川西拗陷須家河組第三段烴源巖再認識及勘探潛力評價

王玲輝, 葉素娟, 楊映濤, 趙 迪, 張 玲, 南紅麗

(1.中國石油化工股份有限公司 西南分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041； 2.西南油氣分公司地質(zhì)中心實驗室，成都 610041)

中國石化西南分公司在川西拗陷的大邑、崇州、洛帶、新場等地區(qū)對上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)第三段(簡稱“須三段”)中亞段的勘探有良好的天然氣顯示并獲產(chǎn)，在梓潼凹陷須三段上亞段獲得工業(yè)產(chǎn)能。成藏研究表明：這些顯示井或獲產(chǎn)井的儲層砂巖厚度大，烴源巖層厚度大，生烴潛力好。由于不同地區(qū)的含氣層系不同，基于源儲配置關(guān)系，有必要在更小的地層單元(亞段或砂組)進行系統(tǒng)研究，對須三段烴源巖潛力進行再評價，明確烴源巖、儲層的縱向和平面上的分布特征。

前人對川西拗陷須家河組烴源基本特征、生排烴史等開展了研究，須三段烴源巖具有厚度大、有機質(zhì)豐度高的特征，其生排烴高峰期為侏羅紀晚期-白堊紀晚期[1-6]。前期尚未分亞段對須三段烴源巖特征及生烴潛力開展相應評價研究。為了全面有效地評價須三段各亞段烴源巖，對其有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟度、成烴環(huán)境、碳質(zhì)泥巖和煤的分布特征等進行綜合分析，對烴源巖在縱向上和平面上的分布特征進行再評價；并綜合多種參數(shù)對烴源巖有機質(zhì)類型的空間展布特征進行分析；對烴源巖的成烴環(huán)境進行厘定；分析碳質(zhì)泥巖和煤的平面展布特征，尋找烴源的優(yōu)勢分布區(qū)；分亞段開展烴源、儲層及源儲配置研究，確定須三段勘探的潛力區(qū)，為須三段天然氣勘探提供依據(jù)。

川西拗陷位于四川盆地西部，西緣為龍門山前構(gòu)造帶，東部為中江斜坡，南部為成都凹陷，北部為梓潼凹陷構(gòu)造帶[7-9](圖1)。須家河組自下而上可分為：須二段(T3x2)、須三段(T3x3)、須四段(T3x4)、須五段(T3x5)。其中須二段、須四段以致密砂巖儲層為主, 須三段、須五段以泥頁巖烴源巖為主。須三段現(xiàn)今頂面埋深為3 870～5 500 m，總厚度在250～886 m，平均厚度為520 m。前人研究中又將須三段按地層結(jié)構(gòu)細分成上、中、下3個亞段。其中上亞段以砂泥巖互層為主；中亞段除盆地東南部為厚層砂巖外，其余地區(qū)也以砂泥巖互層為主；下亞段僅在盆地南部為厚層泥巖，其余地區(qū)為砂泥互層。

圖1 川西拗陷構(gòu)造劃分及地層綜合柱狀圖Fig.1 Tectonic division and stratigraphic column of the West Sichuan Depression

1 烴源巖地球化學特征

1.1 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是確定烴源巖生烴特征的重要參數(shù)，不同的有機質(zhì)類型會對生烴潛力造成顯著影響。

不同類型生物的貢獻可以由C27、C28、C29甾烷的相對含量表示，藻類等低等水生生物富含C27規(guī)則甾烷，陸源高等植物富含C29規(guī)則甾烷[11]。C27-C28-C29規(guī)則甾烷形態(tài)為正“L”形和不對稱“V”字形(圖2)，C27相對含量為33.81%～39.41%，C28相對含量為28.9%～31.63%，C29相對含量為28.96%～37.3%，可以看出，C29與C27的含量相差不大。C27/C29規(guī)則甾烷峰面積比值為0.6～1.36，反映了川西拗陷須三段烴源母質(zhì)存在水生生物和陸源有機質(zhì)的雙重貢獻，后者比例較高。

圖2 川西拗陷須三段泥巖飽和烴色譜-質(zhì)譜圖Fig.2 Saturated hydrocarbon chromatogram-mass spectrogram of mudstone of T3x3 source rocks in western Sichuan Depression

Pr/Ph值、γ蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)可以作為指示沉積環(huán)境的重要參數(shù)[12]。姥鮫烷(Pr)/植烷(Ph)<1指示古水體較深的還原環(huán)境，>3指示水體較淺的強氧化環(huán)境或腐殖型烴源巖。γ蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)值越高(>0.5)反映水體鹽度越高。根據(jù)泥巖飽和烴氣相色譜-質(zhì)譜分析，川西拗陷須三段烴源巖Pr/Ph值為0.37～0.88，平均為0.78。γ蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)值在0.6～1.36，從圖3～圖5可以看出，須三段上亞段烴源巖在鴨子河地區(qū)為弱還原環(huán)境下的淡水-微咸水沉積，在綿竹地區(qū)為弱還原環(huán)境下的淡水沉積，在合興場地區(qū)為還原環(huán)境下的淡水-微咸水沉積。須三中亞段烴源巖在大邑、鴨子河地區(qū)為弱還原-還原環(huán)境下的淡水-微咸水沉積，在孝泉-新場、馬井地區(qū)為弱還原環(huán)境下的半咸水沉積，在豐谷、中江地區(qū)為弱還原環(huán)境下的微咸水-半咸水沉積。須三下亞段烴源巖在大邑、鴨子河地區(qū)為弱還原環(huán)境下的淡水-微咸水沉積，在馬井地區(qū)為還原環(huán)境下的半咸水沉積，在中江地區(qū)為弱還原環(huán)境下的微咸水-半咸水沉積。

圖3 川西拗陷須三段C27/C29規(guī)則甾烷峰面積與Pr/Ph關(guān)系Fig.3 Pr/Ph relationship of C27/C29 regular sterane peak area of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

圖4 川西拗陷須三段γ蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)與Pr/Ph關(guān)系圖Fig.4 The relationship of γ-Cerane /0.5C31αβ(22R+22S)-Pr/Ph of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

圖5 川西拗陷須三段泥巖Pr/Ph、 Pr/nC17、Ph/nC18組成三角圖Fig.5 Triangular diagram of Pr/Ph, Pr/nC17, Ph/nC18 composition of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

瀝青“A”的族組成特征可以反映有機質(zhì)類型，瀝青“A”族組分在須三段各亞段中表現(xiàn)為較高的瀝青質(zhì)+非烴含量，質(zhì)量分數(shù)普遍大于60%，且飽和烴/芳烴<3，平均為0.9；總體表現(xiàn)為Ⅲ型有機質(zhì)，有少量Ⅱ型有機質(zhì)[13](圖6)。

圖6 川西拗陷須三段烴源巖族組分三角圖Fig.6 Triangular diagram of the source rock family composition of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

通過成烴環(huán)境、飽和烴/芳烴、烴源巖族組分等分析方法，確定了須三段上亞段有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，在豐谷、合興場、中江-回龍地區(qū)局部發(fā)育Ⅱ2型干酪根；須三段中亞段有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，在豐谷、中江、大邑地區(qū)局部發(fā)育Ⅱ2型干酪根；須三段下亞段有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，豐谷、中江-回龍、洛帶、大邑、鴨子河地區(qū)局部發(fā)育Ⅱ2型干酪根。

1.2 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度在烴源巖評價中具有重要的作用，經(jīng)常采用有機碳含量、總烴含量和氯仿瀝青“A”等參數(shù)進行評價[14-16]。根據(jù)(SY/T5735-2019)烴源巖劃分標準：將有效烴源巖有機碳質(zhì)量分數(shù)(wTOC)的下限定為0.5%。

通過對川西拗陷須三段837個有機碳含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，上亞段有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.54%～5.23%，平均為1.74%；中亞段有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.73%～6.59%，平均為2.06%；下亞段有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.6%～9.43%，平均為2.48%。從圖7可以看出，上亞段wTOC>1.0%的樣品占78%，中亞段wTOC>1.0%的樣品占89%，下亞段wTOC>1.0%的樣品占94%。

圖7 川西拗陷須三段烴源巖有機碳含量分布直方圖Fig.7 Histogram of TOC frequency of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

S1+S2為生烴潛力指標，有機碳含量高與生烴潛力成正比[17-18]。通過統(tǒng)計得出：S1+S2和有機碳含量之間具有非常好的正相關(guān)性，須三段有機質(zhì)豐度高(圖8)。

圖8 川西拗陷須三段烴源巖TOC與S1+S2關(guān)系圖Fig.8 Relationship between TOC and S1+S2 of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

總體來看，下亞段有機碳含量大于中、上亞段，從單井地化剖面圖上也可以看出這個特點(圖9)，在全區(qū)所有統(tǒng)計井的有機碳含量數(shù)據(jù)也有這個特點。

圖9 川西拗陷A17井須三段烴源巖地球化學剖面圖Fig.9 Geochemical profile of T3x3 source rocks in Well A17, West Sichuan Depression

1.3 有機質(zhì)演化程度

烴源巖生烴潛力可以通過有機質(zhì)成熟度來評價[19]。須三段烴源巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)主要為1.5%～2.0%，平均為1.72%(圖10)。須三段最高熱解溫度(tmax)主要為505～530 ℃，平均為527 ℃(圖11)。其中上亞段Ro值為1.3%～2.18%，平均為1.65%；中亞段Ro值為1.21%～2.19%，平均為1.69%；下亞段Ro值為1.25%～2.26%，平均為1.79%。上亞段tmax值為489～537 ℃，平均為506 ℃；中亞段tmax值為507～567 ℃，平均為523 ℃；下亞段tmax值為473～596 ℃，平均為530 ℃：烴源巖總體處于成熟—高成熟演化階段。

圖10 川西地區(qū)須三段烴源巖Ro值分布直方圖Fig.10 Histogram of Ro distribution of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

圖11 川西地區(qū)須三段烴源巖tmax值分布直方圖Fig.11 Histogram of tmax distribution of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

縱向上，鏡質(zhì)體反射率下亞段>中亞段>上亞段。平面上，上亞段僅在廣漢地區(qū)的Ro>1.8%；中亞段在廣漢、馬井、鴨子河和大邑地區(qū)的Ro>1.8%；下亞段大部分地區(qū)的Ro>1.8%，僅中江回龍和洛帶地區(qū)的Ro<1.8%。

2 優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育特征

川西拗陷須三段烴源巖以泥頁巖為主，夾少量碳質(zhì)泥巖和煤線主要發(fā)育在水下分流間灣和淺湖泥環(huán)境[7]。

須三上亞段泥巖厚度為10～100 m，在鴨子河、新場和梓潼地區(qū)可達90 m；須三中亞段泥巖厚度為10～120 m，馬井、鴨子河和高廟子地區(qū)最厚，可達100 m以上；須三下亞段泥巖厚度為20～250 m，金馬、鴨子河地區(qū)最厚，可達200 m以上(圖12)。

圖12 川西拗陷須三段泥巖厚度等值線圖Fig.12 Contour map of mudstone thickness of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

考慮到須三段烴源巖成熟度明顯增高及生烴量增幅明顯變大的特點，確定川西地區(qū)須三段優(yōu)質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度下限值為2%[20-21]。由于單位碳質(zhì)泥巖生烴潛力最大[22-23]，對研究區(qū)須三段各亞段碳質(zhì)泥巖和煤的分布情況研究尤為重要，找出碳質(zhì)泥巖的優(yōu)勢分布區(qū)，對下一步勘探部署井位起著至關(guān)重要的作用。

須三段上亞段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度為1～10 m，大邑地區(qū)、德陽地區(qū)的厚度最大；中亞段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度為2～13 m，高值區(qū)分布在馬井、梓潼和豐谷地區(qū)；下亞段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度為5～40 m，高值區(qū)分布在大邑和崇州地區(qū)，可達40 m(圖13)?？傮w來說，下亞段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度優(yōu)于中亞段和上亞段。

圖13 川西拗陷須三段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度等值線圖Fig.13 Thickness contour map of carbonaceous mudstone and coal of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

根據(jù)生烴強度公式計算出須三各亞段生烴強度[18](表1)。依據(jù)各地區(qū)生烴強度指標可以得出：上亞段生烴強度高值區(qū)在梓潼地區(qū)，中亞段為梓潼和馬井地區(qū)，下亞段為大邑、崇州和鴨子河地區(qū)。

表1 川西拗陷須三段生烴強度評價Table 1 Evaluation of hydrocarbon generation intensity of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

3 勘探目標優(yōu)選

前人研究證實川西拗陷須三段為自生自儲的源內(nèi)成藏體系，須三內(nèi)部發(fā)育分流河道砂巖，能夠提供較好的儲集空間[7]。須三段儲層平均孔隙度為3.2%，平均滲透率為0.1×10-3μm2，總體屬于特低孔和特低滲裂縫-孔隙型致密砂巖儲層，局部可見微裂縫-孔隙型致密砂巖儲層[24]。

前人研究認為，中粗砂巖與中細砂巖的儲集空間更有利于油氣的聚集[24]。須三段上亞段中粗砂巖與中細砂巖厚度為5～50 m，在鴨子河地區(qū)和梓潼凹陷北部地區(qū)厚度可達40 m以上；中亞段中粗砂巖與中細砂巖厚度為10～180 m，在大邑地區(qū)、崇州地區(qū)、洛帶地區(qū)和梓潼凹陷西北地區(qū)厚度可達100 m以上；下亞段中粗砂巖與中細砂巖厚度為10～70 m，在梓潼凹陷西北地區(qū)和鴨子河地區(qū)厚度可達50 m以上(圖14)。

圖14 川西拗陷須三段中粗砂巖與中細砂巖厚度等值線圖Fig.14 Thickness contour map of medium coarse-medium fine sandstone of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

勘探潛力較好的目標區(qū)評價標準為[24]：泥巖厚度>50 m、優(yōu)質(zhì)烴源(wTOC>2%)厚度>20 m、碳質(zhì)泥巖和煤的厚度>10 m、生烴強度>15×108m3/km2、中粗砂巖與中細砂巖厚度>20 m。優(yōu)選出勘探潛力較好的目標區(qū)為：梓潼凹陷西北部、鴨子河地區(qū)須三段上亞段，大邑、崇州、洛帶地區(qū)須三段中亞段。

梓潼凹陷西北部、鴨子河地區(qū)的須三段上亞段砂巖厚度大，中亞段有機質(zhì)豐度高，碳質(zhì)泥巖和煤的厚度大，生烴強度大，并且鴨子河地區(qū)的斷層發(fā)育，形成很好的下生上儲配置關(guān)系。大邑、崇州、洛帶地區(qū)須三段中亞段砂巖發(fā)育，下亞段碳質(zhì)泥巖和煤的厚度大，有機質(zhì)豐度高，生烴強度大，為下生上儲的配置關(guān)系。

4 結(jié) 論

通過對川西拗陷須三段烴源巖的典型地球化學指標的研究分析，對其分布特征進行了再評價，主要取得了如下認識：

a.須三段的各亞段泥巖厚度大，以Ⅲ型有機質(zhì)為主，東部斜坡有少量Ⅱ2型；有機質(zhì)豐度高，并且下亞段>中亞段>上亞段；熱演化程度高，處于成熟-高成熟演化階段。

b.須三段烴源巖表現(xiàn)出較深水體、還原程度較高、半咸水-微咸水環(huán)境陸相烴源巖的特征，烴源母質(zhì)存在水生生物和陸源有機質(zhì)的雙重貢獻。

c.優(yōu)選出勘探潛力較好的目標區(qū)為：梓潼凹陷西北部、鴨子河地區(qū)須三段上亞段，大邑、崇州、洛帶地區(qū)須三段中亞段。