謝剛平
(中國(guó)石化 西南油氣分公司,成都 610041)
川西坳陷中三疊統(tǒng)雷口坡組四段氣藏氣源分析
謝剛平
(中國(guó)石化 西南油氣分公司,成都 610041)
川西地區(qū)海相層系除發(fā)育二疊系等烴源巖之外,中三疊統(tǒng)雷口坡組內(nèi)部還發(fā)育一套潟湖相黑灰色泥微晶白云巖、灰?guī)r烴源巖,其生烴強(qiáng)度為(10~40)×108m3/km2,具備形成大中型氣田的氣源條件。通過對(duì)川西坳陷不同構(gòu)造帶雷口坡組四段氣藏天然氣組分、烷烴氣碳?xì)渫凰靥卣鳌?chǔ)層瀝青、天然氣運(yùn)移條件分析認(rèn)為,不同構(gòu)造帶具有不同的主力氣源。龍門山前構(gòu)造帶PZ1井天然氣高含H2S、δ13C2偏重(-26.4‰)、烷烴氣碳同位素呈正序分布、δD1偏輕(-140‰),總體具混源氣特征,天然氣組分及碳同位素反映的母質(zhì)演化程度介于二疊系和雷口坡組源巖之間,反映可能為二者的混源氣,龍門山前通源斷裂的發(fā)育為混源成藏提供了條件;新場(chǎng)構(gòu)造帶CK1井天然氣微—中含量H2S、δ13C2偏輕(-33.2‰)、烷烴氣碳同位素局部倒轉(zhuǎn)、δD1偏輕(-147‰),具油型氣特征,其與雷口坡組烴源巖大致相當(dāng),反映主要來源于雷口坡組內(nèi)部自身的烴源巖。
烴源巖;天然氣;雷口坡組;川西坳陷;四川盆地
近年來,川西坳陷中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)天然氣勘探取得重大突破,一批重點(diǎn)探井先后在雷口坡組四段鉆獲高產(chǎn)工業(yè)性氣流,展示了其良好的勘探前景[1-5]。然而,這些天然氣來源于哪些烴源層系,雷口坡組是否存在有效烴源巖,是否能形成天然氣規(guī)模聚集,下伏二疊系烴源巖形成的天然氣能否穿越中下三疊統(tǒng)膏鹽巖層運(yùn)移至雷口坡組成藏等問題均困擾著勘探?jīng)Q策。本文針對(duì)上述問題,通過對(duì)川西坳陷有代表性的兩大構(gòu)造帶(龍門山前構(gòu)造帶、新場(chǎng)構(gòu)造帶)雷口坡組四段天然氣組分、烷烴碳?xì)渫凰靥卣?、?chǔ)層瀝青、天然氣運(yùn)移條件等進(jìn)行綜合分析,探討雷口坡組四段氣藏在不同構(gòu)造帶的氣源,以期為區(qū)帶評(píng)價(jià)及下一步勘探部署提供參考依據(jù)。
前人研究表明,川西地區(qū)二疊系及以下海相層系發(fā)育4套烴源巖,分布較廣,厚度較大,品質(zhì)較好。各套烴源巖從中三疊世末相繼達(dá)到生烴高峰,具有幕式供烴的特征,天然氣總資源量為20 004×108m3,資源潛力巨大[6]。
另外,川西地區(qū)雷口坡組內(nèi)部發(fā)育一套潟湖相黑灰色泥微晶白云巖、灰?guī)r烴源巖,為雷口坡組天然氣成藏提供了近源物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。近期進(jìn)一步研究表明,雷口坡組烴源巖形成于生物生產(chǎn)力較高、水動(dòng)力較弱、海水循環(huán)受限、鹽度較高、底部水體缺氧和沉積速率較低的沉積環(huán)境,這樣的沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存。雷口坡組碳酸鹽巖烴源巖殘余有機(jī)碳分布在0.2%~0.89%,已達(dá)到高—過成熟碳酸鹽巖有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(≥0.2%)[8],轉(zhuǎn)化率平均達(dá)24.7%,具有轉(zhuǎn)化率較高的特點(diǎn)。該套烴源巖有機(jī)質(zhì)的生物來源主要是水生浮游生物,烴源巖中常見具生物體結(jié)構(gòu)的薄膜狀、片狀或塊狀炭化生屑,有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)(TI)為33.12%~72.75%,反映該套烴源巖有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ1-Ⅱ2型。該套烴源巖須三沉積末期進(jìn)入生烴門限,須五沉積末期進(jìn)入成熟演化階段,早侏羅世末達(dá)到高成熟演化階段,晚侏羅世末到現(xiàn)今達(dá)到過成熟演化階段。雷口坡組烴源巖在彭州—綿竹及洛帶—回龍地區(qū)發(fā)育最好,烴源巖厚度分別為大于300 m和250~300 m,有機(jī)碳含量從0.3%到0.9%,有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ型,Ro分別為2.8%~3.6%和2.2%~3.0%,生烴強(qiáng)度分別為(20~45)×108m3/km2和(20~28)×108m3/km2(圖1)。其次分布在大邑—新都—德陽—綿陽地區(qū),烴源巖厚度200~300 m,有機(jī)碳含量為0.3%左右,有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ型,Ro為2.2%~3.4%,生烴強(qiáng)度為(10~20)×108m3/km2。初步估算雷口坡組烴源巖形成的可供聚集天然氣資源量為11 260.9×108m3,為雷口坡組氣藏的近源烴源巖。
圖1 川西坳陷雷口坡組烴源巖生烴強(qiáng)度分布
2.1 天然氣組分
從天然氣組分特征來看(表1),川西坳陷雷口坡組四段氣藏在縱橫上天然氣組分均存在明顯差異。
縱向上,同采自于川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶CK1井的天然氣分為2類(表1):第一類天然氣CH4、C2H6、CO2、N2平均含量分別為94.38%,0.35%,4.58%,0.38%,H2S含量0.000 6%~0.72%,平均含量0.25%,干燥系數(shù)0.996 2,屬高甲烷、低重?zé)N、中CO2、中H2S的干氣,此類天然氣樣品采自CK1雷四上亞段頂部5 623~5 635 m產(chǎn)層段。第二類天然氣甲烷含量97.98%,乙烷含量0.28%,硫化氫含量0.000 03%,干燥系數(shù)0.997 0,屬高甲烷、低重?zé)N、微含H2S的干氣,此類天然氣樣品采自雷口坡組四段上亞段下部5 680~5 686 m含氣段。總體上,雷四上亞段頂部天然氣比中部的天然氣甲烷含量低、硫化氫含量高,說明它們的成因存在一定差異。這可能與雷口坡組頂不整合面有關(guān),因?yàn)椴徽厦姹旧砑词菬N類運(yùn)移的通道之一,雷四上亞段頂部的天然氣在一定程度上可能受到了多源供給;而雷四上亞段中部距雷口坡組頂不整合面相對(duì)稍遠(yuǎn),推測(cè)可能受多源影響較弱所致。
表1 川西坳陷雷口坡組四段天然氣地球化學(xué)特征
橫向上,龍門山前構(gòu)造帶的PZ1井雷口坡組四段天然氣CH4、C2H6、CO2、H2S、干燥系數(shù)含量分別為94.12%, 0.13%, 1.2%, 3.5%,0.998 6,為高甲烷,高含H2S的干氣(表1)。與CK1井雷四段天然氣相比,PZ1井天然氣烴類組分與CK1井雷四上亞段頂部天然氣相似,說明PZ1井也屬混源氣,但PZ1井過高的硫化氫含量又與之有明顯區(qū)別,說明它們的成因也存在一定的差異。
2.2 烷烴氣碳?xì)渫凰靥卣?/p>
乙烷碳同位素(δ13C2)具有較強(qiáng)的原始母質(zhì)繼承性,盡管也受源巖熱演化程度的影響,但受影響程度遠(yuǎn)小于甲烷碳同位素(δ13C1),因此,δ13C2是區(qū)別煤成氣和油型氣的最常用的有效指標(biāo)[9]。綜合前人的判別標(biāo)準(zhǔn)[9-11],本文將δ13C2=-28‰作為判別煤型氣和油型氣的界線,δ13C2>-28‰的天然氣為煤型氣,δ13C2<-28‰的天然氣為油型氣。
位于新場(chǎng)構(gòu)造帶的CK1井δ13C1=-33.2‰,δ13C2=-34.8‰,都偏輕,有別于陸相須家河組和侏羅系天然氣,表現(xiàn)出典型的油型氣特征(圖2),應(yīng)來自于海相有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。同時(shí),從天然氣烷烴氣碳同位素類型曲線可以看出(圖3),CK1井雷四上亞段頂部產(chǎn)氣段天然氣烷烴碳同位素序列表現(xiàn)為倒轉(zhuǎn),與本區(qū)陸相上三疊統(tǒng)須家河組天然氣正常序列特征差異明顯,說明CK1井雷四上亞段天然氣并非上三疊統(tǒng)陸相烴源巖“倒灌”成藏,而是來自于下部海相氣源。
圖2 川西坳陷不同層系天然氣碳同位素特征
圖3 川西坳陷不同層系天然氣烷烴碳同位素序列
位于龍門山前構(gòu)造帶的PZ1井δ13C1=-31.6‰,δ13C2=-26.4‰,明顯比新場(chǎng)構(gòu)造帶的CK1井偏重,尤其以δ13C2值差別明顯,表現(xiàn)出偏煤型氣的混源氣特征(圖2)。同時(shí),烷烴碳同位素構(gòu)成曲線呈正常序列,但又不同于陸相須家河組及侏羅系天然氣碳同位素序列特征。
結(jié)合氣藏上、下烴源巖特征及油氣運(yùn)移通道分析認(rèn)為,海陸過渡相烴源巖有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)較大。該區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和上三疊統(tǒng)馬鞍塘組二段、小塘子組均發(fā)育海陸交互相烴源巖,發(fā)育的泥質(zhì)烴源巖干酪根類型主要為Ⅱ-Ⅲ型和Ⅲ型。通過計(jì)算,PZ1井天然氣組分及甲烷碳同位素反映其母質(zhì)演化程度(Ro)約為3.05%,比該區(qū)馬鞍塘—小塘子組烴源巖成熟度(2.21%~2.19%)高,與該區(qū)龍?zhí)督M烴源巖成熟度(3.16%)及雷口坡組烴源巖成熟度(2.8%~3.6%)相似,反映其可能為二者的混源氣。
有機(jī)熱成因烷烴氣的氫同位素(δ13D1)組成主要受源巖沉積環(huán)境和成熟度的影響,由于同一地區(qū)源巖成熟度相差不大,因此通常認(rèn)為,烷烴氣的δ13D1首先受制于沉積環(huán)境,隨著沉積介質(zhì)鹽度增大,烷烴氣δ13D1組成變重;其次受成熟度影響,隨著熱演化程度增高,烷烴氣δ13D1也隨之變重[10-15]。CK1井、PZ1井甲烷氫同位素值相近,分別為-147‰和-140‰,而乙烷氫同位素值差別大,分別為-131‰和-97‰,在δ13C2-δ13D1關(guān)系圖上(圖4),CK1井表征為海相氣源,而PZ1井介于海相與陸相之間,也表現(xiàn)為混源氣,但略微更靠近陸源烴源巖。
圖4 川西坳陷不同層系天然氣δ13C2-δ13D1關(guān)系
2.3 儲(chǔ)層瀝青
天然氣氣藏儲(chǔ)集層瀝青是天然氣藏中的儲(chǔ)集層抽提物,一方面當(dāng)烴以油相運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層后再進(jìn)一步因熱成熟作用成氣,在成氣過程中儲(chǔ)集層仍殘留了一些可溶的重組分;另一方面以氣相運(yùn)移的烴進(jìn)入儲(chǔ)集層以后,一些重組分由于反凝析、吸附等因素而保留在儲(chǔ)層中,這些重組分的烴與天然氣同時(shí)生成,因而可以利用儲(chǔ)集層抽提物的生物標(biāo)志化合物作為橋梁進(jìn)行氣源對(duì)比[16]。
XCS1井雷四上亞段頂部?jī)?chǔ)層瀝青與上覆上三疊統(tǒng)馬鞍塘組二段及小塘子組泥質(zhì)烴源巖生物標(biāo)志化合物組合對(duì)比表明,反映母質(zhì)類型的規(guī)則甾烷差異明顯,儲(chǔ)層瀝青αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷呈近對(duì)稱的“V”字型,而上述2個(gè)層系烴源巖的規(guī)則甾烷呈不對(duì)稱的“V”字型(圖5)。說明,XCS1井雷四上亞段儲(chǔ)層瀝青并非來自馬二段和小塘子組泥質(zhì)烴源巖,而與XCS1井雷三段深灰色白云質(zhì)灰?guī)r烴源巖相比,則具有相似的生物標(biāo)志化合物組合特征(圖5)。表現(xiàn)在:①孕甾烷與升孕甾烷、重排甾烷含量低,規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高;②αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷呈近對(duì)稱的“V”字型;③長(zhǎng)鏈三環(huán)萜含量低,五環(huán)三萜含量高,全系列構(gòu)成曲線相似;④γ-蠟烷含量豐富,反映了該井雷四段儲(chǔ)層瀝青應(yīng)主要來自于雷三段烴源巖。同時(shí),規(guī)則甾烷特征又略有差別,說明可能由于儲(chǔ)層瀝青樣靠近不整合面,有少量其他層位氣源混入所致。
圖5 川西坳陷雷口坡組四段儲(chǔ)層瀝青與烴源巖飽和烴圖譜對(duì)比
圖6 川西坳陷雷口坡組四段天然氣成藏模式
2.4 天然氣運(yùn)移
對(duì)于龍門山前構(gòu)造帶,由于印支晚期—喜馬拉雅期曾經(jīng)歷了多期次的強(qiáng)烈擠壓抬升,形成了北東向多組斷裂(圖6),它們?yōu)橛蜌獾拇瓜蜻\(yùn)移提供了有利的條件,所以PZ1井表現(xiàn)出混源特征。
對(duì)于處于川西坳陷中央的新場(chǎng)構(gòu)造帶而言,古生界烴源巖埋深大,距現(xiàn)今三疊系主要勘探目的層系雷口坡組距離遠(yuǎn),缺乏能溝通下伏二疊系及以下海相層系烴源巖層的區(qū)域大斷裂;且中下三疊統(tǒng)發(fā)育多套膏鹽巖層,阻礙了下伏烴類向上運(yùn)移,因此,川西坳陷內(nèi)只能靠近源烴源巖貢獻(xiàn)。通過三維地震資料解釋表明,雷口坡組內(nèi)部及雷口坡組頂不整合面上面層間小斷裂發(fā)育;裂縫預(yù)測(cè)也表明,雷口坡組頂部發(fā)育北東向及北西向兩組裂縫,平面上呈網(wǎng)狀,它們與不整合面一起共同為雷口坡組氣藏構(gòu)成了近源烴源巖運(yùn)移輸導(dǎo)體系。實(shí)鉆CK1井、XCS1井均獲得高產(chǎn),且CK1井自投產(chǎn)以來,日產(chǎn)氣量穩(wěn)定在10.5×104m3左右,油壓穩(wěn)定,累計(jì)采氣已超過1.2×108m3,說明該區(qū)近源氣源充足,能夠?yàn)槔卓谄陆M形成大中型氣藏提供物質(zhì)基礎(chǔ)。
(1)川西坳陷雷口坡組內(nèi)部高鹽度、強(qiáng)還原潟湖沉積環(huán)境發(fā)育碳酸鹽巖烴源巖,盡管豐度較低(中等級(jí)別),但厚度較大,有機(jī)質(zhì)類型屬Ⅱ型,演化程度高,生烴強(qiáng)度高,為雷口坡組近源成藏奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
(2)川西坳陷不同構(gòu)造帶雷口坡組四段存在不同的主力氣源,龍門山前構(gòu)造帶為混源氣,不整合面、區(qū)域大斷裂及層間裂縫共同組成了輸導(dǎo)體系,具多源優(yōu)勢(shì);川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶以雷口坡組內(nèi)部油型氣為主,頂部混有部分其他氣源。
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(編輯 徐文明)
Source of gas reservoirs in the fourth member of the Middle Triassic Leikoupo Formation in Western Sichuan Depression
Xie Gangping
(SINOPECSouthwestOilandGasCompany,Chengdu,Sichuan610041,China)
A set of thick charcoal grey dolomicrite and micrite source rocks developed in the Middle Triassic Leikoupo Formation in the Western Sichuan Depression, in addition to four sets of marine source rocks in the Permian and its underlying strata. The gas generation intensity of the source rocks is about (1-4)×109m3/km2, showing a good potential for medium or giant gas fields. According to the gas composition, carbon and hydrogen isotopes, reservoir bitumen and migration conditions, the major sources for the gas reservoirs of the fourth member of the Leikoupo Formation vary in different tectonic zones in the Western Sichuan Depression. The gas from well PZ1 in the Longmenshan piedmont tectonic zone displays high H2S content, highδ13C2value (-26.4‰), positive alkane carbon isotopic series and lightδD1value (-140‰), consistent with characteristics of mixed gas. The thermal evolution degree reflected by natural gas compositions and carbon isotopes falls between those of Permian and Leikoupo source rocks, which indicates that the gas was sourced from both of them, and the deep faults in front of the Longmenshan Mountains provide favorable conditions for gas migration and accumulation from the source rocks. Meanwhile, the gases from well CK1 in the Xinchang tectonic zone display trace to moderate H2S content, lowδ13C2value (-33.2‰), partial reversal of alkane carbon isotopic series and a lightδD1value (-147‰), consistent with oil-type gas. The thermal evolution degree reflected by natural gas compositions and carbon isotopes is similar to that of Leikoupo source rocks, which indicates that the gases were mainly from the interior source rocks of the Leikoupo Formation.
source rock; natural gas; Leikoupo Formation; Western Sichuan Depression; Sichuan Basin
1001-6112(2015)04-0418-05
10.11781/sysydz201504418
2015-03-02;
2015-06-10。
謝剛平(1962—),男,博士,高級(jí)工程師,從事油氣地質(zhì)勘探綜合研究。E-mail:xiegangping@126.com。
國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05005-001)資助。
TE122.1+14
A