川西拗陷须家河组第三段烃源岩再认识及勘探潜力评价

王玲辉, 叶素娟, 杨映涛, 赵 迪, 张 玲, 南红丽

(1.中国石油化工股份有限公司 西南分公司勘探开发研究院，成都 610041； 2.西南油气分公司地质中心实验室，成都 610041)

中国石化西南分公司在川西拗陷的大邑、崇州、洛带、新场等地区对上三叠统须家河组(T3x)第三段(简称“须三段”)中亚段的勘探有良好的天然气显示并获产，在梓潼凹陷须三段上亚段获得工业产能。成藏研究表明：这些显示井或获产井的储层砂岩厚度大，烃源岩层厚度大，生烃潜力好。由于不同地区的含气层系不同，基于源储配置关系，有必要在更小的地层单元(亚段或砂组)进行系统研究，对须三段烃源岩潜力进行再评价，明确烃源岩、储层的纵向和平面上的分布特征。

前人对川西拗陷须家河组烃源基本特征、生排烃史等开展了研究，须三段烃源岩具有厚度大、有机质丰度高的特征，其生排烃高峰期为侏罗纪晚期-白垩纪晚期[1-6]。前期尚未分亚段对须三段烃源岩特征及生烃潜力开展相应评价研究。为了全面有效地评价须三段各亚段烃源岩，对其有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度、成烃环境、碳质泥岩和煤的分布特征等进行综合分析，对烃源岩在纵向上和平面上的分布特征进行再评价；并综合多种参数对烃源岩有机质类型的空间展布特征进行分析；对烃源岩的成烃环境进行厘定；分析碳质泥岩和煤的平面展布特征，寻找烃源的优势分布区；分亚段开展烃源、储层及源储配置研究，确定须三段勘探的潜力区，为须三段天然气勘探提供依据。

川西拗陷位于四川盆地西部，西缘为龙门山前构造带，东部为中江斜坡，南部为成都凹陷，北部为梓潼凹陷构造带[7-9](图1)。须家河组自下而上可分为：须二段(T3x2)、须三段(T3x3)、须四段(T3x4)、须五段(T3x5)。其中须二段、须四段以致密砂岩储层为主, 须三段、须五段以泥页岩烃源岩为主。须三段现今顶面埋深为3 870～5 500 m，总厚度在250～886 m，平均厚度为520 m。前人研究中又将须三段按地层结构细分成上、中、下3个亚段。其中上亚段以砂泥岩互层为主；中亚段除盆地东南部为厚层砂岩外，其余地区也以砂泥岩互层为主；下亚段仅在盆地南部为厚层泥岩，其余地区为砂泥互层。

图1 川西拗陷构造划分及地层综合柱状图Fig.1 Tectonic division and stratigraphic column of the West Sichuan Depression

1 烃源岩地球化学特征

1.1 有机质类型

有机质类型是确定烃源岩生烃特征的重要参数，不同的有机质类型会对生烃潜力造成显著影响。

不同类型生物的贡献可以由C27、C28、C29甾烷的相对含量表示，藻类等低等水生生物富含C27规则甾烷，陆源高等植物富含C29规则甾烷[11]。C27-C28-C29规则甾烷形态为正“L”形和不对称“V”字形(图2)，C27相对含量为33.81%～39.41%，C28相对含量为28.9%～31.63%，C29相对含量为28.96%～37.3%，可以看出，C29与C27的含量相差不大。C27/C29规则甾烷峰面积比值为0.6～1.36，反映了川西拗陷须三段烃源母质存在水生生物和陆源有机质的双重贡献，后者比例较高。

图2 川西拗陷须三段泥岩饱和烃色谱-质谱图Fig.2 Saturated hydrocarbon chromatogram-mass spectrogram of mudstone of T3x3 source rocks in western Sichuan Depression

Pr/Ph值、γ蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)可以作为指示沉积环境的重要参数[12]。姥鲛烷(Pr)/植烷(Ph)<1指示古水体较深的还原环境，>3指示水体较浅的强氧化环境或腐殖型烃源岩。γ蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)值越高(>0.5)反映水体盐度越高。根据泥岩饱和烃气相色谱-质谱分析，川西拗陷须三段烃源岩Pr/Ph值为0.37～0.88，平均为0.78。γ蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)值在0.6～1.36，从图3～图5可以看出，须三段上亚段烃源岩在鸭子河地区为弱还原环境下的淡水-微咸水沉积，在绵竹地区为弱还原环境下的淡水沉积，在合兴场地区为还原环境下的淡水-微咸水沉积。须三中亚段烃源岩在大邑、鸭子河地区为弱还原-还原环境下的淡水-微咸水沉积，在孝泉-新场、马井地区为弱还原环境下的半咸水沉积，在丰谷、中江地区为弱还原环境下的微咸水-半咸水沉积。须三下亚段烃源岩在大邑、鸭子河地区为弱还原环境下的淡水-微咸水沉积，在马井地区为还原环境下的半咸水沉积，在中江地区为弱还原环境下的微咸水-半咸水沉积。

图3 川西拗陷须三段C27/C29规则甾烷峰面积与Pr/Ph关系Fig.3 Pr/Ph relationship of C27/C29 regular sterane peak area of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

图4 川西拗陷须三段γ蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)与Pr/Ph关系图Fig.4 The relationship of γ-Cerane /0.5C31αβ(22R+22S)-Pr/Ph of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

图5 川西拗陷须三段泥岩Pr/Ph、 Pr/nC17、Ph/nC18组成三角图Fig.5 Triangular diagram of Pr/Ph, Pr/nC17, Ph/nC18 composition of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

沥青“A”的族组成特征可以反映有机质类型，沥青“A”族组分在须三段各亚段中表现为较高的沥青质+非烃含量，质量分数普遍大于60%，且饱和烃/芳烃<3，平均为0.9；总体表现为Ⅲ型有机质，有少量Ⅱ型有机质[13](图6)。

图6 川西拗陷须三段烃源岩族组分三角图Fig.6 Triangular diagram of the source rock family composition of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

通过成烃环境、饱和烃/芳烃、烃源岩族组分等分析方法，确定了须三段上亚段有机质类型以Ⅲ型为主，在丰谷、合兴场、中江-回龙地区局部发育Ⅱ2型干酪根；须三段中亚段有机质类型以Ⅲ型为主，在丰谷、中江、大邑地区局部发育Ⅱ2型干酪根；须三段下亚段有机质类型以Ⅲ型为主，丰谷、中江-回龙、洛带、大邑、鸭子河地区局部发育Ⅱ2型干酪根。

1.2 有机质丰度

有机质丰度在烃源岩评价中具有重要的作用，经常采用有机碳含量、总烃含量和氯仿沥青“A”等参数进行评价[14-16]。根据(SY/T5735-2019)烃源岩划分标准：将有效烃源岩有机碳质量分数(wTOC)的下限定为0.5%。

通过对川西拗陷须三段837个有机碳含量数据统计表明，上亚段有机碳质量分数为0.54%～5.23%，平均为1.74%；中亚段有机碳质量分数为0.73%～6.59%，平均为2.06%；下亚段有机碳质量分数为0.6%～9.43%，平均为2.48%。从图7可以看出，上亚段wTOC>1.0%的样品占78%，中亚段wTOC>1.0%的样品占89%，下亚段wTOC>1.0%的样品占94%。

图7 川西拗陷须三段烃源岩有机碳含量分布直方图Fig.7 Histogram of TOC frequency of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

S1+S2为生烃潜力指标，有机碳含量高与生烃潜力成正比[17-18]。通过统计得出：S1+S2和有机碳含量之间具有非常好的正相关性，须三段有机质丰度高(图8)。

图8 川西拗陷须三段烃源岩TOC与S1+S2关系图Fig.8 Relationship between TOC and S1+S2 of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

总体来看，下亚段有机碳含量大于中、上亚段，从单井地化剖面图上也可以看出这个特点(图9)，在全区所有统计井的有机碳含量数据也有这个特点。

图9 川西拗陷A17井须三段烃源岩地球化学剖面图Fig.9 Geochemical profile of T3x3 source rocks in Well A17, West Sichuan Depression

1.3 有机质演化程度

烃源岩生烃潜力可以通过有机质成熟度来评价[19]。须三段烃源岩的镜质体反射率(Ro)主要为1.5%～2.0%，平均为1.72%(图10)。须三段最高热解温度(tmax)主要为505～530 ℃，平均为527 ℃(图11)。其中上亚段Ro值为1.3%～2.18%，平均为1.65%；中亚段Ro值为1.21%～2.19%，平均为1.69%；下亚段Ro值为1.25%～2.26%，平均为1.79%。上亚段tmax值为489～537 ℃，平均为506 ℃；中亚段tmax值为507～567 ℃，平均为523 ℃；下亚段tmax值为473～596 ℃，平均为530 ℃：烃源岩总体处于成熟—高成熟演化阶段。

图10 川西地区须三段烃源岩Ro值分布直方图Fig.10 Histogram of Ro distribution of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

图11 川西地区须三段烃源岩tmax值分布直方图Fig.11 Histogram of tmax distribution of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

纵向上，镜质体反射率下亚段>中亚段>上亚段。平面上，上亚段仅在广汉地区的Ro>1.8%；中亚段在广汉、马井、鸭子河和大邑地区的Ro>1.8%；下亚段大部分地区的Ro>1.8%，仅中江回龙和洛带地区的Ro<1.8%。

2 优质烃源岩发育特征

川西拗陷须三段烃源岩以泥页岩为主，夹少量碳质泥岩和煤线主要发育在水下分流间湾和浅湖泥环境[7]。

须三上亚段泥岩厚度为10～100 m，在鸭子河、新场和梓潼地区可达90 m；须三中亚段泥岩厚度为10～120 m，马井、鸭子河和高庙子地区最厚，可达100 m以上；须三下亚段泥岩厚度为20～250 m，金马、鸭子河地区最厚，可达200 m以上(图12)。

图12 川西拗陷须三段泥岩厚度等值线图Fig.12 Contour map of mudstone thickness of T3x3source rocks in West Sichuan Depression

考虑到须三段烃源岩成熟度明显增高及生烃量增幅明显变大的特点，确定川西地区须三段优质烃源岩有机质丰度下限值为2%[20-21]。由于单位碳质泥岩生烃潜力最大[22-23]，对研究区须三段各亚段碳质泥岩和煤的分布情况研究尤为重要，找出碳质泥岩的优势分布区，对下一步勘探部署井位起着至关重要的作用。

须三段上亚段碳质泥岩和煤的厚度为1～10 m，大邑地区、德阳地区的厚度最大；中亚段碳质泥岩和煤的厚度为2～13 m，高值区分布在马井、梓潼和丰谷地区；下亚段碳质泥岩和煤的厚度为5～40 m，高值区分布在大邑和崇州地区，可达40 m(图13)。总体来说，下亚段碳质泥岩和煤的厚度优于中亚段和上亚段。

图13 川西拗陷须三段碳质泥岩和煤的厚度等值线图Fig.13 Thickness contour map of carbonaceous mudstone and coal of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

根据生烃强度公式计算出须三各亚段生烃强度[18](表1)。依据各地区生烃强度指标可以得出：上亚段生烃强度高值区在梓潼地区，中亚段为梓潼和马井地区，下亚段为大邑、崇州和鸭子河地区。

表1 川西拗陷须三段生烃强度评价Table 1 Evaluation of hydrocarbon generation intensity of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

3 勘探目标优选

前人研究证实川西拗陷须三段为自生自储的源内成藏体系，须三内部发育分流河道砂岩，能够提供较好的储集空间[7]。须三段储层平均孔隙度为3.2%，平均渗透率为0.1×10-3μm2，总体属于特低孔和特低渗裂缝-孔隙型致密砂岩储层，局部可见微裂缝-孔隙型致密砂岩储层[24]。

前人研究认为，中粗砂岩与中细砂岩的储集空间更有利于油气的聚集[24]。须三段上亚段中粗砂岩与中细砂岩厚度为5～50 m，在鸭子河地区和梓潼凹陷北部地区厚度可达40 m以上；中亚段中粗砂岩与中细砂岩厚度为10～180 m，在大邑地区、崇州地区、洛带地区和梓潼凹陷西北地区厚度可达100 m以上；下亚段中粗砂岩与中细砂岩厚度为10～70 m，在梓潼凹陷西北地区和鸭子河地区厚度可达50 m以上(图14)。

图14 川西拗陷须三段中粗砂岩与中细砂岩厚度等值线图Fig.14 Thickness contour map of medium coarse-medium fine sandstone of T3x3 source rocks in West Sichuan Depression

勘探潜力较好的目标区评价标准为[24]：泥岩厚度>50 m、优质烃源(wTOC>2%)厚度>20 m、碳质泥岩和煤的厚度>10 m、生烃强度>15×108m3/km2、中粗砂岩与中细砂岩厚度>20 m。优选出勘探潜力较好的目标区为：梓潼凹陷西北部、鸭子河地区须三段上亚段，大邑、崇州、洛带地区须三段中亚段。

梓潼凹陷西北部、鸭子河地区的须三段上亚段砂岩厚度大，中亚段有机质丰度高，碳质泥岩和煤的厚度大，生烃强度大，并且鸭子河地区的断层发育，形成很好的下生上储配置关系。大邑、崇州、洛带地区须三段中亚段砂岩发育，下亚段碳质泥岩和煤的厚度大，有机质丰度高，生烃强度大，为下生上储的配置关系。

4 结 论

通过对川西拗陷须三段烃源岩的典型地球化学指标的研究分析，对其分布特征进行了再评价，主要取得了如下认识：

a.须三段的各亚段泥岩厚度大，以Ⅲ型有机质为主，东部斜坡有少量Ⅱ2型；有机质丰度高，并且下亚段>中亚段>上亚段；热演化程度高，处于成熟-高成熟演化阶段。

b.须三段烃源岩表现出较深水体、还原程度较高、半咸水-微咸水环境陆相烃源岩的特征，烃源母质存在水生生物和陆源有机质的双重贡献。

c.优选出勘探潜力较好的目标区为：梓潼凹陷西北部、鸭子河地区须三段上亚段，大邑、崇州、洛带地区须三段中亚段。