四川盆地瀘州西部須家河組天然氣成藏期次

摘 要

摘要：為進(jìn)一步明確四川盆地瀘州西部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組勘探目標(biāo)，對(duì)該區(qū)須家河組天然氣成藏期次進(jìn)行了研究，以確認(rèn)天然氣成藏過(guò)程和成藏主控因素。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層顯微熒光薄片觀察
摘要：為進(jìn)一步明確四川盆地瀘州西部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組勘探目標(biāo)，對(duì)該區(qū)須家河組天然氣成藏期次進(jìn)行了研究，以確認(rèn)天然氣成藏過(guò)程和成藏主控因素。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層顯微熒光薄片觀察和流體包裹體特征與均一溫度分析，同時(shí)結(jié)合地溫史和生烴史，綜合確定并認(rèn)為瀘州西部地區(qū)須家河組天然氣具有3期成藏的特點(diǎn)：①初次成藏期發(fā)生在中晚侏羅世，主要形成低演化的煤系氣；②主要成藏期發(fā)生在燕山運(yùn)動(dòng)晚幕的白堊紀(jì)晚期和末期，是須家河組煤系烴源巖大量生排烴期，也是最高演化程度的時(shí)期；③第三階段為深層來(lái)源氣的主要成藏期和各類(lèi)天然氣調(diào)整期，主要發(fā)生在喜山運(yùn)動(dòng)階段。
關(guān)鍵詞：四川盆地；瀘州西部；晚三疊世；成藏期次；流體；包裹體；煤系氣；顯微熒光；均一溫度
    四川盆地瀘州西部區(qū)塊位于四川盆地南部(川南)低陡構(gòu)造區(qū)，印支期瀘州古隆起核部附近，地處四川省瀘州市、瀘縣、江安縣、南溪縣及長(zhǎng)寧縣境內(nèi)，包括牟家坪、桐梓園、南井、荔枝灘等構(gòu)造，長(zhǎng)江橫穿該區(qū)，面積約1000km2(圖1)。瀘州西部區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河組具有較好的保存條件，區(qū)內(nèi)須家河組具有較穩(wěn)定的泥頁(yè)巖，總厚80～220m，既可作為烴源巖，又可作為氣藏的直接蓋層。研究區(qū)在以往的勘探過(guò)程中，鉆遇須家河組時(shí)油氣顯示頻繁，下伏下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)已有開(kāi)采多年的工業(yè)氣藏，展示了該地區(qū)豐富的油氣資源，具有多套儲(chǔ)產(chǎn)層的良好勘探前景。該區(qū)位于華鎣山斷裂帶上盤(pán)，烴源斷層發(fā)育，具備下伏深層烴源補(bǔ)充的優(yōu)越條件，為須家河組油氣提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)須家河組勘探程度低，是烴源和保存條件好、具備多套儲(chǔ)產(chǎn)層的勘探潛力區(qū)域，特別是近年來(lái)對(duì)須家河組專(zhuān)層井鉆探已初見(jiàn)成效。因此，對(duì)研究區(qū)須家河組天然氣成藏期次的研究可以為天然氣成藏過(guò)程和成藏主控因素的確認(rèn)奠定基礎(chǔ)，從而明確有利勘探目標(biāo)，對(duì)增加新的天然氣儲(chǔ)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
 
1 天然氣成因分布
    據(jù)李延鈞等[1]利用天然氣組成與碳同位素及結(jié)合生物標(biāo)志化合物研究表明，瀘州古隆起區(qū)須家河組存在3種類(lèi)型的天然氣：①須家河組煤系自生自?xún)?chǔ)天然氣，這類(lèi)天然氣比較濕，伴生凝析油，乙烷碳同位素較重，反映了煤成氣特征，主要分布在須家河組須六段2亞段透鏡狀砂體中；②深層來(lái)源天然氣，這類(lèi)天然氣較干，乙烷碳同位素輕，反映高演化腐泥型成氣特征，主要分布于深層斷裂發(fā)育區(qū)；③上述二者混合成因天然氣，天然氣性質(zhì)介于二者之間。
    須家河組在瀘州地區(qū)須一段和須二段缺失，分布的地層有須三、須四、須五段和須六段1、2、3亞段，其中須四段和須六段發(fā)育砂巖儲(chǔ)層，須六段2亞段在研究區(qū)發(fā)育透鏡狀砂體。須三、須五段泥頁(yè)巖和須六段泥巖夾層可作為良好的烴源巖，并含有煤層，屬于煤系腐殖型有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)現(xiàn)今分布在0.9%～1.3%，處于成熟階段。
2 須家河組天然氣成藏期次
2.1 顯微熒光觀察
    通過(guò)對(duì)熒光及鑄體薄片的觀察，能定性判斷油氣充注期次。從熒光強(qiáng)度上來(lái)看，對(duì)應(yīng)氣層或附近的薄片呈現(xiàn)較強(qiáng)-中等熒光，而非氣層、致密層熒光強(qiáng)度極弱。這說(shuō)明熒光是烴類(lèi)在儲(chǔ)層中儲(chǔ)集和運(yùn)聚所留下的蹤跡。在儲(chǔ)層薄片中還可見(jiàn)到分布于孔隙不同部位或裂縫中的熒光類(lèi)型，并且強(qiáng)度也存在差異。這種差異反映了烴類(lèi)充注的期次先后和時(shí)期的早晚，甚至充注烴類(lèi)的相態(tài)差別或保存情況等。因此，熒光顯微特征可以定性判斷與分析儲(chǔ)層烴類(lèi)運(yùn)聚或成藏期次，以及烴類(lèi)保存和油氣藏破壞的歷史[2～3]。
    研究區(qū)儲(chǔ)層普遍存在2類(lèi)熒光：①孔縫中，特別是泥質(zhì)部位多為淺黃色熒光；②破裂縫呈現(xiàn)淺或淡藍(lán)色熒光。
    以上表明研究區(qū)須家河組儲(chǔ)層至少存在2期充注，其中呈現(xiàn)暗黃色或者褐、黃色的熒光強(qiáng)度較弱，多分布于原生孔縫或?yàn)槟噘|(zhì)所吸附，表現(xiàn)為重?zé)N含量較高的天然氣或存在液態(tài)烴的伴生。判斷為須家河組早期生烴，即煤系低熟系列烴類(lèi)(液態(tài)烴或濕氣為主)。而熒光強(qiáng)度中等或比較強(qiáng)，以淡黃色、淺白色等色調(diào)為主的熒光多分布于自由孔隙空間及微裂縫、節(jié)理縫中，顯然充注時(shí)期要晚一步，且烴類(lèi)以氣態(tài)烴或較干的氣態(tài)烴為主。據(jù)烴源研究結(jié)果，可能為須家河組生烴高峰(天然氣大量生成期)或深層來(lái)源干氣充注所致。
2.2 流體包裹體特征
    儲(chǔ)層中的流體包裹體是儲(chǔ)層成巖過(guò)程被自生礦物晶格所捕獲而形成的油氣水包裹體，它們記錄了油氣水充注儲(chǔ)層時(shí)的組成、性質(zhì)以及物理化學(xué)條件。不同自生礦物或不同期次的膠結(jié)礦物捕獲的包裹體，其組成和物理化學(xué)性質(zhì)不同，這些特征是油氣藏形成演化歷史的直接標(biāo)志[4～8]。筆者主要通過(guò)觀察包裹體成分類(lèi)型及其分布，統(tǒng)計(jì)包裹體均一溫度，判斷和對(duì)比油氣在研究區(qū)儲(chǔ)層中的充注和捕獲歷史。同時(shí)結(jié)合烴源的熱演化史、地溫史，以油氣生成、運(yùn)移、聚集的階段性理論，按照“分段捕獲”原理綜合分析[9]，進(jìn)而確定瀘州西部地區(qū)須家河組油氣的成藏期次。
2.2.1包裹體薄片觀察
    鏡下觀察，在石英晶體、石英次生邊或微裂隙(或愈合微裂隙)中見(jiàn)有較多烴質(zhì)包裹體和水質(zhì)包裹體，在熒光顯微鏡藍(lán)光和紫外光激發(fā)下，見(jiàn)有黃色、黃色帶黃綠色、藍(lán)色及藍(lán)白色的熒光，說(shuō)明該片有較多的烴類(lèi)包裹體發(fā)育。
2.2.2包裹體鹽度值與均一溫度
    包裹體鹽度值的變化與包裹體均一溫度的相關(guān)性是受盆地的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與熱液活動(dòng)決定的，鹽度變化反映了地層流體礦化度的變化。由于在烴源巖進(jìn)入大量生烴階段有大量的有機(jī)酸形成，導(dǎo)致伴隨的流體鹽度較高；而在烴源演化后期階段，流體鹽度相應(yīng)變低。
    井25井須家河組儲(chǔ)層兩種鹽度值反映存在2種烴源產(chǎn)物，其中第一種較低鹽度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.6%～8.0%)對(duì)應(yīng)較高的均一溫度范圍(115～150℃)，應(yīng)為演化程度較高的油氣所伴生；第二種較高的撲度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.8%～22.1%)和較低均一溫度范圍(82～102℃)，是剛進(jìn)入大量生烴階段的產(chǎn)物(表1)。統(tǒng)計(jì)井25井須家河組儲(chǔ)層與烴類(lèi)包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度，繪制包裹體均一溫度柱狀圖(圖2)，可見(jiàn)均一溫度存在3個(gè)主要峰溫，對(duì)應(yīng)3個(gè)溫度范圍：90～105℃、115～125℃以及130～155℃。
 
    與筆者所恢復(fù)的井25井古地溫梯度和埋藏史及生烴史對(duì)照，可得到井25井成藏期次分析圖(圖3)。由圖2可知，在古地溫為90℃左右時(shí)，須家河組處于白堊系地層沉積初期，此階段須家河組烴源巖成熟度Ro為0.5%～0.7%，為生烴早期階段，煤系烴源巖以生成部分液態(tài)烴和濕氣為主，屬于低演化系列烴類(lèi)，絕對(duì)數(shù)量有限，但可優(yōu)先占據(jù)儲(chǔ)層原生孔隙，且因儲(chǔ)層巖石沒(méi)有完全壓實(shí)而物性較好，利于烴類(lèi)高效運(yùn)聚，為初次成藏期。第二階段均一溫度為115～125℃，對(duì)應(yīng)白堊系地層沉積后期，烴源巖成熟度(Ro)為0.9%～1.0%以上，進(jìn)入須家河組生烴高峰期。由于樣品包裹體分布不均等因素，使得在分析的樣品中所測(cè)得的該期包裹體均一溫度數(shù)量不多，但這是須家河組烴源巖大量生烴階段，以生成煤成氣為主，氣體干濕度適中并含少量凝析油。因此應(yīng)屬于須家河組烴源的主要成藏期。
   從古地溫梯度圖可以看出，井25井須家河組地層在演化過(guò)程中最高溫度為135℃，而包裹體均一溫度存在的第三個(gè)范圍，即130～155℃部分超出了須家河組的古地溫范圍。此現(xiàn)象應(yīng)是由于外來(lái)深層高溫流體侵入造成的。這與前述的根據(jù)包裹體鹽度較低所推測(cè)的存在高演化油氣充注的結(jié)果一致。由此可見(jiàn)須家河組儲(chǔ)層接受了深層流體及烴源的貢獻(xiàn)，推測(cè)可能發(fā)生在喜山運(yùn)動(dòng)期，也即四川盆地普遍存在的天然氣重新分配與調(diào)整期。因此高溫流體對(duì)應(yīng)這一成藏期。
2.3 深層來(lái)源氣運(yùn)聚時(shí)期分析
2.3.1 H2S氣體
    H2S氣體生成常見(jiàn)的有2種方式。第一種是生源成因，即細(xì)菌硫酸鹽還原作用，該過(guò)程所需的環(huán)境條件是低溫，目前大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為該反應(yīng)過(guò)程對(duì)烴類(lèi)的降解主要發(fā)生在埋藏溫度低于60～80℃的淺埋藏環(huán)境中，此時(shí)油氣處于未成熟階段。第二種是熱化學(xué)硫酸鹽還原作用，在100～200℃之間，Ro相當(dāng)于1%～4%的深埋高溫環(huán)境中，在硫酸鹽的參與下烴類(lèi)常發(fā)生這樣的次生變化[10～11]。
    在高溫條件下，一般屬于熱化學(xué)硫酸鹽還原作用，并形成含硫氣藏，顯然須家河組地層內(nèi)不能形成H2S氣體。瀘州地區(qū)只有嘉陵江組及其以下地層才具有硫酸鹽巖的物質(zhì)條件和130℃以上的古地溫條件。因此，在研究工區(qū)相鄰的董10井、合8井、工22井的油氣內(nèi)含有H2S，是深層來(lái)源氣注入須家河組的證據(jù)。由于在白堊紀(jì)末期之前，嘉陵江組地層的古地溫未能達(dá)到130℃[12]。因此該階段的深層氣不會(huì)早于白堊系沉積之前注入須家河組，所注入的時(shí)期只能在喜山期內(nèi)。
2.3.2儲(chǔ)層熒光
    須家河組本身的生烴時(shí)期應(yīng)在晚侏羅世以后，晚于志留系烴源的大量生烴期。如果志留系高峰期產(chǎn)物在侏羅紀(jì)內(nèi)注入須家河組，那么在須家河組的顯微薄片上應(yīng)該能夠觀察到高演化階段的烴類(lèi)充注原生孔隙。而實(shí)際觀察到原生孔隙內(nèi)部吸附低演化的煤成液態(tài)烴，并發(fā)出暗黃色、淺黃色的熒光。這說(shuō)明原生孔隙內(nèi)充填的不是志留系形成的高熟烴類(lèi)，應(yīng)為須家河組自生自?xún)?chǔ)的油氣。
    深層來(lái)源烴類(lèi)在研究區(qū)內(nèi)須四段和須六段均有發(fā)現(xiàn)。在早中侏羅統(tǒng)沉積期須家河組地層演化程度較低，埋深不超過(guò)500m，須家河組蓋層未完全壓實(shí)，不具備作為氣藏蓋層的條件。故該期即使有深層來(lái)源天然氣注入須家河組地層，也是難以保存的。
    根據(jù)以上兩點(diǎn)可以說(shuō)明，在燕山期階段須家河組地層未捕獲到深層來(lái)源氣。另外，筆者在氣層的儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)很多微觀的構(gòu)造裂縫，裂縫內(nèi)呈現(xiàn)淺綠色和白色的、中等-較高強(qiáng)度的熒光。這是后期深層來(lái)源天然氣運(yùn)移的證據(jù)。因此，現(xiàn)今的混源氣應(yīng)在喜山運(yùn)動(dòng)期內(nèi)成藏，該時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致儲(chǔ)層中大量微裂縫形成，為儲(chǔ)層中富集油氣、短距離橫向運(yùn)移提供條件，同時(shí)深層斷裂活動(dòng)為深層烴源向上運(yùn)聚提供了通道和途徑。并且喜山期也是四川盆地氣藏普遍的調(diào)整期。成藏時(shí)期上看，深層來(lái)源氣具有晚期成藏的特點(diǎn)，所形成的須家河組深層來(lái)源氣藏屬于次生氣藏范疇，是深層已形成氣藏的天然氣在喜山期的調(diào)整和轉(zhuǎn)移。
3 結(jié)論
   通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層顯微熒光薄片觀察和流體包裹體特征與均一溫度分析，同時(shí)結(jié)合地溫史和生烴史，綜合分析后認(rèn)為瀘州西部地區(qū)須家河組氣藏共分為3個(gè)成藏期次：①第一階段為初次成藏期，在中晚侏羅世，主要形成低演化的煤系氣；②第二階段為須家河組來(lái)源的主要成藏期，發(fā)生在燕山運(yùn)動(dòng)晚幕的白堊紀(jì)晚期和末期，主要由須家河組煤系烴源大量生烴，也是最高演化程度的時(shí)期；③第三階段為深層來(lái)源氣的主要成藏期和各類(lèi)天然氣調(diào)整期，主要在喜山運(yùn)動(dòng)階段。
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(本文作者：楊玉祥1 李延鈞2 張文濟(jì)2 李其榮3 隆輝3 1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)；2.西南石油大學(xué)；3.中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦)