川中-川南过渡带上三叠统须家河组油气形成条件分析

川中-川南过渡带上三叠统须家河组油气形成条件分析

川中-四川过渡带一直是油气勘探的重点地区。自油气勘探以来，三叠纪油气的分布规律已成为科学家关注的焦点。特别是近年来，三叠纪徐家河组的良好勘探效果值得更多关注。该过渡带上三叠统须家河组主要以产天然气为主,凝析油为辅,有少量原油。天然气以烃气为主,普遍较湿,重烃含量高,干燥系数低,但各地区有一定差异。天然气主要储集于须二段、须四段、须六段,以须二段为主;分别以须三段、须五段和须六段上部泥岩为直接盖层,厚层的侏罗系地层为区域性盖层。本文阐述了该过渡带上三叠统须家河组烃源岩及其演化特征,重点利用全烃地球化学方法,即天然气(C1-4)组成与碳同位素、轻烃(C4-8)、中分子量烃(C8-20)以及油(包括天然气储层沥青)生物标志化合物(>C15)的特征,进行综合烃源对比,阐明已有油气的成因与来源。1须家河组烃源岩有机质演化史川中-川南过渡带上三叠统须家河组主要为一套河湖、沼泽相含煤沉积地层,其中暗色泥岩和碳质泥岩是主要烃源岩。大量样品分析结果表明:须家河组泥岩有机碳平均含量为1.47%,其中须一段泥岩和碳质泥岩的有机碳平均含量为1.76%,须二段泥岩夹层为1.64%,须三段泥岩为1.10%,须五段泥岩为1.36%;氯仿沥青“A”和总烃含量较低。须家河组总体上属于较好-中等烃源岩。有机质类型决定了烃源岩生烃能力和所生烃类性质。样品的热解分析结果表明,该过渡带上三叠统须家河组泥岩降解碳大都小于10%,产烃潜量(S1+S2)大部分都小于2.0mg/g,氢指数均低于120。这些热解参数表明,该过渡带上三叠统须家河组有机质类型属于Ⅱ2-Ⅲ型,并以Ⅲ型为主,干酪根镜鉴与干酪根碳同位素和热解参数判断的结果一致。从煤及泥岩实测镜质体反射率来看,该过渡带上三叠统须家河组泥岩有机质成熟度RO在0.94%～1.13%之间,由热解烃峰S2的峰顶温度Tmax和镜质体反射率的关系来看,须家河组泥岩及煤的有机质成熟度RO大多分布在1.0%～1.5%之间,表明该过渡带上三叠统须家河组源岩处于成熟阶段为主的生烃高峰期。该过渡带上三叠统须家河组烃源岩生烃演化史恢复结果表明:须家河组烃源岩的热演化史在不同地区稍有差异,但总体上在中晚侏罗世进入生烃门限,在早白垩世主要处于低成熟阶段,在晚白垩世达到成熟阶段,其中须一段和须三段在晚白垩世末期演化到高成熟的早期阶段;由于喜山运动导致的构造抬升,第三系至今烃源岩处于演化停滞阶段。2油气运聚、保存与再分配全烃地球化学方法对于识别复杂区油气源的有效性愈来愈明显,不仅有助于准确判识油气源,指出油气捕获的阶段性,更重要的是可提供各期油气运聚、保存条件以及再分配的证据。2.1须家河组天然气成因分类、分布与指标天然气甲烷的碳同位素组成随成熟度的增加而增加,乙烷碳同位素组成也随成熟度的增加而增加,只是增加的幅度不如甲烷大[2.3]。因此,除去混源情况外天然气的乙烷碳同位素组成主要反映天然气的母质来源。而且由于甲烷成因的多源性及其易受到各种成藏次生作用的影响,人们更相信利用乙烷碳同位素组成判识天然气成因的可靠性,一般地以δ13C2在-28‰～-30‰作为腐殖型与腐泥型成因天然气的界限。而处于这一区间内则属混源气。图1为四川盆地天然气甲乙烷碳同位素组成来源区分图。从图可见威东地区的威东9井与川中须家河组天然气同处于一个大的区域,但存在一定的差异,即威东9井天然气乙烷碳同位素相对较轻,但不轻于-30‰(PDB)。这与该区须家河组以煤系泥岩的形式成烃有关。煤系泥岩比煤岩和碳质泥岩相对偏于还原环境,含有Ⅱ型的混合有机质,所成烃类乙烷碳同位素偏轻一些。此外还与成熟度有关。威东地区须家河组天然气以成熟腐殖型成因为主,普遍较湿,甲烷含量多为80%～90%,乙烷含量一般大于5%,重烃C2+含量大部分大于10%,干燥系数log(C1/C2+)一般不大于1。我们利用几种经验公式,由甲烷碳同位素来计算成熟度,并与实测值相比较,发现利用封闭模拟试验得到的计算公式更符合实际,表明须家河组天然气的聚集过程中散失量较小,保存条件相对较好。在干酪根的早期裂解中,C2/C3比值几乎保持为常数,而在油的裂解中,该比值激增。与此相反,C1/C2比值在干酪根的早期裂解中逐渐增加,而在油的裂解中,几乎保持为常数。由图2可看出,安岳-威东地区须家河组属于干酪根裂解气,这是腐殖成因气或煤成气的一个普遍特征。2.2油相碳同位素特征陆相原油较海相原油富13C,我国一般以δ13C=-29.5‰作为海相油和陆相油界限,而典型的煤成油的碳同位素组成一般较重[5.8]。图3为须家河组全油碳同位素对比柱状图,可见不同构造区原油存在一定的差异,但总体都重于-29.5‰,属于陆相油为主的特征,个别样相对较轻,但基本重于-30‰,说明这些油主要为煤系中的泥岩产物。须家河组煤系烃源岩不易成油,而易成气,少量凝析油或原油应主要为混合型有机质所产出,特别是一些较深水的暗色泥岩所生成,因此所表现的全油同位素与典型煤成油不同,据文献报道吐哈盆地典型煤成油碳同位素重达-24‰～-26‰(PDB)。2.3油气成因分类汽油烃(C5～C10)在原油中约占1/4～1/3,在轻质油和凝析油中其比例更高,比生物标志物更能代表油的组成特征,所以研究轻烃的特征可提供重要的地球化学信息。轻烃的组成特征与源岩的类型、成熟度及原油的次生变化有关,因此可用于原油及凝析油的成因分类,进而判断其来源。轻烃C7系列化合物包括正庚烷(nC7)、甲基环己烷(MCC6)和二甲基环戊烷(DMCC5),腐殖型有机质形成的油甲基环己烷高,腐泥型有机质生成的油甲基环己烷较低。据此可对原油成因进行分类。图4为须家河组、大安寨组与嘉陵江组油C7轻烃系列成因区分图。从图中可以看出川中-川南过渡带上三叠统须家河组油处于腐殖型成因区,与川中大安寨组和蜀南嘉陵江组腐泥型成因为主的油完全不同。同时它们与典型煤成油也有一定差异,因为部分样品偏向于混合成因区,即接近甲基环己烷50%这一界限。2.4须家河组油气源岩成分对比中分子量烃被认为是油源对比的最有力武器,解决了世界上一些盆地悬而未决的油源问题。图5为须家河组与嘉陵江组油中分子量烃对比图,从图中可以看出须家河组基本具有相似的指纹特征,与嘉陵江组寺28井差异大,表明油源不同。须家河组油气主要来自其自身的煤系烃源岩。此外,包浅201井须家河组油样具有原油的特征,其中分子量烃指纹与其它井凝析油依然相似,仅个别指标有细微差异,这种差异与相变或成藏作用有关,其来源上依然相同,即属于须家河组煤系烃源产物。2.5油源类型分类甾烷是由生物体中的甾醇和甾酸衍生而来。C27、C28和C29甾醇占生物甾醇总量的90%以上。这些甾醇在成岩演化中转变成C27、C28、C29甾烷。由于甾醇官能团主要分布在环上,一旦形成甾烷,不同碳数的甾烷之间不可能发生明显的相互转化。因此,人们常用甾烷的5α(H)14α(H)17α(H)20R构型的C27、C28和C29的相对百分含量组成,来区分原油的母质类型和进行油源对比。通过对岩石样品的饱和烃生物标志化合物分布的观察,将其生物标志化合物特征总结于表1中。从甾萜生标物的分布特征上可见,川中-川南过渡带上三叠统须家河组储层沥青存在2种类型谱图特征:一是三环萜含量高、Ts>Tm、C29Ts含量较高、伽玛蜡烷含量较高、C27甾烷与C29甾烷相当,呈现“V”字型特征,为工业气层;另一类是三环萜含量较低、Ts<Tm、C29Ts含量较低、伽玛蜡烷含量较低、C27甾烷<C29甾烷,呈现反“L”字型特征,产出微量气。以上特征与须家河组2类源岩分别对比较好,说明须家河组煤岩和煤系泥岩成烃性质存在一定的差异,工业气层多为煤系泥岩贡献。3油气岩结构及特征(1)天然气组成与碳同位素组成特征表明;川中-川南过渡带上三叠统须家河组天然气的成因与成熟阶段为主