今后的進(jìn)一步研究。Dutkiewicz A(1998)在國外太古代砂巖的流體包裹體中發(fā)現(xiàn)了液態(tài)石油[25],從而使石油存在于古元古代的說法有所改變,而且證實了太古宙盆地生成烴源是廣泛的(Jackson M J,1986)[26]。這些成果對我國當(dāng)前深部找藏提供了極其珍貴的信息。

沉積盆地是一個巨大的低溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)器。盆地中的熱流體必然對沉積盆地的表層沉積、壓實、熱傳遞等作用和油氣的生成、運移、聚集、保存及破壞等過程產(chǎn)生重要作用[27]。所以威遠(yuǎn)氣田是“地幔流體與地殼中有機(jī)成分相互作用”[28]、有機(jī)和無機(jī)混源成藏的典型范例。

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