楊克明

(中國石化 西南油氣分公司，成都　610016)

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四川盆地西部中三疊統(tǒng)雷口坡組烴源巖生烴潛力分析

楊克明

(中國石化 西南油氣分公司，成都610016)

摘要：中三疊統(tǒng)雷口坡組是近年來四川盆地海相天然氣勘探的重要層系之一。通過對川西地區(qū)雷口坡組鉆井樣品的有機地球化學分析，結合地震解釋資料及沉積相資料，推測雷口坡組烴源巖主要分布在大邑—溫江—彭州—廣漢及孝泉地區(qū)，烴源巖厚度達250～350 m，有機碳含量為0.4%～0.6%。川西雷口坡組烴源巖形成于生物生產(chǎn)力較高、水動力較弱、海水循環(huán)受限、鹽度較高、沉積物—水界面附近缺氧和沉積速率較低的沉積環(huán)境，有利于烴源巖有機質(zhì)的保存。川西地區(qū)雷口坡組烴源巖有機、無機地球化學和有機巖石學綜合分析表明，該烴源巖雖然有機質(zhì)豐度較低，但類型較好；烴源巖有機質(zhì)顯微組分中常見固體瀝青和超微組分，有機質(zhì)類型指數(shù)TI為12.5%～98.03%，主要為Ⅱ1-Ⅱ2型烴源巖，有機質(zhì)主要來源于水生浮游生物，具有較好的生烴潛力。

關鍵詞：生烴潛力；烴源巖；雷口坡組；中三疊統(tǒng)；四川盆地西部

近年來，川西地區(qū)多口鉆井在中三疊統(tǒng)雷口坡組獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，實現(xiàn)了川西海相天然氣勘探的重大突破，雷口坡組也成為川西天然氣勘探的熱點層系之一。前人對雷口坡組巖相古地理[1-3]、儲層特征[4-6]及成藏主控因素[7-8]進行了卓有成效的工作，取得了一系列成果。天然氣地球化學特征和氣源對比分析表明，雷口坡組天然氣既有來源于下伏海相層系的烴源巖，也有來源于雷口坡組自身的烴源巖[9-10]。雷口坡組下伏海相烴源巖一般被認為具有較好的生烴潛力[11]，而雷口坡組烴源巖的生烴潛力究竟如何有待進一步分析。

1地質(zhì)背景和沉積特征

中三疊世雷口坡組沉積期，上揚子區(qū)為一地形有所起伏的受限制的陸表海，江南古陸升起和擴大成為其主要物源區(qū)，加之康滇和漢中、龍門山和貴陽等地的水下隆起及砂、礫屑灘壩的阻隔，使上揚子海域成為閉塞、半閉塞沉積環(huán)境[1]。川西地區(qū)主要為臺地邊緣—局限臺地—蒸發(fā)臺地沉積，橫向上不僅在江油中壩—綿竹漢旺—大邑霧中山一線發(fā)育多個呈串珠狀分布的臺緣淺灘，向東還發(fā)育多個臺內(nèi)淺灘；縱向上雷口坡組主要由潟湖、間歇性干化潟湖、膏湖、淺灘等亞相組成多個沉積旋回。雷口坡組巖性在川西地區(qū)中、北段主要為粉晶白云巖、泥微晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、藻白云巖、灰?guī)r、膏鹽巖、泥巖不等厚互層，南段巖性以泥微晶灰?guī)r為主夾云巖、膏巖，厚度約為468～1 268 m。總體上，南段最厚，北段次之，中段較薄，按巖性特征一般分為4段(圖1)。

雷一段沉積時，川西地區(qū)發(fā)生海侵，由東至西相帶展布分別為蒸發(fā)臺地、局限臺地、開闊臺地、臺緣淺灘、斜坡—半深海盆地。其中，在綿竹—江油—川參1井一線，為臺緣灘及灘間相，發(fā)育亮晶砂屑白云巖、砂屑灰質(zhì)白云巖、藻屑白云巖、鮞粒白云巖；向東主要屬開闊臺地—局限臺地—蒸發(fā)臺地相沉積，大部分地區(qū)巖性組合表現(xiàn)以灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾微晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為主，屬半封閉潟湖—潟湖相沉積。

雷二段沉積時，沉積相平面展布與雷一段沉積時大致相當，但臺緣高能灘相沉積比雷一段沉積時發(fā)育。

雷三段沉積時，迎來了雷口坡期又一海侵期，海水分別由南、北進入上揚子臺地。龍門山—九頂山臺地邊緣相帶水體能量高，發(fā)育砂屑白云巖(灰?guī)r)、粉晶白云巖夾含泥質(zhì)白云巖；向東總體上水體淺、能量低、環(huán)境封閉，屬半封閉潟湖—潟湖—蒸發(fā)潮坪相，發(fā)育灰色微晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r(白云巖)、深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、灰色泥微晶白云巖，夾膏質(zhì)白云巖及灰白色硬石膏巖等。

雷四段沉積時，為一次比較廣泛的海退期，該期水體較前三期有所變淺，沉積環(huán)境進一步咸化，川西地區(qū)主要為局限—蒸發(fā)臺地相沉積，雷四段下部發(fā)育大套膏巖，向西過渡為臺緣淺灘相沉積。

2烴源巖有機地球化學特征

2.1有機質(zhì)豐度

川西中段雷口坡組(T2l)烴源巖均處于過成熟演化階段(Ro>2.0%)。一般認為，高成熟—過成熟碳酸鹽巖烴源巖殘余有機碳含量下限值為0.2%[12]。9口深鉆井的500余件樣品分析表明，川西雷口坡組烴源巖由于演化程度過高[7-9]，其有機碳含量整體較低(表1)。

圖1　川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組層序與生儲蓋組合

井號層位鉆揭厚度/m巖性有機碳(TOC)/%非烴源巖比例/%w(TOC)<0.2%烴源巖w(TOC)/%比例/%厚度/m樣品數(shù)/件川科1井T2l1245(已鉆穿) 泥晶白云巖、泥晶灰?guī)r、藻白云巖、灰?guī)r0.06～0.5592.190.20～0.55/0.257.8141192回龍1井T2l3-T2l4520(未鉆穿) 灰黑色泥晶白云巖、含膏云巖、藻云巖0.05～1.0845.000.20～1.08/0.4655.0018851新深1井T2l3-T2l4623(已鉆穿) 深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、含膏白云巖0.02～0.5190.570.20～0.51/0.279.433253孝深1井T2l3-T2l4583(未鉆穿) 深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、藻云巖0.04～0.9330.000.20～0.93/0.5070.0017846潼深1井T2l4322(未鉆穿) 灰色、深灰色白云巖、灰質(zhì)云巖、含膏云巖0.03～0.2791.670.21～0.27/0.248.331536都深1井T2l4131(未鉆穿) 灰色、深灰色白云巖、灰質(zhì)云巖、藻云巖0.04～0.8186.700.29～0.81/0.5513.30415彭州1井T2l4200(未鉆穿) 灰色、深灰色藻云巖、灰質(zhì)云巖0.04～0.6050.000.20～0.60/0.4850.00121.528羊深1井T2l4203(未鉆穿) 灰色、深灰色藻云巖、灰質(zhì)云巖0.02～0.7693.880.20～0.76/0.536.124349鴨深1井T2l4200(未鉆穿) 灰色、深灰色藻云巖、灰質(zhì)云巖0.02～0.9585.200.20～0.95/0.4114.80761

注：表中式子意義為最小值～最大值/平均值。

表2　川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組有機酸鹽測試與常規(guī)有機碳含量測試結果對照

根據(jù)鉆井樣品的有機地球化學分析結果，結合地震解釋資料及沉積相資料，推測雷口坡組烴源巖主要分布在大邑—溫江—彭州—廣漢及孝泉地區(qū)，烴源巖厚度達250～350 m，有機碳含量為0.4%～0.6%。

目前，常規(guī)的殘余有機碳含量的測定方法在消除碳酸鹽的同時也消除了有機酸鹽，造成總有機酸鹽碳的丟失，因此所獲得的烴源巖TOC值也會偏低。事實上，有機酸鹽中的乙酸鈣、草酸鈣和硬脂酸鈣等成分，具有相對較高的產(chǎn)烴率[13]，比如硬脂酸鈣的總產(chǎn)烴率可達495 kg/t，成烴轉(zhuǎn)化率高達33%。

5口鉆井17件樣品測試結果表明，有機酸鹽測試方法與常規(guī)方法測試結果相比，TOC值有明顯增大，增幅在1.86%～193.28%之間(表2)。通過有機酸鹽分析更能夠反映烴源巖真實的有機碳含量。

2.2可溶有機質(zhì)地球化學特征

飽和烴色譜分析(圖2)表明，T2l3烴源巖有機質(zhì)飽和烴色譜為前單峰型，主峰碳數(shù)為nC18，Pr/Ph為0.2～0.82，顯示其沉積環(huán)境為強還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)的保存；飽和烴色譜Ph/C18- Pr/C17關系圖(圖3)顯示，烴源巖有機質(zhì)類型為Ⅰ-Ⅱ1型。

甾烷是生物體中的甾醇在沉積圈中經(jīng)歷了一系列成巖改造最終轉(zhuǎn)化而成的。目前國內(nèi)外學者普遍認為，C27、C28、C29規(guī)則甾烷的相對含量可以較好地反映不同生物貢獻的比例，從而確定烴源巖中有機質(zhì)的類型。一般認為，C29規(guī)則甾烷來自陸源高等植物，C27甾烷來自于水生浮游生物。

圖2　川西地區(qū)孝深1井雷口坡組三段烴源巖飽和烴色譜

圖3　川西地區(qū)雷口坡組烴源巖Pr/n-C17和Ph/n-C18相關圖

從m/z217質(zhì)量色譜圖(圖4a)上可以看出，水生浮游生物貢獻較大；在m/z191質(zhì)量色譜圖(圖4b)上，伽馬蠟烷有較好的顯示，反映烴源巖形成時處于高含鹽度和強還原環(huán)境。αααC27-C29規(guī)則甾烷分布三角圖(圖5)顯示，雷口坡組烴源巖有機質(zhì)主要為Ⅱ型。

3有機巖石學特征

3.1有機顯微組分

雷口坡組烴源巖有機質(zhì)顯微組分中常見固體瀝青和超微組分(圖6)，有機質(zhì)類型指數(shù)TI為12.5%～98.03%，主要為Ⅱ1-Ⅱ2型烴源巖(表3)。

3.2有機質(zhì)形貌特征

掃描電鏡能夠?qū)悠返男螒B(tài)分布進行微觀分析，能譜分析能對樣品中不同組成成分進行定性和定量分析。掃描電鏡顯示，雷口坡組烴源巖中常見具生物體結構的薄膜狀、片狀或塊狀炭化生屑、藻屑體以及碳瀝青(圖7)；能譜分析炭化生屑、藻屑體的含碳量為31.11%～55.89% 。

圖4　川西地區(qū)雷口坡組烴源巖飽和烴質(zhì)譜圖

圖5　川西地區(qū)雷口坡組四段烴源巖

有機地球化學、有機巖石學分析表明，烴源巖有機質(zhì)主要來源于水生浮游生物，烴源巖類型指數(shù)TI為12.5～98.03，有機質(zhì)類型屬于Ⅱ1-Ⅱ2型，類型好、生烴潛力高。

4無機地球化學特征

沉積環(huán)境是烴源巖發(fā)育的主要控制因素之一。烴源巖中微量元素和穩(wěn)定同位素等無機地球化學參數(shù)在反映古環(huán)境方面比有機質(zhì)更穩(wěn)定，利用微量元素和穩(wěn)定同位素特征來反演高成熟烴源巖的發(fā)育環(huán)境可信度較高[14-15]。

川西地區(qū)雷口坡組烴源巖發(fā)育，下面以孝深1井雷三段為例，根據(jù)微量元素、稀土元素和碳氧穩(wěn)定同位素等古環(huán)境指標，從生物生產(chǎn)力、水動力條件、氧化還原條件、沉積速率等方面，分析探討烴源巖的發(fā)育環(huán)境(表4)。

4.1生物生產(chǎn)力

高生物生產(chǎn)力是有機質(zhì)富集的物質(zhì)基礎，更是有效烴源巖發(fā)育的重要條件。海洋學研究認為，海水中的Ba屬于營養(yǎng)元素之一，水體中的生物生產(chǎn)力常常與Ba富集有密切的關系。地中海底部淤泥中大量的重晶石就是生物生產(chǎn)力較高的一個顯著證據(jù)[16-17]。利用 Ba 豐度對古生物生產(chǎn)力的反映，可進一步研究烴源巖的發(fā)育程度。

孝深1井雷三段非膏質(zhì)烴源巖Ba含量為449.21～1 042.96 μg/g，平均為641.22 μg/g(表4)，Ba含量比鄂爾多斯盆地桌子山剖面克里摩里組和烏拉力克組烴源巖[18](Ba含量平均為95.5 μg/g)大得多，反映雷三段古生產(chǎn)力較高。

圖6　川西地區(qū)雷口坡組烴源巖有機顯微組分

樣品位置腐泥組/%殼質(zhì)組/%鏡質(zhì)組/%惰性組/%次生組分/%類型指數(shù)TI/%樣品數(shù)/件有機質(zhì)類型川科1井00000～1005019Ⅱ1新深1井85.7107.147.14073.211Ⅱ1孝深1井0～5000～50.0000～10012.5～508Ⅱ2-Ⅱ1回龍1井75.00～88.240～2.948.82～2500～10049.5～83.098Ⅱ1-Ⅰ潼深1井40.0040.0020.0000452Ⅱ1黃蓮橋84.62～98.880～7.691.12～7.6900～10084.62～98.032Ⅰ什邡金河0～200～40.000～20.0000～10035～505Ⅱ2-Ⅱ1大飛水92.863.573.570091.961Ⅰ

圖7　川西地區(qū)孝深1井雷口坡組三段深灰色硅質(zhì)白云巖掃描電鏡和能譜分析

此外，碳酸鹽巖碳同位素組成在研究烴源巖古生產(chǎn)力方面也得到了很好的應用[19-21]。在還原條件下，富12C的有機質(zhì)沉積埋藏量增大，導致碳酸鹽巖的碳同位素正偏移，偏移程度受生物聚集量和有機碳含量變化控制，因此，碳同位素指標可以用于烴源巖生物生產(chǎn)力的研究[22-23]。

孝深1井雷三段碳酸鹽巖烴源巖δ13CVPDB值為1.6‰～2.0‰，平均為1.76‰(表4)，云質(zhì)石膏巖的δ13CVPDB值為-0.4‰，烴源巖δ13CVPDB值呈正偏移，反映雷三段烴源巖沉積環(huán)境中存在較高的生物生產(chǎn)力。

4.2水動力條件

水動力條件影響有機質(zhì)的富集。有機質(zhì)聚集量和保存量一般由高能的沉積物向低能的沉積物增加[18, 24]。鋯(Zr)元素常在砂質(zhì)沉積物中富集，而泥質(zhì)沉積物中Zr含量較低， Zr元素的富集是高能環(huán)境的反映。在海相沉積巖中，銣(Rb)元素主要是以硅酸鹽態(tài)賦存在黏土、云母等細?；蜉p礦物中， Rb元素的富集是低能環(huán)境的反映。因此，Zr/Rb值可用來表征水動力條件。高Zr/Rb值，反映相對動蕩的高能環(huán)境，低Zr/Rb值，反映相對安靜的低能環(huán)境[18]。

4　川西地區(qū)孝深1井雷口坡組烴源巖微量元素豐度和碳氧同位素組成

注：Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O +50)。

孝深1井雷三段烴源巖Zr/Rb值為0.93～1.49，平均為1.23(表4)，與鄂爾多斯盆地桌子山剖面克里摩里組和烏拉力克組烴源巖(Zr/Rb值小于2)較為一致[18]，均屬于水動力較弱的沉積環(huán)境。

4.3氧化還原條件

4.3.1元素分析

氧化還原條件決定烴源巖有機質(zhì)的保存。過渡元素如V、Zn、Mo、U等對氧化還原條件的變化比較敏感，是研究海洋環(huán)境及其演化的重要指標。V、Mo、U等變價元素，在還原條件下呈低價沉淀；Cu、Zn等常呈二價沉淀于含H2S的還原環(huán)境中。這些元素作為海洋生物所需的微量營養(yǎng)素被有機質(zhì)吸附、絡合，在還原條件下，隨有機質(zhì)一起沉積富集[18]。

一般認為， V/(V+Ni)≥0．46，指示缺氧環(huán)境，并不受巖性限制[25]。騰格爾等[18]認為，碳酸鹽巖的Th/U、Ce/La可記錄原始海洋環(huán)境信息，在缺氧環(huán)境下， Th/U>0.8，Ce/La>1.50。

孝深1井雷三段烴源巖V/(V+Ni)值為0.64～0.77，平均為0.73；Th/U值為0.35～3.75，平均為2.27；Ce/La值為1.94～2.18，平均為2.11(表4)，3種指標均表現(xiàn)為缺氧環(huán)境。

4.3.2同位素分析

巖石或油氣的穩(wěn)定同位素分析在沉積環(huán)境和油氣來源研究方面得到了廣泛應用。孝深1井雷三段共采集11件樣品開展了同位素地球化學分析(表4)，目的是探討烴源巖沉積環(huán)境。

鹽度是烴源巖發(fā)育環(huán)境中的一個重要因素，高鹽環(huán)境有利于有機質(zhì)保存[26]。鹽度的增高可以使海水層化，形成鹽躍層，鹽躍層使底部水體缺氧，富12C的有機質(zhì)沉積埋藏量增加，引起碳酸鹽巖的δ13C值正偏移。Weber等提出了δ18O、δ13C與古鹽度(Z)的關系式：

Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O +50)

在鹽度較大的海水—咸化海水中，Z>122，Z值作為古鹽度的定量化指標被廣泛引用[27-28]。

孝深1井雷三段古鹽度Z=124.09～130.79，平均為129.5(表4)，表明雷三段沉積時，海水循環(huán)受限，鹽度較高、水體層化形成鹽躍層，導致沉積物—水界面附近缺氧，有利于有機質(zhì)保存。

4.4沉積速率

稀土元素(REE)一般被結合于碎屑礦物或以懸浮物形式入海，由于稀土元素中各元素的電價和被吸附能力不同，它們隨著環(huán)境的改變會發(fā)生分異[29]，分異程度與碎屑礦物或懸浮顆粒在海水中停留的時間密切相關。當沉積速率較大的時候，稀土元素隨碎屑礦物或懸浮顆粒快速沉積下來，與海水發(fā)生交換的時間較短，分異較弱；當沉積速率較小的時候，稀土元素有足夠的時間與海水發(fā)生充分的交換，導致強烈分異。因此，稀土元素的分異程度能夠反映沉積顆粒的沉積速率[29]。一般認為，低的沉積速率更有利于有機質(zhì)聚集和保存。

圖8　川西地區(qū)孝深1井雷口坡組三段

以球粒隕石標準值對孝深1井雷三段樣品的稀土元素含量進行標準化，并繪制成稀土元素配分模式圖(圖8)，可以看出，雷三段樣品在輕稀土(LREE)處具有較大的斜率, 而在重稀土(HREE)處較為平坦，顯示其沉積速率較低，稀土元素在海水中有充分的時間被黏土吸附或與有機質(zhì)絡合以及進行相關的化學反應，導致稀土元素發(fā)生強烈分異。表明雷口坡組烴源巖沉積速率較低，有機質(zhì)保存條件優(yōu)越。

5結論

(1)川西地區(qū)雷口坡組烴源巖形成于生物生產(chǎn)力較高、水動力較弱、海水循環(huán)受限、鹽度較高、沉積物—水界面附近缺氧和沉積速率相對較低的沉積環(huán)境中，這樣的環(huán)境促進了烴源巖有機質(zhì)的富集和保存。

(2)雷口坡組烴源巖有機質(zhì)主要來源于水生浮游生物，烴源巖有機質(zhì)類型指數(shù)TI為12.5～98.03，有機質(zhì)屬于Ⅱ1-Ⅱ2型，品質(zhì)好，轉(zhuǎn)化率高。烴源巖有機碳含量整體較低，與烴源巖類型好、演化程度高(Ro普遍大于2.0%)有關。有機質(zhì)類型越好，生烴能力就越強，烴轉(zhuǎn)化率也就越高。而演化程度越高，排烴效率就越高，滯留烴也就越少，導致烴源巖現(xiàn)今有機碳含量較低。顯然，如果根據(jù)烴源巖有機質(zhì)類型和成熟度對有機碳進行熱演化恢復，將會有更多的樣品達到烴源巖豐度標準。

(3)分析結果證明，川西地區(qū)雷口坡組烴源巖具有較好的生烴潛力。

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(編輯徐文明)

Hydrocarbon potential of source rocks in the Middle Triassic Leikoupo Formation in the Western Sichuan Depression

Yang Keming

(SINOPECSouthwestBranchCompany,Chengdu,Sichuan610016,China)

Abstract:The Middle Triassic Leikoupo Formation in the Western Sichuan Depression is an important marine target for natural gas exploration in the Sichuan Basin in recent years. Geochemical analyses were made with rock samples from the Leikoupo Formation. Seismic interpretation and sedimentary data were studied. Source rocks in the Leikoupo Formation mainly distribute in Dayi, Wenjiang, Pengzhou, Guanghan and Xiaoquan. They are about 250-350 m thick, and have a TOC content of 0.4%-0.6%. The source rocks were deposited in a sedimentary environment with high biological productivity, quiescent depositional setting, restricted seawater circulation, high salinity, anoxic bottom water and low deposition rate, all favorable for the preservation of organic matter. The comprehensive analyses of organic geochemistry, inorganic geochemistry and organic petrology indicated that, the source rocks in the Leikoupo Formation displayed a low abundance of organic matter with good organic type. Solid bitumen and ultramicro macerals were observed on photomicrographs. Organic type index (TI) ranges from 12.5%-98.03%, indicating Type Ⅱ1-Ⅱ2 source rocks. Organic matter was mainly derived from hydroplankton, showing a good hydrocarbon potential.

Keywords:hydrocarbon potential; source rock; Leikoupo Formation; Middle Triassic; Western Sichuan Depression

文章編號：1001-6112(2016)03-0366-09

doi：10.11781/sysydz201603366

收稿日期：2016-01-26；

修訂日期：2016-04-15。

作者簡介：楊克明(1955—)，男，教授級高級工程師，從事油氣地質(zhì)勘探研究。E-mail: Yangkeming.xnyq@sinopec.com。

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局項目“四川盆地及周緣碳酸鹽巖油氣地質(zhì)調(diào)查及戰(zhàn)略選區(qū)(帶)評價”(1212011220758)資助。

中圖分類號：TE122.115

文獻標識碼：A