川西坳陷高成熟煤系烴源巖分子成熟度參數(shù)的異常分布

劉四兵（“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （成都理工大學(xué)），四川 成都610059 中石化西南油氣分公司博士后科研工作站，四川成都610081）

沈忠民 （“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （成都理工大學(xué)），四川 成都610059）

朱宏權(quán)，呂正祥，田 軍 （中石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都610081）

李 潔 （油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；重慶頁(yè)巖氣研究中心，重慶400042）

川西坳陷高成熟煤系烴源巖分子成熟度參數(shù)的異常分布

劉四兵（“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （成都理工大學(xué)），四川 成都610059 中石化西南油氣分公司博士后科研工作站，四川成都610081）

沈忠民 （“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （成都理工大學(xué)），四川 成都610059）

朱宏權(quán)，呂正祥，田 軍 （中石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都610081）

李 潔 （油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；重慶頁(yè)巖氣研究中心，重慶400042）

川西坳陷上三疊統(tǒng)及下侏羅統(tǒng)高成熟煤系烴源巖分子成熟度參數(shù)具有明顯的 “逆轉(zhuǎn)”特征。其演化模式表現(xiàn)為 “兩段式”的特點(diǎn)，上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）烴源巖成熟度參數(shù)的變化規(guī)律具有明顯差異，同時(shí)部分參數(shù)隨深度的增加逐漸變小，表現(xiàn)出較為明顯的 “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）沉積環(huán)境 （如鹽度、pH值、Eh值等的變化）的差異應(yīng)是其分子成熟度參數(shù)出現(xiàn) “兩段式”演化特征的重要因素；差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異是造成部分分子成熟度參數(shù) “逆轉(zhuǎn)”的主要原因；煤系地層自身特點(diǎn)可能也是導(dǎo)致其 “逆轉(zhuǎn)”的原因之一。不同的分子成熟度參數(shù)具有不同的熱反應(yīng)過(guò)程，且其對(duì)環(huán)境的敏感程度不一，因此導(dǎo)致不同參數(shù)具有不同的演化趨勢(shì)。這一結(jié)論表明，在利用分子成熟度參數(shù)進(jìn)行油源對(duì)比及成熟度評(píng)價(jià)時(shí)，沉積環(huán)境及源巖自身的熱演化程度是必須考慮的重要因素，這對(duì)煤系地層的油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義。

煤系烴源巖；分子成熟度參數(shù)；演化模式；逆轉(zhuǎn)；沉積環(huán)境；川西坳陷

油氣勘探中分子標(biāo)志化合物成熟度參數(shù)常用來(lái)表征有機(jī)質(zhì)的熱演化程度，這主要基于這些分子成熟度參數(shù)與烴源巖熱成熟度之間的線(xiàn)性關(guān)系［1～3］。然而，分子成熟度參數(shù)影響因素眾多，如，沉積環(huán)境、礦物基質(zhì)和有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)以及熱史等［3］。因此，分子成熟度參數(shù)隨成熟度的變化常出現(xiàn)異常分布的特征，主要表現(xiàn)為以下幾種分布特征：①由于不同差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性的差異、烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的差異以及礦物組成差異 （如白云石和磷酸鹽能抑制分子成熟度參數(shù)的演化，而粘土礦物則無(wú)明顯影響）等的影響，部分分子成熟度參數(shù)隨烴源巖成熟度的演化表現(xiàn)為 “先微減小，后增大，再減小”的特征［4～6］，因此，在高－過(guò)成熟階段，部分分子成熟度參數(shù)遠(yuǎn)低于平衡值，出現(xiàn) “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象［3，7］；②由于高鹽沉積環(huán)境和碳酸鹽礦物的影響，分子成熟度參數(shù)的異構(gòu)化進(jìn)程得到了一定程度的抑制，分子成熟度參數(shù)表現(xiàn)為 “先增大，后變小”的模式［3］。

在川西坳陷高成熟煤系地層烴源巖中同樣出現(xiàn)了分子成熟度參數(shù) “逆轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。筆者試圖通過(guò)系統(tǒng)的分析資料對(duì)研究區(qū)分子成熟度參數(shù) “逆轉(zhuǎn)”的原因進(jìn)行分析，這對(duì)正確理解和應(yīng)用高成熟條件下煤系地層中烴源巖的分子成熟度參數(shù)具有一定的意義。

1 地質(zhì)背景及樣品基本特征

川西坳陷是四川盆地西部晚三疊世以來(lái)陸相盆地的深坳陷部分，為龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶的沉降部分：上三疊統(tǒng)在臺(tái)上為退覆沉積，侏羅系為河、湖相沉積。晚三疊世川西坳陷的發(fā)展可以劃分成兩個(gè)階段，即早期 “須下盆”和晚期 “須上盆”階段［8］。

“須下盆”階段 （卡尼期－諾利期）的川西坳陷與西部海槽區(qū)聯(lián)系密切，初期馬鞍塘組－小塘子組的沉積物具有淡化海灣的特點(diǎn)，含較重的碳酸鹽巖成分和海相生物化石［9］。須二段－三段沉積時(shí)期，逐步過(guò)渡為陸相砂、泥巖沉積。小塘子組－須三段總體顯示為推進(jìn)型三角洲體系，川西坳陷從海灣沉積環(huán)境逐步過(guò)渡為以河流相為主的沉積環(huán)境，最后形成了以近岸湖沼環(huán)境為主的須三段泥質(zhì)巖夾粉砂巖沉積［9］?！绊毶吓琛卑l(fā)展階段始自諾利期末的 “安縣運(yùn)動(dòng)”，此時(shí)受西部槽區(qū)隆升的影響，在坳陷西部邊緣安縣等地，可見(jiàn)須四段與下伏層之間明顯的不整合接觸關(guān)系。川西坳陷自此才成為一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造單元。接受了須四段、須五段礫巖、砂巖和泥質(zhì)巖沉積［9］。

川西坳陷陸相碎屑巖領(lǐng)域依氣源差異、生－儲(chǔ)－蓋組合和地質(zhì)特征劃分為3個(gè)成礦系統(tǒng)：馬鞍塘組、小塘子組－須二段、須三段－須四段、須五段－侏羅系［10］。其中馬鞍塘組、小塘子組、須三段、須五段為川西坳陷上三疊統(tǒng)的主要烴源巖層位，烴源巖主要為黑色泥頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖及煤，有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度高、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ、Ⅲ型為主，研究區(qū)相關(guān)的烴源巖研究基本集中在這幾個(gè)層位［10，11］，研究所涉及的樣品亦主要來(lái)自這些層位。樣品的基本情況見(jiàn)表1。

圖1 洛深1井Ro及Tmax與深度關(guān)系圖

從表1中數(shù)據(jù)來(lái)看，研究區(qū)烴源巖成熟度高，除下侏羅統(tǒng)自流井組的一個(gè)樣品 （洛深1井2933～2937m處）外，其余樣品的鏡質(zhì)體反射率（Ro）值均在1%以上，最高熱解峰溫 （Tmax）均大于465℃，達(dá)到了高成熟階段，且隨深度增大具有明顯增大的趨勢(shì)。有機(jī)碳含量 （TOC）較 高，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅲ型（圖1，表1）。

表1 樣品基本地化特征表

2 分子成熟度參數(shù)基本特征

表2為川西坳陷烴源巖分子成熟度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。從表2中數(shù)據(jù)來(lái)看，烴源巖甾萜烷的C29甾烷20S/（20S＋20R）、C29甾烷ββ/ （ββ＋αα）、C31藿烷22S/ （22S＋22R）及 Ts/ （Ts＋Tm）分別在0.41～0.47、0.36～0.44、0.59～0.61及0.45～0.58之間。已有的研究表明，C29甾烷20S/ （20S＋20R）在0.52～0.55達(dá)到平衡狀態(tài)、C29甾烷ββ/ （ββ＋αα）在0.67～0.71達(dá)到平衡狀態(tài)、C31藿烷22S/ （22S＋22R）在0.57～0.60達(dá)到平衡狀態(tài)［12］。從該次研究所測(cè)樣品各指標(biāo)的數(shù)值來(lái)看，除C31藿烷22S/（22S＋22R）達(dá)到了理論上的 “平衡狀態(tài)”外，C29甾烷20S/ （20S＋20R）和C29甾烷ββ/ （ββ＋αα）明顯偏低，顯示并未達(dá)到 “平衡狀態(tài)”，表現(xiàn)出明顯的分子成熟度參數(shù) “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

表2 烴源巖分子成熟度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從各參數(shù)與深度的變化關(guān)系 （圖2）可以看出，C29甾烷20S/（20S＋20R）和Ts/（Ts＋Tm）隨深度變大明顯變小，且上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）的變化趨勢(shì)存在明顯的差別，呈現(xiàn)出 “兩段式”發(fā)育的特征；C29甾烷ββ/（ββ＋αα）隨深度變大呈現(xiàn)出一個(gè)總體變小的趨勢(shì)；C31藿烷22S/（22S＋22R）則表現(xiàn)為比值基本恒定，分布在0.60左右 （表2）。

3 討 論

川西坳陷上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）烴源巖分子成熟度參數(shù)隨深度變化體現(xiàn)出的差異 （“兩段式”發(fā)育）可能更多地反映了沉積環(huán)境的影響。因?yàn)閷?duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)，安縣運(yùn)動(dòng)造成的川西坳陷須四段和須三段之間的剝蝕僅在坳陷西北部地區(qū)表現(xiàn)明顯［3］，而對(duì)洛深1井所在的坳陷南部地區(qū)影響很小 （剝蝕厚度可能在100m左右），如此小的剝蝕厚度所造成的熱歷史的改變是很難對(duì)分子成熟度參數(shù)造成如此大的影響的；而從研究區(qū)上三疊統(tǒng)的沉積環(huán)境演變可知：從小塘子組－須三段－須五段川西坳陷從海灣沉積環(huán)境逐步過(guò)渡為以河、湖相為主的沉積環(huán)境，上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）的沉積環(huán)境存在明顯差異。大量的研究也證實(shí)，沉積環(huán)境對(duì)分子標(biāo)志化合物的演化可以產(chǎn)生很大的影響［13，14］。因此上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）沉積環(huán)境 （如鹽度、pH值、Eh值等的變化）的差異應(yīng)是其分子成熟度參數(shù)出現(xiàn) “兩段式”演化特征的重要因素。

圖2 分子成熟度參數(shù)與深度關(guān)系

眾多研究表明，分子成熟度參數(shù)在較高成熟度階段出現(xiàn) “逆轉(zhuǎn)”的原因主要有兩點(diǎn)：一是認(rèn)為與烴源巖中的碳酸鹽巖含量有關(guān)。當(dāng)烴源巖中碳酸鹽巖含量達(dá)到一定含量時(shí)，將使分子成熟度參數(shù)變小，即出現(xiàn) “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，但在碳酸鹽巖含量相對(duì)較低時(shí)，其對(duì)分子成熟度參數(shù)將不能起到抑制作用，反而會(huì)導(dǎo)致分子成熟度參數(shù)的增 大［3，15～18］。 二 是 熱 模 擬試驗(yàn)證實(shí)［4，7，19］，分子成熟度參數(shù)可能與參數(shù)中不同差向異構(gòu)體的熱穩(wěn)定性有關(guān)，由于20S構(gòu)型化合物的熱穩(wěn)定性低于20R構(gòu)型化合物，因此，隨著分子標(biāo)志化合物的裂解及芳構(gòu)化，20S構(gòu)型的化合物相對(duì)于20R構(gòu)型的化合物減少速度更快，從而導(dǎo)致C29甾烷20S/ （20S＋20R）在成熟－高成熟階段出現(xiàn) “逆轉(zhuǎn)”。與之類(lèi)似，C29甾烷ββ/（ββ＋αα）以 及 Ts/ （Ts＋Tm）等分子成熟度參數(shù)可能也具有類(lèi)似的由差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異導(dǎo)致的 “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

從研究所取樣品的全巖X衍射分析的碳酸鹽巖含量和各分子成熟度參數(shù)的關(guān)系圖 （圖3）來(lái)看，川西坳陷煤系烴源巖具有普遍較低的碳酸鹽巖含量，絕大部分樣品碳酸鹽礦物含量在10%以下。C29甾烷20S/（20S＋20R）、C29甾烷ββ/（ββ＋αα）與碳酸鹽巖含量基本無(wú)明顯的相關(guān)關(guān)系，顯示碳酸鹽巖含量對(duì)這兩種分子成熟度的演化無(wú)明顯控制作用；C31藿烷22S/（22S＋22R）與碳酸鹽巖含量呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，碳酸鹽礦物含量在10%以上的樣品該比值相對(duì)較低，顯示了在碳酸鹽礦物達(dá)到一定含量的情況下，其對(duì)該分子成熟度參數(shù)具有一定的控制作用；與之相反的是，Ts/（Ts＋Tm）隨碳酸鹽巖含量的增大而增大，且碳酸鹽礦物含量相對(duì)最高的樣品該比值也相對(duì)最高，說(shuō)明碳酸鹽礦物含量對(duì)各參數(shù)的演化具有不同的影響。在一定含量的情況下，對(duì)某些參數(shù)可能起到抑制作用，而對(duì)某些參數(shù)則起到了催化作用。總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)大部分樣品各參數(shù)與碳酸鹽礦物含量之間基本無(wú)相關(guān)關(guān)系，因此碳酸鹽礦物含量的變化并非研究區(qū)分子成熟度參數(shù)縱向規(guī)律變化的主要原因。

圖3 分子成熟度參數(shù)與碳酸鹽巖含量關(guān)系

在碳酸鹽礦物遲緩效應(yīng)基本可以排除的情況下，筆者認(rèn)為，第2種解釋可能更符合研究區(qū)的實(shí)際情況。從該次研究的烴源巖樣品的成熟度來(lái)看，樣品均達(dá)到了高成熟階段，在這一階段，由于差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異的影響，C29甾烷20S/（20S＋20R）表現(xiàn)出隨深度增大逐漸減小的趨勢(shì)，Ts/（Ts＋Tm）也表現(xiàn)出與其高度相似的變化趨勢(shì)，說(shuō)明Ts和Tm可能也存在有與之類(lèi)似的差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異；而C29甾烷ββ/（ββ＋αα）參數(shù)上下層位的變化趨勢(shì)基本一致，可能說(shuō)明該參數(shù)對(duì)引起其他參數(shù)演化趨勢(shì)出現(xiàn)差異 （即上下層位的 “兩段式”演化特征）的環(huán)境變化因素反應(yīng)相對(duì) “遲鈍”，受該因素影響較小，而主要體現(xiàn)出差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異；C31藿烷22S/（22S＋22R）的演化趨勢(shì)與其他幾類(lèi)分子化合物參數(shù)的演化趨勢(shì)明顯不一 （圖2），其比值相對(duì)恒定，分布在0.60左右，同時(shí)，該比值基本達(dá)到了理論上的 “平衡狀態(tài)”。這可能是由于C31藿烷22R向22S的轉(zhuǎn)化活化能較低，在相對(duì)較早的成巖作用階段即基本完成了其異構(gòu)化過(guò)程，達(dá)到熱力學(xué)平衡，進(jìn)入生烴門(mén)限后，溫度的增加對(duì)其異構(gòu)體比值影響較小，從而表現(xiàn)為隨深度變化基本恒定。

另外，模擬試驗(yàn)證實(shí)，巖石類(lèi)型不同，也可造成分子成熟度參數(shù)的差異。如，褐煤的分子成熟度參數(shù)在相同溫階條件下低于油頁(yè)巖［20］。因此，研究區(qū)煤系烴源巖特征可能也是造成其分子成熟度參數(shù)相對(duì)偏低的原因之一。

4 結(jié) 論

1）川西坳陷煤系烴源巖分子成熟度參數(shù)縱向上呈現(xiàn) “兩段式”演化的特征，同時(shí)分子成熟度參數(shù)呈現(xiàn)明顯的 “逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

2）上部層位 （J1z和T3x5）和下部層位 （T3x3和T3t）沉積環(huán)境 （如鹽度、pH值、Eh值等的變化）的差異是分子成熟度參數(shù)出現(xiàn) “兩段式”演化特征的重要因素。差向異構(gòu)體熱穩(wěn)定性差異是造成部分分子成熟度參數(shù) “逆轉(zhuǎn)”的主要原因，煤系地層自身特點(diǎn)可能也是導(dǎo)致其 “逆轉(zhuǎn)”的原因之一。

3）不同的分子成熟度參數(shù)具有不同的熱反應(yīng)過(guò)程，且其對(duì)環(huán)境的敏感程度不一，因此導(dǎo)致不同參數(shù)之間具有不同的演化趨勢(shì)。在利用分子成熟度參數(shù)進(jìn)行油源對(duì)比及成熟度評(píng)價(jià)時(shí)，沉積環(huán)境及烴源巖自身的熱演化程度是必須考慮的重要因素。

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The Abnormal Distribution of Molecular Maturity Parameters of Coal Measure Source Rocks with High Maturity in West Sichuan Depression

LIU Si－bing，SHEN Zhong－min，ZHU Hong－quan，LU Zheng－xiang，TIAN Jun，LI Jie（First Author's Address：State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoirs Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu610059，Sichuan，China；Postdoctoral Research Working Station of Southwest Petroleum Company，SINOPEC，Chengdu610081，Sichuan，China）

The high molecular maturity parameters of source rocks in the Upper Triassic and Lower Jurassic of West Sichuan Depression presented the character of obvious“reversion”.Its evolutional mode had the feature of“two intervals”，the changing rules of maturity parameters of source rocks had obvious differences between upper formation（J1z and T3x5）and lower formation（T3x3and T3t），and some maturity parameter decreases with the increase of depth which appear the“reversion”.The differences of sedimentary environment（such as salinity，Ph，Eh）between upper formation（J1z and T3x5）and lower formation（T3x3and T3t）are dominant factors for molecular maturity parameter with appearance of“two intervals”，the difference of heat stability of isomers was the main reason causing the“reversion”for some of the molecule maturity parameters，and the self－feature of coal measure strata might be one of factors causing its“reversion”.Different molecular maturity parameters presented different thermal reaction processes，and it had the different sensibilities to environment.So it caused the different parameters with different evolutionary trends.The result indicates that the sedimentary environment and the thermal evolution degree of source rocks are important factors，when the molecular maturity parameters are used to make the comparison of oil source and the evaluation of the maturity.It provides a guidance for coal measure strata exploration.

coal measure source rock；molecular maturity parameter；evolution mode；reversion；sedimentary environment；West Sichuan Depression

TE122.1

A

1000－9752 （2012）02－0001－06

2011－08－02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （41172119）。

劉四兵 （1981－），男，2004年大學(xué)畢業(yè)，博士 （后），現(xiàn)主要從事油氣成藏方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新