涪陵興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖生烴潛力評價

王良軍，潘 磊

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涪陵興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖生烴潛力評價

王良軍，潘 磊

（中國石油化工股份有限公司勘探分公司，成都 610041）

川東南吳家坪組烴源巖是二疊系-三疊系碳酸鹽巖大中型氣田的主要氣源，通過分析研究表明：該地區(qū)吳家坪組烴源巖的TOC均值為2.24%，主要分布在1%~7%之間，為中等-很好品質(zhì)的烴源巖，其中，炭質(zhì)泥巖樣品的TOC均值達到4.48%，遠高于其他巖性，對吳家坪組烴源巖的生烴能力貢獻最高；吳家坪組炭質(zhì)泥巖的δ13C值分布在-28‰~-26‰之間，其類型指數(shù)TI值均在80以上，有機質(zhì)類型判斷為I- II1型，產(chǎn)烴能力強；鏡質(zhì)體反射率在2.0%以上，均值達到2.29%，表明該烴源巖處于過成熟階段，以生成干氣為主。

興隆地區(qū)；吳家坪組；有機質(zhì)；生烴潛力

烴源巖條件的分析是油氣成藏研究及資源評價的基礎(chǔ)，對油氣勘探工作具有重要的指導(dǎo)意義。前人對烴源巖的研究表明，四川盆地發(fā)育了幾個區(qū)域性的潛在烴源巖，包括下寒武統(tǒng)的海相泥巖（牛蹄塘組），下志留統(tǒng)的海相頁巖（龍馬溪組）、下二疊統(tǒng)的海相泥質(zhì)灰?guī)r（棲霞組-茅口組）及上二疊統(tǒng)的海相煤系泥巖和灰?guī)r（龍?zhí)督M）[1-2]。其中四川盆地龍?zhí)督M與吳家坪組為等時異相的地層單位，統(tǒng)稱為吳家坪組。

四川盆地中下三疊統(tǒng)和長興組中相繼發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣藏以來，吳家坪組的生烴條件受到了很大的關(guān)注[3]，研究表明，吳家坪組烴源巖是長興組和飛仙關(guān)組天然氣的主要來源[4-5]，其沉積環(huán)境變化頻繁，導(dǎo)致烴源巖的巖性組合、厚度分布等特征在縱、橫向上顯示出很強的差異性[6-7]。因此，對吳家坪組烴源巖生烴潛力的研究對其上覆二疊系及三疊系天然氣的勘探實踐有一定的借鑒作用。前人對四川盆地吳家坪組的研究主要集中在沉積相及地球化學(xué)方面[8-13]，而在吳家坪組烴源巖方面的研究較少，更是鮮有對涪陵北部吳家坪組烴源巖潛力評價的研究。本文在勘探井資料、野外剖面觀察及室內(nèi)分析測試的基礎(chǔ)上，對涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的生烴潛力進行了評價，為川東南-涪陵北部的油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地地處準地臺西北隅的一個次級構(gòu)造單元，為北東向的菱形沉積盆地。在地史演化中，以東吳運動為界，四川盆地早二疊世至晚二疊世初發(fā)生了重要的變革，地質(zhì)格局和生物演化均發(fā)生了巨大的變化，為川東南吳家坪組烴源巖的形成提供了重要的動力學(xué)基礎(chǔ)和大量的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]，喜馬拉雅運動是四川盆地構(gòu)造格局的主要形成期。四川盆地東南部的涪陵區(qū)塊位于川東弧形高陡褶皺帶的萬縣復(fù)向斜內(nèi)，盆地萬縣、梁平縣—達川地區(qū)發(fā)育了臺盆相間的沉積格局。涪陵北部主體位于梁平縣、忠縣及萬縣之間（圖1），地表為川東山區(qū)，起伏大，地面海拔在120~1200m之間。

圖1 川東南涪陵北部構(gòu)造地質(zhì)圖

圖2 涪陵地區(qū)地層綜合柱狀圖(據(jù)中石化勘探分公司，2016)

涪陵地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組烴源巖發(fā)育良好，厚度及巖性變化較大，厚度分布在65~120m之間，巖性主要為炭質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r，東吳運動導(dǎo)致了吳家坪組與其下覆茅口組的不整合接觸（圖2）。涪陵北部主要出露地層為侏羅系，部分出露二疊系。

2 烴源巖評價

中國南方古生界海相烴源巖普遍處于高、過成熟階段[14]，因此，對研究區(qū)烴源巖生烴潛力的評價需要綜合考慮有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型及成熟度等信息。涪陵地區(qū)吳家坪組泥質(zhì)巖類的總厚度整體具有“北高南低”的特點，涪陵北部吳家坪組各鉆井泥質(zhì)巖類的厚度均在50m以上，其中興隆地區(qū)已鉆穿的興隆2井，其吳家坪組泥質(zhì)巖類總厚度為53.5m，未鉆穿的興隆101井吳家坪組的泥質(zhì)巖類總厚度達78m。涪陵北部吳家坪組普遍發(fā)育煤系地層，鉆遇大量炭質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r，為吳家坪組的有利烴源巖。本文引用陳建平的海相烴源巖生烴潛力評價標準[14]對涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖進行評價（表1）。

表1 中國古生界海相烴源巖生烴潛力評價等級劃分標準

烴源巖的生烴潛力是有機質(zhì)數(shù)量及質(zhì)量的函數(shù),有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型和成熟度是關(guān)鍵變量，故本文從以上三個方面對涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的生烴潛力進行評價。

2.1 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是評價烴源巖優(yōu)劣的重要指標，決定著烴源巖的生烴能力及生烴數(shù)量。目前，衡量巖石有機質(zhì)豐度的指標主要有總有機碳（TOC，%）、生烴潛量（S1+S2，mg/g）、氯仿瀝青“A”（%）和總烴含量（HC，μg/g），其中，總有機碳的含量是最主要最可靠的指標，生烴潛量為熱解參數(shù)衍生，不適用于涪陵地區(qū)成熟度過高的二疊系烴源層，本文對烴源巖有機質(zhì)豐度級別主要依據(jù)有機碳含量劃分。

2.1.1 總有機碳的分布

表2 興隆地區(qū)吳家坪組各巖性TOC分布

興隆地區(qū)吳家坪組樣品的TOC數(shù)據(jù)較豐富，有機碳含量差異較大，為0.40%～6.25%，平均2.24%。其烴源巖樣品（TOC>0.5%）達96%以上，57%左右的樣品TOC分布在1%~7%之間（圖3）。根據(jù)以上分類標準，判斷興隆地區(qū)吳家坪組樣品整體為中等-很好品質(zhì)的烴源巖。

2.1.2 不同巖性總有機碳的差異

沉積環(huán)境與物源的差異導(dǎo)致了巖性的不同，烴源巖多具有特定的巖性組合[15]。涪陵北部上二疊統(tǒng)吳家坪組發(fā)育炭質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r等多種巖性，這些巖性能否全部或部分的成為有效烴源巖，有效烴源巖的品質(zhì)如何，需要進一步的分析。本文在對興隆地區(qū)吳家坪組取樣時兼顧了巖性變化的特點，對不同巖性進行了分析，對吳家坪組各巖性樣品TOC的平均值及主要分布范圍的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

由表2知，就興隆地區(qū)吳家坪組樣本數(shù)而言，炭質(zhì)泥巖、泥巖及灰?guī)r的數(shù)量較高，可知興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖各巖性中以炭質(zhì)泥巖、泥巖及灰?guī)r發(fā)育較為普遍。研究區(qū)吳家坪組20個炭質(zhì)泥巖樣品的TOC均值達到4.48%，TOC主要分布在3.90%~5.46%之間，遠高于其他巖性，泥巖其次（1.20%），灰?guī)r再次之（0.97%），可知，炭質(zhì)泥巖、泥巖及灰?guī)r對興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的生烴潛力貢獻較高。

2.2 有機質(zhì)類型

烴源巖有機質(zhì)的來源和組成關(guān)系到烴源巖的生烴潛力，不同類型的有機質(zhì)，其生烴潛力、產(chǎn)烴類型等均存在差異，對有機質(zhì)類型的研究是評價烴源巖必不可少的方面。鑒于下古生界海相地層成熟度過高，許多常用的反映有機質(zhì)類型的地球化學(xué)指標（巖石熱解數(shù)據(jù)等）已不適用[16]，因此，本文用干酪根碳同位素（δ13C）和類型指數(shù)（TI值）這兩個指標對涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖有機質(zhì)類型進行分析。

圖3 興隆地區(qū)吳家坪組TOC頻率分布直方圖

石油的碳同位素組成部分繼承了其母質(zhì)的碳同位素特征，干酪根碳同位素組成(δ13C)是目前確定過成熟海相烴源巖有機質(zhì)類型的重要指標[3,17]。根據(jù)先前學(xué)者的研究[3,18-19]及實際資料，將δ13C <-28‰的定為I型，在-28‰~-26‰間定為II1型，在-26‰~-24‰間定為II2型，>-24‰為III型。

通過鏡下統(tǒng)計烴源巖樣品各顯微組分含量的百分比，分別乘以不同的加權(quán)系數(shù)，得到干酪根的類型指數(shù)TI。根據(jù)TI值的大小可以確定有機質(zhì)類型，公式如下：

TI=[a×(+100)+b×(+50)+c×(-75)+d×(-100)]/100 （1）

式中a、b、c、d分別代表腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組。

TI值劃分干酪根類型的標準為：I型：TI≥80；II1型：TI=40~80；II2型：TI=0~40；III型：TI<0。

表3 興隆地區(qū)吳家坪組干酪根碳同位素及類型指數(shù)統(tǒng)計

表4 碳酸鹽巖有機質(zhì)演化階段劃分

對興隆地區(qū)三口井吳家坪組取樣4個，分析和計算其δ13C值和類型指數(shù)（表3）。從干酪根碳同位素分析來看，吳家坪組炭質(zhì)泥巖的δ13C值均分布在-28‰~-26‰間，根據(jù)以上分類標準應(yīng)定為II1型干酪根。從鏡下各顯微組分來看，其計算的類型指數(shù)TI值均在80以上，表明吳家坪組炭質(zhì)泥巖腐泥組的成分較高，根據(jù)以上劃分標準應(yīng)定為I型干酪根。這兩種評價指標的依據(jù)和原理不同，因此劃分的干酪根類型略有差異，綜合來看，興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖有機質(zhì)類型介于I-II1型。

2.3 有機質(zhì)成熟度

評價烴源巖成熟度的參數(shù)主要有鏡質(zhì)體反射率Ro、殼質(zhì)組熒光參數(shù)、熱解烴峰頂溫度Tmax、瀝青反射率Rb和產(chǎn)率指數(shù)PI (PI = S1/ ( S1+ S2) )等。其中，Tmax和PI值作為熱解參數(shù)不適用于成熟度過高的古生界海相地層，而且PI 值對于已經(jīng)發(fā)生排烴的烴源巖將不再可靠，也容易受運移油的影響[20]。鏡質(zhì)體反射率、殼質(zhì)組熒光參數(shù)也對成熟度過高的海相烴源巖適用性較差[21]，而瀝青與鏡質(zhì)體的組成與結(jié)構(gòu)不同，在演化階段中也存在差異，故不能將此兩種反射率值混合使用，應(yīng)據(jù)其二者間的關(guān)系換算成統(tǒng)一尺度或單獨選用其中一個參數(shù)。因此本文通過分析樣品的瀝青反射率，并將其換算為相當?shù)溺R質(zhì)體反射率來評價涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的成熟度，其評價標準見表4。

豐國秀和陳盛吉[22]通過對四川盆地18條剖面26對不同演化程度的樣品的鏡質(zhì)體反射率和瀝青反射率的對比得到了瀝青反射率（Rb）與鏡質(zhì)體反射率（Ro）的轉(zhuǎn)換公式，相關(guān)系數(shù) r = 0.92 。

Ro = 0.3364 + 0.6569 Rb （2）

對興隆地區(qū)為數(shù)不多的幾口井取典型樣品，分析測量其瀝青反射率Rb并通過式（2）計算相當?shù)溺R質(zhì)體反射率Ro（表5）。由表5知，興隆地區(qū)吳家坪組4個炭質(zhì)泥巖樣品的鏡質(zhì)體反射率均在2.0%以上，其平均值達到2.29%，說明興隆地區(qū)吳家坪組的熱演化程度已經(jīng)非常高，該期烴源巖處于過成熟階段，以生成干氣為主。

表5 涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組樣品瀝青反射率及推算鏡質(zhì)體反射率

3 結(jié)論

1）涪陵北部吳家坪組各鉆井泥質(zhì)巖類的厚度均在50m以上。興隆地區(qū)吳家坪組樣品的TOC均值為2.24%，大部分樣品的TOC值分布在1%~7%間，整體為中等-很好品質(zhì)的烴源巖。其中，炭質(zhì)泥巖樣品的TOC均值達到4.48%，遠高于其他巖性，對興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的生烴潛力貢獻最高。

2）吳家坪組炭質(zhì)泥巖的δ13C值均分布在-28‰~-26‰間，其類型指數(shù)TI值均在80以上，判斷興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖的有機質(zhì)類型介于I- II1型。興隆地區(qū)吳家坪組4個炭質(zhì)泥巖樣品的鏡質(zhì)體反射率均在2.0%以上，其平均值達到2.29%，表明該期烴源巖處于過成熟階段，以生成干氣為主。

3）綜合來看，涪陵北部興隆地區(qū)吳家坪組烴源巖厚度大，具備較好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)，產(chǎn)烴能力強，成熟度高，處于大量生氣階段。

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The Hydrocarbon Potential of Hydrocarbon Source Rock of the Wujiaping Formation in Xinglong, Fuling

WANG Liang-jun PAN Lei

(Exploration Division, Sinopec Group, Chengdu 610041)

The hydrocarbon source rock of the Wujiaping Formation is major gas source of large gas fields of the Permian-Triassic carbonate rock in southeast Sichuan. The study indicates that TOC values of the hydrocarbon source rock of the Wujiaping Formation in Xinglong, Fuling vary from 1% to 7% with mean value of 2.24%. The carbargillite is high quality hydrocarbon source rock with mean TOC value of 4.48%. The carbargillite is characterized by δ13C values of -28‰~-26‰ and TI values of more than 80, vitrinite reflectance of more than 2.29% with mean value of 2.29%. Organic matter type of the carbargillite is I- II1type.

organic matter; carbargillite; Wujiaping Formation;hydrocarbon potential; Xinglong, Fuling

2017-11-15

國家科技重大專項《四川盆地碎屑巖層系油氣富集規(guī)律與勘探評價》(2016ZX05002-004)；中石化重大科技項目《四川盆地海相大型氣田目標評價與勘探關(guān)鍵技術(shù)》(編號P16082)

王良軍（1972-），男，貴州赤水人，工程碩士，高級工程師，主要從事油氣勘探與研究工作

P618.13

A

1006-0995（2018）02-0256-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.016