川中古隆起北斜坡不同地區(qū)燈影組天然氣差異及其影響因素
——以蓬探1井和中江2井為例

朱聯(lián)強(qiáng)，柳廣弟, ，宋澤章, ，趙文智, ，田興旺, ，戴鑫，王云龍，楊岱林，李強(qiáng)，江林，李成海，胡麗

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

2 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

3 中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041

0 引言

四川盆地作為中國(guó)大型的含油富氣盆地，迄今已有近70年的勘探歷史。截至2018年底，四川盆地共發(fā)現(xiàn)大型天然氣田(探明儲(chǔ)量＞300×108m3)25個(gè)，探明儲(chǔ)量超千億立方米的超大型氣田9個(gè)[1-2]。盆地內(nèi)震旦系—下古生界是油氣勘探的重點(diǎn)層位，近年來在川中古隆起發(fā)現(xiàn)了安岳震旦—寒武系特大型氣田，證實(shí)了盆地內(nèi)震旦—寒武系具有良好的勘探潛力[3-5]。古裂陷槽黑色頁巖、古臺(tái)地丘灘巖溶儲(chǔ)集層、古原油裂解成氣和古隆起運(yùn)聚富集之間的時(shí)空配置關(guān)系控制了安岳震旦—寒武系特大型氣田的形成與分布[6-8]。安岳氣田燈影組天然氣主要為原油裂解氣，CH4含量通常大于85%，C2H6含量小于0.3%，天然氣干燥系數(shù)大于0.996，屬于典型的干氣，非烴氣體以H2S、CO2、N2為主，并含有痕量的He等稀有氣體[9-10]。龍王廟組天然氣來源的認(rèn)識(shí)較為統(tǒng)一，均認(rèn)為主要來源于筇竹寺組烴源巖[11-15]。燈影組天然氣的來源則存在不同的看法，部分學(xué)者結(jié)合烴源巖、儲(chǔ)層瀝青和天然氣的碳同位素及生物標(biāo)志化合物的研究，認(rèn)為燈影組天然氣為筇竹寺組、燈影組烴源巖的混源氣[8-10]。也有學(xué)者通過儲(chǔ)層瀝青及輕烴等的研究，認(rèn)為燈影組天然氣主要來源于裂陷槽內(nèi)筇竹寺組烴源巖，與燈影組烴源巖關(guān)系不大[16]。無論燈影組烴源巖是否對(duì)燈影組天然氣有貢獻(xiàn)，筇竹寺組烴源巖的貢獻(xiàn)無疑是重要的?；趯?duì)烴源巖的不同認(rèn)識(shí)，燈影組天然氣成藏模式也存在不同的觀點(diǎn)，包括“自生自儲(chǔ)、上生下儲(chǔ)，旁生側(cè)儲(chǔ)”等[8,17-19]。造成燈影組內(nèi)部天然氣差異的成因存在較大的爭(zhēng)議，部分學(xué)者認(rèn)為這種差異主要是不同區(qū)域燈影組烴源巖與筇竹寺組烴源巖的混源比不同造成的[13]，還有人認(rèn)為這種差異主要源于儲(chǔ)層內(nèi)的TSR作用[17-18]。烴源巖認(rèn)識(shí)不清、天然氣差異成因不明對(duì)燈影組天然氣成藏過程的研究帶來較大的困難。

安岳特大型氣田已進(jìn)入開發(fā)階段，天然氣后備戰(zhàn)略接替領(lǐng)域的尋找已然成為勘探的重點(diǎn)。近年來，川中古隆起北斜坡地區(qū)燈影組勘探屢獲成功，角探1井燈影組獲得良好的油氣顯示，蓬探1井更是測(cè)試獲氣121.98×104m3/d，展示出了北斜坡區(qū)燈影組良好的勘探潛力，成為川中地區(qū)天然氣勘探的有力接替區(qū)。馬奎等(2020)通過對(duì)川中古隆起北斜坡區(qū)構(gòu)造演化過程的恢復(fù)，認(rèn)為加里東期的伸展裂陷作用有利于裂陷槽北部和斜坡腹部下寒武統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖成規(guī)模發(fā)育，整體穩(wěn)定繼承性的斜坡構(gòu)造背景下有利于巖性圈閉的保存[19]。趙路子等(2020)通過對(duì)蓬探1井的精細(xì)解剖，認(rèn)為德陽—安岳裂陷內(nèi)燈二段發(fā)育斷控型臺(tái)緣帶，臺(tái)緣帶展布受多排斷裂的控制，發(fā)育多個(gè)大型丘灘體，丘灘體與斷塊構(gòu)成巖性—構(gòu)造復(fù)合圈閉，儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性良好，顯示裂陷內(nèi)燈二段成藏條件有利[20]。北斜坡燈影組勘探結(jié)果顯示，其同層天然氣組分特征也存在顯著的差異。資料表明，蓬探1井和中江2井均鉆遇燈二段地層，且均獲得了良好的試氣效果，但這兩口井的天然氣組成及天然氣的同位素特征存在明顯的差異，蓬探1井CH4含量94.73%，中江2井僅82.59%，非烴氣體含量卻高達(dá)17.13%；蓬探1井天然氣C2H6碳同位素約-29.24‰；中江2井C2H6碳同位素僅-33.23‰，較蓬探1井輕約4‰。C2H6碳同位素受成熟度影響較小，可以反映母質(zhì)的類型，因而常作為氣源對(duì)比的重要參數(shù)[21-22]，這種同位素差異可能指示著氣源的多樣性?？紤]到四川盆地構(gòu)造演化的多旋回性，及燈影組氣藏漫長(zhǎng)的成藏演化過程，相同烴源巖來源的天然氣地球化學(xué)特征也會(huì)呈現(xiàn)出很大的變化[23]，北斜坡地區(qū)燈影組天然氣內(nèi)部存在明顯差異也可能代表著研究區(qū)天然氣成藏過程的復(fù)雜性。北斜坡區(qū)是燈影組天然氣勘探的重要接替區(qū)，相關(guān)研究成果的報(bào)道偏少，對(duì)造成天然氣組分及同位素差異因素的研究無疑是重要的，對(duì)深化天然氣成藏演化過程的研究具有重要意義。通過對(duì)蓬探1井和中江2井天然氣組分及不同組分碳同位素的分析，并結(jié)合儲(chǔ)層礦物充填特征、儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)及碳同位素特征的研究，討論了造成蓬探1井與中江2井天然氣差異的原因，以期為川中古隆起北斜坡燈影組油氣成藏演化及川中地區(qū)燈影組天然氣差異的研究提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

川中古隆起屬于加里東期古隆起，其軸部在雅安—資陽—岳池一線，古隆起區(qū)域內(nèi)二疊系之前各地層的構(gòu)造面貌總體表現(xiàn)為一個(gè)向NEE向傾沒的大型鼻狀隆起[24-26]。研究區(qū)位于川中古隆起北斜坡，從現(xiàn)今構(gòu)造格局上看，主要指磨溪地區(qū)以北的單斜構(gòu)造帶，其西側(cè)緊鄰德陽—安岳裂陷槽(圖1)，北側(cè)以九龍山為界[27]。燈影組沉積末期，受桐灣運(yùn)動(dòng)的影響，磨溪以北發(fā)生明顯的隆升作用，并位于古隆起構(gòu)造高部位；至海西晚期，上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生克拉通內(nèi)伸展裂陷作用，磨溪以北區(qū)域開始下沉形成單斜構(gòu)造；印支晚期至現(xiàn)今，受川西龍門山逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，最終形成現(xiàn)今的低幅斜坡構(gòu)造[25-27]。

圖1 研究區(qū)位置(據(jù)趙路子[20]修改)及地層綜合柱狀圖(蓬探1井)Fig.1 Location of the study area (modified based on ZHAO L Z[20]) and comprehensive stratigraphiccolumn (Pengtan-1 well)

二疊系沉積前，從古隆起邊緣向核部，依次剝蝕至奧陶系、寒武系，隆起高部位已剝蝕至震旦系燈影組[25]。北斜坡地區(qū)蓬探1井和中江2井均缺失燈四段地層，燈三段直接與上覆寒武系地層不整合接觸(圖1)。區(qū)內(nèi)燈影組主要為一套臺(tái)地相沉積的碳酸鹽巖，發(fā)育大量臺(tái)地邊緣亞相的丘灘體[28-29]，為北斜坡地區(qū)燈影組儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了重要的基礎(chǔ)。

2 儲(chǔ)層特征

北斜坡地區(qū)燈影組為一套臺(tái)地邊緣相沉積的碳酸鹽巖地層。巖芯觀察表明，蓬探1井和中江2井燈影組主要的儲(chǔ)集巖為藻疊層云巖、藻格架云巖，儲(chǔ)集空間主要包括藻格架空、溶洞及溶孔(圖2e～i)。薄片觀察顯示，燈影組儲(chǔ)層藻格架孔較為發(fā)育，部分被瀝青全充填(圖2g)。巖芯上常見溶洞、溶孔的發(fā)育，部分溶洞直徑超過1 cm(圖2e)。溶洞邊緣發(fā)育晶粒白云石，內(nèi)部被塊狀瀝青充填(圖2h、i)，表明溶蝕孔洞為古油藏的充注提供了有效的儲(chǔ)集空間。蓬探1井儲(chǔ)層孔隙度分布于1.08%～14.53%，平均值3.6%，滲透率約3.6 mD，具有低孔低滲的特征[20]。柱塞樣孔隙度測(cè)試結(jié)果顯示，中江2井儲(chǔ)層孔隙度分布于1.81%～5.38%，平均值2.4%，略低于蓬探1井。

圖2 蓬探1井和中江2井巖芯薄片顯微照片F(xiàn)ig.2 Observation of the thin section of drilling core in pengtan-1 well and Zhongjiang-2 well

3 天然氣特征

3.1 組分特征

安岳氣田燈影組天然氣主要為原油裂解氣，其CH4含量通常大于85%，C2H6含量小于0.3%，天然氣干燥系數(shù)大于0.996，屬于典型的干氣，非烴氣體以H2S、CO2、N2為主，并含有痕量的He等稀有氣體。

蓬探1井和中江2井天然氣均以CH4為主，干燥系數(shù)超過0.999，屬于典型的干氣，與磨溪—高石梯地區(qū)燈影組天然氣相似。其中，蓬探1井CH4含量94.60%～94.94%，均值94.77%，C2H6含量極低，約0.07%～0.08%，非烴氣體以CO2、H2S為主，含少量N2，與磨溪—高石梯地區(qū)燈影組相似；中江2井CH4含量明顯偏低，僅80.96%(分布于79.33%～82.59%)，略低于磨溪—高石梯地區(qū)燈影組。非烴氣體含量高達(dá)18.94%(分布于 17.31%～20.57%)，以CO2、H2S為主，并含有少量N2(表1)。兩口井天然氣組分存在一定差異，蓬探1井天然氣組分與磨溪—高石梯地區(qū)燈影組相當(dāng)，中江2井天然氣中CH4含量偏低，而CO2等非烴氣體明顯偏高。

3.2 同位素特征

蓬探1井天然氣δ13CCH26為-33.9‰～-33.95‰，均值-33.93‰；δ13CC2H6為-29.19‰～-29.31‰， 均 值-29.24‰；δ13CCO2為-0.14‰～-0.98‰，均值-0.48‰。中江2天然氣中δ13CCH4為-34.67‰～-35.09‰，均值-34.88‰；δ13CC2H6為-33.13‰ ～-33.23‰， 均值-33.18‰；δ13CCO2為-16.38‰ ～-19.38‰， 均值-17.88‰（表1）。川中地區(qū)燈影組天然氣中CH4碳同位素分布于-34.7‰～-32.1‰，均值-32.9‰；C2H6碳同位素分布于-29.5‰～-26.8‰，均值-28.1‰[10-11]。兩井天然氣的δ13CCH4相似，可以與川中燈影組天然氣相對(duì)比，δ13CC2H6則存在明顯差異。蓬探1井天然氣同位素特征與磨溪高石梯地區(qū)燈影組基本一致，中江2井C2H6碳同位素則明顯偏低（圖3）。

表1 蓬探1井和中江2井天然氣組分及同位素特征(據(jù)中石油西南油氣田探勘開發(fā)研究院)Table 1 Composition and isotopic characteristics of natural gas from Pengtan-1 well and Zhongjiang-2 well(According to Exploration and Development Research Institute of PetroChina Southwest Oil and gas field company)

圖3 川中及北斜坡地區(qū)燈影組天然氣同位素分布圖(圖中高石梯—磨溪地區(qū)燈影組天然氣數(shù)據(jù)引自魏國(guó)齊[9-10])Fig.3 Isotopic distribution of natural gas in Dengying Formation of central Sichuan and northern slope area(The natural gas data of Dengying Formation in Gaoshiti Moxi area are sourced from Wei Guoqi[9-10])

儲(chǔ)層中CO2通常存在3個(gè)來源：①有機(jī)成因；②地幔來源；③碳酸鹽巖來源[30-31]。有機(jī)成因的CO2碳同位素通常低于-10‰，地幔來源的CO2碳同位素分布于-8‰～-4‰，而碳酸鹽巖來源的CO2碳同位素則分布于-4‰～+4‰[30]。蓬探1井和中江2井CO2碳同位素的差異暗示著天然氣中CO2可能存在不同的來源[30-31]。蓬探1井CO2碳同位素分布于-0.98‰～-0.14‰，均值-0.48‰，CO2可能與碳酸鹽巖溶蝕有關(guān)；中江2井CO2碳同位素分布于-16.38‰～-19.38‰，均值-17.88‰，CO2則可能為有機(jī)成因。

4 儲(chǔ)層瀝青特征

4.1 瀝青碳同位素

蓬探1井和中江2井燈影組的儲(chǔ)層瀝青主要充填于溶蝕孔洞內(nèi)，蓬探1井溶孔常見到白云石→瀝青→塊狀石英的充填序列(圖4a)，早期的白云石邊緣常見溶蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)出港灣狀，中江2井則普遍缺少晚期的石英充填(圖4b)。

選取兩口井儲(chǔ)層瀝青發(fā)育的井段，將巖芯樣品敲碎，并用金屬鑷子挑選出儲(chǔ)層瀝青碎塊，最后用瑪瑙研缽將瀝青研磨至200目。儲(chǔ)層瀝青碳同位素實(shí)驗(yàn)由中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。結(jié)果表明，蓬探1井儲(chǔ)層瀝青同位素均值-36.6‰，而中江2井儲(chǔ)層瀝青碳同位素為-35.7‰，二者存在一定差異(圖5)。

圖5 蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層瀝青及天然氣碳同位素特征(川中筇竹寺組及燈三段干酪根數(shù)據(jù)引自魏國(guó)齊[12])Fig.5 Carbon isotope characteristics of the bitumen and natural gas in Pengtan-1 well and Zhongjiang-2 well(The kerogen data of Qiongzhusi and Dengying Formation mudstones in central Sichuan are sourced from WEI G Q[12])

4.2 瀝青焦炭結(jié)構(gòu)

隨著演化程度的增加，固體瀝青內(nèi)的分子開始定向排列，通常表現(xiàn)出光學(xué)各向異性[32-33]。在中間相瀝青中也觀察到了光學(xué)各向異性的規(guī)律性變化，這種變化最初是在焦煤中發(fā)現(xiàn)的，并被運(yùn)用到石油和瀝青的熱解過程研究[34-36]。中間相瀝青的分子取向和化學(xué)成分是控制光學(xué)各向異性和折射率的主要因素，它們都隨熱解過程而增加[36-37]。焦瀝青通常存在于油藏中，是由原油裂解形成的瀝青熱演化而來，與中間相瀝青具有相同的光學(xué)特性。焦瀝青的形成可能與熱異常事件有關(guān)，包括巖漿活動(dòng)和熱液流體的侵入[38]。因此，焦瀝青的出現(xiàn)表明熱液侵入可能對(duì)古油藏有過明顯的影響。

焦瀝青通常根據(jù)其焦炭結(jié)構(gòu)分為4類[34-36,39]，在反射光顯微鏡下表現(xiàn)為：細(xì)粒鑲嵌、中粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、片狀和纖維結(jié)構(gòu)。細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)的各向異性顆粒小于1 μm，但在顯微鏡下沒有明顯的各向異性紋理(圖4f)。中粒鑲嵌結(jié)構(gòu)焦瀝青具有較大的鑲嵌各向異性顆粒(1～5 μm)(圖4d)。粗粒鑲嵌焦瀝青具有較大的各向異性顆粒(＞5μm)(圖4c)。片狀結(jié)構(gòu)焦瀝青由中間相融并而成，顯示了中間相的特殊光學(xué)結(jié)構(gòu)[38-39]。纖維狀焦瀝青表現(xiàn)為暗帶和亮帶的交替紋理(圖4e、f)，可能是由揮發(fā)成分形成的氣泡塌陷而成[36-39]。蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層瀝青發(fā)育明顯的焦炭結(jié)構(gòu)。中江2井主要發(fā)育中—粗粒焦炭結(jié)構(gòu)的瀝青(圖4c、d)，蓬探1井則發(fā)育大量的纖維狀結(jié)構(gòu)瀝青(圖4e、f)，此外還見部分細(xì)—中粒鑲嵌結(jié)構(gòu)的瀝青(圖f)。蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層中發(fā)育的中—粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)、纖維狀結(jié)構(gòu)的焦瀝青，表明北斜坡區(qū)燈影組儲(chǔ)層受到過熱液活動(dòng)的影響[36,38-40]。

圖4 川中古隆起北斜坡區(qū)蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層瀝青充填特征及焦炭結(jié)構(gòu)Fig.4 Bitumen filling characteristics and coke structure of reservoir solid bitumen in Pengtan 1 well and Zhongjiang 2 well in north slope area of the middle Sichuan Paleo-uplift

5 討論

5.1 熱液活動(dòng)

早二疊世～中三疊世，受地殼拉張作用的影響，四川盆地發(fā)育大規(guī)模的熱液活動(dòng)[31,40]。Goodarzi(1993)、Wilson(2000)、Rimmer(2015)等研究表明儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)通常預(yù)示著異常的熱事件[38,41-42]。蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層瀝青焦炭結(jié)構(gòu)極為發(fā)育，包括中—粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)及纖維狀結(jié)構(gòu)，表明北斜坡燈影組儲(chǔ)層經(jīng)歷過熱液活動(dòng)的影響。碳酸鹽巖熱液改造常伴隨著閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、重晶石等熱液礦物的出現(xiàn)，這些礦物通常表現(xiàn)為特殊的組合[43-45]。蓬探1、中江2井燈影組巖芯上常到黃鐵礦、閃鋅礦等礦物組合的存在(圖2a～d)，進(jìn)一步證明了川中古隆起北斜坡地區(qū)燈影組儲(chǔ)層經(jīng)歷過明顯的熱液活動(dòng)。

此外，兩口井受到熱液活動(dòng)的影響程度存在一定差異。Marsh(1973)、White(1976)研究表明，儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)隨熱演化程度的增加存在著細(xì)?！辛！至！w維狀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律[38,42]，瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)代表著熱液作用的強(qiáng)度。中江2井儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)以中—粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主(圖4c、d)，熱演化程度明顯低于纖維狀結(jié)構(gòu)瀝青發(fā)育的蓬探1井(圖4e、f)。蓬探1井儲(chǔ)層孔洞中見大量的塊狀石英充填(圖4a)，這可能是熱液作用后期，由于溫度的降低，大量的石英由熱液中沉淀而出，由于結(jié)晶速度快，這種石英通常表現(xiàn)為他形特征，并無固定形態(tài)，與晚期穩(wěn)定環(huán)境下沉淀的自形石英存在明顯的區(qū)別，前人研究表明川中地區(qū)燈影組儲(chǔ)層充填的他形石英中鹽水包裹體的均一溫度存在超過220 ℃的現(xiàn)象，明顯超過地層最大埋深的溫度[46]，表明這些他形石英的形成與熱液活動(dòng)有關(guān)，間接證明蓬探1井熱液作用強(qiáng)度高于中江2井。

5.2 TSR作用

現(xiàn)階段的研究表明，川中及北斜坡地區(qū)燈影組天然氣主要來源于筇竹寺組烴源巖。儲(chǔ)層瀝青二苯并噻吩等生物標(biāo)志化合物的研究結(jié)果表明，燈影組臺(tái)緣帶古油藏主要由德陽-安岳裂陷槽內(nèi)的筇竹寺組烴源巖側(cè)向充注形成[16]。蓬探1井、中江2井緊鄰德陽—安岳裂陷槽，筇竹寺組烴源巖生成的原油側(cè)向充注作用更加明顯。通過對(duì)兩口井筇竹寺組烴源巖碳同位素的分析表明，蓬探1井烴源巖碳同位素約為-35.7‰，中江2井筇竹寺組烴源巖碳同位素約為-34.4‰，這與川中地區(qū)筇竹寺組烴源巖碳同位素一致(-36.0‰～-31.0‰)(圖5)，表明川中及北斜坡地區(qū)筇竹寺組源巖地球化學(xué)特征基本相同。燈影組烴源巖的碳同位素分布于-33.4‰～-28.5‰之間，平均為-31.9‰；研究區(qū)蓬探1井和中江2井筇竹寺組烴源巖同位素分別為-35.7‰和-34.4‰。正常情況下，烴源巖干酪根及其衍生物的碳同位素滿足δ13Ckerogen＞δ13Coil＞δ13Cgas的分餾規(guī)律[9]，C2H6的碳同位素不可能高于干酪根。然而蓬探1井C2H6的碳同位素為-29.24‰，明顯高于研究區(qū)的各套潛在烴源巖，這種現(xiàn)象證實(shí)了天然氣C2H6碳同位素的差別不可能是烴源巖差異造成的。

相同來源的原油裂解后形成的固體瀝青應(yīng)當(dāng)具有相似的碳同位素組成，并且碳同位素組成不受瀝青成熟度的影響，而且瀝青的碳同位素應(yīng)該重于天然氣[47]。但蓬探1井、中江2井儲(chǔ)層瀝青的碳同位素較筇竹寺組烴源巖明顯偏輕，甚至明顯低于C2H6的碳同位素，可見這兩口井的儲(chǔ)層瀝青可能不是單一的熱裂解來源(圖3)。通常情況下，天然氣中來自烴源巖或原油的H2S含量低于3%[48]，兩口井天然氣中H2S含量相對(duì)偏高，酸度系數(shù)明顯高于川中地區(qū)龍王廟組，可能存在著TSR作用來源[33,49](圖6)。在TSR作用過程中，貧13C的C2H6優(yōu)先與SO42-反應(yīng)產(chǎn)生成H2S，生產(chǎn)的H2S反過來與貧13C的C2H6結(jié)合形成貧13C的乙硫醇，新生成的乙硫醇通過芳構(gòu)化和聚合作用進(jìn)一步并入瀝青之中。在反應(yīng)過程中，固體瀝青的碳同位素逐漸變輕，而殘余的C2H6碳同位素則逐漸變重，最終導(dǎo)致C2H6碳同位素高于儲(chǔ)層瀝青[50]。

圖6 川中及北斜坡地區(qū)燈影組天然氣酸度系數(shù)與關(guān)系圖(圖中龍王廟組及燈影組四段天然氣數(shù)據(jù)引自Liu[31])Fig.6 Relationship between gas acidity coefficient and in the natural gas of Dengying Formation in Central Sichuan and northern slope area(The natural gas data of Longwangmiao formation and Dengsi section in the figure are sourced from Liu[31])

蓬探1井儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)特征也進(jìn)一步證實(shí)了這一觀點(diǎn)。通常情況下，瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)主要受瀝青前體的地球化學(xué)組成及熱裂解時(shí)的物理?xiàng)l件影響，在相同前體的情況下，隨著熱裂解溫度的增加，瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)規(guī)律性變化[35-40]。Stasiuk(1997)研究表明，TSR作用也會(huì)影響儲(chǔ)層瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷過TSR的焦炭瀝青一般表現(xiàn)為各向同性-細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，并不會(huì)隨著演化程度的增加而變化[38]。蓬探1井的儲(chǔ)層瀝青中常見到有細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)包裹著纖維狀結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象暗示著儲(chǔ)層瀝青受到過TSR作用。熱蝕變成因?yàn)r青的外緣由于TSR的影響，表現(xiàn)為細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，而TSR作用對(duì)固體瀝青的反應(yīng)強(qiáng)度有限，瀝青內(nèi)部基本不受影響，最終僅形成細(xì)粒結(jié)構(gòu)的瀝青環(huán)帶，這種現(xiàn)象在磨溪-高石梯地區(qū)也有報(bào)道[40]。

蓬探1井瀝青碳同位素輕于中江2井，C2H6碳同位素明顯高于中江2井，表明蓬探1井TSR作用明顯強(qiáng)于中江2井。理論上，與TSR相關(guān)的CO2碳同位素組成相對(duì)較輕，因?yàn)镃O2中的碳原子來自碳?xì)浠衔颷51]。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2碳同位素隨著TSR程度的增加，其碳同位素表現(xiàn)為先降低再顯著增加的特征[52]。這是因?yàn)門SR初期的CO2碳原子來源于烴類，而隨著TSR強(qiáng)度增加，儲(chǔ)層中CO2、H2S含量逐漸升高，并造成碳酸鹽巖的溶解，碳酸鹽巖中的碳原子進(jìn)入CO2，其同位素顯著增加[52]。中江2井CO2碳同位素均值-17.88‰，屬于烴類來源。蓬探1井CO2碳同位素-0.48‰，很可能來源于儲(chǔ)層的碳酸鹽巖。

5.3 天然氣特征差異分析

總體看來，蓬探1井和中江2井除了天然氣C2H6、二氧化碳碳同位素的差異外，熱液作用強(qiáng)度及TSR強(qiáng)度均存在明顯的差別(表2)，兩口井天然氣的差異可能與熱液作用及TSR存在密切關(guān)系。

表2 蓬探1井和中江2井天然氣、儲(chǔ)層瀝青及熱液礦物組合特征

證據(jù)表明，蓬探1井受熱液作用的強(qiáng)度高于中江2井，并且蓬探1井TSR作用強(qiáng)度顯著高于中江2井。TSR作用研究中SO42-的來源是重點(diǎn)，常見的TSR作用的SO42-來源于儲(chǔ)層就近發(fā)育的膏巖層，二疊系儲(chǔ)層就屬于這一類。而川中古隆起北斜坡燈影組及鄰近地層并未見大量的膏巖發(fā)育，TSR作用可能存在其他的SO42-來源。研究表明，磨溪—高石梯地區(qū)天然氣H2S含量8.83～35.13 g/m3，存在明顯的TSR作用[6-7]。磨溪—高石梯地區(qū)TSR作用與熱液活動(dòng)有關(guān)，熱液流體中的SO42-是TSR反應(yīng)的主要硫源[50-51]。蓬探1井和中江2井TSR反應(yīng)程度不同，很有可能是因?yàn)闊嵋鹤饔玫膹?qiáng)度不同造成。儲(chǔ)層固體瀝青的焦炭結(jié)構(gòu)及巖芯上發(fā)育的大量的黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等熱液礦物組合表明蓬探1井燈影組儲(chǔ)層經(jīng)歷過大量的熱液流體的侵入，為后續(xù)的TSR作用提供了充足的SO42-，所以蓬探1井TSR作用比中江2井更強(qiáng)。據(jù)此分析，蓬探1井燈影組天然氣中H2S含量理應(yīng)更高，酸度系數(shù)更大，實(shí)際上卻明顯低于中江2井(圖6)，這種差異可能是后期H2S的消耗造成的。蓬探1井經(jīng)歷了更強(qiáng)的熱液改造，燈影組地層流體中殘余的熱液來源的Fe等元素被TSR作用形成的H2S還原成黃鐵礦，使得蓬探1井天然氣中H2S含量變低，其儲(chǔ)層中交代及充填的黃鐵礦就是證據(jù)(圖2j～l)。此外，在TSR作用過程中反應(yīng)產(chǎn)生成的H2S會(huì)反過來與C2H6結(jié)合形成乙硫醇，新生成的乙硫醇通過芳構(gòu)化和聚合作用進(jìn)一步并入瀝青之中。C2H6與H2S的反應(yīng)過程中會(huì)優(yōu)先消耗貧13C的C2H6，隨著反應(yīng)的程度增加，天然氣中殘余的C2H6碳同位素逐漸變重，而儲(chǔ)層瀝青的碳同位素則隨之變輕，最終導(dǎo)致C2H6碳同位素高于儲(chǔ)層瀝青[50]。蓬探1井天然氣中C2H6碳同位素比中江2井明顯偏重，儲(chǔ)層瀝青碳同位素偏輕，表明蓬探1井TSR作用更強(qiáng)。

燈影組儲(chǔ)層的構(gòu)造位置可能是影響熱液作用的強(qiáng)度的因素之一[50]。熱液侵入的通道主要是一些斷穿較深的斷層[50,53-54]，靠近斷層的儲(chǔ)層受熱液活動(dòng)的影響更大。蓬探1井緊鄰斷裂(圖1)，可能是其熱液作用強(qiáng)度大于中江2井較大的原因。當(dāng)然，控制熱液作用強(qiáng)度的主要因素還有待進(jìn)一步研究。綜合看來，川中古隆起北斜坡區(qū)燈影組天然氣的內(nèi)部差異可能是古油藏充注后受到熱液、TSR等一系列因素共同作用的結(jié)果。

6 結(jié)論

(1)川中古隆起北斜坡地區(qū)燈影組天然氣均為以CH4為主的干氣，天然氣中非烴氣體含量及C2H6、CO2碳同位素存在明顯差異。

(2)川中古隆起北斜坡燈影組受到過明顯的熱液活動(dòng)的影響。蓬探1井和中江2井燈影組儲(chǔ)層中閃鋅礦、方鉛礦等熱液礦物組合發(fā)育，儲(chǔ)層焦瀝青發(fā)育中—粗粒焦炭結(jié)構(gòu)及纖維狀結(jié)構(gòu)。

(3)川中古隆起北斜坡燈影組天然氣受過明顯的TSR作用的影響，天然氣中存在較高含量的H2S。受TSR作用的影響，蓬探1井和中江2井儲(chǔ)層瀝青同位素較烴源巖明顯偏輕，C2H6碳同位素偏重。

(4)川中古隆起北斜坡燈影組儲(chǔ)層受到過明顯的熱液作用的影響，熱液流體中SO42-是TSR作用的主要硫源，熱液活動(dòng)的強(qiáng)度控制著TSR反應(yīng)的強(qiáng)度，儲(chǔ)層TSR作用的強(qiáng)度差異是造成不同區(qū)域燈影組天然氣差異的原因。