渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣地球化學(xué)特征及其成因分析

汪生秀，焦偉偉，方光建，王 飛，張志平，王巧麗

渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣地球化學(xué)特征及其成因分析

汪生秀1，2，3，焦偉偉1，2，3，方光建1，2，3，王 飛1，2，3，張志平1，2，3，王巧麗1，2，3

（1國土資源部頁巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院））
（2重慶市頁巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院））
（3油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶頁巖氣研究中心）

在對渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖現(xiàn)場解吸氣樣的氣體組分和穩(wěn)定碳同位素分析的基礎(chǔ)上，對頁巖氣的成因類型和烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)原因進(jìn)行了探討。渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣的甲烷含量高 （94.33%～98.96%），非烴組分（主要包括N2、CO2）含量較少，干燥系數(shù)大于0.98，為典型的干氣。甲烷、乙烷碳同位素值的范圍分別為-49‰～-24.4‰、-39.4‰～-29‰，含氣性較好的武隆地區(qū) Y1 井氣樣烷烴氣體呈現(xiàn) δ13C1＞δ13C2＞δ13C3的碳同位素“完全倒轉(zhuǎn)”特征，含氣性較差的酉陽地區(qū)Y2井氣樣烷烴氣體基本具正碳同位素系列特征。天然氣成因類型判識標(biāo)志和圖版分析表明，渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣為有機(jī)質(zhì)高溫裂解的油型氣，是早期生成的干酪根裂解氣和后期原油裂解氣的混合氣，這也是引起武隆地區(qū)Y1井氣樣碳同位素倒轉(zhuǎn)的主要原因，同時這也可能與頁巖氣高產(chǎn)有關(guān)。

五峰組；龍馬溪組；氣體組分；穩(wěn)定碳同位素；成因類型

全國頁巖氣資源調(diào)查評價結(jié)果表明，作為資源戰(zhàn)略調(diào)查選區(qū)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)之一的重慶地區(qū)，頁巖氣地質(zhì)資源量12.75×1012m3， 可采資源量2.05×1012m3，位居全國第三［1］。其中，重慶東南部（渝東南地區(qū)）具有豐富的頁巖氣資源，主要發(fā)育下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組兩套富有機(jī)質(zhì)頁巖。目前在涪陵、黔江、彭水等地的五峰組—龍馬溪組已經(jīng)獲得了勘探上的突破，證實(shí)了該套目的層為渝東南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)的有利層系。

國內(nèi)學(xué)者對渝東南及周緣地區(qū)頁巖氣的成藏富集條件［2-4］、保存條件［5-7］和資源潛力［4，8-9］等方面做了較多的研究，但對頁巖氣地球化學(xué)特征，尤其是頁巖氣的氣體組分及碳同位素特征的研究較少，缺乏相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)，而這方面對于確定頁巖氣的成因研究卻又非常重要。同時，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)北美地區(qū)高—過成熟頁巖氣普遍存在碳同位素倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象［10］，而且碳同位素倒轉(zhuǎn)的頁巖氣井常常高產(chǎn)［11］，這表明頁巖氣地球化學(xué)特征的研究不僅在判識頁巖氣成因方面發(fā)揮了重要作用，而且也可為頁巖氣高產(chǎn)區(qū)預(yù)測及頁巖氣開發(fā)提供重要的信息。因此，本文運(yùn)用地球化學(xué)方法對渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣的氣體組分、碳同位素特征進(jìn)行了分析，并對頁巖氣成因和碳同位素倒轉(zhuǎn)原因進(jìn)行了探討，以期為研究區(qū)下一步勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渝東南地區(qū)位于重慶地區(qū)的東南部 （部分位于四川盆地的東部）（圖1），行政區(qū)劃上主要包括黔江區(qū)、武隆縣、彭水縣、酉陽縣、秀山縣，南與黔北交接，西北部以七曜山斷裂為界，東與湘西為鄰，該地區(qū)在大地構(gòu)造上屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺上揚(yáng)子臺內(nèi)坳陷構(gòu)造單元。研究區(qū)歷經(jīng)晉寧、澄江、加里東、華力西、印支、燕山、喜馬拉雅等構(gòu)造運(yùn)動，形成了現(xiàn)今的北北東向山脈與小型山間盆地相間的地貌特征，主要構(gòu)造線呈北北東至北東向展布（圖1）。其中，北東向構(gòu)造主要受燕山構(gòu)造運(yùn)動的影響而形成隔檔式褶皺，而后又經(jīng)受喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動的褶皺改造，形成城垛式褶皺或隔檔式褶皺、隔槽式褶皺的構(gòu)造格局。

圖1 研究區(qū)位置及構(gòu)造綱要圖

渝東南地區(qū)出露地層以古生界為主，其次為中生界三疊系及少量的侏羅系，缺失白堊系和第三系。研究區(qū)發(fā)育下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（C-1n）和上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組（O3w—S1l）兩套主力烴源巖。其中，五峰組—龍馬溪組在研究區(qū)內(nèi)為一套深灰色—黑色碳質(zhì)和硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖地層，其上覆地層為100～300m厚的新灘組泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥頁巖，封蓋性能好，下伏地層為寶塔組瘤狀灰?guī)r，巖性較純，厚度較大。五峰組—龍馬溪組在渝東南部分地區(qū)被剝蝕，殘余地層在整個渝東南地區(qū)主體呈北東向的帶狀分布，地層沉積厚度大，約為20～120m，平均70余米，底界埋深在0～4000m之間，地層埋深主要受構(gòu)造展布的控制，在背斜軸部地區(qū)埋深較淺，在向斜核部地區(qū)埋深較大。該套地層有機(jī)碳含量變化范圍較大，分布在0.22%～8.49%之間，平均1.61%；頁巖干酪根δ13C值在-30.9‰～-28.5‰之間，平均值-29.7‰；有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥型（Ⅰ型）；熱演化程度總體較高，成熟度一般為1.8%～3.38%，平均為2.56%，頁巖已達(dá)到生氣高峰期，有利于頁巖氣的充分生成。研究區(qū)多口參數(shù)井現(xiàn)場含氣量解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組頁巖現(xiàn)場解吸含氣量變化較大 （介于0.01～2.70 m3/t之間），反映了含氣性在區(qū)域上存在較大的差異，以馬喇湖斷裂（位置見圖1）為界，該斷裂以西地區(qū)含氣性較好，解吸含氣量介于0.04～2.70m3/t之間，平均0.88 m3/t，斷裂以東地區(qū)含氣性較差，解吸含氣量介于0.01～0.82m3/t之間，平均0.08m3/t。

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)分析

2.1 樣品采集

頁巖氣樣品采自渝東南地區(qū)以五峰組—龍馬溪組為目的層的2口參數(shù)井，共計15個樣品，其中，Y1井位于研究區(qū)北部的武隆縣（井位置見圖1），目的層厚度120m，現(xiàn)場解吸氣含量介于0.42～2.70 m3/t之間，平均1.24m3/t；Y2井位于研究區(qū)東部的酉陽縣（井位置見圖1），目的層厚度80 m，現(xiàn)場解吸氣含量介于0.04～0.82 m3/t之間，平均0.19 m3/t。 在參數(shù)井鉆達(dá)目的層后取心，立即將樣品放入裝滿飽和食鹽水的解吸罐中，然后在模擬地層溫度條件下測量頁巖中自然解吸氣量，將解吸出的氣體裝入量筒中，以計量體積；然后用排水集氣法將氣體從量筒導(dǎo)入集氣瓶中。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

對頁巖氣樣品進(jìn)行了化學(xué)組成、碳同位素實(shí)驗(yàn)分析，相關(guān)分析在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成。天然氣組分分析所用儀器為HP6890n氣相色譜儀，采用預(yù)柱PorapakQ、HP-PLOTQ氣相色譜柱（規(guī)格為30 m×0.53 mm×40μm）、HP-PLOT5A分子篩柱（規(guī)格為30m×0.53mm×25μm）、HP-PLOT“S”Al2O3柱（規(guī)格為50 m×0.53 mm×15μm）的四柱三閥系統(tǒng)進(jìn)行色譜分析。起始溫度40℃，恒溫9 min，然后以15℃/min的升溫速率升到90℃，再以10℃/min的升溫速率升到180℃，恒溫30min，用TCD和FID雙檢測器檢測。氣體組分碳同位素所用儀器為HP5890Ⅱ氣相色譜儀，并通過氣相色譜燃燒接口和除水裝置與Finnigan Delta S設(shè)備相連。使用HPPLOTQ氣相色譜柱（規(guī)格為50m×0.32mm×20μm），載氣為氦氣；進(jìn)樣器溫度為200℃，初始溫度30℃，恒溫5min，以8℃/min升至80℃，再以5℃/min升至260℃。氧化爐溫度950℃。天然氣組分在燃燒反應(yīng)堆中轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。根據(jù)PDB標(biāo)準(zhǔn)計算δ13C值，同位素值的再現(xiàn)性和精確性估計為±0.3‰。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 氣體組分

渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖解吸氣主要由烴類和非烴類氣體組成（圖2），以烴類氣體為主（占總體積的98.36%左右），非烴氣體（成分主要為N2和CO2）含量較低，占總體積的1.01%。烴類氣體主要包括甲烷和乙烷，及少量丙烷，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)為94.33%～98.96%，平均為97.77%；乙烷體積分?jǐn)?shù)為0.15%～0.77%，重?zé)N（C2—C5）含量很低，占0.15%～1.28%，平均0.63%；C6以上的重?zé)N很少，基本低于2%；干燥系數(shù)（C1/C1—C5）基本在0.98以上，呈現(xiàn)出高熱演化程度和典型的干氣特征。

圖2 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣的氣體組分

3.2 碳同位素特征

研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣干燥系數(shù)大，基本屬干氣，C2+烴類氣體的碳同位素難以測定，一般只能測得甲烷和乙烷的碳同位素。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，該地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣碳同位素總體顯示出偏輕的特點(diǎn)，解吸頁巖氣δ13C1為-49.0‰～-24.4‰， δ13C2為-39.4‰～-29.0‰，δ13C3為-34.7‰～-30.4‰（表1）。武隆地區(qū)含氣性較好的Y1井氣樣烷烴碳同位素呈現(xiàn)δ13C1＞δ13C2＞δ13C3的完全“倒轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；酉陽地區(qū)含氣性較差的Y2井氣樣碳同位素值大部分呈現(xiàn)δ13C1＜δ13C2＜δ13C3的分布特征，以正碳同位素系列為主,只有一個樣品呈現(xiàn)δ13C1＞δ13C2（表1，圖3）。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)彭頁1井、涪陵焦石壩地區(qū)和四川盆地頁巖氣也具碳同位素倒轉(zhuǎn)的特征［12-14］。

表1 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣碳同位素特征

圖3 渝東南及周邊地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣碳同位素分布特征

4 討 論

4.1 烴類氣體成因類型

天然氣成因類型一般可分為無機(jī)成因氣、有機(jī)成因氣和混合成因氣，利用天然氣成分和碳同位素組成特征來進(jìn)行天然氣成因類型的判別，目前已較為成熟。 戴金星等［15］認(rèn)為，無機(jī)成因氣的δ13C2值一般大于-30‰，有機(jī)成因氣的δ13C2值一般小于-30‰；吳偉等［16］研究發(fā)現(xiàn)高過成熟頁巖氣中乙烷的碳同位素可以很重，甚至達(dá)到煤成乙烷的標(biāo)準(zhǔn)，所以利用乙烷碳同位素對于鑒別Ro大于2.2%的高過成熟的天然氣可能會與其他指標(biāo)產(chǎn)生矛盾。有學(xué)者認(rèn)為有機(jī)成因氣中，CO2含量小于15%，δ13CCO2值小于-10‰；無機(jī)成因氣中，CO2含量大于60%，δ13CCO2值大于-8‰［17-18］。研究區(qū)頁巖氣部分樣品δ13C2值大于-30‰，有無機(jī)成因氣的特征，但是五峰組—龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)類型為典型的Ⅰ型干酪根，且所有氣樣中CO2含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.06%～4.08%，應(yīng)屬于有機(jī)成因氣的范疇；戴金星等［19］研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地天然氣的碳、氫同位素組成表明幔源氣的貢獻(xiàn)幾乎不存在，這也進(jìn)一步表明研究區(qū)頁巖氣為有機(jī)成因氣。

在有機(jī)成因的烷烴氣中，生物氣和裂解氣均具有高甲烷含量、低重?zé)N含量的特點(diǎn)，它們的區(qū)別之一是生物氣甲烷碳同位素值較輕，而裂解氣的甲烷碳同位素值偏重［20］,根據(jù)生物氣的一個良好鑒別標(biāo)志——δ13C1值小于-55%來看，可以排除研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖解吸氣為生物氣的可能性；根據(jù)δC1與C1/C1-C5關(guān)系圖版［21-24］（圖4）可進(jìn)一步判定，研究區(qū)頁巖氣為有機(jī)成因的高溫裂解氣。

圖4 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣δ13C1-(C1/C1-C5)關(guān)系圖

有機(jī)熱成因天然氣主要分為油型氣和煤成氣兩個大類。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣樣品的δ13C2較輕，均值為-33.76‰（參見表1），按照戴金星等［25］提出的中國天然氣成因類型標(biāo)準(zhǔn)(油型氣的δ13C2小于-29‰，煤型氣的δ13C2大于-27.5‰，混合氣的δ13C2值為-29‰～-27.5‰)，具有油型氣的特征，而且從δ13C1—δ13C2相關(guān)圖也可以看出（圖5），研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖解吸氣絕大多數(shù)樣品數(shù)據(jù)落在油型氣區(qū)內(nèi)，同時頁巖有機(jī)質(zhì)類型測定結(jié)果表明，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖干酪根類型為腐泥型Ⅰ型，也進(jìn)一步表明研究區(qū)頁巖氣為典型的油型氣。

圖5 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣δ13C1-δ13C2相關(guān)圖

裂解氣包括干酪根裂解氣和原油裂解氣，理論上這兩種裂解氣在自然界都存在,但要鑒別這兩種成因類型的天然氣難度很大。國外學(xué)者提出用（δ13C2-δ13C3）與ln（C2/C3）關(guān)系圖版，和ln（C1/C2）與ln（C2/C3）關(guān)系圖版判識這兩類天然氣［26］，認(rèn)為C2/C3在干酪根初次裂解過程中幾乎是個常數(shù)，而在石油二次裂解過程中卻顯著增加，與此相反，C1/C2在干酪根初次裂解過程中，會隨成熟度增加而逐漸增加，而在石油二次裂解過程中則幾乎是一個常數(shù)。從研究區(qū)參數(shù)井解吸氣ln(C1/C2)與ln(C2/C3)的關(guān)系（圖6）來看，解吸氣的ln(C1/C2)值和ln(C2/C3)值變化范圍相差不多，表明研究區(qū)頁巖解吸氣既有干酪根裂解氣，也有原油裂解氣；但是ln(C1/C2)值變化范圍相對于ln(C2/C3)變化范圍較窄，ln(C1/C2)值隨著ln(C2/C3)值增大有減小的趨勢，表明研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖解吸氣以原油裂解氣為主，但混有一定量的干酪根裂解氣。

圖6 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖解吸氣ln(C1/C2)與ln(C2/C3)關(guān)系圖

總而言之，利用前人總結(jié)的天然氣成因類型判識指標(biāo)和判識圖版對研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣成因類型進(jìn)行了判識，認(rèn)為研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣為有機(jī)高溫裂解的油型氣，且為早期干酪根裂解氣和后期原油裂解氣的混合物。

4.2 碳同位素倒轉(zhuǎn)原因及其指示意義

研究發(fā)現(xiàn)頁巖氣烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)在美國的Fort Worth、Fayetteville、Appalachian和加拿大的Horn River等地的頁巖氣中普遍存在［10-11］；在我國四川盆地威遠(yuǎn)、涪陵等地［12-13］的五峰組—龍馬溪組頁巖氣中也出現(xiàn)頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。頁巖氣作為自生自儲的天然氣，其形成條件、賦存狀態(tài)及聚集過程與常規(guī)天然氣存在一定的差異，目前國內(nèi)外學(xué)者對頁巖氣烷烴碳同位素的倒轉(zhuǎn)也進(jìn)行了大量的研究和探討［27-33］，但是對于頁巖氣中出現(xiàn)的碳同位素倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原因尚未取得統(tǒng)一的認(rèn)識。Hao Fang等［27］和Xia Xinyu等［28］認(rèn)為，隨著成熟度的增大，頁巖中干酪根初次裂解氣和液態(tài)烴二次裂解氣不同比例的混合是造成頁巖氣出現(xiàn)碳同位素倒轉(zhuǎn)的主要原因；韓輝等［29］通過對四川盆地東北地區(qū)水井沱組頁巖的不同階段解吸氣碳同位素特征的研究，認(rèn)為后期油裂解氣與早期的干酪根裂解氣混合可能是造成頁巖氣碳同位素“逆序”的主要原因。許多學(xué)者（如：吳偉等［13］、Tilley等［30］、郭彤樓等［31］）認(rèn)為封閉條件是引起高—過成熟頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)的先決條件。戴金星等［32］認(rèn)為引起頁巖氣烷烴碳同位素發(fā)生完全倒轉(zhuǎn)的主控因素是高溫。另外，有研究認(rèn)為頁巖內(nèi)部的烴類發(fā)生氧化-還原反應(yīng)也會導(dǎo)致碳同位素倒轉(zhuǎn)［33］，Zumberge等［10］認(rèn)為水與頁巖中有機(jī)質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使得甲烷生成了CO2和H2，并在隨后的過程中產(chǎn)生了輕碳同位素的乙烷和丙烷；Burruss等［33］認(rèn)為乙烷、丙烷在深部高溫條件下（250～300℃）與地層水或金屬發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，使得甲烷碳同位素值急劇變大而造成倒轉(zhuǎn)。

目前已有學(xué)者對與研究區(qū)相鄰的焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)原因進(jìn)行了分析。 魏祥峰等［12］和王哲等［34］認(rèn)為致使焦石壩地區(qū)頁巖氣碳同位素完全倒轉(zhuǎn)的主要原因是原油二次裂解氣和干酪根裂解氣混合；而秦華等人［35］認(rèn)為強(qiáng)吸附作用是引起焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁巖氣（井口氣）碳同位素倒轉(zhuǎn)的主要原因。本文研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致渝東南武隆地區(qū)Y1井五峰組—龍馬溪組頁巖氣烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)的主要原因是干酪根初次裂解氣和液態(tài)烴二次裂解氣不同比例的混合引起的，這與部分研究人員對國內(nèi)頁巖氣田碳同位素倒轉(zhuǎn)原因的認(rèn)識是一致的。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖熱演化程度較高，Ro均值可達(dá)2.56%，經(jīng)歷了干酪根裂解生氣和原油裂解生氣兩個階段；而Y1井所在的構(gòu)造位置周邊出露地層以二疊系、三疊系為主，區(qū)域蓋層較連續(xù)，保存條件較好，在較封閉的環(huán)境下早期生成的干酪根裂解氣和后期原油或凝析物裂解氣都儲存在頁巖中。楊平等人［36］通過Hood模型估算出武隆地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖最大埋藏溫度為165～208℃，表明Y1井五峰組—龍馬溪組頁巖產(chǎn)氣層歷史上溫度已達(dá)200℃，滿足瑞利分餾所需的溫度，因此頁巖層中的水或者金屬和烴類發(fā)生相互反應(yīng)也可能是導(dǎo)致碳同位素倒轉(zhuǎn)的原因之一。

秦華等［35］研究發(fā)現(xiàn)很少見到高過成熟頁巖氣未發(fā)生碳同位素倒轉(zhuǎn)的實(shí)例，所以認(rèn)為干酪根裂解氣與原油裂解氣的混合并不足以引起頁巖氣碳同位素的普遍倒轉(zhuǎn)。但在本文的研究區(qū)就存在高過成熟頁巖氣未發(fā)生倒轉(zhuǎn)的例子。研究區(qū)內(nèi)Y1井和Y2井位于同一Ⅲ級構(gòu)造單元，但碳同位素特征差別較大：含氣性較好的Y1井五峰組—龍馬溪組頁巖氣碳同位素呈現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而含氣性較差的Y2井大部分頁巖氣樣品碳同位素未發(fā)生倒轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)正序的特征，分析認(rèn)為這是由于研究區(qū)位于四川盆地的盆緣地區(qū)，受江南—雪峰造山作用逆沖推覆的影響，空間上由東向西構(gòu)造變形強(qiáng)度逐漸變?nèi)?，時間上逐漸變新［37］，從而導(dǎo)致處于不同構(gòu)造部位的Y1和Y2井所受的構(gòu)造變形強(qiáng)度和時間有所不同，使得Y2井的頁巖氣保存條件要差于Y1井。具體來說，Y2井位于研究區(qū)東南部，靠近雪峰山古隆起，構(gòu)造變形時間要早于靠近沉積中心的Y1井，氣體散失時間較早，變形強(qiáng)度也強(qiáng)于Y1井所在的構(gòu)造單元；并且Y2井所在的向斜為一緊閉向斜（參見圖1），向斜兩側(cè)相鄰背斜出露地層為寒武系，區(qū)域蓋層遭剝蝕，封蓋性差，且Y2井距離露頭太近（約為1.5 km），氣體容易發(fā)生散失，致使早期生成的天然氣無法保留和聚集下來，所以不能導(dǎo)致碳同位素的倒轉(zhuǎn)。對比本次研究區(qū)兩口井碳同位素特征的差異，可以發(fā)現(xiàn)碳同位素發(fā)生倒轉(zhuǎn)的井，頁巖氣含氣性較好；蓋海峰等［38］總結(jié)北美頁巖氣的同位素特征時也發(fā)現(xiàn)，碳同位素倒轉(zhuǎn)往往與頁巖儲層的超壓及頁巖氣高產(chǎn)有關(guān)，且可應(yīng)用于指示頁巖氣富集區(qū)。所以結(jié)合國內(nèi)外已有研究成果，本文認(rèn)為頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)可以指示高產(chǎn)，這對劃分頁巖氣甜點(diǎn)區(qū)具有重要的參考意義。

5 結(jié) 論

（1）渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣的甲烷含量高（94.33%～98.96%），非烴組分含量較少（主要包括N2、CO2）。干燥系數(shù)大于0.98，為典型的干氣。碳同位素總體顯示偏輕的特點(diǎn)，武隆地區(qū)含氣性較好的樣品具有 δ13C1＞δ13C2＞δ13C3完全倒轉(zhuǎn)的特征。

（2）渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣為有機(jī)高溫裂解的油型氣，它是干酪根裂解氣與原油二次裂解氣的混合產(chǎn)物，且后者貢獻(xiàn)較大。

（3）渝東南地區(qū)部分參數(shù)井（Y1井）頁巖氣烷烴碳同位素呈現(xiàn)完全“倒轉(zhuǎn)”的原因，主要是封閉條件下干酪根裂解氣和液態(tài)烴裂解氣混合造成的；Y2井頁巖氣烷烴碳同位素不倒轉(zhuǎn)的原因是受構(gòu)造作用影響，井所在構(gòu)造單元保存條件欠佳，生成的天然氣無法聚集，僅有晚期原油裂解氣，因而無法產(chǎn)生烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)。

（4）烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)不僅與熱演化程度有關(guān)，而且還與體系的封閉程度和早期保存條件有關(guān)，烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)的井可能更高產(chǎn)，故烷烴碳同位素倒轉(zhuǎn)可以作為頁巖氣甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選的參考指標(biāo)之一。

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編輯:黃革萍

Wang Shengxiu:Senior Engineer.Add:Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources,177-9,No.2 Changjiang Road,Yuzhong District,Chongqing,400042,China

Geochemical Features and Genesis of Shale Gas of Wufeng-Longmaxi Formation in Southeastern Chongqing

Wang Shengxiu,Jiao Weiwei,Fang Guangjian,Wang Fei,Zhang Zhiping,Wang Qiaoli

Wufeng Formation-Longmaxi Formation is an important sequence in Sichuan and Chongqing area for shale gas exploration.Based on the analysis of chemical component and stable carbon isotope composition of the shale gas acquired by desoption experiments on Wufeng-Longmaxi Formation shale cores from the Souteastern Chongqing,it is discussed for the genetic type of shale gas and the reason for alkane carbon isotopic reversal.The results showed that the methane content is high with a value from 94.33%to 98.96%in Longmaxi Formation shale gas,and the nonhydrocarbon content is low,mainly including N2and CO2.The drying coefficient is more than 0.98,indicating typical dry gas.The values of carbon isotopes of methane and ethane are-49‰～-24.47‰ and-39.4‰～-29‰ respectively,and the carbon isotopes of C1to C3alkane in Well Y1 with good gas-bearing presents complete reversal,but Well Y2 presents normal.According to the statistical criteria，natural gas in the Southeastern Chongqing area is derived from the sapropelic source rocks,which is a result of high-temperature pyrolysis.It is a mixing product of pyrolysis of kerogens and secondary pyrolysis of crude oil，with obvious features of secondary pyrolysis of oil.The reason for complete reversal of carbon isotopic in Well Y1 is the mixing of two gases.Perhaps,it has some relationships with high production of shale gas.

Gas composition;Stable carbon isotope;Genetic type;Wufeng Formation;Longmaxi Formation;Southeastern Chongqing

TE122.1+13

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.04.010

1672-9854(2017)-04-0077-08

2016-08-02；改回日期：2017-06-19

本文受國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“下古生界頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度、類型及結(jié)構(gòu)分析方法研究”（編號：2016ZX05034003-001），重慶市國土資源和房屋管理局科技項(xiàng)目“渝東北下寒武統(tǒng)頁巖氣吸附解析模型及應(yīng)用研究”（編號：KJ-2015013）、“渝東北南北相區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣富集條件對比及有利區(qū)優(yōu)選”（KJ-2015014），重慶市社會事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項(xiàng)“富水?dāng)嗔蚜芽p系統(tǒng)分布綜合預(yù)測新技術(shù)研究與應(yīng)用”（編號：cstc2017shmsA90003）聯(lián)合資助

汪生秀：女，1983年生，高級工程師，主要從事油氣成藏富集規(guī)律研究工作。通訊地址：400042重慶市渝中區(qū)長江二路177-9號重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院；E-mail：157432314@qq.com