元坝、通南巴地区天然气地球化学特征与成藏关系研究

李 凤，张 卿，黄仁春 赵永庆，田 江，朱 祥 （中石化勘探南方分公司勘探研究院，四川 成都610041）

元坝、通南巴地区天然气地球化学特征与成藏关系研究

李 凤，张 卿，黄仁春 赵永庆，田 江，朱 祥 （中石化勘探南方分公司勘探研究院，四川 成都610041）

根据元坝、通南巴地区现有钻井的天然气地球化学特征及其成因分析，结合区域地质背景，研究结果表明：两个工区都以高热演化程度的甲烷为主、低含C2＋的干气，且非烃含量较高；天然气母质主要为Ⅱ型有机质，是高热演化阶段的产物，同时研究区天然气是混源作用的结果。通过天然气ln（C1/C2）与ln（C2/C3）值分析表明，元坝地区长兴组－飞仙关组天然气是原油二次裂解的产物，通南巴地区上二叠统－下三叠统天然气是干酪根初次裂解的产物。研究认为元坝地区原生古油藏发生TSR反应 （硫酸盐热化学还原反应），导致元坝地区长兴组－飞仙关组天然气中硫化氢含量较高；通南巴河坝地区没有原生古油藏发生TSR反应，造成通南巴地区上二叠统－下三叠统天然气不含硫化氢。

碳同位素；硫化氢；TSR反应；元坝地区；通南巴地区

继宣汉－达县区块之后，在元坝、通南巴地区海相地层天然气勘探均有了较大突破，但也遇到了很多问题。两者在构造、古地理环境、沉积等方面的差异导致其在成藏方面有着很大的差异❶姜玉新.川东北通南巴地区含油气系统分析.中国石化勘探南方分公司内部资料，2008.❷刘波.四川盆地重点层系碳酸盐岩沉积－成岩演化与储层研究.中国石化勘探南方分公司内部资料，2009.，表现为元坝、通南巴地区海相地层的天然气总体上相似，如以CH4为主，C＋2含量普遍较低；但也表现出一些特殊的地球化学特征，如通南巴地区CH4含量相对更高一些，而元坝地区天然气的H2S含量明显高于通南巴地区等。因而，加强对元坝、通南巴地区成藏差异性研究，对该区的油气勘探具有重要意义。

1 地质概况

元坝区块北为九龙山背斜构造带南端，南为川中低缓构造带，北东与通南巴背斜构造带相邻。从地震资料及区域构造特征分析，元坝区块位于3个大型正向构造的衔接部位，受3个构造的遮挡，构造变形弱、断裂不发育。受加里东构造运动的影响，在加里东期可能就具古构造雏形，加里东运动第一次在四川盆地沉积盖层中形成大型隆起与坳陷，在元坝区块西南形成了以成都为中心的大型NEE向乐山－龙女寺古隆起，此时的元坝地区表现为乐山－龙女寺古隆起的东北斜坡，古地形西高东低。受古隆起影响明显，也就是说在加里东期，元坝地区可能为古地貌高地。而后受燕山、喜山运动的影响，最终定型为现今的构造面貌。其特点是褶皱平缓，总体表现为低缓构造带。

通南巴构造带位于四川盆地东北缘，其北侧为秦岭造山带南缘的米仓山冲断构造带，东北侧为大巴山前缘弧形推覆构造带，南邻川中平缓构造带，北西与米仓山前缘凹陷带相接，东南与通江凹陷带相连，是古生代－早中三叠纪四川盆地地台沉积的一部分，也是中生代和新生代米仓山－大巴山的前陆盆地。整体表现为NE向大型背斜构造特征。主要包括南阳场鼻状构造，涪阳坝断块构造和黑池梁鼻状构造。通南巴构造带在印支期已具古构造雏形，龙门山造山运动应力场在印支期和燕山期使其形成了早期的NE向构造，后受控于米仓山、大巴山造山作用形成现今以NE向构造为主，叠加了一系列NW向断裂和构造的大型背斜构造带。

2 天然气化学成分、碳同位素组成特征和天然气成因

2.1 天然气化学成分

对研究区已有钻井资料的气样分析结果表明，海相气藏天然气中烃类占77.5%左右 （图1（a）），其中以CH4为主，相对含量均在99%左右，C＋2很少，表现为高热演化程度的干气。非烃气体含量相对较高，其中主要是CO2、N2和H2S。

同时，两个区块的天然气化学成分上又有一定的差异 （图1（b））。通南巴区块天然气中烃类气体占80%以上，CO2、N2含量较少，H2S平均含量在1%以下，除嘉陵江组二段外其他层段基本不含H2S；而元坝区块天然气中烃类气体不到75%，且富含CO2、N2和H2S，平均值分别为17.39%、4.93%、4.61%。与元坝区块长兴组－飞仙关组均含有H2S不同，通南巴河坝地区只有嘉陵江组才含有H2S。而天然气中高含量的硫化氢常被认为是由于油气藏中发生硫酸盐热化学还原 （TSR）作用所致［1，2］。

图1 元坝、通南巴地区天然气化学成分 （a）及相对含量平均值分布 （b）

在烃类气体分布上，两个区块也存在差异。从图1（b）中可以看出，通南巴区块天然气中的CH4含量明显高于元坝区块天然气。通过对元坝、通南巴区块天然气C2＋含量进行分析，元坝区块C2＋含量最高0.3%，平均不到0.1%；通南巴区块的C2＋含量明显偏高，最高达1.32%，平均为0.49%。通南巴区块C2＋的平均含量高于元坝区块。

图2 元坝、通南巴区块天然气成因分类图

2.2 碳同位素分析

由于元坝、通南巴地区天然气属于干气，C＋2烃类的碳同位素难以测定，一般只能测得δ13C1及部分样品的δ13C2。从元坝、通南巴地区天然气成因分类图 （图2）中可看出，两个区域的天然气样品大多落在近Ⅱ型有机质的高热演化区域内，因而可以认为其母质主要为Ⅱ型有机质，是其高热演化阶段的产物［3］。元坝区块的天然气重烃含量比通南巴区块的天然气C＋2含量要低。其原因也可能是与TSR作用有关，由于在发生TSR反应的过程中，C＋2烃类气体比CH4更易与硫酸盐发生反应［4］，从而使天然气中C＋2的减少速率高于CH4，导致天然气中的C＋2含量减少，CH4相对富集，天然气变干。

在通南巴区块有个别天然气H2S含量相对较高，而这些天然气来自河坝102井与黑池1井的嘉陵江组二段，而飞仙关组及二叠系的H2S含量均较低，结合天然气的成分分析认为，在通南巴区块的飞仙关组及二叠系储层的天然气没有发生TSR反应，但嘉陵江组二段的天然气发生了TSR反应。

Prinzhofor等［5］提出用ln （C1/C2）与ln（C2/C3）关系图版判识原油二次裂解气与干酪根初次裂解气，认为干酪根初次裂解气是以CH4的快速增长为特征，原油二次裂解气则以C3H8的递减速率大为特征。从图3中可以看出元坝地区飞仙关组、长兴组天然气与宣汉地区长兴组－飞仙关组天然气一致，ln（C1/C2）总体上呈高值，且随ln（C2/C3）值的增加有降低趋势。这符合原油二次裂解气的组成特点，因此从地球化学角度上证实了他们属于原油裂解气。但是，通南巴河坝地区上二叠统－下三叠统的天然气与此相反，虽然ln（C1/C2）总体上也较高，但是随着ln（C2/C3）值的增加呈升高趋势，主要反应出干酪根初次裂解气的化学组成特征。

图3 元坝、河坝地区天然气lnC1/C2与lnC2/C3分布

3 成藏差异探讨

整个川东北地区，主要发育3套海相烃源岩：下寒武统筇竹寺组的泥页岩，志留系的泥岩以及下二叠统的泥岩、碳酸盐岩；海相共发育有9套储层：震旦系灯影组藻白云岩，奥陶系风化壳缝、洞、孔，志留系砂岩，栖霞组白云岩，茅口组缝洞系统，长兴组礁滩，飞仙关组鲕滩，嘉陵江组二段白云岩以及雷口坡组白云岩，目前元坝探区海相目的层主要为长兴组礁滩以及飞仙关组鲕滩储层，而通南巴地区目前发现的储层为飞仙关组三段鲕滩以及嘉陵江组二段白云岩储层；巨厚的陆相泥质岩与致密砂岩组合及嘉陵江组上部和雷口坡组内的膏盐岩则构成良好的区域盖层。

通南巴构造在印支期具构造雏形，到燕山早中期的时候气藏形成，至燕山晚期气藏开始调整，喜山期则为气藏的改造和调整阶段。元坝地区一直到须家河组沉积前，都处于相对较高的部位，也就是说直到晚印支运动前，元坝地区都继承性处于古构造的斜坡部位，有利于油气的早期运聚成藏。

川东北地区烃源岩、储层、盖层都非常发育，但两者在构造演化及沉积特征上的不同，对其各自的成藏演化起着至关重要的作用。很明显元坝构造带比通南巴构造带形成时间早，捕获油气、形成圈闭比通南巴构造更具优势。

另外在川东北地区大型气田成藏地质－地球化学研究中❶邹华耀.四川盆地二、三叠系碳酸盐岩大中型气田富集规律与成藏机理研究.中国石化勘探南方分公司内部资料，2010.，揭示了一种可能的高含H2S气藏形成的地球化学机制 （见图4）：主要的TSR反应区域是气－水界面及其附近水层，气藏中的H2S主要来自于气－水界面及其附近烃类与溶解SO2－4 发生的反应。也就是说，高含H2S气藏的成藏模式可能为：地层圈闭在初期被油田水占据，随着地层埋深加大，地温升高，满足了TSR反应温度，在气藏气－水界面及其附近水层中的与天然气发生TSR反应，生成了大量的H2S。而通南巴地区H2S含量低，目前只在嘉陵江组天然气中有H2S气体，很可能是在白垩系再次抬升前都没有形成气藏，或者在勘探程度较高的河坝区块没有原生的古油藏。

图4 高含H2S天然气形成的地球化学机制

在目前钻井资料中，元坝区块及普光气田都有钻遇沥青显示 （见图5），但是在通南巴区块目前所有钻井中尚未发现沥青。由于前面已知，河坝地区天然气具备干酪根初次裂解气的特征，推测在河坝区块没有原生古油藏，气体可能是由黑池梁地区或者其他地区运移而来。

图5 元坝2井飞仙关组二段的沥青显示

4 结 论

1）元坝及通南巴地区天然气组分以CH4为主，低含C＋2的干气，且非烃含量也较高，表征高热演化程度。

2）元坝、通南巴区块天然气生烃母质主要为Ⅱ型有机质，天然气是其高热演化阶段的产物，同时CH4及乙烷碳同位素的倒转分布，说明了研究区天然气是混源作用的结果。

3）元坝区块长兴组－飞仙关组H2S含量较高，通南巴区块除嘉陵江组外，几乎不含H2S；且元坝区块钻遇沥青显示，而通南巴区块目前所钻探井中均未发现沥青显示。因此通南巴区块是否有原生古油藏、古油藏的所在位置的研究对研究区成藏演化就显得更为重要。

4）从天然气的ln（C1/C2）与ln（C2/C3）值分布范围可以明显看出，元坝区块长兴组－飞仙关组天然气是原油二次裂解的产物，而通南巴河坝地区上二叠统－下三叠统天然气是干酪根初次裂解的产物。也就是说元坝区块天然气为古油藏裂解二次裂解气，其原生油气藏的原油就已经发生了TSR反应，从而导致元坝区块的H2S含量较高；而通南巴河坝地区天然气由于是干酪根初次裂解气，在上二叠统－飞仙关组并未发生TSR反应，当到达嘉陵江组后由于嘉陵江组二段的盖层膏盐岩直接盖在嘉陵江组二段储层之上，因而发生TSR反应，使得通南巴河坝地区长兴组及飞仙关组天然气不含硫化氢，而嘉陵江组二段天然气中含有较高的硫化氢。

［1］朱光有，张水昌，梁英波，等.川东北飞仙关组高含H2S气藏特征与TSR反应对烃类的消耗作用 ［J］.沉积学报，2006，24（2）：300～308.

［2］朱光有，张水昌，梁英波，等.四川盆地高含H2S天然气的分布与TSR证据 ［J］.地质学报，2006，80（8）：1208～1218.

［3］马永生.普光气田天然气地球化学特征及气源探讨 ［J］.天然气地球科学，2008，19（1）：1～7.

［4］Machel H G，Krouse H R.Products and distinguishing criteria of bacterial and thermochemical sulfate reduction ［J］.Applied Geochemistry，1995，10：373～389.

［5］Prinzhofer A A，Huc A Y.Genetic and post－genetic molecular and isotopic fractionations in natural gases ［J］.Chemical Geology，1995，126：218～290.

Relation between Geochemical Characteristics of Natural Gas and Hydrocarbon Accumulation in Yuanba and Tongnanba Areas

LI Feng，ZHANG Qing，HUANG Ren－chun，ZHAO Yong－qing，TIAN Jiang，ZHU Xiang（Author's Address：SINOPEC Exploration Southern Company，Chengdu610041，Sichuan，China）

Based on the gas geochemistry characteristics of drilled wells and analysis of gas origin in Yuanba and Tongnanba Areas，and in combination with regional geological background，study results showed that two work areas were the same of high thermal evolution of methane，dry gas content was low heavy hydrocarbon，and the content of non－hydrocarbon was high.Gas parent material was typeⅡorganic matter that is the product from high thermal evolution stage.And at the same time，the gas origin was chaotic.The distribution range of ln（C1/C2）and ln（C2/C3）in gas obviously indicated that the gases in Changxing Formation and Feixianguan Formation were the products of secondary cracking of oil in Yuanba Area.And the gases in the Upper Permian and Lower Triassic were the result of first cracking of kerogen.It is considered that the thermochemical sulfate reduction（TSR）happens in native reservoirs in Yuanba Area，which causes high hydrogen sulfide content in Changxing Formation and Feixianguan Formation.The native reservoir in Tongnanba Area has no TSR，which is the reason the gas in Upper Permian and Lower Triassic excludes hydrogen sulfide.

carbon isotope；hydrogen sulfide；TSR；Yuanba Area；Tongnanba Area

TE122.1

A

1000－9752（2011）06－0036－04

2010－09－03

李凤 （1983－），女，2005年大学毕业，硕士，助理工程师，现主要从事地球化学与油气成藏方面的研究工作。

［编辑］ 宋换新