川西坳陷须二段气源岩地球化学特征与生气潜力分析

沈云飞，张 敏

川西坳陷须二段气源岩地球化学特征与生气潜力分析

沈云飞，张 敏

四川盆地须家河组为一套陆相含煤地层，通过对川西坳陷上三叠统须家河组须二段气源岩有机地球化学特征分析，探讨了该段气源岩的生气潜力。结果表明，煤系泥岩总有机碳含量介于0.43%～17.62%，平均值为2.64%，有机质类型以腐殖型为主，镜质组反射率分布范围为0.95%～3.11%，热演化程度高，以高成熟为主，部分进入了过成熟演化阶段，为好的气源岩；煤、炭质泥岩有机质类型为腐殖型，热演化程度达到高成熟-过成熟演化阶段。通过对气源岩生标组合特征进行分析，认为研究区沉积时期曾经历明显的海侵事件，为该区气源岩有机质的富集、保存及转化成烃提供了雄厚的物质基础，增加了该区的生气潜力。因此，川西坳陷上三叠统须家河组须二段是一套重要的气源岩，具有很好的生气潜力。

气源岩；地球化学特征；生气潜力；川西坳陷；须家河组

研究表明，四川盆地须家河组是一套陆相含煤地层。长期以来，四川盆地针对上三叠统须家河组的天然气勘探一直把须一、三、五段作为气源岩，须二、四、六段仅作为目的层段[1-3]。然而勘探实践证明，须二段是砂泥岩互层组合，这些砂岩之间所夹的泥质岩、薄层煤线和炭质泥岩等同样具有一定的生气能力，在某些层段中，该类气源岩的生气能力甚至高于须三段和须五段[4]。但是迄今为止，对川西坳陷上三叠统须家河组须二段气源岩没有进行系统研究，因而该段油气资源潜力还不明确。为此，笔者对川西坳陷上三叠统须家河组须二段气源岩地球化学特征与生气潜力进行分析。

1 区域地质概况

川西坳陷是晚三叠世以来在四川盆地西部发育的前陆盆地，东以龙泉山-南江为界，南以峨眉-荥经断裂与川滇南北构造带为界，西以安县-都江堰断裂与龙门山冲断带为界，北到米仓山前缘，总面积约4×104km2[5]。以绵竹-新场-丰谷和大邑-成都为界把川西坳陷分成北、中、南3段，北段构造形变较弱，南段构造形变较强并发育几排北东向断层相关褶皱，中段形变介于两者之间，褶皱断裂相对发育[6]。川西坳陷上三叠统为一套退覆沉积，经历了台地边缘滨海相→海陆过渡相→陆相并以陆相为主的沉积过程。川西坳陷须二段早期有部分海相沉积特征，随构造抬升的加强，逐渐转变为海、陆过渡相沉积，此后，川西地区结束了海相沉积历史，全面进入陆相沉积盆地发育阶段[7-8]。

2 气源岩展布

川西坳陷须二段气源岩主要包括煤系泥岩、炭质泥岩及煤等，其中煤和煤系泥岩的分布特征大体相同，均分布于龙门山前缘、孝泉-新场-合兴场、中江等地，厚度中心往往靠近山前带，但两者的厚度中心却存在一定差别，总体上，其沉积厚度与展布范围受控于沉积坳陷。煤层西厚东薄，聚煤中心在都江堰以东的区域，最大厚度接近30m。煤系泥岩的分布范围相对较广，厚度大体上是由西向东逐渐减薄，厚度范围主要分布在20～100m，在龙门山前缘鸭子河-汉旺、金马以及中江一带泥岩厚度达100m以上。总体上，川西坳陷中段大部分泥岩厚度为50～100m，成都到洛带一带为20～50m；北段江油一带泥岩厚度为50～100m，北东向减薄至20～50m，梓潼以北泥岩厚度小于20m；南段大邑泥岩厚度为50～100m，由北向南逐渐减薄，平落坝、大兴场为20～50m。

3 气源岩地球化学特征

3.1 有机质丰度

川西坳陷须二段煤系泥岩总有机碳含量(TOC)变化范围很大，介于0.43%～17.62%之间，平均值达到2.64%。其中，研究区中段TOC均值为3.16%，龙门山前缘鸭子河-金马、东西向孝泉-新场-合兴场有机碳含量最高,均值分别为3.46%和3.64%。该研究区中段南北向上丰谷地区有机碳含量为2.84%，中江地区有机碳含量为2.20%，因而中段的南北向上有机碳含量值自北向南呈逐渐降低的趋势。该研究区北段有机碳含量均值为1.92%，南段有机碳含量均值为1.26%。因此，煤系泥岩TOC分布情况为中段较北段、南段高。此外，该研究区煤的TOC介于16.59%～81.32%，平均值为39.48%；炭质泥岩的有机碳含量介于5.16%～23.96%，平均值为10.75%。

研究区须二段煤系泥岩生烃潜量(S1+S2)介于0.01～13.37mg/g之间，平均值为1.02mg/g，属于差的气源岩；煤生烃潜量(S1+S2)为155.83mg/g，属于差的气源岩范畴；炭质泥岩生烃潜量(S1+S2)介于0.49～17.11mg/g之间，平均值为4.30mg/g，属于非气源岩[9]。

3.2 有机质类型

图1 川西坳陷须二段气源岩有机显微组分特征

1)干酪根有机显微组分 川西坳陷须二段气源岩有机显微组分组成特征如图1所示。煤样镜质组的平均含量达86.79%，惰性组平均含量为11.7%,“壳质组+腐泥组”平均含量为1.44%，表现为典型腐植煤的显微组分组成特征；炭质泥岩镜质组、惰性组和“壳质组+腐泥组”平均含量分别为62.88%、31.18%和5.93%，表现腐殖型显微组分组成特征；泥岩样品的镜质组、惰性组和“壳质组+腐泥组”平均含量分别为51.01%、24.92%和24.06%。从以上分析得知，研究区须家河组须二段煤、炭质泥岩的有机质类型都为腐殖型，泥岩的有机质类型主要以腐殖型(Ⅲ型)为主，少量腐泥-腐殖型(Ⅱ2型)，偶见腐殖-腐泥(Ⅱ1)。

2)干酪根碳同位素 干酪根碳同位素(δ13C)分析结果表明，研究区煤系泥岩δ13C值为-25.35‰～-24.33‰(PDB)，平均-24.73‰(PDB)；炭质泥岩δ13C值为-23.90‰～-23.80‰(PDB)，平均-23.85‰(PDB)。因此，煤系泥岩和炭质泥岩有机质类型均呈现出腐殖型特征。

3)Rock-Eval热解参数 研究区须二段煤系泥岩氢指数范围为1～152mg/g，平均37mg/g；降解率分布范围为0.13%～13.60%，平均3.57%，表明有机质类型为Ⅲ型。

3.3 气源岩有机质成熟度

1)镜质体反射率 川西坳陷须二段煤系泥岩镜质体反射率(Ro)值分布范围为0.95%～3.11%，平均值为1.80%(见图2)。其中25.53%样品数的Ro值分布在0.70%～1.30%，43.62%样品数的Ro值分布在1.30%～2.0%，30.85%样品数的Ro值大于2.0%。由以上分析可知，该研究区煤系泥岩都已达到成熟，且主要以高成熟为主，部分煤系泥岩进入了过成熟演化阶段，其中研究区北段的Ro值均值为1.74%，中段的Ro值均值为1.89%，南段的Ro值均值为1.80%，表明该研究区中段、南段和北段气源岩的热演化程度依次降低。该研究区煤的Ro值分布范围为1.45%～2.58%，平均值为2.02%，表明大多数已进入高成熟演化阶段。总体上，研究区气源岩Ro与深度有较好的对应关系，随着深度的增加，气源岩的成熟度增加，但中段洛带以及南段平落坝区块泥岩的Ro与深度并无明显的相关关系，其原因如下：①中段洛带和南段平落坝数据点与下部地层样品相隔较远，其Ro与深度线性关系不易反映出来；②该地区经历了一定程度的剥蚀，从而造成上下地层经历了不同的热历史[10]。

2)岩石最高热解峰温 须二段煤系泥岩岩石最高热解峰温(Tmax)变化范围很大(见图3)，介于447～605℃，均值为531℃，说明该区泥岩均达到成熟阶段。北段泥岩Tmax介于447～460℃，均值为451℃，为成熟气源岩；南段泥岩Tmax介于503～531℃之间，均值为516℃，达到高成熟演化阶段；中段泥岩Tmax介于472～605℃之间，均值为540℃，为高成熟-过成熟气源岩。煤、炭质泥岩Tmax分布也均大于550℃，达到高成熟-过成熟演化阶段。此外，Tmax与深度有较好的对应关系，随着深度的增加，气源岩的Tmax也在增加。

图2 川西坳陷须二段煤系泥岩Ro与深度关系图 图3 川西坳陷须二段煤系泥岩Tmax与深度关系图

综上所述，研究区气源岩的热演化程度由高到低依次为川西坳陷中段、川西坳陷南段、川西坳陷北段。煤系泥岩有机质演化已进入成熟阶段，且主要以高成熟为主，部分源岩进入了过成熟演化阶段；煤、炭质泥岩达到高成熟-过成熟演化阶段。

4 气源岩生物标志化合物特征

川西坳陷须二段煤系泥岩抽提物的正构烷烃碳数分布范围较窄为nC16-nC30，主峰碳为nC18，∑nC21-/∑nC22+均值为2.15，峰型为前峰型。Pr/Ph较低，平均为0.43，具较强的植烷优势，为较强还原性沉积环境。伽马蜡烷较发育，伽马蜡烷指数平均为0.26，反映了微咸水的沉积环境。规则甾烷αααC27(20R)、αααC28(20R)、αααC29(20R)呈现以αααC29(20R)甾烷略占优势的不对称“V”型分布，反映出低等生源输入量较大的特点，这与传统认为腐殖型有机质的甾烷组成(重排甾烷发育、以C29-甾烷为主)十分不同，这种现象在煤系地层中是少见的。进一步分析具有特殊生物标志意义的化合物，发现甲基甾烷与甲藻甾烷十分发育且含量丰富，说明气源岩受到了海侵作用的影响[11]。

5 生烃潜力分析

川西坳陷须二段是砂泥岩互层组合，煤和泥岩分布范围广，煤的最大厚度接近30m，泥岩的厚度范围主要分布在20～100m。气源岩有机质丰度高，镜质组和惰质组含量高，壳质组与腐泥组的含量低，有机显微组分组成表现为腐殖型特征，气源岩Ro大于1.2%，热演化程度达到成熟-高成熟，以生气为主，具有较好的生气潜力。其中龙门山前缘鸭子河-金马、东西向孝泉-新场-合兴场煤和泥岩厚度大，有机碳含量高，均值分别为3.46%和3.64%，有机质类型表现为腐殖型，热演化程度均达到高成熟。此外，研究区沉积时期曾经历明显的海侵事件，这有利于源岩有机质的富集、保存及转化成烃，从而为该区有机质“接力生气”提供了雄厚的物质基础。因此，研究区须二段是一套重要的气源岩，具有很好的生气潜力。

6 结 论

1)川西坳陷须二段煤系泥岩有机碳丰度平均值为2.64%，有机质类型以腐殖型为主，少量腐泥-腐殖型，偶见腐殖-腐泥，热演化程度高，以高成熟为主，部分进入了过成熟演化阶段，为好的气源岩；煤、炭质泥岩有机质类型为腐殖型，热演化程度进入高成熟-过成熟演化阶段，以生气为主，具有很好的生烃潜力。

2)通过对气源岩生标组合特征进行分析，认为研究区沉积时期曾经历明显的海侵事件，这为该区气源岩有机质的富集、保存及转化成烃提供了雄厚的物质基础，从而增加了研究区的生气潜力。

[1]赵文智,卞从胜,徐春春，等.四川盆地须家河组须一、三和五段天然气源内成藏潜力与有利区评价[J].石油勘探与开发,2011,38(4):385-393.

[2]曹烈,曾众.川西坳陷上三叠统含油气系统[J].新疆石油地质,2005,26(5):520-522.

[3]王玲辉,沈忠民,赵虎.川西坳陷中段须家河组烃源岩地球化学特征[J].西部探矿工程,2007，19(11):66-70.

[4]朱丽，党红艳.川西坳陷烃源岩地球化学特征研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2010,12(6):13-16.

[5]李智武,刘树根,林杰，等.川西坳陷构造格局及其成因机制[J].成都理工大学学报(自然科学版),2009(6):645-653.

[6]邓康龄.四川盆地形成演化与油气勘探领域[J].天然气工业,1992,12(5):7-12.

[7]胡明毅,李士祥,魏国齐，等.川西前陆盆地上三叠统须家河组沉积体系及演化特征[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2008，30(5)：5-10.

[8]何政权，刘晓博.川西坳陷上三叠统须家河组岩相古地理特征[J].中国井矿盐，2010,41(3)：18-20.

[9]陈建平，赵长毅，何忠华.煤系有机质生烃潜力评价标准探讨[J].石油勘探与开发,1997,24(1)：1-5.

[10]沈忠民,魏金花,朱宏权，等.川西坳陷煤系烃源岩成熟度特征及成熟度指标对比研究[J].矿物岩石,2009,29(4):83-88.

[11]张敏,黄光辉,李洪波，等.四川盆地上三叠统须家河组气源岩分子地球化学特征——海侵事件的证据[J].中国科学(D辑)：地球科学，2012,42(5):617-627.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.10.020

TE122.13

A

1673-1409(2012)10-N065-04