四川盆地瀘州西部須家河組天然氣成藏期次

摘 要

摘要：為進一步明確四川盆地瀘州西部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組勘探目標，對該區(qū)須家河組天然氣成藏期次進行了研究，以確認天然氣成藏過程和成藏主控因素。通過對儲層顯微熒光薄片觀察
摘要：為進一步明確四川盆地瀘州西部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組勘探目標，對該區(qū)須家河組天然氣成藏期次進行了研究，以確認天然氣成藏過程和成藏主控因素。通過對儲層顯微熒光薄片觀察和流體包裹體特征與均一溫度分析，同時結合地溫史和生烴史，綜合確定并認為瀘州西部地區(qū)須家河組天然氣具有3期成藏的特點：①初次成藏期發(fā)生在中晚侏羅世，主要形成低演化的煤系氣；②主要成藏期發(fā)生在燕山運動晚幕的白堊紀晚期和末期，是須家河組煤系烴源巖大量生排烴期，也是最高演化程度的時期；③第三階段為深層來源氣的主要成藏期和各類天然氣調整期，主要發(fā)生在喜山運動階段。
關鍵詞：四川盆地；瀘州西部；晚三疊世；成藏期次；流體；包裹體；煤系氣；顯微熒光；均一溫度
    四川盆地瀘州西部區(qū)塊位于四川盆地南部(川南)低陡構造區(qū)，印支期瀘州古隆起核部附近，地處四川省瀘州市、瀘縣、江安縣、南溪縣及長寧縣境內，包括牟家坪、桐梓園、南井、荔枝灘等構造，長江橫穿該區(qū)，面積約1000km2(圖1)。瀘州西部區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河組具有較好的保存條件，區(qū)內須家河組具有較穩(wěn)定的泥頁巖，總厚80～220m，既可作為烴源巖，又可作為氣藏的直接蓋層。研究區(qū)在以往的勘探過程中，鉆遇須家河組時油氣顯示頻繁，下伏下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)已有開采多年的工業(yè)氣藏，展示了該地區(qū)豐富的油氣資源，具有多套儲產(chǎn)層的良好勘探前景。該區(qū)位于華鎣山斷裂帶上盤，烴源斷層發(fā)育，具備下伏深層烴源補充的優(yōu)越條件，為須家河組油氣提供了豐富的物質基礎。研究區(qū)須家河組勘探程度低，是烴源和保存條件好、具備多套儲產(chǎn)層的勘探潛力區(qū)域，特別是近年來對須家河組專層井鉆探已初見成效。因此，對研究區(qū)須家河組天然氣成藏期次的研究可以為天然氣成藏過程和成藏主控因素的確認奠定基礎，從而明確有利勘探目標，對增加新的天然氣儲量具有重要的現(xiàn)實意義。
 
1 天然氣成因分布
    據(jù)李延鈞等[1]利用天然氣組成與碳同位素及結合生物標志化合物研究表明，瀘州古隆起區(qū)須家河組存在3種類型的天然氣：①須家河組煤系自生自儲天然氣，這類天然氣比較濕，伴生凝析油，乙烷碳同位素較重，反映了煤成氣特征，主要分布在須家河組須六段2亞段透鏡狀砂體中；②深層來源天然氣，這類天然氣較干，乙烷碳同位素輕，反映高演化腐泥型成氣特征，主要分布于深層斷裂發(fā)育區(qū)；③上述二者混合成因天然氣，天然氣性質介于二者之間。
    須家河組在瀘州地區(qū)須一段和須二段缺失，分布的地層有須三、須四、須五段和須六段1、2、3亞段，其中須四段和須六段發(fā)育砂巖儲層，須六段2亞段在研究區(qū)發(fā)育透鏡狀砂體。須三、須五段泥頁巖和須六段泥巖夾層可作為良好的烴源巖，并含有煤層，屬于煤系腐殖型有機質，有機質成熟度(Ro)現(xiàn)今分布在0.9%～1.3%，處于成熟階段。
2 須家河組天然氣成藏期次
2.1 顯微熒光觀察
    通過對熒光及鑄體薄片的觀察，能定性判斷油氣充注期次。從熒光強度上來看，對應氣層或附近的薄片呈現(xiàn)較強-中等熒光，而非氣層、致密層熒光強度極弱。這說明熒光是烴類在儲層中儲集和運聚所留下的蹤跡。在儲層薄片中還可見到分布于孔隙不同部位或裂縫中的熒光類型，并且強度也存在差異。這種差異反映了烴類充注的期次先后和時期的早晚，甚至充注烴類的相態(tài)差別或保存情況等。因此，熒光顯微特征可以定性判斷與分析儲層烴類運聚或成藏期次，以及烴類保存和油氣藏破壞的歷史[2～3]。
    研究區(qū)儲層普遍存在2類熒光：①孔縫中，特別是泥質部位多為淺黃色熒光；②破裂縫呈現(xiàn)淺或淡藍色熒光。
    以上表明研究區(qū)須家河組儲層至少存在2期充注，其中呈現(xiàn)暗黃色或者褐、黃色的熒光強度較弱，多分布于原生孔縫或為泥質所吸附，表現(xiàn)為重烴含量較高的天然氣或存在液態(tài)烴的伴生。判斷為須家河組早期生烴，即煤系低熟系列烴類(液態(tài)烴或濕氣為主)。而熒光強度中等或比較強，以淡黃色、淺白色等色調為主的熒光多分布于自由孔隙空間及微裂縫、節(jié)理縫中，顯然充注時期要晚一步，且烴類以氣態(tài)烴或較干的氣態(tài)烴為主。據(jù)烴源研究結果，可能為須家河組生烴高峰(天然氣大量生成期)或深層來源干氣充注所致。
2.2 流體包裹體特征
    儲層中的流體包裹體是儲層成巖過程被自生礦物晶格所捕獲而形成的油氣水包裹體，它們記錄了油氣水充注儲層時的組成、性質以及物理化學條件。不同自生礦物或不同期次的膠結礦物捕獲的包裹體，其組成和物理化學性質不同，這些特征是油氣藏形成演化歷史的直接標志[4～8]。筆者主要通過觀察包裹體成分類型及其分布，統(tǒng)計包裹體均一溫度，判斷和對比油氣在研究區(qū)儲層中的充注和捕獲歷史。同時結合烴源的熱演化史、地溫史，以油氣生成、運移、聚集的階段性理論，按照“分段捕獲”原理綜合分析[9]，進而確定瀘州西部地區(qū)須家河組油氣的成藏期次。
2.2.1包裹體薄片觀察
    鏡下觀察，在石英晶體、石英次生邊或微裂隙(或愈合微裂隙)中見有較多烴質包裹體和水質包裹體，在熒光顯微鏡藍光和紫外光激發(fā)下，見有黃色、黃色帶黃綠色、藍色及藍白色的熒光，說明該片有較多的烴類包裹體發(fā)育。
2.2.2包裹體鹽度值與均一溫度
    包裹體鹽度值的變化與包裹體均一溫度的相關性是受盆地的構造運動與熱液活動決定的，鹽度變化反映了地層流體礦化度的變化。由于在烴源巖進入大量生烴階段有大量的有機酸形成，導致伴隨的流體鹽度較高；而在烴源演化后期階段，流體鹽度相應變低。
    井25井須家河組儲層兩種鹽度值反映存在2種烴源產(chǎn)物，其中第一種較低鹽度(NaCl質量分數(shù)為6.6%～8.0%)對應較高的均一溫度范圍(115～150℃)，應為演化程度較高的油氣所伴生；第二種較高的撲度(NaCl質量分數(shù)為21.8%～22.1%)和較低均一溫度范圍(82～102℃)，是剛進入大量生烴階段的產(chǎn)物(表1)。統(tǒng)計井25井須家河組儲層與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度，繪制包裹體均一溫度柱狀圖(圖2)，可見均一溫度存在3個主要峰溫，對應3個溫度范圍：90～105℃、115～125℃以及130～155℃。
 
    與筆者所恢復的井25井古地溫梯度和埋藏史及生烴史對照，可得到井25井成藏期次分析圖(圖3)。由圖2可知，在古地溫為90℃左右時，須家河組處于白堊系地層沉積初期，此階段須家河組烴源巖成熟度Ro為0.5%～0.7%，為生烴早期階段，煤系烴源巖以生成部分液態(tài)烴和濕氣為主，屬于低演化系列烴類，絕對數(shù)量有限，但可優(yōu)先占據(jù)儲層原生孔隙，且因儲層巖石沒有完全壓實而物性較好，利于烴類高效運聚，為初次成藏期。第二階段均一溫度為115～125℃，對應白堊系地層沉積后期，烴源巖成熟度(Ro)為0.9%～1.0%以上，進入須家河組生烴高峰期。由于樣品包裹體分布不均等因素，使得在分析的樣品中所測得的該期包裹體均一溫度數(shù)量不多，但這是須家河組烴源巖大量生烴階段，以生成煤成氣為主，氣體干濕度適中并含少量凝析油。因此應屬于須家河組烴源的主要成藏期。
   從古地溫梯度圖可以看出，井25井須家河組地層在演化過程中最高溫度為135℃，而包裹體均一溫度存在的第三個范圍，即130～155℃部分超出了須家河組的古地溫范圍。此現(xiàn)象應是由于外來深層高溫流體侵入造成的。這與前述的根據(jù)包裹體鹽度較低所推測的存在高演化油氣充注的結果一致。由此可見須家河組儲層接受了深層流體及烴源的貢獻，推測可能發(fā)生在喜山運動期，也即四川盆地普遍存在的天然氣重新分配與調整期。因此高溫流體對應這一成藏期。
2.3 深層來源氣運聚時期分析
2.3.1 H2S氣體
    H2S氣體生成常見的有2種方式。第一種是生源成因，即細菌硫酸鹽還原作用，該過程所需的環(huán)境條件是低溫，目前大多數(shù)學者都認為該反應過程對烴類的降解主要發(fā)生在埋藏溫度低于60～80℃的淺埋藏環(huán)境中，此時油氣處于未成熟階段。第二種是熱化學硫酸鹽還原作用，在100～200℃之間，Ro相當于1%～4%的深埋高溫環(huán)境中，在硫酸鹽的參與下烴類常發(fā)生這樣的次生變化[10～11]。
    在高溫條件下，一般屬于熱化學硫酸鹽還原作用，并形成含硫氣藏，顯然須家河組地層內不能形成H2S氣體。瀘州地區(qū)只有嘉陵江組及其以下地層才具有硫酸鹽巖的物質條件和130℃以上的古地溫條件。因此，在研究工區(qū)相鄰的董10井、合8井、工22井的油氣內含有H2S，是深層來源氣注入須家河組的證據(jù)。由于在白堊紀末期之前，嘉陵江組地層的古地溫未能達到130℃[12]。因此該階段的深層氣不會早于白堊系沉積之前注入須家河組，所注入的時期只能在喜山期內。
2.3.2儲層熒光
    須家河組本身的生烴時期應在晚侏羅世以后，晚于志留系烴源的大量生烴期。如果志留系高峰期產(chǎn)物在侏羅紀內注入須家河組，那么在須家河組的顯微薄片上應該能夠觀察到高演化階段的烴類充注原生孔隙。而實際觀察到原生孔隙內部吸附低演化的煤成液態(tài)烴，并發(fā)出暗黃色、淺黃色的熒光。這說明原生孔隙內充填的不是志留系形成的高熟烴類，應為須家河組自生自儲的油氣。
    深層來源烴類在研究區(qū)內須四段和須六段均有發(fā)現(xiàn)。在早中侏羅統(tǒng)沉積期須家河組地層演化程度較低，埋深不超過500m，須家河組蓋層未完全壓實，不具備作為氣藏蓋層的條件。故該期即使有深層來源天然氣注入須家河組地層，也是難以保存的。
    根據(jù)以上兩點可以說明，在燕山期階段須家河組地層未捕獲到深層來源氣。另外，筆者在氣層的儲層中發(fā)現(xiàn)很多微觀的構造裂縫，裂縫內呈現(xiàn)淺綠色和白色的、中等-較高強度的熒光。這是后期深層來源天然氣運移的證據(jù)。因此，現(xiàn)今的混源氣應在喜山運動期內成藏，該時期構造運動導致儲層中大量微裂縫形成，為儲層中富集油氣、短距離橫向運移提供條件，同時深層斷裂活動為深層烴源向上運聚提供了通道和途徑。并且喜山期也是四川盆地氣藏普遍的調整期。成藏時期上看，深層來源氣具有晚期成藏的特點，所形成的須家河組深層來源氣藏屬于次生氣藏范疇，是深層已形成氣藏的天然氣在喜山期的調整和轉移。
3 結論
   通過對儲層顯微熒光薄片觀察和流體包裹體特征與均一溫度分析，同時結合地溫史和生烴史，綜合分析后認為瀘州西部地區(qū)須家河組氣藏共分為3個成藏期次：①第一階段為初次成藏期，在中晚侏羅世，主要形成低演化的煤系氣；②第二階段為須家河組來源的主要成藏期，發(fā)生在燕山運動晚幕的白堊紀晚期和末期，主要由須家河組煤系烴源大量生烴，也是最高演化程度的時期；③第三階段為深層來源氣的主要成藏期和各類天然氣調整期，主要在喜山運動階段。
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(本文作者：楊玉祥1 李延鈞2 張文濟2 李其榮3 隆輝3 1.中國石油大學(北京)；2.西南石油大學；3.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦)