川中-川西南地區(qū)雷三段碳酸鹽烴源巖生烴評(píng)價(jià)

胡 麗, 曾麗媛, 沈秋媛, 楊 堅(jiān), 耿 超, 李延鈞

(1.中國(guó)石油西南油氣田分公司 蜀南氣礦,四川 瀘州 646000；2.成都創(chuàng)源油氣技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司,成都 610500)

四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組地層受瀘州、開(kāi)江等古隆起影響，經(jīng)歷了不同程度的剝蝕，其中瀘州-重慶一帶雷口坡組已完全剝蝕，開(kāi)江古隆起的核部還殘留雷一2亞段地層[1]。川中-川西南地區(qū)北至充探1井，南至青13井，西抵平探1井，該范圍內(nèi)雷口坡組自下而上發(fā)育4個(gè)巖性段：雷一段以灰色石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主；雷二段白云質(zhì)灰?guī)r與泥質(zhì)白云巖互層；雷三段以深灰色泥晶灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r；雷四段發(fā)育白云巖夾石膏巖[2]。

暗色細(xì)粒碳酸鹽巖已被前人證實(shí)可以成為有效烴源巖[3-10]，且膏鹽巖的形成環(huán)境有利于海相碳酸鹽巖烴源巖的發(fā)育[11]。川中-川西南地區(qū)雷口坡組沉積相主要為局限-蒸發(fā)臺(tái)地相[12-15]，膏鹽巖和膏質(zhì)云巖廣泛發(fā)育，因此雷口坡組烴源巖是可能存在的。

近年來(lái)在川中的充探1、合平1等井雷三段發(fā)現(xiàn)了一套有機(jī)碳含量較高的泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖，其15個(gè)巖心殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.1%～4.72%，平均為1.18%，部分樣品wTOC>2.0%，達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，具備一定的生烴能力，對(duì)雷三段天然氣可能有貢獻(xiàn)。結(jié)合測(cè)井曲線(xiàn)響應(yīng)特征，川西南地區(qū)也有該套特征相同的泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)白云巖，如簡(jiǎn)陽(yáng)1井、高石1井等，但其有機(jī)碳含量及生烴潛力不清楚。另外，川中-川西南地區(qū)雷三段錄井顯示達(dá)100余口井次，顯示頻繁，且氣侵等較高級(jí)別顯示占比60%以上，產(chǎn)出的天然氣與該區(qū)雷一1亞段來(lái)自深層的干氣不同[16]，氣組分較濕，與雷口坡組相應(yīng)的演化程度相當(dāng)，也側(cè)面反映雷三段碳酸鹽巖可能具備一定的生烴能力。王蘭生等[17]、饒丹等[18]和彭平安等[19]將碳酸鹽巖烴源巖wTOC>0.3%作為有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限，本文也采用該下限值對(duì)川中-川西南地區(qū)雷口坡組碳酸鹽巖烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者選取了研究區(qū)雷三段8口井的巖屑樣品，開(kāi)展有機(jī)碳及巖石熱解實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合各井雷三段的測(cè)井響應(yīng)特征及巖性特征，對(duì)雷三段烴源巖進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，進(jìn)而探討雷三段碳酸鹽巖烴源巖的生烴能力。

1 烴源巖有機(jī)碳含量

1.1 實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量

對(duì)川中-川西南地區(qū)8口井在雷三段進(jìn)行了巖屑采樣，對(duì)其中部分樣品進(jìn)行總有機(jī)碳含量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。40個(gè)樣品測(cè)試結(jié)果表明，雷三段暗色碳酸鹽巖wTOC在0.15%～0.85%，平均為0.40%，其中wTOC>0.3%的樣品占60%(圖1)。

圖1 川中-川西南地區(qū)雷三段巖屑樣品有機(jī)碳含量分布圖Fig.1 Distribution map of organic carbon content of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

川中-川西南地區(qū)雷三段暗色碳酸鹽巖的有機(jī)碳含量在不同井區(qū)之間的差異較大，南部的青13井、麻3井的wTOC值在0.3%以下，高石1井及威東2井區(qū)烴源巖有機(jī)碳含量相對(duì)較高，wTOC值為0.6%～0.8%(圖2)。

圖2 川中-川西南地區(qū)雷三段各井巖屑樣品有機(jī)碳含量平均值分布圖Fig.2 Average distribution diagram of organic carbon content of drilling well samples from the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

1.2 測(cè)井解釋有機(jī)碳含量

川中-川西南地區(qū)雷三段勘探程度較低，烴源巖取心資料和樣品實(shí)測(cè)數(shù)量有限，并且縱向不連續(xù)，平面上難以控制。為了獲得區(qū)域范圍內(nèi)縱向連續(xù)的地層有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)，采用測(cè)井信息估算有機(jī)碳含量是一種有效途徑[20-22]。針對(duì)川中-川西南地區(qū)雷三段的單井取心較短，以威東2井雷三段巖屑樣品測(cè)試的有機(jī)碳含量與其測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及烴源巖有機(jī)碳含量之間的關(guān)系模型，計(jì)算出其余26口井雷三段的有機(jī)碳含量，進(jìn)而得到整個(gè)研究區(qū)雷三段烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度。

據(jù)霍志鵬等[23]研究，碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)碳含量與密度有呈反比趨勢(shì)，這和本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。研究區(qū)雷三段無(wú)論巖心還是巖屑樣品碳酸鹽巖有機(jī)碳含量均與密度呈反比。另外，自然伽馬、聲波時(shí)差與有機(jī)碳含量的相關(guān)性較好。根據(jù)威東2井雷三段巖屑樣品的有機(jī)碳測(cè)試結(jié)果與測(cè)井參數(shù)擬合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子孔隙度與巖屑樣品有機(jī)碳含量之間有一定的關(guān)系，因此建立測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與烴源巖有機(jī)碳含量之間的關(guān)系模型為

Y=0.02X1+0.01X2-0.75，R2=0.72

(1)

其中：X1為聲波時(shí)差(μs/m)；X2為補(bǔ)償中子孔隙度(%)；Y為測(cè)井計(jì)算的有機(jī)碳含量(%)。

利用聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)井模型計(jì)算的高石1井殘余有機(jī)碳含量與實(shí)測(cè)的巖屑樣品殘余有機(jī)碳含量吻合度較高(圖3)，說(shuō)明該模型較可靠。

圖3 高石1井測(cè)井計(jì)算有機(jī)碳含量與實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量對(duì)比圖Fig.3 Comparison of TOC calculated by well logging and measured TOC in Well Gaoshi 1

通過(guò)聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)井模型計(jì)算出整個(gè)川中-川西南地區(qū)雷三段共27口井的殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.33%～3.37%，平均值為0.72%，其中高石梯及資陽(yáng)構(gòu)造附近的殘余有機(jī)碳含量相對(duì)較高(圖4)。

2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及成熟度

2.1 烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

四川盆地雷口坡組碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型，前人[24-25]結(jié)合顯微組分鑒定結(jié)果、干酪根碳同位素及有機(jī)巖石學(xué)分析法等，認(rèn)為屬于Ⅱ1-Ⅱ2型。對(duì)研究區(qū)雷三段碳酸鹽烴源巖碎屑樣品運(yùn)用氫指數(shù)(IH)、氧指數(shù)(IO)進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類(lèi)型的劃分(圖5)，其有機(jī)質(zhì)也是以Ⅱ1-Ⅱ2型為主。

圖4 川中-川西南地區(qū)雷三段測(cè)井計(jì)算殘余有機(jī)碳含量等值線(xiàn)圖Fig.4 The contour map of residual organic carbon content calculated by logging in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

圖5 川中-川西南地區(qū)雷三段氫指數(shù)-氧指數(shù)類(lèi)型圖Fig.5 Hydrogen and oxygen index type diagram in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

2.2 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度

成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖是否具備生烴能力的一項(xiàng)重要內(nèi)容[25]。鏡質(zhì)體反射率(Ro)是最直觀且最常用的表征有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)，據(jù)孫騰蛟[25]研究表明，雷口坡組在四川盆地的中部及南部地區(qū)熱演化程度相對(duì)較低，Ro多數(shù)為1.3%～1.5%，處于高成熟階段(表1)。另外，熱解法也可以用來(lái)判斷烴源巖的成熟度。研究區(qū)巖屑樣品最高熱解峰溫(tmax)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果也顯示，雷三段tmax>440 ℃占90%以上，且有70%以上處于450～580 ℃(圖6)，也表明烴源巖處于高成熟階段。

圖6 川中-川西南地區(qū)雷三段tmax分布圖Fig.6 Frequency distribution of tmax in the third member of Leikoupo Formation in the central-southwestern Sichuan

3 烴源巖生氣強(qiáng)度及生烴能力綜合評(píng)價(jià)

3.1 生氣強(qiáng)度計(jì)算公式

烴源巖生氣強(qiáng)度是指單位面積內(nèi)烴源巖的累計(jì)生烴量，它取決于烴源巖的厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類(lèi)型以及熱演化程度。川中-川西南地區(qū)雷三段烴源巖有機(jī)質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入高成熟生氣階段?？紤]到碳酸鹽烴源巖在早期膠結(jié)成巖作用較強(qiáng)，不利于生油階段液態(tài)烴的排出，尤其是有機(jī)質(zhì)豐度偏低的碳酸鹽烴源巖往往難以發(fā)生大規(guī)模的油相排烴，故采用有機(jī)質(zhì)熱模擬參數(shù)法計(jì)算雷三段烴源巖的生氣強(qiáng)度。有機(jī)質(zhì)熱模擬參數(shù)法的基本原理是假設(shè)烴源巖處于地下相對(duì)封閉環(huán)境，以封閉熱模擬實(shí)驗(yàn)得到的干酪根初次裂解氣和原油二次裂解氣作為總產(chǎn)氣率，再結(jié)合有效烴源巖厚度、有

表1 川中-川南地區(qū)雷口坡組烴源巖熱演化參數(shù)統(tǒng)計(jì)(據(jù)孫騰蛟[25])Table 1 Statistics of thermal evolution of source rocks in the Triassic Leikoupo Formation in the central-southwestern Sichuan

機(jī)碳含量計(jì)算烴源巖現(xiàn)今的累積生氣強(qiáng)度[26]

Q氣=d·ρr·w殘·K·Iqg·10-4

(2)

式中：d為有效烴源巖厚度(m)；ρr為烴源巖的密度(灰?guī)r平均密度取2.6 t/m3)；w殘為烴源巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)；K為有機(jī)碳含量恢復(fù)系數(shù)(無(wú)量綱)；Iqg為單位質(zhì)量原始有機(jī)碳的氣態(tài)烴產(chǎn)率(m3/t)；Q氣為烴源巖生氣強(qiáng)度(108m3/km2)。

3.2 主要參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果

3.2.1 有效烴源巖厚度

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于碳酸鹽烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限存在較大的分歧，但是對(duì)于近源運(yùn)聚的高-過(guò)成熟氣源巖而言，殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下限值一般確定在0.2%～0.35%[17-19]。為了刻畫(huà)單井雷三段碳酸鹽巖有效烴源巖的厚度，以殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.3%為下限值，然后根據(jù)威東6井雷三段的電性與巖性的關(guān)系，建立了巖性識(shí)別圖版(圖7)，確定泥質(zhì)灰?guī)r在密度<2.8 g/m3、伽馬測(cè)井值大于45 API的范圍內(nèi)， 再結(jié)合聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子孔隙度法計(jì)算的殘余有機(jī)碳含量，明確有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)>0.3%的泥質(zhì)灰?guī)r為雷三段的有效烴源巖。

圖7 川中-川西南地區(qū)雷三段巖性識(shí)別圖Fig.7 Lithology identification figure of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

川中-川西南地區(qū)27口測(cè)井解釋的雷三段碳酸鹽巖有效烴源巖厚度在3.4～154.6 m，多數(shù)在30～60 m范圍內(nèi)，平均厚度為43.1 m(表2)。東南部的自31井和青13井及西北部的資探1井有效烴源巖厚度小于15 m，中部的資1、簡(jiǎn)陽(yáng)1、威東5、威東6及充探1井等有效烴源巖厚度超過(guò)70 m。

3.2.2 有機(jī)質(zhì)產(chǎn)氣率

有機(jī)質(zhì)產(chǎn)氣率高低受到烴源巖的母質(zhì)類(lèi)型和熱演化程度的共同控制，是生烴量計(jì)算的關(guān)鍵性參數(shù)。在相同成熟度條件下，根據(jù)干酪根成烴演化理論，烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型越好，即腐泥組分含量越高，有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率就越高。混合型有機(jī)質(zhì)生烴熱壓模擬實(shí)驗(yàn)的氣態(tài)烴累計(jì)產(chǎn)率一般在300～400 m3/t之間[27-28]。川中-川西南地區(qū)雷三段有機(jī)質(zhì)以Ⅱ1-Ⅱ2型為主，熱演化達(dá)到高成熟階段，其累計(jì)氣態(tài)烴產(chǎn)率取值為400 m3/t。

表2 川中-川西南地區(qū)雷三段有效烴源巖厚度統(tǒng)計(jì)Table 2 The thickness statistics of effective source rocks of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

3.2.3 有機(jī)碳含量恢復(fù)系數(shù)

有機(jī)碳含量恢復(fù)系數(shù)是指原始有機(jī)碳含量與殘余有機(jī)碳含量的比值。烴源巖有機(jī)質(zhì)在埋藏過(guò)程中受到有機(jī)、無(wú)機(jī)作用影響而不斷降低。在未成熟階段，烴源巖有機(jī)質(zhì)受到成巖作用、水洗作用、微生物作用而大量損耗，同時(shí)快速壓實(shí)作用及膠結(jié)成巖也令烴源巖的密度顯著增大。進(jìn)入生烴門(mén)限以后，烴源巖已固結(jié)成巖，烴源巖的有機(jī)質(zhì)損失主要隨著生烴、排烴作用的增強(qiáng)而不斷增加。由此，將生烴門(mén)限附近總有機(jī)碳含量稱(chēng)之為原始或初始有機(jī)碳含量?；旌闲秃透嘈蜔N源巖在過(guò)成熟階段的有機(jī)碳含量恢復(fù)系數(shù)一般在1.5～2.0和2.0～2.5之間[29-30]。根據(jù)川中-川西南地區(qū)雷三段烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和熱演化程度，有機(jī)碳含量恢復(fù)系數(shù)平均值取為1.85。

3.2.4 生氣強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

通過(guò)川中-川西南地區(qū)27口井模擬計(jì)算，雷三段烴源巖生氣強(qiáng)度在(1.0～13.34)×108m3/km2，平均值為4.55×108m3/km2。充探1井附近生烴強(qiáng)度最高，其次是高石梯和資陽(yáng)附近(圖8)。結(jié)合辛勇光等[13]對(duì)四川盆地雷口坡組沉積相及儲(chǔ)層的研究，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雷三段生烴強(qiáng)度高的區(qū)域處于膏質(zhì)潟湖相，進(jìn)一步說(shuō)明膏鹽巖的形成環(huán)境有利于海相碳酸鹽烴源巖的發(fā)育[9]。

3.3 生烴能力綜合評(píng)價(jià)

烴源巖的生烴能力決定于烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、厚度和分布面積等。川中-川西南地區(qū)雷三段烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型較好，有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到大量生氣的高成熟階段，有機(jī)質(zhì)豐度為中等偏低。

圖8 川中-川西南地區(qū)雷三段碳酸鹽烴源巖生烴強(qiáng)度等值線(xiàn)圖Fig.8 The contour map of hydrocarbon generation intensity of carbonate source rocks in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

烴源巖生氣強(qiáng)度在一定程度上定量地反映了有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度以及烴源巖厚度對(duì)生烴能力的綜合影響，而生氣強(qiáng)度與天然氣成藏規(guī)模具有密切關(guān)系。中國(guó)大中型氣田的氣源條件是生氣強(qiáng)度>20×108m3/km2，在生氣強(qiáng)度為(10～15)×108m3/km2的鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西部仍發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模的近源聚集的致密砂巖氣[31-32]。川中-川西南地區(qū)構(gòu)造平緩，儲(chǔ)層物性較差，烴源巖生氣強(qiáng)度雖然低于大中型氣田的下限標(biāo)準(zhǔn)，但是在資陽(yáng)-安岳-遂寧-南充一帶的生氣強(qiáng)度達(dá)到10×108m3/km2以上，能夠?yàn)樽陨詢(xún)?chǔ)的天然氣近源聚集提供充足氣源。

4 結(jié) 論

a.川中-川西南地區(qū)雷三段碳酸鹽烴源巖實(shí)測(cè)殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.85%之間，平均為0.4%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1-Ⅱ2型為主，屬于中等-差的烴源巖；鏡質(zhì)體反射率為1.3%～1.5%，最高熱解峰溫主要在450～580 ℃，處于高成熟階段：綜合評(píng)價(jià)為中等-較差的高熟混合型烴源巖。

b.雷三段有效烴源巖厚度主要為30～60 m，平均為43.1 m，向川中地區(qū)充探1井方向增厚。

c.雷三段碳酸鹽烴源巖生烴強(qiáng)度在(1.0～13.34)×108m3/km2，平均為4.55×108m3/km2，資陽(yáng)-高石梯以北至川中充探1井區(qū)增高，具備較好的生烴能力，為雷三段自生自?xún)?chǔ)油氣藏的形成提供了烴源，有望成為雷口坡組天然氣勘探的新領(lǐng)域。