川西坳陷上三疊統(tǒng)須四段煤系泥巖地球化學(xué)特征研究

陳俊文，張 敏

川西坳陷上三疊統(tǒng)須四段煤系泥巖地球化學(xué)特征研究

通過對四川盆地川西坳陷上三疊統(tǒng)須四段煤系泥巖的巖石熱解、碳同位素、巖石有機(jī)顯微組分等資料進(jìn)行分析，揭示其地球化學(xué)特征和對川西坳陷上三疊統(tǒng)須四段天然氣藏的意義。分析結(jié)果表明：在研究區(qū)的北段、中段和南段，上三疊統(tǒng)須家河組須四段煤系泥巖有機(jī)碳含量范圍分布在0.26%～58.89%，煤系泥巖的TOC含量由北向南逐漸升高，平均值分別為0.74%、2.94%、3.13%；分析樣品中鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量很高，殼質(zhì)組與腐泥組的含量低，有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)指示其有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅲ型(腐殖型)；幾乎所有樣品都達(dá)到成熟，其中處于成熟階段的樣品占總數(shù)的51.69%，高、過成熟的樣品占總數(shù)的47.75%。綜合分析認(rèn)為，川西坳陷中段須四段的煤系泥巖是好的氣源巖，具有好的生氣能力。

煤系泥巖；川西坳陷 ；須四段；地球化學(xué)特征

勘探實(shí)踐表明，川西坳陷中富集油氣藏。近年來，作為川西坳陷的天然氣主要來源之一，上三疊統(tǒng)須家河組越來越受到關(guān)注。大體上看，須家河組可分為6段，其中須六段在川西坳陷缺失[1]。川西坳陷須家河組主力氣源巖主要發(fā)育在須一、須三、須五段，因而對上述3段的地球化學(xué)特征的研究相對比較多[2]，而須二、須四段中同樣具有一定厚度的煤系泥巖，因而其對油氣藏的貢獻(xiàn)亦不容忽視。為此，筆者探討了川西坳陷上三疊統(tǒng)須四段中煤系泥巖的地球化學(xué)特征和意義。

1 地質(zhì)背景

川西坳陷位于四川盆地西部屬四川盆地的一個二級構(gòu)造單元，其西側(cè)與龍門山造山帶相接，再向西過渡到松潘-甘孜褶皺系；北與米倉山-大巴山區(qū)相接，向北過渡到南秦嶺褶皺系；南與峨眉山、涼山斷塊相鄰；東與川中平緩褶皺帶過渡[3]。其總體特征是東西分3帶，南北分3段[4]。研究表明，須家一段為一套海陸過渡相沉積，須二段到須六段為一套陸相沉積。主要發(fā)育局限海灣、緩坡、沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、湖泊等沉積體系。在諾里后期-瑞替期，隨著松潘-甘孜造山帶向龍門山不斷推進(jìn)，龍門山崛起成為坳陷邊界，并向坳陷內(nèi)提供物源，充填了上三疊統(tǒng)須家河組到白堊系磨拉石沉積[5]。在印支運(yùn)動的作用下，須三段末期及須四段沉積期間龍門山全面隆升，北段進(jìn)一步上升。盆地在須三段期的基礎(chǔ)上全面填平補(bǔ)齊，在龍門山前緣發(fā)育多個沖積扇，并在其前緣形成了扇三角洲沉積。在湖盆中部地區(qū)，由于碎屑物的相對減少，沉積了泥頁巖、泥灰?guī)r等湖泊沉積體系[6]。

2 煤系泥巖特征

2.1煤系泥巖分布

整個川西坳陷須四段的煤系泥巖在綿竹-都江堰-大邑一線的最大厚度大于300m，往東逐漸減薄，至新都縣附近降到小于100m，從中江、江油地區(qū)再往東，厚度逐漸小于50m。在梓潼、簡陽、蒲江和雅安等地區(qū)厚度大約為50～20m。梓潼地區(qū)以已北及雅安地區(qū)以南的泥質(zhì)巖厚度都小于20m直至缺失，其展布方向?yàn)楸睎|方向。

2.2有機(jī)質(zhì)豐度

1)總有機(jī)碳含量 川西坳陷煤和碳質(zhì)泥巖、泥巖等煤系烴源巖均有分布，其中煤系泥巖占主要成分。煤系泥巖中的總有機(jī)碳含量(TOC)分布范圍較大。川西北地區(qū)樣品的TOC值分布范圍為0.26%～1.87%，平均為0.84%；川西中段樣品的TOC值分布范圍在0.46%～58.89%，平均值為2.90%；川西南地區(qū)樣品的TOC值比較高，分布在2.55%～4.00%之間，平均值為3.13%?？傮w上看，從川西北到川西中段再到川西南，川西坳陷煤系泥巖的TOC值有逐漸升高的趨勢。

2)生烴潛量(S1+S2) 川西坳陷北部生烴潛量(S1+S2)均小于2mg/g，在中段大多小于2mg/g，少數(shù)部分處于2～6mg/g之間；而在川西南地區(qū)生烴潛量也均小于2mg/g。因而生烴潛量總體表現(xiàn)出數(shù)值較小的特征。

依據(jù)陳建平等[7]提出的煤系烴源巖生油標(biāo)準(zhǔn)，以有機(jī)碳為參數(shù)對煤系泥巖樣品進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)中等以上的油源巖占67.21%，差油源巖占26.64%，非油源巖占6.15%。以生烴潛量為參數(shù)進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)中等以上的油源巖占20%，差油源巖占59.33%，非油源巖占20.67%，這與總有機(jī)碳含量反映的豐度特征有些微差異。

2.3有機(jī)質(zhì)類型

圖1 干酪根顯微組分分布圖

1)有機(jī)顯微組分 須四段煤系泥巖樣品中，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的含量都很高，分布范圍在62%～100%，腐泥組和殼質(zhì)組的含量少,反映其氫原子含量較少(見圖1)。

運(yùn)用有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)(Ti)對川西坳陷煤系泥巖樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)均小于零，分布范圍為-86.625%～-12.5%，平均值為-50.281%；碳質(zhì)泥巖的有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)值分布在-78.658%～-25.45%，平均為-42.87%，由此判斷研究區(qū)須四段煤系泥巖均為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)。研究表明,殼質(zhì)組和腐泥組為富氫的有機(jī)顯微組分，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組氫原子含量較低生油能力差，為傾氣組分[8]。因此，推斷川西坳陷須四段中含的煤系泥巖的生烴能力主要體現(xiàn)在生氣能力上。

2)碳同位素特征 不同類型的有機(jī)質(zhì)的碳同位素值(δ13C)分布特征不同，總體來說，Ⅰ型最輕，Ⅱ1、Ⅱ2型次之，Ⅲ型最重，因而利用碳同位素值對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分類也是一種比較可行的方法。川西坳陷須四段煤系烴源巖的δ13C值較重，分布在-24.49‰～-26.01‰，平均值為-25.17‰，具有明顯的陸源高等植物來源特征,反映其有機(jī)質(zhì)類型較差，為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)(-21.0‰～-26.0‰)[9]。

2.4有機(jī)質(zhì)成熟度

1)鏡質(zhì)體反射率 鏡質(zhì)體反射率(Ro)作為鑒別有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)，其具有良好的規(guī)律性、穩(wěn)定性和可比性。經(jīng)研究分析，研究區(qū)煤系烴源巖的鏡質(zhì)體反射率分布范圍在0.68%～2.00%之間，跨度較大?？v觀整個川西坳陷，川西北和川西中段、川西南的Ro平均值分別為1.16%、1.315%和1.47%。此外，川西坳陷中段須四段煤系泥巖成熟度特征與埋深具有較好的相關(guān)性(見圖2)。

分析樣品中成熟的樣品占51.69%，高、過成熟的樣品占47.75%。研究發(fā)現(xiàn)，中江地區(qū)須四段的烴源巖成熟度值最高，川西中段的烴源巖到達(dá)高成熟，而在江油，鹽亭和成都一帶則降低到0.7%。

2)巖石熱解峰溫 對川西坳陷煤系泥巖樣品的巖石熱解峰溫(Tmax)進(jìn)行分析，總體來說Tmax隨著深度的加大而逐漸增大，其分布范圍在447～522℃，均大于435℃，所有樣品都達(dá)到了成熟。其中131個樣品Tmax值大于450℃，達(dá)到了高成熟階段。川西中段、南段地區(qū)須四段埋深較大，因而其熱演化程度更高(見圖3)。

圖2 川西坳陷中段煤系泥巖Ro與埋深關(guān)系圖 圖3 川西坳陷煤系泥巖Tmax與深度關(guān)系圖

3 綜合評價

由于研究區(qū)須四段煤系泥巖整體成熟度很高，絕大多數(shù)僅保持著生氣的能力，特別是川西坳陷中段須四段煤系泥巖在中江、金馬、合興場地區(qū)埋深大，成熟度非常高，且中江地區(qū)煤系泥巖厚度在50～100m(在合興場、金馬地區(qū)甚至超過了200m)，由此推斷，在中江、金馬、合興場地區(qū)煤系泥巖具有好的生氣條件。須四段泥巖在綿竹-都江堰一線的厚度最大，且已達(dá)到成熟，顯示了良好的生氣潛力。川西坳陷須三段、須五段均為致密的泥巖，具有良好的封閉性，且研究區(qū)須四段的主要巖性為致密砂巖，能夠發(fā)育有效的天然氣儲集層。因此，須四段生成的天然氣很有可能與其他層段的氣源巖所生成的天然氣在須四段致密的砂體中保存下來，形成致密氣藏。

4 結(jié) 論

1)川西坳陷須四段的煤系泥巖，在川西中段和南部具有有機(jī)質(zhì)豐度比較高的特征，川西北-川西中段-川西南煤系泥巖的有機(jī)碳含量逐漸升高。該地區(qū)泥巖樣品的有機(jī)碳和生烴潛量反應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度有一定差異，這可能與樣品成熟度過高有關(guān)。

2)整個川西坳陷須四段煤系泥巖有機(jī)質(zhì)類型幾乎都是Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，氫原子含量較低，其有機(jī)質(zhì)類型較差，具有傾氣的特征。

3)研究區(qū)煤系泥巖達(dá)到了成熟、高-過成熟階段，且處于生氣高峰時期。

[1]秦朝成，鄭榮才，朱如凱，等.四川類前陸盆地須家河組層序充填樣式與油氣分布規(guī)律[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010,84(12)：1817-1828.

[2]羅啟后, 王世謙. 四川盆地中西部三疊系重點(diǎn)含氣層系天然氣富集條件研究[J]. 天然氣工業(yè), 1996, 16(11): 40-54.

[3]汪澤成，趙文智，張林，等.四川盆地構(gòu)造層序與天然氣勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2002:99-106.

[4]朱麗，黨紅艷.川西坳陷烴源巖地球化學(xué)特征研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010,12(6):13-16.

[5]胡明毅，李士祥，魏國齊，等.川西前陸盆地上三疊統(tǒng)須家河組沉積體系及演化特征[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2008，30(5)：5-10.

[6]何政權(quán)，劉曉博.川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組巖相古地理特征[J].2010,41(3)：18-20.

[7]陳建平，趙長毅，何忠華.煤系有機(jī)質(zhì)生烴潛力評價標(biāo)準(zhǔn)探討[J].石油勘探與開發(fā)，1997,24(1)：1-5.

[8]Ronald W T,Simon C.Coal as a source rock for oil:a rewiew[J].International Jourmal of Coal Geology,2002,50:743-747.

[9]王大銳.油氣穩(wěn)定同位素地球化學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.005

P618.13

A

1673-1409(2012)09-N011-03

2012-06-13

國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05007-001-01)。

陳俊文(1986-)，男，2009年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣地球化學(xué)方面的研究工作。

[編輯] 李啟棟