四川盆地西部中三叠统雷口坡组烃源岩生烃潜力分析

杨克明

(中国石化 西南油气分公司，成都　610016)



四川盆地西部中三叠统雷口坡组烃源岩生烃潜力分析

杨克明

(中国石化 西南油气分公司，成都610016)

摘要：中三叠统雷口坡组是近年来四川盆地海相天然气勘探的重要层系之一。通过对川西地区雷口坡组钻井样品的有机地球化学分析，结合地震解释资料及沉积相资料，推测雷口坡组烃源岩主要分布在大邑—温江—彭州—广汉及孝泉地区，烃源岩厚度达250～350 m，有机碳含量为0.4%～0.6%。川西雷口坡组烃源岩形成于生物生产力较高、水动力较弱、海水循环受限、盐度较高、沉积物—水界面附近缺氧和沉积速率较低的沉积环境，有利于烃源岩有机质的保存。川西地区雷口坡组烃源岩有机、无机地球化学和有机岩石学综合分析表明，该烃源岩虽然有机质丰度较低，但类型较好；烃源岩有机质显微组分中常见固体沥青和超微组分，有机质类型指数TI为12.5%～98.03%，主要为Ⅱ1-Ⅱ2型烃源岩，有机质主要来源于水生浮游生物，具有较好的生烃潜力。

关键词：生烃潜力；烃源岩；雷口坡组；中三叠统；四川盆地西部

近年来，川西地区多口钻井在中三叠统雷口坡组获得了高产工业气流，实现了川西海相天然气勘探的重大突破，雷口坡组也成为川西天然气勘探的热点层系之一。前人对雷口坡组岩相古地理[1-3]、储层特征[4-6]及成藏主控因素[7-8]进行了卓有成效的工作，取得了一系列成果。天然气地球化学特征和气源对比分析表明，雷口坡组天然气既有来源于下伏海相层系的烃源岩，也有来源于雷口坡组自身的烃源岩[9-10]。雷口坡组下伏海相烃源岩一般被认为具有较好的生烃潜力[11]，而雷口坡组烃源岩的生烃潜力究竟如何有待进一步分析。

1地质背景和沉积特征

中三叠世雷口坡组沉积期，上扬子区为一地形有所起伏的受限制的陆表海，江南古陆升起和扩大成为其主要物源区，加之康滇和汉中、龙门山和贵阳等地的水下隆起及砂、砾屑滩坝的阻隔，使上扬子海域成为闭塞、半闭塞沉积环境[1]。川西地区主要为台地边缘—局限台地—蒸发台地沉积，横向上不仅在江油中坝—绵竹汉旺—大邑雾中山一线发育多个呈串珠状分布的台缘浅滩，向东还发育多个台内浅滩；纵向上雷口坡组主要由潟湖、间歇性干化潟湖、膏湖、浅滩等亚相组成多个沉积旋回。雷口坡组岩性在川西地区中、北段主要为粉晶白云岩、泥微晶白云岩、泥质白云岩、藻白云岩、灰岩、膏盐岩、泥岩不等厚互层，南段岩性以泥微晶灰岩为主夹云岩、膏岩，厚度约为468～1 268 m。总体上，南段最厚，北段次之，中段较薄，按岩性特征一般分为4段(图1)。

雷一段沉积时，川西地区发生海侵，由东至西相带展布分别为蒸发台地、局限台地、开阔台地、台缘浅滩、斜坡—半深海盆地。其中，在绵竹—江油—川参1井一线，为台缘滩及滩间相，发育亮晶砂屑白云岩、砂屑灰质白云岩、藻屑白云岩、鲕粒白云岩；向东主要属开阔台地—局限台地—蒸发台地相沉积，大部分地区岩性组合表现以灰质白云岩、白云质灰岩夹微晶灰岩、泥质灰岩为主，属半封闭潟湖—潟湖相沉积。

雷二段沉积时，沉积相平面展布与雷一段沉积时大致相当，但台缘高能滩相沉积比雷一段沉积时发育。

雷三段沉积时，迎来了雷口坡期又一海侵期，海水分别由南、北进入上扬子台地。龙门山—九顶山台地边缘相带水体能量高，发育砂屑白云岩(灰岩)、粉晶白云岩夹含泥质白云岩；向东总体上水体浅、能量低、环境封闭，属半封闭潟湖—潟湖—蒸发潮坪相，发育灰色微晶灰岩、砂屑灰岩(白云岩)、深灰色白云质灰岩、灰质白云岩、灰色泥微晶白云岩，夹膏质白云岩及灰白色硬石膏岩等。

雷四段沉积时，为一次比较广泛的海退期，该期水体较前三期有所变浅，沉积环境进一步咸化，川西地区主要为局限—蒸发台地相沉积，雷四段下部发育大套膏岩，向西过渡为台缘浅滩相沉积。

2烃源岩有机地球化学特征

2.1有机质丰度

川西中段雷口坡组(T2l)烃源岩均处于过成熟演化阶段(Ro>2.0%)。一般认为，高成熟—过成熟碳酸盐岩烃源岩残余有机碳含量下限值为0.2%[12]。9口深钻井的500余件样品分析表明，川西雷口坡组烃源岩由于演化程度过高[7-9]，其有机碳含量整体较低(表1)。

图1　川西地区中三叠统雷口坡组层序与生储盖组合

井号层位钻揭厚度/m岩性有机碳(TOC)/%非烃源岩比例/%w(TOC)<0.2%烃源岩w(TOC)/%比例/%厚度/m样品数/件川科1井T2l1245(已钻穿) 泥晶白云岩、泥晶灰岩、藻白云岩、灰岩0.06～0.5592.190.20～0.55/0.257.8141192回龙1井T2l3-T2l4520(未钻穿) 灰黑色泥晶白云岩、含膏云岩、藻云岩0.05～1.0845.000.20～1.08/0.4655.0018851新深1井T2l3-T2l4623(已钻穿) 深灰色白云质灰岩、白云岩、含膏白云岩0.02～0.5190.570.20～0.51/0.279.433253孝深1井T2l3-T2l4583(未钻穿) 深灰色白云质灰岩、白云岩、藻云岩0.04～0.9330.000.20～0.93/0.5070.0017846潼深1井T2l4322(未钻穿) 灰色、深灰色白云岩、灰质云岩、含膏云岩0.03～0.2791.670.21～0.27/0.248.331536都深1井T2l4131(未钻穿) 灰色、深灰色白云岩、灰质云岩、藻云岩0.04～0.8186.700.29～0.81/0.5513.30415彭州1井T2l4200(未钻穿) 灰色、深灰色藻云岩、灰质云岩0.04～0.6050.000.20～0.60/0.4850.00121.528羊深1井T2l4203(未钻穿) 灰色、深灰色藻云岩、灰质云岩0.02～0.7693.880.20～0.76/0.536.124349鸭深1井T2l4200(未钻穿) 灰色、深灰色藻云岩、灰质云岩0.02～0.9585.200.20～0.95/0.4114.80761

注：表中式子意义为最小值～最大值/平均值。

表2　川西地区中三叠统雷口坡组有机酸盐测试与常规有机碳含量测试结果对照

根据钻井样品的有机地球化学分析结果，结合地震解释资料及沉积相资料，推测雷口坡组烃源岩主要分布在大邑—温江—彭州—广汉及孝泉地区，烃源岩厚度达250～350 m，有机碳含量为0.4%～0.6%。

目前，常规的残余有机碳含量的测定方法在消除碳酸盐的同时也消除了有机酸盐，造成总有机酸盐碳的丢失，因此所获得的烃源岩TOC值也会偏低。事实上，有机酸盐中的乙酸钙、草酸钙和硬脂酸钙等成分，具有相对较高的产烃率[13]，比如硬脂酸钙的总产烃率可达495 kg/t，成烃转化率高达33%。

5口钻井17件样品测试结果表明，有机酸盐测试方法与常规方法测试结果相比，TOC值有明显增大，增幅在1.86%～193.28%之间(表2)。通过有机酸盐分析更能够反映烃源岩真实的有机碳含量。

2.2可溶有机质地球化学特征

饱和烃色谱分析(图2)表明，T2l3烃源岩有机质饱和烃色谱为前单峰型，主峰碳数为nC18，Pr/Ph为0.2～0.82，显示其沉积环境为强还原环境，有利于有机质的保存；饱和烃色谱Ph/C18- Pr/C17关系图(图3)显示，烃源岩有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型。

甾烷是生物体中的甾醇在沉积圈中经历了一系列成岩改造最终转化而成的。目前国内外学者普遍认为，C27、C28、C29规则甾烷的相对含量可以较好地反映不同生物贡献的比例，从而确定烃源岩中有机质的类型。一般认为，C29规则甾烷来自陆源高等植物，C27甾烷来自于水生浮游生物。

图2　川西地区孝深1井雷口坡组三段烃源岩饱和烃色谱

图3　川西地区雷口坡组烃源岩Pr/n-C17和Ph/n-C18相关图

从m/z217质量色谱图(图4a)上可以看出，水生浮游生物贡献较大；在m/z191质量色谱图(图4b)上，伽马蜡烷有较好的显示，反映烃源岩形成时处于高含盐度和强还原环境。αααC27-C29规则甾烷分布三角图(图5)显示，雷口坡组烃源岩有机质主要为Ⅱ型。

3有机岩石学特征

3.1有机显微组分

雷口坡组烃源岩有机质显微组分中常见固体沥青和超微组分(图6)，有机质类型指数TI为12.5%～98.03%，主要为Ⅱ1-Ⅱ2型烃源岩(表3)。

3.2有机质形貌特征

扫描电镜能够对样品的形态分布进行微观分析，能谱分析能对样品中不同组成成分进行定性和定量分析。扫描电镜显示，雷口坡组烃源岩中常见具生物体结构的薄膜状、片状或块状炭化生屑、藻屑体以及碳沥青(图7)；能谱分析炭化生屑、藻屑体的含碳量为31.11%～55.89% 。

图4　川西地区雷口坡组烃源岩饱和烃质谱图

图5　川西地区雷口坡组四段烃源岩

有机地球化学、有机岩石学分析表明，烃源岩有机质主要来源于水生浮游生物，烃源岩类型指数TI为12.5～98.03，有机质类型属于Ⅱ1-Ⅱ2型，类型好、生烃潜力高。

4无机地球化学特征

沉积环境是烃源岩发育的主要控制因素之一。烃源岩中微量元素和稳定同位素等无机地球化学参数在反映古环境方面比有机质更稳定，利用微量元素和稳定同位素特征来反演高成熟烃源岩的发育环境可信度较高[14-15]。

川西地区雷口坡组烃源岩发育，下面以孝深1井雷三段为例，根据微量元素、稀土元素和碳氧稳定同位素等古环境指标，从生物生产力、水动力条件、氧化还原条件、沉积速率等方面，分析探讨烃源岩的发育环境(表4)。

4.1生物生产力

高生物生产力是有机质富集的物质基础，更是有效烃源岩发育的重要条件。海洋学研究认为，海水中的Ba属于营养元素之一，水体中的生物生产力常常与Ba富集有密切的关系。地中海底部淤泥中大量的重晶石就是生物生产力较高的一个显著证据[16-17]。利用 Ba 丰度对古生物生产力的反映，可进一步研究烃源岩的发育程度。

孝深1井雷三段非膏质烃源岩Ba含量为449.21～1 042.96 μg/g，平均为641.22 μg/g(表4)，Ba含量比鄂尔多斯盆地桌子山剖面克里摩里组和乌拉力克组烃源岩[18](Ba含量平均为95.5 μg/g)大得多，反映雷三段古生产力较高。

图6　川西地区雷口坡组烃源岩有机显微组分

样品位置腐泥组/%壳质组/%镜质组/%惰性组/%次生组分/%类型指数TI/%样品数/件有机质类型川科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回龙1井75.00～88.240～2.948.82～2500～10049.5～83.098Ⅱ1-Ⅰ潼深1井40.0040.0020.0000452Ⅱ1黄莲桥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大飞水92.863.573.570091.961Ⅰ

图7　川西地区孝深1井雷口坡组三段深灰色硅质白云岩扫描电镜和能谱分析

此外，碳酸盐岩碳同位素组成在研究烃源岩古生产力方面也得到了很好的应用[19-21]。在还原条件下，富12C的有机质沉积埋藏量增大，导致碳酸盐岩的碳同位素正偏移，偏移程度受生物聚集量和有机碳含量变化控制，因此，碳同位素指标可以用于烃源岩生物生产力的研究[22-23]。

孝深1井雷三段碳酸盐岩烃源岩δ13CVPDB值为1.6‰～2.0‰，平均为1.76‰(表4)，云质石膏岩的δ13CVPDB值为-0.4‰，烃源岩δ13CVPDB值呈正偏移，反映雷三段烃源岩沉积环境中存在较高的生物生产力。

4.2水动力条件

水动力条件影响有机质的富集。有机质聚集量和保存量一般由高能的沉积物向低能的沉积物增加[18, 24]。锆(Zr)元素常在砂质沉积物中富集，而泥质沉积物中Zr含量较低， Zr元素的富集是高能环境的反映。在海相沉积岩中，铷(Rb)元素主要是以硅酸盐态赋存在黏土、云母等细粒或轻矿物中， Rb元素的富集是低能环境的反映。因此，Zr/Rb值可用来表征水动力条件。高Zr/Rb值，反映相对动荡的高能环境，低Zr/Rb值，反映相对安静的低能环境[18]。

4　川西地区孝深1井雷口坡组烃源岩微量元素丰度和碳氧同位素组成

注：Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O +50)。

孝深1井雷三段烃源岩Zr/Rb值为0.93～1.49，平均为1.23(表4)，与鄂尔多斯盆地桌子山剖面克里摩里组和乌拉力克组烃源岩(Zr/Rb值小于2)较为一致[18]，均属于水动力较弱的沉积环境。

4.3氧化还原条件

4.3.1元素分析

氧化还原条件决定烃源岩有机质的保存。过渡元素如V、Zn、Mo、U等对氧化还原条件的变化比较敏感，是研究海洋环境及其演化的重要指标。V、Mo、U等变价元素，在还原条件下呈低价沉淀；Cu、Zn等常呈二价沉淀于含H2S的还原环境中。这些元素作为海洋生物所需的微量营养素被有机质吸附、络合，在还原条件下，随有机质一起沉积富集[18]。

一般认为， V/(V+Ni)≥0．46，指示缺氧环境，并不受岩性限制[25]。腾格尔等[18]认为，碳酸盐岩的Th/U、Ce/La可记录原始海洋环境信息，在缺氧环境下， Th/U>0.8，Ce/La>1.50。

孝深1井雷三段烃源岩V/(V+Ni)值为0.64～0.77，平均为0.73；Th/U值为0.35～3.75，平均为2.27；Ce/La值为1.94～2.18，平均为2.11(表4)，3种指标均表现为缺氧环境。

4.3.2同位素分析

岩石或油气的稳定同位素分析在沉积环境和油气来源研究方面得到了广泛应用。孝深1井雷三段共采集11件样品开展了同位素地球化学分析(表4)，目的是探讨烃源岩沉积环境。

盐度是烃源岩发育环境中的一个重要因素，高盐环境有利于有机质保存[26]。盐度的增高可以使海水层化，形成盐跃层，盐跃层使底部水体缺氧，富12C的有机质沉积埋藏量增加，引起碳酸盐岩的δ13C值正偏移。Weber等提出了δ18O、δ13C与古盐度(Z)的关系式：

Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O +50)

在盐度较大的海水—咸化海水中，Z>122，Z值作为古盐度的定量化指标被广泛引用[27-28]。

孝深1井雷三段古盐度Z=124.09～130.79，平均为129.5(表4)，表明雷三段沉积时，海水循环受限，盐度较高、水体层化形成盐跃层，导致沉积物—水界面附近缺氧，有利于有机质保存。

4.4沉积速率

稀土元素(REE)一般被结合于碎屑矿物或以悬浮物形式入海，由于稀土元素中各元素的电价和被吸附能力不同，它们随着环境的改变会发生分异[29]，分异程度与碎屑矿物或悬浮颗粒在海水中停留的时间密切相关。当沉积速率较大的时候，稀土元素随碎屑矿物或悬浮颗粒快速沉积下来，与海水发生交换的时间较短，分异较弱；当沉积速率较小的时候，稀土元素有足够的时间与海水发生充分的交换，导致强烈分异。因此，稀土元素的分异程度能够反映沉积颗粒的沉积速率[29]。一般认为，低的沉积速率更有利于有机质聚集和保存。

图8　川西地区孝深1井雷口坡组三段

以球粒陨石标准值对孝深1井雷三段样品的稀土元素含量进行标准化，并绘制成稀土元素配分模式图(图8)，可以看出，雷三段样品在轻稀土(LREE)处具有较大的斜率, 而在重稀土(HREE)处较为平坦，显示其沉积速率较低，稀土元素在海水中有充分的时间被黏土吸附或与有机质络合以及进行相关的化学反应，导致稀土元素发生强烈分异。表明雷口坡组烃源岩沉积速率较低，有机质保存条件优越。

5结论

(1)川西地区雷口坡组烃源岩形成于生物生产力较高、水动力较弱、海水循环受限、盐度较高、沉积物—水界面附近缺氧和沉积速率相对较低的沉积环境中，这样的环境促进了烃源岩有机质的富集和保存。

(2)雷口坡组烃源岩有机质主要来源于水生浮游生物，烃源岩有机质类型指数TI为12.5～98.03，有机质属于Ⅱ1-Ⅱ2型，品质好，转化率高。烃源岩有机碳含量整体较低，与烃源岩类型好、演化程度高(Ro普遍大于2.0%)有关。有机质类型越好，生烃能力就越强，烃转化率也就越高。而演化程度越高，排烃效率就越高，滞留烃也就越少，导致烃源岩现今有机碳含量较低。显然，如果根据烃源岩有机质类型和成熟度对有机碳进行热演化恢复，将会有更多的样品达到烃源岩丰度标准。

(3)分析结果证明，川西地区雷口坡组烃源岩具有较好的生烃潜力。

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(编辑徐文明)

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

文章编号：1001-6112(2016)03-0366-09

doi：10.11781/sysydz201603366

收稿日期：2016-01-26；

修订日期：2016-04-15。

作者简介：杨克明(1955—)，男，教授级高级工程师，从事油气地质勘探研究。E-mail: Yangkeming.xnyq@sinopec.com。

基金项目：中国地质调查局项目“四川盆地及周缘碳酸盐岩油气地质调查及战略选区(带)评价”(1212011220758)资助。

中图分类号：TE122.115

文献标识码：A