中上扬子区海相层系流体特征与油气保存条件

刘光祥，沃玉进 ，潘文蕾 ，张长江

(1.中国地质大学(北京) 能源地质学院，北京 100083；2.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151；3.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院，北京 100083)

利用储层流体特征反映油气保存条件的研究，目前主要侧重于以下2个方面：一是聚集的烃类(油、气)物质的物理、化学性质研究，如原油密度、粘度、饱和烃气相色谱图基线“鼓包”(未识辨化合物)高低、轻重比、Pr/nC17、25-降藿烷及其浓度等；尽管天然气成分相对单一，所包含的天然气生成、演化及保存的信息相对较少，但天然气中往往含少量的轻烃，她所包含的生源、演化、油气保存信息量相对较多，浓缩轻烃分析近年来已运用于过成熟干气气/源对比、油气保存条件研究中[1-4]。二是地层水无机地球化学特征研究，如运用地层水常规水化学、氢氧硫同位素、微量、痕量元素特征等来判别其成因及演化，进而判别油气保存条件[5-8]。

1 地层水特征与油气保存条件

1.1 地层水化学特征

中上扬子区地层水特征纵横向差异显著，反映不同地区、不同层系油气保存条件差别较大。

湘鄂西区地层水主要见于下古生界，其矿化度普遍较低，最高的为鱼1井灯影组地层水(14 g/L)，其它钻井揭露地层水矿化度仅为每升几克；变质系数普遍大于2，反映为大气水强烈渗混改造区，油气保存的水化学条件差。

黔中隆起及邻区各构造单元地层水矿化度较低，水型较差，变质系数、脱硫系数较高，不利于油气的保存；仅个别井地层水矿化度较高，揭示出局部具较好的油气保存水文地质条件，如庄1井(52.1 g/L)、羊2井(20.534 g/L)等[18]。

江汉平原覆盖区：从21口钻井的海相地层水化学资料看，海相地层水矿化度介于0.85～66.8 g/L，平均值为19.8 g/L；变质系数介于0.567～26.5，平均值为2.4；脱硫系数变化于0.02～202，平均值为9.8；表现为中等矿化度、中等变质系数和中等脱硫系数，硫酸钠水型为主。从横向变化特征看，K2—E断陷盆地发育区海相层系地层水矿化度较高，变质系数、脱硫系数低，具淡化后再浓缩变质特征。

1.2 地层水氢氧硫同位素组成特征

1.2.1 地层水氢氧同位素组成特征

由图1可见，不同层系地层水氢、氧同位素组成特征不一。

威远震旦系地层水点落于δD—δ18O相关图的右下方，远离海水端元，是浓缩变质的结果，反映优越的封闭保存条件。

寒武系地层水可明显分为2类：威远气田寒武系地层水氢、氧同位素组成特征与震旦系地层水相近，仅δD值略重，远离海水端元，为封闭浓缩的结果；城口明通井、彭水郁二井地层水氢、氧同位素组成明显较威远气田的轻，而与盆地大气降水平均氢、氧同位素组成十分相近，集中分布在大气降水线下方的左右两侧，说明大气水已基本交替原始地层水，油气保存条件差。

河2井志留系地层水氢、氧同位素组成特征与盆地大气降水平均值相近，大气水已基本交替原始地层水，开启程度高，油气保存条件差，这与河2井地层水特征反映的油气保存条件差相吻合。此外，河2井甲烷碳同位素异常轻，接近于生物成因气，其可能是大气水携带喜氧细菌对甲烷改造的结果。

图1 四川盆地及邻区地层水氢—氧同位素相关图

二叠系地层水除盆缘露头区氢、氧同位素组成特征与大气降水平均值相近(如诺水河二叠系泉水)，反映交替作用强烈，油气保存条件较差外，其它气田地层水氢、氧同位素点落于δD—δ18O相关图的右上方，分布相对集中，且靠近海水端元。但氢同位素较海水轻，而氧同位素较重，属封闭浓缩变质水，反映出具优越的油气保存水文环境。

中下三叠统地层水氢、氧同位素组成特征复杂，可分为3类，第1类(占9.72%)与盆地大气降水平均值相近，反映开启程度较高，油气保存条件差；第2类(占81.94%)与二叠系的主体相近，属封闭浓缩变质水；第3类(占8.34%)与须家河组地层水氢、氧同位素组成特征相近，属海源沉积型与大气降水叠加型，如建南气田建10井T1f地层水(δ18O=-4.8‰，δD=-37‰)，明显有别于第2类地层水氧、氢同位素组成特征。

1.2.2 地层水硫同位素组成特征

据林耀庭[21]对四川盆地中下三叠统石膏和卤水的硫同位素研究表明：1)随时代变新，硫同位素明显轻化，且具阶梯状分布演化特点；2)同一层段的硫同位素纵横向分布稳定；3)石膏和地层水硫同位素具同源性，同一层段的石膏和卤水的硫同位素大体相近，具同步现象。如T1j4+5层段的石膏和卤水的δ34S值分别为28.3‰和29.2‰；T2l4则分别为16.9‰和15.6‰；T1j2分别为34.2‰和35.9‰，都十分相近，说明两者具同源特征。由此表明，中下三叠统各储集层段流体分隔性强，无窜层现象，揭示出优越的封闭保存条件。

川岳83井飞仙关组地层水硫同位素为38.6‰，较嘉一至嘉三段地层水硫同位素更重，反映为封闭环境；川27井自流井群地层水硫同位素为35.4‰，与嘉一至嘉三段地层水硫同位素相近，可能揭示为海相地层水，反映出局部地区海相地层水上窜至陆相层系并驱替了原有地层水；而诺水河二叠系泉水硫同位素轻化明显，仅为20.1‰，交替强烈，油气保存条件差。这与前述地层水化学、地层水氢氧同位素所获结论相吻合。

2 天然气特征与保存条件

2.1 天然气组分特征

中上扬子区天然气主要产于四川盆地。陆相产层天然气干燥系数(C1/∑C1-5)变化幅度大，分布于0.862 7～0.988 2，而海相产层天然气干燥系数普遍大于0.98。陆相产层天然气非烃气具低N2、低CO2和不含或微—低含量H2S；海相产层天然气非烃气组成变化较大，H2S含量从低含硫至特高含量均有分布，N2、CO2的含量变化幅度也较大，其中CO2含量与H2S含量具正相关关系，尤以川东气区最为显著(除本研究测试数据外，其它数据引自文献[22-31])。

2.2 天然气烷烃碳同位素组成特征

四川盆地海相产层天然气多属油型气，仅少数气样点落于煤型气与油气型的混源气区(图2)，如通南巴、元坝、赤水等。陆相产层天然气则相对较复杂，主体而言，多属腐殖型气，少数陆相气藏气属海相成因，如卧龙河须家河组、合江须家河组气藏天然气[28]、川东北区川涪190井自流井群天然气、分1井须家河组天然气等。

图2 四川盆地天然气成因类型

反映局部地区海相天然气上窜至陆相层系聚集成藏，但其气藏规模较小。揭示出海相层系天然气保存条件总体较好，仅局部遭受过开启。

2.3 天然气甲烷氢同位素组成特征

川西、川中、川南气区陆相产层天然气甲烷氢同位素普遍轻于-140‰(图3)，其中，川中、川南气区甲烷氢同位素分布范围大致相当，不仅反映其母源性质相似，而且反映其具大致相似的演化程度。这与乙烷碳同位素反映为须家河组湖沼相烃源岩，甲烷碳同位素反映为成熟—高成熟的演化特点一致。川西气区天然气甲烷氢同位素略重，应该是演化程度较高的表征，因其乙烷碳同位素与川中、川西气区陆相层系天然气相似，而甲烷碳同位素明显偏重，反映源岩演化程度要高，这与须家河组烃源岩的埋深相对应。

川东北的毛坝7井须家河组产层天然气甲烷氢同位素明显较上述气区陆相层系的重，而与海相产层天然气甲烷氢同位素相近；从乙烷碳同位素看，其源自煤系地层，从甲烷碳同位素分析，其演化程度较川西陆相天然气低而略高于川中陆相天然气，因此，重的氢同位素可能并非高演化所致，而是沉积环境的表征。源岩形成时沉积水体盐度较高，与区内及邻区龙马溪组、栖霞—茅口组、龙潭组、须家河组烃源岩沉积环境相匹配的仅有龙潭组烃源岩，因此，毛坝7井须家河组天然气并非自生自储，而是龙潭组下部煤系烃源岩生成的天然气上窜的结果。

海相产层天然气甲烷氢同位素分布于-140‰～-97‰，平均值为-118‰，标准偏差为7.3‰，总体较陆相产层天然气的重，表明源岩发育环境、母质类型、成熟度均存在差异，这与烃源岩研究结果相一致。

图3 四川盆地天然气甲烷碳—氢同位素相关图

从四川盆地天然气甲烷氢同位素看，陆相产层天然气明显有别于海相产层，主体反映为自生自储，揭示出海相天然气保存系统保存条件优越，仅局部地区海相油气保存系统曾一度开启，天然气上窜至陆相层系聚集成藏(如毛坝7井T3x、马2井T3x等层位天然气)。这与烷烃气碳同位素所获结论相吻合。

2.4 天然气轻烃组成特征

在C7轻烃系统中海相产层天然气正庚烷(nC7)相对含量最高，分布于48%～67%之间，平均值为56.59%；甲基环己烷(MCC6)相对含量次之，分布于26%～39%，平均值为31.86%；二甲基环戊烷(DMCC5)相对含量最低，分布于5%～17%，平均值为11.56%，反映源岩母质类型属Ⅰ—Ⅱ1型(图4)。陆相产层(主要为须家河组)天然气正庚烷相对含量较海相产层的低，分布于11.5%～32.5%，平均值为20.26%；而甲基环己烷相对含量较海相产层的高得多，分布于49.5%～86%，平均值近60%(59.96%)；二甲基环戊烷相对含量较海相产层的略高，主体分布于14%～26%，平均为20.4%，反映源岩母质类型属Ⅱ2—Ⅲ型。

海、陆相产层天然气成因类型明显不一，表明海相层系天然气保存条件优越。少数陆相层系天然气反映为海相成因，如川涪190井(J1z)、毛坝7井(T3x)、分1井(T3x)天然气，其轻烃组成特征与海相产层天然气相似，而明显有别于其它陆相产层天然气，这与前述天然气甲、乙烷碳同位素反映的成因类型一致，说明局部地区海相油气保存系统曾一度遭受过开启，天然气运移至陆相层系聚集成藏。

图4 四川盆地天然气浓缩烃、

3 流体特征分区与保存条件

根据上述地层水化学特征、地层水氢氧硫同位素、海陆相产层天然气特征、油气产出、显示情况及其有机地球化学特征，将中上扬子区流体特征划分为以下5个区(图5)，其对应的油气保存条件逐渐变差。

川中—川西区(Ⅰ)：无论是海相层系，还是陆相层系(须家河组)，不仅地层水矿化度高，变质系数、脱硫系数低，水型为CaCl2型，而且海、陆相产层天然气分属不同的成矿系统，陆相产层中未见海相天然气，海相层系油气保存条件十分优越。

图5 中上扬子区流体特征分区

川北—川东—川南区(Ⅱ)：区内石炭系、上震旦统无论是地层水矿化度、水型、离子组成特征、水化学特征系数，还是地层水氢氧同位素均反映出浓缩深变质的特点，其保存条件优越。川东—川南区二叠系—中三叠统在高陡背斜核部裸露地表，致使局部地区地层水被淡化，矿化度降低，水型为Na2SO4和NaHCO3型，变质系数、脱硫系数增高，油气保存条件欠佳，如石油沟—石龙峡一带嘉陵江组地层水。从建南气田地层水氢氧同位素看，海相地层水曾遭受过大气水改造(印支期)，但后期盖层的叠加又重建了油气封闭保存系统。本区另一显著的特点是陆相层系中见海相天然气，如卧龙河、合江须家河气藏、毛坝7井(T3x)、分1井(T3x)、川涪190井(J1z)等，表明海相油气保存系统曾一度遭受过开启，海相天然气上窜至陆相层系成藏，但其规模较小，可能主要得益于中下三叠统膏盐岩的可塑性，构造活动之后，自行愈合，又重建了海相油气保存系统。川东区须家河组地层水明显不同于川中—川西区，以富含硫酸根，Ba2+含量低为特征，与海相层系的相似，而且地层水化学特征横向变化大同样反映出海相油气保存系统曾遭受过改造。

江汉盆地南部(Ⅲ)：海相层系地层水矿化度、变质系数横向变化较大，与四川盆地海相层系相比，其矿化度要低得多，而变质系数明显要高，主要是因为燕山中幕的改造十分强烈，局部地区震旦系曾裸露地表，地层水普遍遭强烈淡化；K2—E断陷盆地的叠加，地层水再次封闭浓缩形成今貌，具改造再浓缩的特点。

黔东南坳陷区(Ⅳ)：本区流体特征变化较大，地层水普遍呈低矿化度、高变质系数的特点，但也有高矿化度地层水存在，如庄1井、羊2井，揭示出局部地区存在油气保存的水文地质条件；虎47井原油饱和烃气相色谱图基线平直，正构烷烃分布齐全，明显不同于洛棉上青山奥陶系油苗，也反映地腹原油保存条件较好。结合多口钻井见油气显示，仅个别钻井获低产工业油流的现状，称该区为改造残留型。

其它地区(Ⅴ)：湘鄂西区、黔中及邻区、江汉盆地北部等区，从已有的地层水资料看，其矿化度一般小于10 g/L，变质系数高，氢氧同位素点落于平均大气降水线附近，远离海水端元，大气水渗入改造强烈；由于多数钻井开孔于寒武系，在有志留系盖层分布区其流体特征不清，推测局部地区可能具备油气保存的水化学条件。

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