川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣成藏過程分析

陳智遠(yuǎn)， 孟憲武， 沈開元， 張曉文， 宋曉波

(1. 中國石化西南油氣分公司 博士后科研工作站，四川 成都 610041； 2. 中國石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041； 3. 中國石油西部鉆探工程有限公司 試油公司，新疆 克拉瑪依 834000 )

0 引言

中三疊統(tǒng)雷口坡組四段是川西氣田30億m3產(chǎn)能的主力產(chǎn)層，也是四川盆地海相天然氣研究的重點層位之一，已在研究區(qū)龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、廣漢斜坡帶發(fā)現(xiàn)工業(yè)性氣井，證實了蒸發(fā)潮坪環(huán)境發(fā)育的白云巖儲層具有勘探價值。目前，川西地區(qū)雷口坡組四段的研究多集中于層序地層、沉積演化、儲層成巖等方面[1-5]，雷口坡組天然氣成藏方面的研究相對較少。地質(zhì)歷史時期包裹體蘊含豐富的流體信息，可以作為研究成巖流體期次和來源的指示劑，也可以作為判斷石油和天然氣成藏期次等方面的依據(jù)。

川西地區(qū)受多期多旋回構(gòu)造運動的影響，雷口坡組天然氣成藏條件和過程較為復(fù)雜，陳迎賓等[6]、胡燁等[7]分析川西地區(qū)大邑構(gòu)造和回龍構(gòu)造雷口坡組天然氣成藏條件，認(rèn)為圈閉類型好、面積大，雷口坡組頂面發(fā)育巖溶縫洞，且與構(gòu)造高部位復(fù)合，有利于天然氣成藏；李書兵等[8]、劉樹根等[9]利用鏡下薄片、主微量元素、天然氣同位素等測試數(shù)據(jù)，分析川西地區(qū)龍門山前構(gòu)造帶雷口坡組四段天然氣成藏條件和成藏過程，認(rèn)為川西地區(qū)雷口坡組天然氣成藏主要受控于輸導(dǎo)系統(tǒng)、圈閉類型等因素，成藏過程與構(gòu)造演化密切相關(guān)。成藏過程的復(fù)雜性和模糊性是制約川西地區(qū)雷口坡組取得勘探突破的關(guān)鍵因素。在綜合分析川西地區(qū)雷口坡組四段流體包裹體的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化和埋藏—熱演化史，筆者研究川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣成藏過程，為川西地區(qū)海相天然氣勘探及增儲上產(chǎn)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西地區(qū)位于四川盆地西部，整體發(fā)育龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、成都凹陷、綿竹凹陷、綿陽斜坡及廣漢斜坡等6個構(gòu)造單元[8]。研究區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，西部主要發(fā)育關(guān)口斷裂和彭縣斷裂，東部發(fā)育知新場—石泉場斷裂和龍泉山斷裂(見圖1(a))。雷口坡組主要發(fā)育潟湖、間歇性干化潟湖、膏巖湖等沉積亞相[10-11]，雷口坡組四段(T2l4)以蒸發(fā)潮坪—潟湖沉積體系為主，上部主要發(fā)育淺灰、灰色粉晶(藻團(tuán)塊)白云巖、砂屑白云巖；下部發(fā)育灰色微晶白云巖、泥晶白云巖與灰色硬石膏不等厚互層(見圖1(b))。

圖1 川西地區(qū)構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location and stratigraphic comprehensive histogram of Western Sichuan Basin

川西地區(qū)海相地層發(fā)育多套生儲蓋組合，形成多套含油氣系統(tǒng)。其中，晚二疊世長興組、龍?zhí)督M沉積期主要發(fā)育盆地及緩坡沉積體系，孕育區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖類烴源巖。至中三疊世雷口坡組沉積期，主要發(fā)育潟湖、蒸發(fā)潮坪沉積體系，干燥、強烈蒸發(fā)的沉積環(huán)境加上藻類等微生物的參與，形成雷口坡組碳酸鹽巖烴源巖。此外，區(qū)內(nèi)雷口坡組四段發(fā)育良好的潮坪相(云坪、藻云坪)白云巖儲層，加上上覆馬鞍塘組、小塘子組及須家河組厚大泥巖地層的封蓋，雷口坡組四段可以作為研究天然氣成藏過程的良好地層。

2 數(shù)據(jù)與方法

大量包裹體賦存于川西地區(qū)雷口坡組四段儲層礦物，蘊含豐富的成巖成礦信息，是研究天然氣成藏期次和歷史的重要參數(shù)。采集和收集川西地區(qū)不同構(gòu)造帶雷口坡組四段8口重點井樣品，進(jìn)行鏡下包裹體分析，樣品主要由西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室和四川省煤田地質(zhì)局科源工程技術(shù)測試中心測試完成。包裹體均一溫度測試儀器為Linkam-Thms600冷熱臺，測試精度為±0.1 ℃，顯微鏡為日產(chǎn)Olympus，在溫度為25 ℃、濕度為30%的實驗條件下完成。

埋藏—熱演化史恢復(fù)結(jié)果是研究烴源巖有機質(zhì)演化的基礎(chǔ)，結(jié)合包裹體均一溫度分析可以明確天然氣充注期次和歷史，是分析天然氣成藏過程的重要方法[12]。埋藏史恢復(fù)所需資料主要有地層分層數(shù)據(jù)、巖性占比、地層界線年齡及地層剝蝕厚度等，其中，地層和巖性數(shù)據(jù)由中國石化西南油氣分公司提供；地層界線年齡數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[13]；地層剝蝕厚度是埋藏史模擬的關(guān)鍵因素之一，川西地區(qū)中三疊統(tǒng)印支期和古近系喜山期發(fā)生的兩次抬升剝蝕對該區(qū)天然氣成藏影響較大，區(qū)域地層剝蝕厚度數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[14-15]。熱演化史模擬所需資料包括古地表溫度(SWIT)、古熱流(HF)及古水深(PWD)等邊界條件，數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[13]；古水深、實測鏡質(zhì)體反射率(Ro)、地層溫度及地層壓力等標(biāo)定數(shù)據(jù)由中國石化西南油氣分公司提供。

3 包裹體特征

3.1 宿主礦物

川西地區(qū)雷口坡組四段主要發(fā)育蒸發(fā)潮坪環(huán)境下的裂縫—孔隙型儲層，儲集空間以孔隙和裂縫為主[16-17]?？紫逗土芽p可見三種充填礦物，主要為白云石、方解石和石英，發(fā)育數(shù)量不等的流體包裹體，利用白云石、方解石及少量石英中捕獲的包裹體，分析川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣成藏過程。

川西地區(qū)雷口坡組四段孔隙和裂縫發(fā)育豐富的充填礦物，巖心可見儲層孔隙充填大量白云石、方解石和少量的自形石英，多見孔隙被礦物半—全充填(見圖2(a-b))。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，孔隙和裂縫常充填白云石和方解石，方解石在鏡下被染成紅色，白云石不染色，可見充填礦物具有不同期次，孔隙、裂縫邊緣充填的白云石和方解石晶型較小，向中心方向白云石和方解石晶型具有逐漸變大趨勢(見圖2(c-d))，豐富的充填礦物捕獲的包裹體是天然氣成藏研究的基礎(chǔ)。

圖2 川西地區(qū)雷口坡組四段儲層充填物特征Fig.2 Characteristics of reservoir fillings in T2l4 of Western Sichuan Basin

3.2 巖相學(xué)

熒光效應(yīng)可以區(qū)分液態(tài)烴和鹽水包裹體，透射光下可以確定包裹體產(chǎn)狀，進(jìn)而區(qū)分鹽水包裹體和烴類包裹體的伴生關(guān)系。鏡下觀察結(jié)果表明，川西地區(qū)雷口坡組四段主要發(fā)育兩類包裹體，即含烴鹽水包裹體和鹽水包裹體，鹽水包裹體較為常見。

川西地區(qū)雷口坡組四段儲層廣泛發(fā)育不同種類的流體包裹體(見圖3)，主要以發(fā)育與純氣、油包裹體伴生的不發(fā)熒光的鹽水包裹體為主，可見一定量純氣或極少量發(fā)熒光的油包裹體。

(1)鹽水包裹體。該類包裹體普遍賦存于川西地區(qū)雷口坡組四段儲層，可見單獨存在或與烴類包裹體伴生，主要分布于充填礦物顆粒、切穿顆粒的裂隙或次生膠結(jié)物(充填于孔隙或裂縫的白云石、方解石及石英)。該類包裹體大小各異，粒徑主要分布在3～12 μm之間(見表1)，氣液比多分布在5%～20%之間；形態(tài)多為長條形、橢圓形或不規(guī)則狀，多見成群或成帶分布(見圖3(a-c))；鹽水包裹體在透射光下為無色透明，不發(fā)熒光。

圖3 川西地區(qū)雷口坡組四段包裹體鏡下及激光拉曼特征Fig.3 Microscopical and Raman characteristics of inclusions in T2l4 of Western Sichuan Basin

(2)含烴鹽水包裹體。該類包裹體在川西地區(qū)雷口坡組四段儲層中較為常見，以純氣烴(甲烷)包裹體為主，極少見油包裹體，主要分布于充填礦物顆粒、切穿顆粒的裂隙或次生膠結(jié)物(充填于孔隙或裂縫的白云石、方解石及石英)。該類包裹體大小各異，粒徑主要分布在4～10 μm之間；形態(tài)多為長條形、橢圓形或不規(guī)則狀，多見成群或成帶分布(見圖3(c-e))；透射光下，液烴多為無色透明，氣烴多顯示為黑色；熒光下，液烴多顯示為藍(lán)綠色，氣烴不發(fā)熒光(見圖3(e-f))；激光拉曼顯示，氣態(tài)烴譜峰拉曼位移為2 912 cm-1，成分為甲烷(見圖3(g))，進(jìn)一步說明氣烴(甲烷)包裹體在川西地區(qū)雷口坡組四段較為常見。

3.3 均一溫度

包裹體是地質(zhì)歷史時期流體活動的記錄劑，鹽水包裹體(與烴類包裹體同期伴生)的均一溫度可以指示烴類捕獲時的溫度，因此與氣烴包裹體伴生的同期鹽水包裹體的均一溫度是研究的重點，并且以均一溫度作為天然氣成藏期次劃分的依據(jù)[18]。

選取賦存于充填礦物顆粒、切穿顆粒的裂隙或次生膠結(jié)物(充填于孔隙或裂縫的白云石、方解石及石英)的包裹體進(jìn)行溫度測試，測試對象主要為鹽水包裹體(與含烴鹽水包裹體同期伴生)(見表1)。P1和X1井測試數(shù)據(jù)相對較多，選取兩口井作為典型單井進(jìn)行均一溫度分析。測得P1井與氣態(tài)烴伴生的鹽水包裹體數(shù)據(jù)156個，流體包裹體均一溫度具有一個峰值，對應(yīng)溫度為130～140 ℃(見圖4(a))。測得X1井與氣態(tài)烴伴生的鹽水包裹體數(shù)據(jù)59個，流體包裹體均一溫度具有兩個較為明顯的峰值，對應(yīng)的溫度分別為130～140和160～170 ℃(見圖4(b))。川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣充注是個漫長的過程，主充注期相對集中，主要表現(xiàn)為天然氣可能存在兩期成藏的特點。

表1 川西地區(qū)雷口坡組四段典型單井流體包裹體綜合信息統(tǒng)計

圖4 川西地區(qū)雷口坡組四段典型單井流體包裹體均一溫度分布Fig.4 Temperature distribution histogram of fluid inclusions of typical single wells in T2l4 of Western Sichuan Basin

4 天然氣成藏期次與過程

4.1 成藏期次

流體包裹體作為地質(zhì)歷史時期原始成巖成礦溶液的代表，通常表現(xiàn)為等容、密閉的環(huán)境，因此，包裹體均一溫度可以反映油氣成藏時的地質(zhì)條件[19-20]。與氣烴包裹體伴生的同期鹽水包裹體可以指示天然氣成藏相關(guān)信息，結(jié)合研究區(qū)區(qū)域埋藏—熱演化史，可以確定天然氣的成藏期次與演化過程[21-23]；利用埋藏—熱演化史，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，分析川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣的成藏期次和過程。

根據(jù)包裹體特征及研究區(qū)地層分層、抬升剝蝕厚度、鏡質(zhì)體反射率等數(shù)據(jù)，利用盆地模擬軟件建立區(qū)域埋藏—熱演化史，將與氣烴包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度峰值投影到埋藏—熱演化史圖上(見圖5)。由圖5可以看出，川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣主成藏期有兩期，第一期主要對應(yīng)于早侏羅世晚期—中侏羅世中晚期，第二期主要對應(yīng)于中—晚中新世，兩期充注對川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣藏的形成貢獻(xiàn)最大。

4.2 成藏過程

為川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣藏提供氣源的主要為上二疊統(tǒng)和雷口坡組自身兩套烴源巖，上二疊統(tǒng)泥質(zhì)和碳酸鹽巖烴源巖具有沉積厚度大、品質(zhì)好、生烴強度大等特征，雷口坡組自身富藻烴源巖具有轉(zhuǎn)化率高、生烴潛力大等特點，兩套烴源巖屬于較好烴源巖[24-25]。由盆地模擬結(jié)果(見圖5)可以看出，上二疊統(tǒng)烴源巖在晚三疊世進(jìn)入生油高峰，形成古油藏，隨地層埋深不斷增加，溫度進(jìn)一步升高，至晚三疊世—早中侏羅世，古油藏裂解成氣；同時，雷口坡組自身烴源巖在晚三疊世末進(jìn)入生油門限，形成規(guī)模較小的古油藏(見圖6)；至中—晚侏羅世進(jìn)入生氣高峰，上二疊統(tǒng)古油藏裂解氣和雷口坡組自身烴源巖熱解氣進(jìn)入晚三疊世形成的構(gòu)造圈閉[6,26]，研究區(qū)雷口坡組四段發(fā)生早侏羅世晚期—中侏羅世中晚期的第一期天然氣充注(見圖5)，為主充注期。燕山中—晚期，川西地區(qū)整體表現(xiàn)為持續(xù)沉降的特點，構(gòu)造運動相對較弱[27]，雷口坡組四段氣藏得到保持。自古近紀(jì)以來，受喜山期強烈構(gòu)造運動的影響，川西地區(qū)抬升幅度超過千米，形成新的斷層和裂縫體系[28-29]，早期形成的雷口坡組四段氣藏發(fā)生調(diào)整，天然氣進(jìn)入調(diào)整后的圈閉中成藏，發(fā)生中—晚中新世的第二期天然氣充注(見圖5)。

川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣成藏過程為上二疊統(tǒng)烴源巖在晚三疊世(印支末期)進(jìn)入生油高峰期，形成古油藏(見圖7(a))；晚三疊世—中侏羅世，古油藏裂解成氣；中—晚侏羅世(燕山早期)，雷口坡組烴源巖進(jìn)入生氣高峰期，進(jìn)一步補充氣源，在川西地區(qū)正向構(gòu)造中形成天然氣藏(見圖7(b))。受喜山期以來構(gòu)造擠壓抬升的影響，雷口坡組內(nèi)部繼續(xù)發(fā)育小斷層，至中—晚中新世，古氣藏發(fā)生調(diào)整并最終定型(見圖7(c))。

圖5 川西地區(qū)雷口坡組四段埋藏—熱演化史及天然氣成藏過程Fig.5 Burial-thermal evolution history and gas accumulation process in T2l4 of Western Sichuan Basin

圖6 川西地區(qū)雷口坡組四段儲層瀝青賦存狀態(tài)Fig.6 Occurrence state of reservoir asphalt in T2l4 of Western Sichuan Basin

圖7 川西地區(qū)雷口坡組四段天然氣成藏過程Fig.7 Gas accumulation process in T2l4 of Western Sichuan Basin

5 結(jié)論

(1)川西地區(qū)雷口坡組四段主要發(fā)育兩類包裹體(含烴鹽水包裹體和鹽水包裹體)，鹽水包裹體較為常見，顯微鏡下可見氣烴和極少量的液態(tài)烴包裹體；鹽水包裹體均一溫度多分布在80～200 ℃之間，多表現(xiàn)為雙峰型特征，峰溫分別為130～140和160～170 ℃。

(2)研究區(qū)天然氣主成藏期有兩期，第一主成藏期主要為早侏羅世晚期—中侏羅世中晚期，第二主成藏期主要為中—晚中新世。

(3)研究區(qū)天然氣成藏過程為上二疊統(tǒng)烴源巖在晚三疊世(印支末期)進(jìn)入生油高峰期，形成古油藏；至晚三疊世—中侏羅世，古油藏裂解成氣；中—晚侏羅世(燕山早期)，雷口坡組烴源巖進(jìn)入生氣高峰期，進(jìn)一步補充氣源，在川西地區(qū)正向構(gòu)造中形成天然氣藏。受喜山期構(gòu)造擠壓抬升的影響，雷口坡組內(nèi)部繼續(xù)發(fā)育小斷層，至中—晚中新世，古氣藏發(fā)生調(diào)整最終定型。