四川盆地震旦系油气来源探讨

四川盆地震旦系油气来源探讨

1关于禾源、壳源和震旦系气藏来源问题镇丹系统气藏是中国最古老的气藏。自威远镇丹石气藏发现以来，对其起源进行了大量研究。一些人对矩阵源观点和壳源观点有不同的看法。近年来,一些学者提出了震旦系气藏的天然气主要来自寒武系的观点。通过我们攻关研究的结果,进一步证实了震旦系气藏的天然气主要来自寒武系。1.1资源量和碳同位素“八五”攻关时,一些学者根据震旦系气藏紧邻基底以及天然气中氮、氯、氦含量较高,提出了无机成因论。但随着时间的推移和资阳古圈闭气藏的发现,在研究该气藏天然气非烃组分特别是氮、氩、氦气的来源时,提出了氮来自筇竹寺组烃源岩,且含量与有机质热演化程度成正相关。碳同位素资料表明(表1),震旦系气藏天然气碳同位素(δ13C1)为-31.96‰～38.00‰(PDB),资阳具有工业产能的天然气甲烷碳同位素比威远轻得多,二者相差5‰,而非工业气层的天然气甲烷碳同位素组成(如资6井)相对较重,说明这些天然气绝非无机成因气。而无机成因的天然气碳同位素偏重,例如在俄罗斯比尼地块与岩浆活动有关的气的δ13C1为-3.2‰;美国黄石公园泥火山天然气的δ13C1为-21.5‰。但资阳地区天然气的δ13C1已接近四川盆地各层系的最低值(-39.00‰),这说明震旦系气藏天然气是有机成因的。据刘仲宣等认为,通常情况下,干酪根热裂解可以生成油和气,石油再裂解形成沥青质和天然气,其碳同位素的级次关系为δ13C1<δ13C油<δ13C沥<δ13C干,级差一般小于2‰～3‰。震旦系烃源岩δ13C干为-31.98‰,寒武系筇竹寺组烃源岩δ13C干为-30.45‰,震旦系储层溶洞中沥青的δ13C沥为-36.05‰,威远震旦系气藏δ13C1为-32.55‰,资阳气藏δ13C1为-37.51‰,其级次为δ13C1资<δ13C油<δ13C1威<δ13C干。可以认为,资阳气藏主要为油型气,威远气藏不是油型气,天然气主要来自烃源岩干酪根晚期热裂解气,而资阳古圈闭中的天然气主要来自液态烃热裂解气。1.2寒武系油气来源对天然气同位素的研究与计算,初步认为震旦系的油气主要来自寒武系。这里又通过对储层沥青和烃源岩中生物标志化合物的研究,进一步明确指出了油气源区和实现了油气运移的追踪。1.2.1偶碳数优势从烃源岩和储层沥青的正构烷烃分布图(图1)对比后发现,烃源岩和储层沥青的正构烷烃分布都颇相似,表现出均存在nC14～nC20范围内具有明显的偶碳数优势。这不仅表明了二者同源的特征,而且也表明了生油环境是强还原的,源岩中保存有早期成烃的特征。另外,威117井震旦系储层沥青还表现出明显的生物降解特征,但在nC20～nC24范围内的这种偶碳数优势依然存在。可能降解作用发生在加里东期,降解沥青主要分布在威远背斜东南翼。1.2.2对比关系理想资阳地区筇竹寺组页岩的Pr/Ph是0.58,震旦系气层中的Pr/Ph为0.40～0.61;威远震旦系气层的Pr/Ph为0.43,水层的Pr/Ph为0.13～0.78,其对比关系良好。页岩中的Pr/Ph低也表明生油环境是强还原的。1.2.3武系与储层沥青中10-脱甲基旧岩的分布根据对资阳和威远地区烃源岩和储层沥青中富含烃的生物标志化合物(三环萜烷和五环三萜烷)的对比分析,从图谱上反映出两者很高的一致性。也从这个角度上,表明了资阳、威远地区震旦系储层沥青来自寒武系烃源岩的特征。为了能够区别沥青是来自哪个地域的寒武系,选择了一些非常规的生物标志化合物(如10-脱甲基藿烷、甲基藿烷)对资阳、威远的储层沥青来源进行了进一步的研究。因而达到进一步追踪油气源及运移方向的目的。(图2a,图2b)a.10-脱甲基藿烷的分布具有明显差异,反映出两区油气的来源不同资阳、威远地区寒武系烃源岩和储层沥青中普遍存在10-脱甲基藿烷,但分布具有明显的差异(图3)。以威106井为代表的北部寒武系烃源岩富10-脱甲基藿烷;以威9井为代表的南部寒武系烃源岩贫10-脱甲基藿烷。威99井气层富含10-脱甲基藿烷,它的分布表现为威远的油和北部寒武系烃源岩来源的混合特征,更接近北部寒武系烃源岩的特征。也表明了威远震旦系的天然气主要在印支期从资阳方向转移来的。而资阳地区震旦系储层(包括气层和水层)中富含10-脱甲基藿烷。威远地区在气藏形成之前,主要捕集的烃类来自南部的烃源岩;在气藏形成过程中,天然气绝大部分来自北部源岩,从而形成了威远地区气层富、水层贫10-脱甲基藿烷的格局。而资阳地区震旦系储层沥青富含10-脱甲基藿烷,表现出南、北两区源岩油气的混合特征。根据10—脱甲基藿烷对资阳古油藏中的油进行估算,从威远东南部寒武系烃源岩生油区方向运移的油占了主要部分,约为4/5;而原地寒武系烃源岩生成的油只占1/5,这说明威远东南部的寒武系主要生油气区对整个加里东古隆起的聚油是十分重要的。但威远震旦系气藏与北部源岩的关系是十分紧密的。b.甲基藿烷在南、北两个源岩中十分丰富,但在分布上存在差异通过研究,甲基藿烷具有藻类成因,寒武系南、北两个源岩中部富含甲基藿烷,只是在分布上存在差异(图4)。在威远北部的寒武系烃源岩贫2α-甲基藿烷和3β-甲基藿烷,富2β-甲基藿烷;而资阳寒武系烃源岩也具有类似的特征。但在威远南部的寒武系烃源岩富2α-甲基藿烷和3β-甲基藿烷。资阳地区震旦系气层储层沥青的甲基藿烷分布具有原地的和威远南部寒武系烃源岩的混合特征,更接近威远南部的特征,说明资阳的油气主要是来源于威远东南部的主要生油区,得出结论与用10-脱甲基藿烷对比所得的结论一致。2震旦系灯影岩盆地从早寒武世沉积相的展布来看,西部为三角洲-扇三角洲,中、东部为广海陆棚。沉积持续时间长、物源丰富且粗。而陆棚区水深,主要沉积生油岩。下寒武统筇竹寺组烃源岩,属广海陆棚沉积相。它是四川盆地生烃能力最强、分布范围最广的一套烃源岩。主要岩性为黑色碳质页岩、泥岩、硅质岩组成,局部夹粉质泥质和粉砂岩。富含三叶虫化石和小壳动物化石。厚度可达990m。Ⅰ级烃源岩分布在川南凹陷区和成都地区以南。下寒武统有机质多处于过成熟阶段,H/C比为0.20～1.40,干酪根碳同位素一般为-27‰～-31‰,有机质为无定形,表明原始有机物主要为盆地相中的低等水生生物,生烃能力强,且以生油为主。而震旦系灯影组白云岩为潮坪、浅滩等沉积,其主要特点是富含蓝菌藻。但由于灯影期末的桐湾运动,使灯影组抬升而遭到风化剥蚀和大气淡水淋漓,有机质遭到一定程度的氧化破坏。3高有机和高质量的类型3.1下寒武统竹寺组见表2有机碳含量震旦系灯影组是盆地内最古老的烃源岩,岩性为富藻白云岩,有机碳含量在0.03%～1.45%之间,平均为0.13%(1102个样品),氯仿沥青“A”平均含量为0.021%(100个样品),有机碳含量在古隆起南缘和东缘各有一个高值区,东缘以女基井为中心,有机碳可达0.28%,南缘以老龙1井为中心,有机碳可达0.22%。有机碳强度为0.01×108～0.035×108t/km2。下寒武统筇竹寺组为黑色、深灰色泥页岩,有机碳含量为0.20%～9.98%,平均0.97%(156个样品)。氯仿沥青“A”平均含量0.043%(116个样品)。其有机碳丰度的展布呈现出斜跨古隆起的绵阳-成都-内江-泸洲一带为高值区,有机碳含量在1.5～3.0之间,有机碳强度可达0.28×108t/km2,而在古隆起东端有机碳含量较低。3.2tissol的分类筇竹寺组泥质岩类烃源有机成分仍以腐泥质为主(占95%以上),扫描电镜下为松软的絮状体,干酪根碳同位素偏负,沥青“A”中饱和烃含量高(40%～60%)、芳烃含量低(11%～15%)、沥青质含量低(3%～15%)、饱芳比高(3～5)。按Tissot的分类属生烃能力极强的Ⅰ型干酪根。震旦系灯影组白云岩干酪根显微组分以腐泥质为主(占98%以上),干酪根碳同位素偏负,沥青“A”中饱和烃含量高(50%～60%)、芳烃(8%～10%)和沥青质含量低、饱芳比大于5。所以,灯影组白云岩中的干酪根为生烃能力大的Ⅰ型干酪根。4古-西部-民法自然地区从有机质热演化史看,加里东期-海西期,长达365Ma的漫长地质历史时期内,只有古隆起南斜坡区及凹陷区进入有机质成熟阶段,具备大规模供给烃能力。而四川盆地震旦系生烃能力较弱,其烃源主要依靠寒武系的大量补给。烃源岩有机质的演化与古隆起的演化是密切相连的,其演化具有三大特征。4.1古隆起带进入低期r02.加里东古隆起具有同沉积隆起兼剥蚀隆起的特征,烃源岩有机质的演化表现为一个由古隆起边缘凹陷向隆起顶部逐渐推进的演化过程。古隆起南部拗陷区(自深1井以南)烃源岩在加里东期进入低成熟期,主要生成液态烃,R0值<0.5%,由于加里东运动使盆地抬升,一直到二叠纪末海西期,南部凹陷及斜坡区又进入成油期(R0值>0.65%),并逐渐进入成油高峰期,但古隆起带及其以北的广大地区才进入低成熟期(R0值<0.6%)。印支期,烃源岩有机质成熟度极大地提高,南北两侧斜坡区已进入高成熟期(R0值为1.0%～2.2%),主要生成轻质油和天然气。南部凹陷区已进入过成熟期(R0值>2.2%),主要生成干酪根热裂解气。燕山期,古隆起顶部处于高成熟阶段,R0值为1.5%～2.2%,大量形成液态烃热裂解气。上斜坡区进入过成熟期,主要生成干酪根热裂解气。南北两侧凹陷区及下斜坡区R0值普遍大于3.2%,已不具备大规模的生烃能力。喜山期,古隆起带进入过成熟期,R0值普遍大于2.2%,主要形成干酪根热裂解气。震旦、寒武系烃源岩大规模生烃始于加里东期,直至喜山运动剧烈抬升之前(早第三纪末),在长达4.16Ma的地质历史时期中,一直保持了较大的烃源速度(每百万年0.036×108～0.077×108m3/km2)。因此,供烃持续时间很长(图5)因此,不同构造时期形成的构造将会捕获不同成烃演化阶段形成的油气,南坳陷区烃源岩在海西期进入成油高峰期,南北两侧斜坡区在印支期进入成油高峰期,古隆起顶部及北部区则在燕山期进入成油高峰期。4.2加里东期—供烃中心具迁移性由于古隆起含油气系统主要烃源岩成烃高峰期在时空上的差异性,因而形成的供烃中心具有迁移性特征。如加里东期—印支期供烃中心主要位于威远背斜以南的地区,燕山期,供烃中心迁至古隆起北坡仁寿、简阳一带,并逐渐向古隆起带移动,在燕山晚期(白垩纪)以后,供烃中心已移至古隆起轴部。因此,总体上看,南部烃源区供烃高峰在印支期,北部源岩区在燕山早期,古隆起轴部供烃高峰持续时间较长。4.3古隆的油气供烃量三叠纪末是古隆起含油气系统的关键时刻,它表明在三叠纪末之前含油气系统供烃量从无到有逐渐增加的过程,并在三叠纪末达到最大。在此之后,含油气系统供烃量是一个逐渐减少并成为无效源岩的过程。确定的理由:一是从供烃量看,燕山期(侏罗纪)前,含油气系统南部源岩区生成的油气已达总供烃量的60%;古隆起北坡及古隆起带的供烃强度只有南部源岩区的1/2～1/3(图6)。这反映了油气供给的面貌。二是印支期,古隆起南部凹陷区及斜坡区相继进入了过成熟期和高成熟期,并成为供烃的主要中心,而古隆起带及北部源区还只处于低成熟期,虽在燕山期成为高成熟阶段,但生烃能力远不如印支期。从生烃史也可知道,古隆起周边均为生烃强度高值区,三叠纪末,古隆起核部中段及其南北斜坡区均为有利的油气聚集区。由此可见,三叠纪末是含油气系统圈闭成藏的重要时期,同时也是最易成藏的时期。5震旦系灯影组生烃强度所谓生烃强度就是单位面积上烃源岩的生烃量。根据宋家荣等人“八五”期间建立的TSS烃源岩热模拟评价系统,计算乐山-龙女寺古隆起及其周围地区生烃量(表2和表3)。震旦系灯影组生烃强度较小,为2×108～23×108m3/km2,大多数为2×108m3/km2,在古隆起南缘和东缘各有一个高值区,从总体来看,生烃强度较低(图7)。下寒武统烃源岩生烃强度是四川盆地最大的,平均为70×108m3/km2,绝大多数地区大于25×108m3/km2,古隆起周边均为高值区。由此可见,二叠纪末期,乐山-龙女寺古隆起的南斜坡地区是有利的油气聚集场所,三叠纪末期,古隆起核部中段及其南北斜坡则是有利的油气聚集区(图8)。油气地质及沉积相与烃源岩地层通过对加里东古隆起震旦系的烃源条件研究,归纳总结出以下几点认识和结论:1.确认了加里东古隆起震旦系气藏的天然气主要是来自于下寒武统筇竹