王彥青，陳迎賓，胡燁，曾華盛，吳小奇

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126）

0 引言

近年來，雷口坡組成為川西坳陷重要的勘探目的層，以川科1井、彭州1井等為代表的多口鉆井相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流［1-2］。除了下伏二疊系烴源巖外，雷口坡組自身烴源巖也對雷口坡組天然氣藏有較大貢獻(xiàn)。雷口坡組烴源巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體偏低［1］，考慮到沉積環(huán)境往往控制著烴源巖的分布，而雷口坡組沉積環(huán)境及與烴源巖發(fā)育分布之間的關(guān)系仍然存在爭議，這極大地制約了川西雷口坡組勘探領(lǐng)域的拓展和深入。因此，本文擬通過探討蒸發(fā)環(huán)境與烴源巖發(fā)育的關(guān)系，明確沉積環(huán)境對有機(jī)質(zhì)豐度的控制作用，為雷口坡組烴源巖生烴潛力研究和資源評價(jià)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地在三疊紀(jì)雷口坡期，主要為陸表海斷續(xù)淹沒的蒸發(fā)臺地，受周邊造山帶構(gòu)造隆升、擠壓影響，臺地內(nèi)形成次一級的隆凹，這些隆凹形成澙湖、咸化鹽湖發(fā)育的基底［3］。川西地區(qū)主要為臺地邊緣-局限臺地-蒸發(fā)臺地沉積，雷口坡組主要發(fā)育潟湖、間歇性干化潟湖、膏湖、淺灘等亞相，發(fā)育多套碳酸鹽巖、膏巖及鹽巖的旋回沉積（見圖1）。

圖1 川西雷口坡組沉積相

2 雷口坡組沉積古環(huán)境

鹽度是烴源巖發(fā)育環(huán)境中的一個(gè)重要影響因素，高鹽度環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存［4］。

高鹽度水體具有分層特征，由于鹽度的增高，底部水體缺氧，富δ12C的有機(jī)質(zhì)沉積埋藏量增加，引起碳酸鹽巖的δ13C值正偏移。Keith和Weber把δ18O，δ13C結(jié)合起來用以指示古鹽度（Z），其計(jì)算式為［5］

Z值作為古鹽度的定量化指標(biāo)被廣泛引用［6-7］，鹽度較大的海水-咸化海水中，Z＞122。川西坳陷PZ1等井雷口坡組烴源巖Z值為128.78～132.27，平均為130.38，表明雷口坡組沉積時(shí)為高鹽度環(huán)境（見表1）。

伽馬蠟烷和高鹽環(huán)境伴生，是咸化水體分層的標(biāo)志［8］。鉆井烴源巖樣品飽和烴色質(zhì)具有明顯的高伽馬蠟烷的特征（見圖2），很好地佐證了川西地區(qū)雷口坡組沉積期發(fā)育鹽度高、水體分層的咸化蒸發(fā)環(huán)境。

表1 雷口坡組烴源巖碳氧同位素分析數(shù)據(jù)表

圖2 川西地區(qū)鉆井雷口坡組烴源巖飽和烴色質(zhì)圖

3 蒸發(fā)環(huán)境發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖

眾多含油氣盆地的勘探開發(fā)實(shí)例表明，蒸發(fā)環(huán)境可以發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。柴達(dá)木盆地古近系為極度咸化環(huán)境，烴源巖具備有機(jī)質(zhì)豐度低、轉(zhuǎn)化率高的特點(diǎn)［9］；鄂爾多斯盆地蒸發(fā)潮坪-潟湖環(huán)境發(fā)育有效烴源巖［10］；塔里木盆地寒武系膏鹽-碳酸鹽巖組合，發(fā)育下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖［11］。川西雷口坡組發(fā)育相似的咸化蒸發(fā)環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)保存和轉(zhuǎn)化。

3.1生物生產(chǎn)力——有機(jī)質(zhì)供給

高生物生產(chǎn)力是富有機(jī)質(zhì)沉積的物質(zhì)基礎(chǔ)。海洋學(xué)研究中常用鋇（Ba）的豐度來表示生產(chǎn)力變化。Ba富集反映上層水體的高生產(chǎn)力。地中海底部淤泥中富集大量的重晶石，是高生產(chǎn)力的顯著證據(jù)［12-13］。雷口坡組烴源巖中 Ba 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w（Ba）為 24.02～1 151.91 μg/g，平均為226.88 μg/g，反映川西地區(qū)雷口坡組沉積環(huán)境具備高生物生產(chǎn)力（見表1）［4］。另外，碳酸鹽巖碳同位素組成（δ13CVPDB）已被廣泛采用作為恢復(fù)古生產(chǎn)力的指標(biāo)。δ13CVPDB正偏移可作為生產(chǎn)力增高的標(biāo)志［14-15］。雷口坡組烴源巖樣品δ13CVPDB為1.40‰～2.60‰，平均為2.02‰，呈正偏移（見表2），反映了雷口坡組烴源巖沉積環(huán)境中存在較高的生物生產(chǎn)力。

對川西雷口坡組巖石薄片進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)烴源巖樣品中生物非常發(fā)育，藻類最常見，多以殘?bào)w如藻斑塊、藻紋層的形態(tài)賦存，還有如介殼、腕足、有孔蟲，多為骨架、碎屑。這些生物構(gòu)成了烴源巖有機(jī)質(zhì)的來源（見圖3）。

表2 雷口坡組烴源巖微量元素特征

3.2 有機(jī)質(zhì)保存與轉(zhuǎn)化

Warren［16］研究認(rèn)為，蒸發(fā)環(huán)境能有效保存有機(jī)質(zhì)。在蒸發(fā)巖形成期，由于水體鹽度增加或不同鹽度水體的混合，底部高鹽度水體近于停滯，生物體死后沉入水底，氧濃度的降低制約了絕大部分種類的生物生長，藍(lán)綠藻和厭氧微生物細(xì)菌卻可繼續(xù)生存且繁盛。該環(huán)境下，沉積物免受生物的攪動，從而生產(chǎn)更多的有機(jī)質(zhì)。

圖3 雷口坡組巖石薄片

雷口坡組烴源巖中常見一種莓狀黃鐵礦，它在很大程度上與硫酸鹽還原菌和極端嗜熱硫菌的硫代謝有關(guān)，這不僅印證了Warren［16］提出的鹽躍層以下的厭氧還原環(huán)境，而且間接反映了厭氧生物的存在。掃描電鏡還發(fā)現(xiàn)生物體結(jié)構(gòu)的炭化生屑（有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過90%），充分證實(shí)了有機(jī)質(zhì)得到了良好地保存（見圖4）。

蒸發(fā)巖盆地生烴機(jī)理研究表明，蒸發(fā)巖分布區(qū)大地?zé)崃髦迪鄬^高，可以使烴源巖得到較大的熱力作用，在較低鏡質(zhì)體反射率（Ro）的情況下，就可達(dá)到與其他烴類相同的成熟度，使有機(jī)質(zhì)較早、較快地生成油氣，因此，蒸發(fā)環(huán)境有利于有機(jī)物質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化［3，17］。Q.Jin等［18］認(rèn)為鹽類物質(zhì)對烴源巖有機(jī)質(zhì)生烴有催化作用，蒸發(fā)巖熱導(dǎo)率高、熱壓作用導(dǎo)致了高排烴率。通過熱模擬實(shí)驗(yàn)，Q.Jin等［18］人研究認(rèn)為，蒸發(fā)巖的加入可以提高烴源巖生烴量，而且在各類蒸發(fā)巖中硫酸鹽的效果最好。

圖4 烴源巖樣品掃描電鏡和能譜分析

川西地區(qū)雷口坡組烴源巖有機(jī)質(zhì)具備高轉(zhuǎn)化率特征，TOC 平均為 24.7%［3］。

4 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度與沉積環(huán)境

川西雷口坡組烴源巖演化程度高（Ro＞2.0%）［1］。一般認(rèn)為，高—過成熟碳酸鹽巖烴源巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）下限值為 0.2%［9，15］。

從鉆井地球化學(xué)剖面可明顯看出，盡管YS1與XaS1兩口鉆井的殘余TOC均較低，整體上TOC＜1%，但分別來看，不同沉積環(huán)境的巖性沉積不同，殘余TOC也有較大區(qū)別。YS1井剖面巖性以碳酸鹽巖為主，以含藻的白云巖、灰云巖為主，局部含砂屑或生物碎屑，屬于相對高能的灘相沉積夾潮坪沉積，絕大部分樣品TOC＜0.2%，而XaS1井剖面巖性則以含膏碳酸鹽巖、膏巖互層沉積為主，主要表現(xiàn)為蒸發(fā)潮坪、含膏潟湖沉積，大部分樣品TOC＞0.2%（見圖5）。對比結(jié)果表明，蒸發(fā)環(huán)境形成的烴源巖其有機(jī)質(zhì)豐度更高。

圖5 雷口坡組鉆井地球化學(xué)剖面

在地化剖面對比的基礎(chǔ)上，對川西地區(qū)雷口坡組790件鉆井烴源巖樣品的巖性與殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（TOC≥0.2%視為烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)標(biāo)），統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：605件碳酸鹽巖（白云巖、含灰質(zhì)的白云巖）樣品中，有74件樣品TOC達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為12.2%；77件含藻碳酸鹽巖樣品中（含藻屑、藻紋層、藻團(tuán)塊灰?guī)r、白云巖）樣品中，僅5件樣品TOC達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為6.5%；108件含膏的碳酸鹽巖樣品中，有43件樣品TOC達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為39.8%，明顯反映了含膏的碳酸鹽巖具有相對更高的達(dá)標(biāo)率。當(dāng)然，如果考慮到蒸發(fā)巖在烴源巖熱演化過程中對有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用，將會有更多的樣品達(dá)到烴源巖豐度標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。

表3 烴源巖樣品巖性與殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)

不同的沉積環(huán)境對烴源巖的控制作用主要體現(xiàn)在沉積水體的動能及其氧化-還原特征。高能水體動蕩使氧氣相對充足，喜氧微生物能夠快速且持續(xù)分解死后生物體中的有機(jī)質(zhì)，少部分殘存的生物骨架或生物碎屑快速沉積得以保留在沉積層中。比較而言，相對低能的水體中，生物體死后在下沉過程中被緩慢分解，隨著水深增加，會慢慢變?yōu)槿踹€原—還原，尤其咸化環(huán)境明顯的水體分層性會使水體突變?yōu)辂}封的強(qiáng)還原環(huán)境，使有機(jī)質(zhì)得以良好保存。

5 結(jié)論

1）川西地區(qū)雷口坡組沉積期發(fā)育高鹽度、水體分層的咸化蒸發(fā)環(huán)境，這樣的環(huán)境具有較高的生物生產(chǎn)力，可以形成優(yōu)質(zhì)烴源巖，更有利于烴源巖有機(jī)質(zhì)的保存和轉(zhuǎn)化。

2）川西地區(qū)雷口坡組蒸發(fā)臺地相的膏云坪和含膏潟湖，以膏巖、白云質(zhì)膏巖、膏質(zhì)白云巖互層沉積為特征，其中膏質(zhì)白云巖樣品TOC相對較高，發(fā)育相對優(yōu)質(zhì)烴源巖。

致謝：感謝劉光祥教授級高工對相關(guān)工作給予的悉心指導(dǎo)，樣品采集和資料收集得到了中國石化西南油氣分公司的大力協(xié)助，樣品分析測試得到了無錫石油地質(zhì)研究所的支持，在此一并深表謝意。