川西坳陷须家河组须三段烃源岩地化特征

时间：2024-07-28

侯强李延飞周瑶周鑫宇

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.中国石油华北油田公司，河北任丘 062550）

0 引言

川西坳陷油气勘探一直是我国天然气勘探最热点的地区之一，该地区位于四川盆地西部，走向北东，是四川盆地西部晚三叠世以来陆相盆地的深坳部分，为龙门山推覆构造带的前陆盆地，面积约3×104km2［1］。晚三叠世以来，该地区经历了印支、燕山和喜山构造运动，其间共9个运动界面，多期次的构造和变形，为油气的运聚和圈闭的形成提供了良好的条件，为油气的富集与成藏奠定了基础。川西坳陷的形成发展经历了由海到陆的变迁过程，形成了现今的构造。在印支运动后期，形成了强烈的逆冲推覆构造山系，在其前渊形成了川西前陆盆地的雏形［2］。在此期间，中国东南部印支褶皱形成和太平洋古陆开始裂解，成为上扬子陆相含煤盆地的边缘，并为盆地提供了大量的陆源碎屑沉积。燕山期形成了以孝泉—新场—丰谷为典型代表的一系列断弯褶皱构造带，燕山运动后期龙门山南段强烈上升，在其前渊形成了一个新的坳陷［3］。喜山期大邑—成都以南的地区构造运动较强烈，破裂形变和褶曲形变发育，使得油气保存条件较差，中部和北部地区虽同样经历了多期构造运动，但强度均较弱，使油气较好地保存了下来，尤以中部地区保存条件最好，油气资源最为丰富［4-5］。该区已在上三叠统至下白垩统发现了油气藏（气田），其中又以上三叠统油气田（气藏）最为发育。上三叠统天然气主要来自上三叠统煤系烃源岩，该煤系烃源岩发育：主要的烃源岩层段有须一段、须三段与须五段，同时须二段与须四段砂岩中的泥岩夹层也具有较强的生烃能力。须三段烃源岩作为该区重要烃源岩之一，其地球化学特征的分析十分必要。因此笔者根据多种地球化学参数对其地球化学特征进行了分析与评价。

1 烃源岩发育特征

川西坳陷须三段为三角洲—浅湖、半深湖—沼泽沉积，岩性为黑色页岩、碳质页岩与多种粒级的岩屑砂岩、砾岩互层，夹煤层［6-8］。须三段烃源岩是须家河组的主要烃源岩，分布范围极广，几乎布满于整个川西坳陷。就川西坳陷整体而言，中部地区须三段烃源岩厚度明显较北部与南部大，东西向上大致呈一西厚东薄的楔形［9-11］。孝泉—新场一带为须三段烃源岩最厚地区，其中川孝568井达到了805.53 m。总体上，须三段烃源岩厚度均大于50 m，平均厚度高达343.66 m（图1）。

图1 川西坳陷须三段烃源岩厚度等值线图

2 烃源岩地球化学特征

2.1 有机质丰度

对川西坳陷须三段684件泥岩样品有机碳含量（TOC）进行了分析，其中300余件样品数据是近年来项目组开展川西地区科研项目的测试结果，部分来自文献收集［5，12-13］。分析结果表明（表1）：TOC大于1.0%的样品比例高达85.82%，这部分样品代表品质好的烃源岩；TOC为0.6%～1.0%的样品比例达10.53%，这部分样品代表品质中等的烃源岩；而TOC较低的差烃源岩（TOC为0.4%～0.6%）与非烃源岩（TOC小于0.4%）的样品比例均不足2%。显然，研究区泥岩TOC高，有利烃源岩（中等与好烃源岩）发育。对比有利烃源岩与非烃源岩、差烃源岩的比例，认为研究区非烃源岩与差烃源岩的比例可以忽略，研究区泥岩普遍为有利烃源岩。

表1 川西坳陷须三段有机质丰度评价表

从川西坳陷须三段TOC平面分布特征来看，川西坳陷中部地区TOC相对最高，北端部分地区与南端TOC相对略低（图2）。在九龙山、新场、洛带、邛西等地TOC普遍高于2%，而这些地区也是该区气田（气藏）的主要分布区，TOC低于2%的地区气田（气藏）相对不发育。显然，有机质丰度及烃源岩品质对研究区气藏的发育具有明显的控制作用。

图2 川西坳陷须三段TOC等值线图

对研究区须三段泥岩氯仿沥青“A”含量进行了统计（共386件样品），统计结果显示研究区泥岩氯仿沥青“A”含量普遍较低，其反映的有机质丰度也较低。根据氯仿沥青“A”含量评价烃源岩丰度结果（表1），氯仿沥青“A”含量大于0.05%的有利烃源岩比例仅44.30%，氯仿沥青“A”含量0.015%～0.05%的差烃源岩比例高达43.26%，氯仿沥青“A”含量小于0.015%的非烃源岩比例占到12.44%，显示研究区烃源岩有机质丰度低，烃源岩品质差，主要发育差与中等烃源岩。显然由氯仿沥青“A”含量与TOC评价研究区烃源岩有机质丰度结果明显不同。从前人对研究区气源分析结果来看［14-15］，须三段烃源岩是须四段气藏的重要物质来源。所以，须三段烃源岩有机质丰度应当较高、烃源岩品质应当较好，TOC反映的有机质丰度更能代表研究区烃源岩的真实特征。氯仿沥青“A”含量反映的研究区烃源岩有机质丰度偏低，究其原因可能是由于氯仿沥青“A”含量受热成熟作用影响较大。从下文对研究区烃源岩成熟度的分析可知，该区烃源岩成熟度较高，较高的成熟度使得烃源岩中氯仿沥青“A”含量相对较低，因此使得氯仿沥青“A”含量表征的烃源岩有机质丰度低、品质差。

2.2 有机质类型

由于在显微镜下干酪根的显微组分容易分类和观察，因而其常成为确定有机质类型最直观和便捷的方法。由干酪根显微组分组成特征获得的类型指数TI值（TI＝（腐泥组含量×100＋壳质组含量×50－镜质组含量×75－惰质组含量×100）／100）是烃源岩有机质类型划分的常用指标之一［16-17］。TI值划分有机质类型标准［18］：TI＞80，Ⅰ型干酪根；40＜TI＜80，Ⅱ1型干酪根；0＜TI＜40，Ⅱ2型干酪根；TI＜0，Ⅲ型干酪根。从川西坳陷须三段干酪根类型指数与镜质体含量关系（图3）来看，川西坳陷须三段烃源岩干酪根类型指数TI值均小于80，未见I型干酪根的样品。TI值小于0的III型干酪根比例最大，达到71%，Ⅱ2型与Ⅱ1型干酪根比例分别为16%和13%。总体上TI值以小于40为主，有机质类型以Ⅱ2型与Ⅲ型为主，但Ⅲ型有机质占绝对优势。烃源岩有机质类型表现为典型的腐殖型。

图3 川西坳陷须三段干酪根类型指数与镜质体含量关系图

另外从研究区须三段烃源岩族组分三角图（图4）来看，绝大部分样品集中分布在非烃＋沥青质端元，有机质类型均以Ⅲ型占绝对优势，其次为少量的Ⅱ2型干酪根，Ⅱ1型干酪根数量极少，可以忽略不计。因此须三段烃源岩有机质类型为腐殖型。

图4 川西坳陷须三段烃源岩族组分三角图

综合干酪根显微组分特征及氯仿沥青“A”组成分析结果可知：川西坳陷须三段烃源岩有机质类型为Ⅲ型与Ⅱ2型，其中以Ⅲ型占绝对优势，有机质类型为腐殖型。

2.3 有机质成熟度

烃源岩有机质成熟度是衡量烃源岩实际生烃能力的重要指标之一，是评价一个地区或某一烃源岩系生烃类型、生烃量及资源前景的重要依据。本次研究收集了川西坳陷须三段的岩样镜质体反射率（Ro）数据共357件，从研究区样品的烃源岩Ro与深度关系（图5）来看，样品Ro分布范围广（0.75%～2.76%），未见未成熟和低成熟的样品，烃源岩Ro平均值为1.57%。从川西坳陷岩样Ro值随着深度的变化特征来看，随着深度的增加，Ro值相应增大，体现了正常的热成熟演化特征。当埋深达到2 700 m左右时，岩样Ro值大于0.7%，开始进入大量生烃期；当埋深达到3 800 m左右时，岩样Ro值达到1.3%，进入生烃高峰期；当埋深达到4 500 m左右时，岩样Ro值达到2.0%，进入过成熟阶段，主要生成干气。再从各个阶段样品的百分含量来看，成熟（73个）和高成熟（213个）的样品达到了88%，显示出了须三段有机质天然气成熟度相对较高，主要处于成熟与高成熟阶段。

图5 川西坳陷须三段烃源岩Ro与深度关系图