蒸发环境烃源岩生烃能力探讨——以川西坳陷雷口坡组为例

王彦青，陈迎宾，胡烨，曾华盛，吴小奇

（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126）

0 引言

近年来，雷口坡组成为川西坳陷重要的勘探目的层，以川科1井、彭州1井等为代表的多口钻井相继获得高产工业气流［1-2］。除了下伏二叠系烃源岩外，雷口坡组自身烃源岩也对雷口坡组天然气藏有较大贡献。雷口坡组烃源岩残余有机碳质量分数整体偏低［1］，考虑到沉积环境往往控制着烃源岩的分布，而雷口坡组沉积环境及与烃源岩发育分布之间的关系仍然存在争议，这极大地制约了川西雷口坡组勘探领域的拓展和深入。因此，本文拟通过探讨蒸发环境与烃源岩发育的关系，明确沉积环境对有机质丰度的控制作用，为雷口坡组烃源岩生烃潜力研究和资源评价提供理论依据。

1 地质背景

四川盆地在三叠纪雷口坡期，主要为陆表海断续淹没的蒸发台地，受周边造山带构造隆升、挤压影响，台地内形成次一级的隆凹，这些隆凹形成澙湖、咸化盐湖发育的基底［3］。川西地区主要为台地边缘-局限台地-蒸发台地沉积，雷口坡组主要发育潟湖、间歇性干化潟湖、膏湖、浅滩等亚相，发育多套碳酸盐岩、膏岩及盐岩的旋回沉积（见图1）。

图1 川西雷口坡组沉积相

2 雷口坡组沉积古环境

盐度是烃源岩发育环境中的一个重要影响因素，高盐度环境有利于有机质保存［4］。

高盐度水体具有分层特征，由于盐度的增高，底部水体缺氧，富δ12C的有机质沉积埋藏量增加，引起碳酸盐岩的δ13C值正偏移。Keith和Weber把δ18O，δ13C结合起来用以指示古盐度（Z），其计算式为［5］

Z值作为古盐度的定量化指标被广泛引用［6-7］，盐度较大的海水-咸化海水中，Z＞122。川西坳陷PZ1等井雷口坡组烃源岩Z值为128.78～132.27，平均为130.38，表明雷口坡组沉积时为高盐度环境（见表1）。

伽马蜡烷和高盐环境伴生，是咸化水体分层的标志［8］。钻井烃源岩样品饱和烃色质具有明显的高伽马蜡烷的特征（见图2），很好地佐证了川西地区雷口坡组沉积期发育盐度高、水体分层的咸化蒸发环境。

表1 雷口坡组烃源岩碳氧同位素分析数据表

图2 川西地区钻井雷口坡组烃源岩饱和烃色质图

3 蒸发环境发育优质烃源岩

众多含油气盆地的勘探开发实例表明，蒸发环境可以发育优质烃源岩。柴达木盆地古近系为极度咸化环境，烃源岩具备有机质丰度低、转化率高的特点［9］；鄂尔多斯盆地蒸发潮坪-潟湖环境发育有效烃源岩［10］；塔里木盆地寒武系膏盐-碳酸盐岩组合，发育下寒武统玉尔吐斯组优质烃源岩［11］。川西雷口坡组发育相似的咸化蒸发环境，有利于有机质保存和转化。

3.1生物生产力——有机质供给

高生物生产力是富有机质沉积的物质基础。海洋学研究中常用钡（Ba）的丰度来表示生产力变化。Ba富集反映上层水体的高生产力。地中海底部淤泥中富集大量的重晶石，是高生产力的显著证据［12-13］。雷口坡组烃源岩中 Ba 质量分数 w（Ba）为 24.02～1 151.91 μg/g，平均为226.88 μg/g，反映川西地区雷口坡组沉积环境具备高生物生产力（见表1）［4］。另外，碳酸盐岩碳同位素组成（δ13CVPDB）已被广泛采用作为恢复古生产力的指标。δ13CVPDB正偏移可作为生产力增高的标志［14-15］。雷口坡组烃源岩样品δ13CVPDB为1.40‰～2.60‰，平均为2.02‰，呈正偏移（见表2），反映了雷口坡组烃源岩沉积环境中存在较高的生物生产力。

对川西雷口坡组岩石薄片进行了鉴定，发现烃源岩样品中生物非常发育，藻类最常见，多以残体如藻斑块、藻纹层的形态赋存，还有如介壳、腕足、有孔虫，多为骨架、碎屑。这些生物构成了烃源岩有机质的来源（见图3）。

表2 雷口坡组烃源岩微量元素特征

3.2 有机质保存与转化

Warren［16］研究认为，蒸发环境能有效保存有机质。在蒸发岩形成期，由于水体盐度增加或不同盐度水体的混合，底部高盐度水体近于停滞，生物体死后沉入水底，氧浓度的降低制约了绝大部分种类的生物生长，蓝绿藻和厌氧微生物细菌却可继续生存且繁盛。该环境下，沉积物免受生物的搅动，从而生产更多的有机质。

图3 雷口坡组岩石薄片

雷口坡组烃源岩中常见一种莓状黄铁矿，它在很大程度上与硫酸盐还原菌和极端嗜热硫菌的硫代谢有关，这不仅印证了Warren［16］提出的盐跃层以下的厌氧还原环境，而且间接反映了厌氧生物的存在。扫描电镜还发现生物体结构的炭化生屑（有机碳质量分数超过90%），充分证实了有机质得到了良好地保存（见图4）。

蒸发岩盆地生烃机理研究表明，蒸发岩分布区大地热流值相对较高，可以使烃源岩得到较大的热力作用，在较低镜质体反射率（Ro）的情况下，就可达到与其他烃类相同的成熟度，使有机质较早、较快地生成油气，因此，蒸发环境有利于有机物质向烃类转化［3，17］。Q.Jin等［18］认为盐类物质对烃源岩有机质生烃有催化作用，蒸发岩热导率高、热压作用导致了高排烃率。通过热模拟实验，Q.Jin等［18］人研究认为，蒸发岩的加入可以提高烃源岩生烃量，而且在各类蒸发岩中硫酸盐的效果最好。

图4 烃源岩样品扫描电镜和能谱分析

川西地区雷口坡组烃源岩有机质具备高转化率特征，TOC 平均为 24.7%［3］。

4 烃源岩有机质丰度与沉积环境

川西雷口坡组烃源岩演化程度高（Ro＞2.0%）［1］。一般认为，高—过成熟碳酸盐岩烃源岩残余有机碳质量分数（TOC）下限值为 0.2%［9，15］。

从钻井地球化学剖面可明显看出，尽管YS1与XaS1两口钻井的残余TOC均较低，整体上TOC＜1%，但分别来看，不同沉积环境的岩性沉积不同，残余TOC也有较大区别。YS1井剖面岩性以碳酸盐岩为主，以含藻的白云岩、灰云岩为主，局部含砂屑或生物碎屑，属于相对高能的滩相沉积夹潮坪沉积，绝大部分样品TOC＜0.2%，而XaS1井剖面岩性则以含膏碳酸盐岩、膏岩互层沉积为主，主要表现为蒸发潮坪、含膏潟湖沉积，大部分样品TOC＞0.2%（见图5）。对比结果表明，蒸发环境形成的烃源岩其有机质丰度更高。

图5 雷口坡组钻井地球化学剖面

在地化剖面对比的基础上，对川西地区雷口坡组790件钻井烃源岩样品的岩性与残余有机碳质量分数进行了统计（TOC≥0.2%视为烃源岩有机质丰度达标），统计结果表明：605件碳酸盐岩（白云岩、含灰质的白云岩）样品中，有74件样品TOC达标，达标率为12.2%；77件含藻碳酸盐岩样品中（含藻屑、藻纹层、藻团块灰岩、白云岩）样品中，仅5件样品TOC达标，达标率为6.5%；108件含膏的碳酸盐岩样品中，有43件样品TOC达标，达标率为39.8%，明显反映了含膏的碳酸盐岩具有相对更高的达标率。当然，如果考虑到蒸发岩在烃源岩热演化过程中对有机质转化的促进作用，将会有更多的样品达到烃源岩丰度标准（见表3）。

表3 烃源岩样品岩性与残余有机碳质量分数统计

不同的沉积环境对烃源岩的控制作用主要体现在沉积水体的动能及其氧化-还原特征。高能水体动荡使氧气相对充足，喜氧微生物能够快速且持续分解死后生物体中的有机质，少部分残存的生物骨架或生物碎屑快速沉积得以保留在沉积层中。比较而言，相对低能的水体中，生物体死后在下沉过程中被缓慢分解，随着水深增加，会慢慢变为弱还原—还原，尤其咸化环境明显的水体分层性会使水体突变为盐封的强还原环境，使有机质得以良好保存。

5 结论

1）川西地区雷口坡组沉积期发育高盐度、水体分层的咸化蒸发环境，这样的环境具有较高的生物生产力，可以形成优质烃源岩，更有利于烃源岩有机质的保存和转化。

2）川西地区雷口坡组蒸发台地相的膏云坪和含膏潟湖，以膏岩、白云质膏岩、膏质白云岩互层沉积为特征，其中膏质白云岩样品TOC相对较高，发育相对优质烃源岩。

致谢：感谢刘光祥教授级高工对相关工作给予的悉心指导，样品采集和资料收集得到了中国石化西南油气分公司的大力协助，样品分析测试得到了无锡石油地质研究所的支持，在此一并深表谢意。