沈云飛，張 敏

川西坳陷須二段氣源巖地球化學(xué)特征與生氣潛力分析

沈云飛，張 敏

四川盆地須家河組為一套陸相含煤地層，通過對川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須二段氣源巖有機地球化學(xué)特征分析，探討了該段氣源巖的生氣潛力。結(jié)果表明，煤系泥巖總有機碳含量介于0.43%～17.62%，平均值為2.64%，有機質(zhì)類型以腐殖型為主，鏡質(zhì)組反射率分布范圍為0.95%～3.11%，熱演化程度高，以高成熟為主，部分進入了過成熟演化階段，為好的氣源巖；煤、炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型為腐殖型，熱演化程度達到高成熟-過成熟演化階段。通過對氣源巖生標(biāo)組合特征進行分析，認(rèn)為研究區(qū)沉積時期曾經(jīng)歷明顯的海侵事件，為該區(qū)氣源巖有機質(zhì)的富集、保存及轉(zhuǎn)化成烴提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，增加了該區(qū)的生氣潛力。因此，川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須二段是一套重要的氣源巖，具有很好的生氣潛力。

氣源巖；地球化學(xué)特征；生氣潛力；川西坳陷；須家河組

研究表明，四川盆地須家河組是一套陸相含煤地層。長期以來，四川盆地針對上三疊統(tǒng)須家河組的天然氣勘探一直把須一、三、五段作為氣源巖，須二、四、六段僅作為目的層段[1-3]。然而勘探實踐證明，須二段是砂泥巖互層組合，這些砂巖之間所夾的泥質(zhì)巖、薄層煤線和炭質(zhì)泥巖等同樣具有一定的生氣能力，在某些層段中，該類氣源巖的生氣能力甚至高于須三段和須五段[4]。但是迄今為止，對川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須二段氣源巖沒有進行系統(tǒng)研究，因而該段油氣資源潛力還不明確。為此，筆者對川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須二段氣源巖地球化學(xué)特征與生氣潛力進行分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西坳陷是晚三疊世以來在四川盆地西部發(fā)育的前陸盆地，東以龍泉山-南江為界，南以峨眉-滎經(jīng)斷裂與川滇南北構(gòu)造帶為界，西以安縣-都江堰斷裂與龍門山?jīng)_斷帶為界，北到米倉山前緣，總面積約4×104km2[5]。以綿竹-新場-豐谷和大邑-成都為界把川西坳陷分成北、中、南3段，北段構(gòu)造形變較弱，南段構(gòu)造形變較強并發(fā)育幾排北東向斷層相關(guān)褶皺，中段形變介于兩者之間，褶皺斷裂相對發(fā)育[6]。川西坳陷上三疊統(tǒng)為一套退覆沉積，經(jīng)歷了臺地邊緣濱海相→海陸過渡相→陸相并以陸相為主的沉積過程。川西坳陷須二段早期有部分海相沉積特征，隨構(gòu)造抬升的加強，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹?、陸過渡相沉積，此后，川西地區(qū)結(jié)束了海相沉積歷史，全面進入陸相沉積盆地發(fā)育階段[7-8]。

2 氣源巖展布

川西坳陷須二段氣源巖主要包括煤系泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤等，其中煤和煤系泥巖的分布特征大體相同，均分布于龍門山前緣、孝泉-新場-合興場、中江等地，厚度中心往往靠近山前帶，但兩者的厚度中心卻存在一定差別，總體上，其沉積厚度與展布范圍受控于沉積坳陷。煤層西厚東薄，聚煤中心在都江堰以東的區(qū)域，最大厚度接近30m。煤系泥巖的分布范圍相對較廣，厚度大體上是由西向東逐漸減薄，厚度范圍主要分布在20～100m，在龍門山前緣鴨子河-漢旺、金馬以及中江一帶泥巖厚度達100m以上?？傮w上，川西坳陷中段大部分泥巖厚度為50～100m，成都到洛帶一帶為20～50m；北段江油一帶泥巖厚度為50～100m，北東向減薄至20～50m，梓潼以北泥巖厚度小于20m；南段大邑泥巖厚度為50～100m，由北向南逐漸減薄，平落壩、大興場為20～50m。

3 氣源巖地球化學(xué)特征

3.1 有機質(zhì)豐度

川西坳陷須二段煤系泥巖總有機碳含量(TOC)變化范圍很大，介于0.43%～17.62%之間，平均值達到2.64%。其中，研究區(qū)中段TOC均值為3.16%，龍門山前緣鴨子河-金馬、東西向孝泉-新場-合興場有機碳含量最高,均值分別為3.46%和3.64%。該研究區(qū)中段南北向上豐谷地區(qū)有機碳含量為2.84%，中江地區(qū)有機碳含量為2.20%，因而中段的南北向上有機碳含量值自北向南呈逐漸降低的趨勢。該研究區(qū)北段有機碳含量均值為1.92%，南段有機碳含量均值為1.26%。因此，煤系泥巖TOC分布情況為中段較北段、南段高。此外，該研究區(qū)煤的TOC介于16.59%～81.32%，平均值為39.48%；炭質(zhì)泥巖的有機碳含量介于5.16%～23.96%，平均值為10.75%。

研究區(qū)須二段煤系泥巖生烴潛量(S1+S2)介于0.01～13.37mg/g之間，平均值為1.02mg/g，屬于差的氣源巖；煤生烴潛量(S1+S2)為155.83mg/g，屬于差的氣源巖范疇；炭質(zhì)泥巖生烴潛量(S1+S2)介于0.49～17.11mg/g之間，平均值為4.30mg/g，屬于非氣源巖[9]。

3.2 有機質(zhì)類型

圖1 川西坳陷須二段氣源巖有機顯微組分特征

1)干酪根有機顯微組分 川西坳陷須二段氣源巖有機顯微組分組成特征如圖1所示。煤樣鏡質(zhì)組的平均含量達86.79%，惰性組平均含量為11.7%,“殼質(zhì)組+腐泥組”平均含量為1.44%，表現(xiàn)為典型腐植煤的顯微組分組成特征；炭質(zhì)泥巖鏡質(zhì)組、惰性組和“殼質(zhì)組+腐泥組”平均含量分別為62.88%、31.18%和5.93%，表現(xiàn)腐殖型顯微組分組成特征；泥巖樣品的鏡質(zhì)組、惰性組和“殼質(zhì)組+腐泥組”平均含量分別為51.01%、24.92%和24.06%。從以上分析得知，研究區(qū)須家河組須二段煤、炭質(zhì)泥巖的有機質(zhì)類型都為腐殖型，泥巖的有機質(zhì)類型主要以腐殖型(Ⅲ型)為主，少量腐泥-腐殖型(Ⅱ2型)，偶見腐殖-腐泥(Ⅱ1)。

2)干酪根碳同位素 干酪根碳同位素(δ13C)分析結(jié)果表明，研究區(qū)煤系泥巖δ13C值為-25.35‰～-24.33‰(PDB)，平均-24.73‰(PDB)；炭質(zhì)泥巖δ13C值為-23.90‰～-23.80‰(PDB)，平均-23.85‰(PDB)。因此，煤系泥巖和炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型均呈現(xiàn)出腐殖型特征。

3)Rock-Eval熱解參數(shù) 研究區(qū)須二段煤系泥巖氫指數(shù)范圍為1～152mg/g，平均37mg/g；降解率分布范圍為0.13%～13.60%，平均3.57%，表明有機質(zhì)類型為Ⅲ型。

3.3 氣源巖有機質(zhì)成熟度

1)鏡質(zhì)體反射率 川西坳陷須二段煤系泥巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)值分布范圍為0.95%～3.11%，平均值為1.80%(見圖2)。其中25.53%樣品數(shù)的Ro值分布在0.70%～1.30%，43.62%樣品數(shù)的Ro值分布在1.30%～2.0%，30.85%樣品數(shù)的Ro值大于2.0%。由以上分析可知，該研究區(qū)煤系泥巖都已達到成熟，且主要以高成熟為主，部分煤系泥巖進入了過成熟演化階段，其中研究區(qū)北段的Ro值均值為1.74%，中段的Ro值均值為1.89%，南段的Ro值均值為1.80%，表明該研究區(qū)中段、南段和北段氣源巖的熱演化程度依次降低。該研究區(qū)煤的Ro值分布范圍為1.45%～2.58%，平均值為2.02%，表明大多數(shù)已進入高成熟演化階段。總體上，研究區(qū)氣源巖Ro與深度有較好的對應(yīng)關(guān)系，隨著深度的增加，氣源巖的成熟度增加，但中段洛帶以及南段平落壩區(qū)塊泥巖的Ro與深度并無明顯的相關(guān)關(guān)系，其原因如下：①中段洛帶和南段平落壩數(shù)據(jù)點與下部地層樣品相隔較遠(yuǎn)，其Ro與深度線性關(guān)系不易反映出來；②該地區(qū)經(jīng)歷了一定程度的剝蝕，從而造成上下地層經(jīng)歷了不同的熱歷史[10]。

2)巖石最高熱解峰溫 須二段煤系泥巖巖石最高熱解峰溫(Tmax)變化范圍很大(見圖3)，介于447～605℃，均值為531℃，說明該區(qū)泥巖均達到成熟階段。北段泥巖Tmax介于447～460℃，均值為451℃，為成熟氣源巖；南段泥巖Tmax介于503～531℃之間，均值為516℃，達到高成熟演化階段；中段泥巖Tmax介于472～605℃之間，均值為540℃，為高成熟-過成熟氣源巖。煤、炭質(zhì)泥巖Tmax分布也均大于550℃，達到高成熟-過成熟演化階段。此外，Tmax與深度有較好的對應(yīng)關(guān)系，隨著深度的增加，氣源巖的Tmax也在增加。

圖2 川西坳陷須二段煤系泥巖Ro與深度關(guān)系圖 圖3 川西坳陷須二段煤系泥巖Tmax與深度關(guān)系圖

綜上所述，研究區(qū)氣源巖的熱演化程度由高到低依次為川西坳陷中段、川西坳陷南段、川西坳陷北段。煤系泥巖有機質(zhì)演化已進入成熟階段，且主要以高成熟為主，部分源巖進入了過成熟演化階段；煤、炭質(zhì)泥巖達到高成熟-過成熟演化階段。

4 氣源巖生物標(biāo)志化合物特征

川西坳陷須二段煤系泥巖抽提物的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍較窄為nC16-nC30，主峰碳為nC18，∑nC21-/∑nC22+均值為2.15，峰型為前峰型。Pr/Ph較低，平均為0.43，具較強的植烷優(yōu)勢，為較強還原性沉積環(huán)境。伽馬蠟烷較發(fā)育，伽馬蠟烷指數(shù)平均為0.26，反映了微咸水的沉積環(huán)境。規(guī)則甾烷αααC27(20R)、αααC28(20R)、αααC29(20R)呈現(xiàn)以αααC29(20R)甾烷略占優(yōu)勢的不對稱“V”型分布，反映出低等生源輸入量較大的特點，這與傳統(tǒng)認(rèn)為腐殖型有機質(zhì)的甾烷組成(重排甾烷發(fā)育、以C29-甾烷為主)十分不同，這種現(xiàn)象在煤系地層中是少見的。進一步分析具有特殊生物標(biāo)志意義的化合物，發(fā)現(xiàn)甲基甾烷與甲藻甾烷十分發(fā)育且含量豐富，說明氣源巖受到了海侵作用的影響[11]。

5 生烴潛力分析

川西坳陷須二段是砂泥巖互層組合，煤和泥巖分布范圍廣，煤的最大厚度接近30m，泥巖的厚度范圍主要分布在20～100m。氣源巖有機質(zhì)豐度高，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量高，殼質(zhì)組與腐泥組的含量低，有機顯微組分組成表現(xiàn)為腐殖型特征，氣源巖Ro大于1.2%，熱演化程度達到成熟-高成熟，以生氣為主，具有較好的生氣潛力。其中龍門山前緣鴨子河-金馬、東西向孝泉-新場-合興場煤和泥巖厚度大，有機碳含量高，均值分別為3.46%和3.64%，有機質(zhì)類型表現(xiàn)為腐殖型，熱演化程度均達到高成熟。此外，研究區(qū)沉積時期曾經(jīng)歷明顯的海侵事件，這有利于源巖有機質(zhì)的富集、保存及轉(zhuǎn)化成烴，從而為該區(qū)有機質(zhì)“接力生氣”提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，研究區(qū)須二段是一套重要的氣源巖，具有很好的生氣潛力。

6 結(jié) 論

1)川西坳陷須二段煤系泥巖有機碳豐度平均值為2.64%，有機質(zhì)類型以腐殖型為主，少量腐泥-腐殖型，偶見腐殖-腐泥，熱演化程度高，以高成熟為主，部分進入了過成熟演化階段，為好的氣源巖；煤、炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型為腐殖型，熱演化程度進入高成熟-過成熟演化階段，以生氣為主，具有很好的生烴潛力。

2)通過對氣源巖生標(biāo)組合特征進行分析，認(rèn)為研究區(qū)沉積時期曾經(jīng)歷明顯的海侵事件，這為該區(qū)氣源巖有機質(zhì)的富集、保存及轉(zhuǎn)化成烴提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而增加了研究區(qū)的生氣潛力。

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[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.10.020

TE122.13

A

1673-1409(2012)10-N065-04