川西北地區(qū)九龍山構(gòu)造須家河組二段天然氣氣源分析

鄧 濤, 李 勇

(成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610059)

川西北地區(qū)九龍山構(gòu)造(氣田)是四川陸相前陸盆地的一個(gè)重要勘探區(qū).九龍山構(gòu)造產(chǎn)氣層主要為下侏羅統(tǒng)自流井組珍珠沖段和上三疊統(tǒng)須家河組第二段,目前對(duì)二者氣藏的氣源爭(zhēng)論較大[1-8].九龍山地區(qū)存在淺層須家河組須二中亞段(“腰帶子”泥頁巖)、須三段泥頁巖、深層的茅口組灰?guī)r和下寒武統(tǒng)泥巖4套優(yōu)質(zhì)烴源巖.目前,關(guān)于該區(qū)須二段天然氣來源的分析較少,李延鈞等[1]綜合天然氣組分、碳同位素和儲(chǔ)層瀝青生物標(biāo)志化合物氣源對(duì)比分析后認(rèn)為,須二段天然氣由淺層須三段腐殖型和深層茅口組、下寒武統(tǒng)偏腐泥型烴源混合貢獻(xiàn).為了對(duì)后期該區(qū)須二段氣藏的開發(fā)提供理論依據(jù),有必要深入剖析須二段產(chǎn)氣層天然氣來源.本次研究我們采用前人研究較為成熟的天然氣組分、天然氣碳同位素組成和生物標(biāo)志化合物組成等參數(shù)[9-11]來揭示九龍山構(gòu)造須二段天然氣產(chǎn)層的天然氣來源,從而為該區(qū)的油氣勘探提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

九龍山氣藏帶位于米倉山前緣西段,北鄰米倉山南緣隱伏逆掩褶皺帶,地表為九龍山構(gòu)造,是川西北地區(qū)的重點(diǎn)油氣勘探構(gòu)造[12-13](圖1).九龍山構(gòu)造在地表表現(xiàn)為一軸向NE—SW向的對(duì)稱短軸背斜.研究層位須家河組分為6段,自下而上依次發(fā)育為:須一段、須二段、須三段、須四段、須五段和須六段地層.在川西北地區(qū),須六段已被完全剝蝕,須五段也遭受了嚴(yán)重剝蝕,此外,須四段也存在部分剝蝕現(xiàn)象.從巖性上看,須一段、須二中亞段、須三段和須五段地層巖性以暗色泥頁巖為主,而須二下亞段、須二上亞段和須四段主要為砂、巖地層,其中,泥頁巖層段是良好的生烴層段,而砂巖層段又是優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集層.因此,須家河組具備了良好的天然氣生成、運(yùn)移、聚集和保存條件,天然氣勘探開發(fā)潛力十分巨大.

2 天然氣組分特征

圖 1 九龍山氣藏構(gòu)造位置示意圖

3 天然氣碳同位素特征

表 2 九龍山氣藏及周邊構(gòu)造天然氣烷烴氣碳同位素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表

綜上,九龍山氣藏須家河組T3x4儲(chǔ)層天然氣氣源可能來自于其緊鄰的下伏T3x3暗包泥頁巖的氣源,而九龍山氣藏T3x2天然氣可能為須二段“腰帶子”泥質(zhì)烴源巖和下伏古老海相泥質(zhì)烴源巖的混合貢獻(xiàn)形成的混源氣,接下來則需要進(jìn)行進(jìn)一步的生物標(biāo)志化合物分析.

4 儲(chǔ)層瀝青生物標(biāo)志化合物特征

生物標(biāo)志化合物是指沉積物或巖石中來源于活的生物體,在演化過程中記載了原始生物母質(zhì)碳骨架的特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物[14-17].生物標(biāo)志化合物有以下4個(gè)主要特征:1)由生物合成,來源于浮游植物、浮游動(dòng)物、細(xì)菌以及陸生植物、高等動(dòng)物等生物有機(jī)體,經(jīng)成巖作用或后生作用轉(zhuǎn)化而成[18];2)具有相當(dāng)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu),保留有從生物先體繼承下來的基本碳骨架特征;3)結(jié)構(gòu)特殊,其碳骨架與一些已知的天然產(chǎn)物具有明顯的聯(lián)系;4)能提供有關(guān)有機(jī)質(zhì)來源、沉積環(huán)境及其熱成熟度和油氣生物降解及運(yùn)移等方面的信息.正是由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,因此當(dāng)?shù)刭|(zhì)圈里某個(gè)生物標(biāo)志物的所有立體結(jié)構(gòu)能被確定時(shí),就能確定它與某個(gè)假定的天然前身物之間的聯(lián)系.主要的生物標(biāo)志化合物研究對(duì)象有正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烴、甾烷和萜烷等[19-20],本文主要針對(duì)甾、萜類化合物進(jìn)行研究說明.

4.1類異戊二烯烴分布特征九龍山氣藏T3x2儲(chǔ)層瀝青抽提物的Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18三元交會(huì)圖表明:須二段儲(chǔ)層有一半的樣品參數(shù)與T3x2中泥質(zhì)烴源巖具有很大的相似性,而與該組須四段和部分須五段的烴源巖樣品參數(shù)存在較大差異(圖3),說明T3x2中泥質(zhì)烴源巖與九龍山氣藏T3x2天然氣“指紋化石”契合度較高,具有同源性.但也有部分樣品與須家河組各層段烴源巖特征都無相似性,考慮有一定的深部或淺部混源氣影響.

圖 3 九龍山氣藏T3x2儲(chǔ)層Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18 三元交會(huì)圖

4.2甾萜烷化合物分布特征利用成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室由美國公司生產(chǎn)的TSQ Quantum XLS氣相/液相色譜三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)九龍山氣藏T3x2儲(chǔ)層瀝青生標(biāo)物進(jìn)行了分析,分析結(jié)果如圖4和圖5所示,分布中三環(huán)萜烷仍以C23為主峰,存在C28、C29長鏈三環(huán)萜烷;但在C27H46分布中,18α(H)-22,29,30-三降藿烷與17α(H)-22,29,30-三降藿烷含量總體不高,且后者含量遠(yuǎn)大于前者,并以17α(H),21β(H)-藿烷為主峰,這與九龍山氣藏T3x2中泥質(zhì)烴源巖具較大的親緣性.甾烷m/z-217質(zhì)譜圖中重排甾烷、4-甲基甾烷含量低,規(guī)則甾烷為C29占優(yōu)勢(shì)的“V”型,甲藻甾烷含量低(圖5).甾烷特征呈“V”字型分布,而規(guī)則甾烷C27～C29主要用于油源對(duì)比、母源和沉積環(huán)境的生物標(biāo)志物.三者的物質(zhì)原始來源不同:C27甾烷主要來源于藻類等低等浮游植物,C28主要來源于硅藻、顆石藻,C29來源于高等植物或藻類,因此三者的連線可定性判別母質(zhì)來源.上述生標(biāo)物特征與T3x2中烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征相似.

因此,認(rèn)為九龍山氣藏須二段致密砂巖儲(chǔ)層中的天然氣主要來源于相鄰的T3x2中泥巖,而在規(guī)則甾烷的三元圖中也印證了這一觀點(diǎn)(圖6).

圖 4 九龍山氣藏T3x2砂巖萜烷m/z-191對(duì)比圖

注:由于圖中篇幅限制,圖中1～19數(shù)字分別代表三環(huán)萜烷(C30),17α(H),21β(H)-30一降藿烷,18α(H)-30一降新藿烷(C29Ts),17α(H)一重排藿烷,17β(H),21α(H)-30一降藿烷(奧利烷),17α(H),21β(H)-藿烷17β(H),21α(H)-藿烷(莫烷),17α(H),21β(H)-29一升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29一升藿烷22R,伽馬蠟烷,17β(H),21α(H)-29一升藿烷22S+22R,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22R).

根據(jù)九龍山氣藏T3x2砂巖儲(chǔ)層m/z-191萜烷對(duì)比圖、m/z-217甾烷對(duì)比圖(圖4和圖5)可看出:其三環(huán)萜烷分布、五環(huán)三萜烷分布、Tm/Ts比值、γ-蠟烷/(C31(22S+22R)/2)比值、5α-C27

圖 5 九龍山氣藏T3x2砂巖甾烷m/z-217對(duì)比圖 (圖中數(shù)字10、16、20分別代表αααC2720R 規(guī)則甾烷、C28重排甾烷和αααC2920R規(guī)則甾烷)

規(guī)則甾烷/5α—C29規(guī)則甾烷比值、5α—C28規(guī)則甾烷/5α-C29規(guī)則甾烷比值和C27～C29規(guī)則甾烷分布形態(tài)等特征大多與九龍山氣藏T3x2中烴源巖相似[21-22],故推測(cè)其天然氣來自于其T3x2中烴源巖.

圖 6 九龍山氣藏T3x2儲(chǔ)層C27-C28-C29規(guī)則甾烷交會(huì)圖

另外,對(duì)九龍山氣藏T3x2致密砂巖儲(chǔ)層的生標(biāo)物參數(shù)與T3x2中泥巖進(jìn)行了指紋對(duì)比[23](圖7),結(jié)果表明T3x2儲(chǔ)層段天然氣生標(biāo)物特征與T3x2中泥質(zhì)烴源巖指紋相似度極高,由此可以證明T3x2儲(chǔ)層的氣源巖主要為T3x2中泥巖.并且觀察到:T3x2上儲(chǔ)層與T3x2烴源巖的相似度高于T3x2中,應(yīng)該是由于須家河組深埋地下的異常高壓導(dǎo)致的T3x2中的“隔層效應(yīng)”,造成了對(duì)深部混源對(duì)九龍山T3x2氣藏上下砂巖儲(chǔ)層段的影響程度不同.也從側(cè)面印證了T3x2確實(shí)為混源氣,且混源來自其下伏地層[4,13].

圖 7 九龍山氣藏T3x2儲(chǔ)層與烴源巖指紋對(duì)比

由以上綜合分析可知:九龍山氣藏T3x2然氣為T3x2中泥巖及下伏古老海相腐泥型地層的混源氣.

5 結(jié)論

通過對(duì)川西北地區(qū)九龍山構(gòu)造上三疊統(tǒng)須家河組二段天然氣與烴源巖的一系列相關(guān)數(shù)據(jù)及交匯圖版的運(yùn)用,對(duì)典型井氣藏的天然氣組分、同位素特征、瀝青生物標(biāo)志化合物進(jìn)行了深入研究及討論,得出以下結(jié)論:

1) 天然氣組分特征.九龍山氣藏天然氣較干,除個(gè)別井之外,絕大多數(shù)井位天然氣的CH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)都超過了95%,重?zé)N分布隨CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而逐漸降低,二者呈現(xiàn)明顯的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系.其中非烴類氣體含量不高,CO2和N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未達(dá)到1%.

2) 天然氣同位素特征.九龍山氣藏天然氣整體上呈現(xiàn)CH4碳同位素組成重,而C2H6碳同位素組成則相對(duì)較輕的特征,考慮到九龍山氣藏T3x2中烴源巖本身就屬于腐泥型,故判定其為典型的腐泥型成因氣.

3) 烴源巖及儲(chǔ)層瀝青生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比.九龍山氣藏T3x2氣層的瀝青生物標(biāo)志化合物與本層位T3x2中烴源巖的生物標(biāo)志化合物在甾、萜類化合物特征上存在極大地相似性.

4) 根據(jù)上文所分析的天然氣組分特征、同位素特征、烴源巖與儲(chǔ)層生物標(biāo)志化合物特征,可判斷:九龍山氣藏T3x2氣層天然氣主要來自于T3x2中烴源巖,并有少量下伏地層的混源氣特征.