川西坳陷上三叠统须四段煤系泥岩地球化学特征研究

2012-11-22陈俊文

长江大学学报(自科版) 2012年25期

陈俊文，张敏

通过对四川盆地川西坳陷上三叠统须四段煤系泥岩的岩石热解、碳同位素、岩石有机显微组分等资料进行分析，揭示其地球化学特征和对川西坳陷上三叠统须四段天然气藏的意义。分析结果表明：在研究区的北段、中段和南段，上三叠统须家河组须四段煤系泥岩有机碳含量范围分布在0.26%～58.89%，煤系泥岩的TOC含量由北向南逐渐升高，平均值分别为0.74%、2.94%、3.13%；分析样品中镜质组和惰质组含量很高，壳质组与腐泥组的含量低，有机质类型指数指示其有机质类型均为Ⅲ型(腐殖型)；几乎所有样品都达到成熟，其中处于成熟阶段的样品占总数的51.69%，高、过成熟的样品占总数的47.75%。综合分析认为，川西坳陷中段须四段的煤系泥岩是好的气源岩，具有好的生气能力。

煤系泥岩；川西坳陷；须四段；地球化学特征

勘探实践表明，川西坳陷中富集油气藏。近年来，作为川西坳陷的天然气主要来源之一，上三叠统须家河组越来越受到关注。大体上看，须家河组可分为6段，其中须六段在川西坳陷缺失[1]。川西坳陷须家河组主力气源岩主要发育在须一、须三、须五段，因而对上述3段的地球化学特征的研究相对比较多[2]，而须二、须四段中同样具有一定厚度的煤系泥岩，因而其对油气藏的贡献亦不容忽视。为此，笔者探讨了川西坳陷上三叠统须四段中煤系泥岩的地球化学特征和意义。

1 地质背景

川西坳陷位于四川盆地西部属四川盆地的一个二级构造单元，其西侧与龙门山造山带相接，再向西过渡到松潘-甘孜褶皱系；北与米仓山-大巴山区相接，向北过渡到南秦岭褶皱系；南与峨眉山、凉山断块相邻；东与川中平缓褶皱带过渡[3]。其总体特征是东西分3带，南北分3段[4]。研究表明，须家一段为一套海陆过渡相沉积，须二段到须六段为一套陆相沉积。主要发育局限海湾、缓坡、冲积扇、辫状河、辫状河三角洲、湖泊等沉积体系。在诺里后期-瑞替期，随着松潘-甘孜造山带向龙门山不断推进，龙门山崛起成为坳陷边界，并向坳陷内提供物源，充填了上三叠统须家河组到白垩系磨拉石沉积[5]。在印支运动的作用下，须三段末期及须四段沉积期间龙门山全面隆升，北段进一步上升。盆地在须三段期的基础上全面填平补齐，在龙门山前缘发育多个冲积扇，并在其前缘形成了扇三角洲沉积。在湖盆中部地区，由于碎屑物的相对减少，沉积了泥页岩、泥灰岩等湖泊沉积体系[6]。

2 煤系泥岩特征

2.1煤系泥岩分布

整个川西坳陷须四段的煤系泥岩在绵竹-都江堰-大邑一线的最大厚度大于300m，往东逐渐减薄，至新都县附近降到小于100m，从中江、江油地区再往东，厚度逐渐小于50m。在梓潼、简阳、蒲江和雅安等地区厚度大约为50～20m。梓潼地区以已北及雅安地区以南的泥质岩厚度都小于20m直至缺失，其展布方向为北东方向。

2.2有机质丰度

1)总有机碳含量川西坳陷煤和碳质泥岩、泥岩等煤系烃源岩均有分布，其中煤系泥岩占主要成分。煤系泥岩中的总有机碳含量(TOC)分布范围较大。川西北地区样品的TOC值分布范围为0.26%～1.87%，平均为0.84%；川西中段样品的TOC值分布范围在0.46%～58.89%，平均值为2.90%；川西南地区样品的TOC值比较高，分布在2.55%～4.00%之间，平均值为3.13%。总体上看，从川西北到川西中段再到川西南，川西坳陷煤系泥岩的TOC值有逐渐升高的趋势。

2)生烃潜量(S1+S2) 川西坳陷北部生烃潜量(S1+S2)均小于2mg/g，在中段大多小于2mg/g，少数部分处于2～6mg/g之间；而在川西南地区生烃潜量也均小于2mg/g。因而生烃潜量总体表现出数值较小的特征。

依据陈建平等[7]提出的煤系烃源岩生油标准，以有机碳为参数对煤系泥岩样品进行评价，发现中等以上的油源岩占67.21%，差油源岩占26.64%，非油源岩占6.15%。以生烃潜量为参数进行评价，发现中等以上的油源岩占20%，差油源岩占59.33%，非油源岩占20.67%，这与总有机碳含量反映的丰度特征有些微差异。

2.3有机质类型

图1 干酪根显微组分分布图

1)有机显微组分须四段煤系泥岩样品中，镜质组和惰质组的含量都很高，分布范围在62%～100%，腐泥组和壳质组的含量少,反映其氢原子含量较少(见图1)。

运用有机质类型指数(Ti)对川西坳陷煤系泥岩样品进行分析，发现其有机质类型指数均小于零，分布范围为-86.625%～-12.5%，平均值为-50.281%；碳质泥岩的有机质类型指数值分布在-78.658%～-25.45%，平均为-42.87%，由此判断研究区须四段煤系泥岩均为Ⅲ型有机质。研究表明,壳质组和腐泥组为富氢的有机显微组分，镜质组和惰质组氢原子含量较低生油能力差，为倾气组分[8]。因此，推断川西坳陷须四段中含的煤系泥岩的生烃能力主要体现在生气能力上。

2)碳同位素特征不同类型的有机质的碳同位素值(δ13C)分布特征不同，总体来说，Ⅰ型最轻，Ⅱ1、Ⅱ2型次之，Ⅲ型最重，因而利用碳同位素值对有机质进行分类也是一种比较可行的方法。川西坳陷须四段煤系烃源岩的δ13C值较重，分布在-24.49‰～-26.01‰，平均值为-25.17‰，具有明显的陆源高等植物来源特征,反映其有机质类型较差，为Ⅲ型有机质(-21.0‰～-26.0‰)[9]。

2.4有机质成熟度

1)镜质体反射率镜质体反射率(Ro)作为鉴别有机质成熟度的参数，其具有良好的规律性、稳定性和可比性。经研究分析，研究区煤系烃源岩的镜质体反射率分布范围在0.68%～2.00%之间，跨度较大。纵观整个川西坳陷，川西北和川西中段、川西南的Ro平均值分别为1.16%、1.315%和1.47%。此外，川西坳陷中段须四段煤系泥岩成熟度特征与埋深具有较好的相关性(见图2)。

分析样品中成熟的样品占51.69%，高、过成熟的样品占47.75%。研究发现，中江地区须四段的烃源岩成熟度值最高，川西中段的烃源岩到达高成熟，而在江油，盐亭和成都一带则降低到0.7%。

2)岩石热解峰温对川西坳陷煤系泥岩样品的岩石热解峰温(Tmax)进行分析，总体来说Tmax随着深度的加大而逐渐增大，其分布范围在447～522℃，均大于435℃，所有样品都达到了成熟。其中131个样品Tmax值大于450℃，达到了高成熟阶段。川西中段、南段地区须四段埋深较大，因而其热演化程度更高(见图3)。

图2 川西坳陷中段煤系泥岩Ro与埋深关系图图3 川西坳陷煤系泥岩Tmax与深度关系图

3 综合评价

由于研究区须四段煤系泥岩整体成熟度很高，绝大多数仅保持着生气的能力，特别是川西坳陷中段须四段煤系泥岩在中江、金马、合兴场地区埋深大，成熟度非常高，且中江地区煤系泥岩厚度在50～100m(在合兴场、金马地区甚至超过了200m)，由此推断，在中江、金马、合兴场地区煤系泥岩具有好的生气条件。须四段泥岩在绵竹-都江堰一线的厚度最大，且已达到成熟，显示了良好的生气潜力。川西坳陷须三段、须五段均为致密的泥岩，具有良好的封闭性，且研究区须四段的主要岩性为致密砂岩，能够发育有效的天然气储集层。因此，须四段生成的天然气很有可能与其他层段的气源岩所生成的天然气在须四段致密的砂体中保存下来，形成致密气藏。