川西北地区九龙山构造须家河组二段天然气气源分析

邓 涛, 李 勇

(成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川 成都 610059)

川西北地区九龙山构造(气田)是四川陆相前陆盆地的一个重要勘探区.九龙山构造产气层主要为下侏罗统自流井组珍珠冲段和上三叠统须家河组第二段,目前对二者气藏的气源争论较大[1-8].九龙山地区存在浅层须家河组须二中亚段(“腰带子”泥页岩)、须三段泥页岩、深层的茅口组灰岩和下寒武统泥岩4套优质烃源岩.目前,关于该区须二段天然气来源的分析较少,李延钧等[1]综合天然气组分、碳同位素和储层沥青生物标志化合物气源对比分析后认为,须二段天然气由浅层须三段腐殖型和深层茅口组、下寒武统偏腐泥型烃源混合贡献.为了对后期该区须二段气藏的开发提供理论依据,有必要深入剖析须二段产气层天然气来源.本次研究我们采用前人研究较为成熟的天然气组分、天然气碳同位素组成和生物标志化合物组成等参数[9-11]来揭示九龙山构造须二段天然气产层的天然气来源,从而为该区的油气勘探提供理论依据.

1 研究区地质概况

九龙山气藏带位于米仓山前缘西段,北邻米仓山南缘隐伏逆掩褶皱带,地表为九龙山构造,是川西北地区的重点油气勘探构造[12-13](图1).九龙山构造在地表表现为一轴向NE—SW向的对称短轴背斜.研究层位须家河组分为6段,自下而上依次发育为:须一段、须二段、须三段、须四段、须五段和须六段地层.在川西北地区,须六段已被完全剥蚀,须五段也遭受了严重剥蚀,此外,须四段也存在部分剥蚀现象.从岩性上看,须一段、须二中亚段、须三段和须五段地层岩性以暗色泥页岩为主,而须二下亚段、须二上亚段和须四段主要为砂、岩地层,其中,泥页岩层段是良好的生烃层段,而砂岩层段又是优质的储集层.因此,须家河组具备了良好的天然气生成、运移、聚集和保存条件,天然气勘探开发潜力十分巨大.

2 天然气组分特征

图 1 九龙山气藏构造位置示意图

3 天然气碳同位素特征

表 2 九龙山气藏及周边构造天然气烷烃气碳同位素质量分数统计表

综上,九龙山气藏须家河组T3x4储层天然气气源可能来自于其紧邻的下伏T3x3暗包泥页岩的气源,而九龙山气藏T3x2天然气可能为须二段“腰带子”泥质烃源岩和下伏古老海相泥质烃源岩的混合贡献形成的混源气,接下来则需要进行进一步的生物标志化合物分析.

4 储层沥青生物标志化合物特征

生物标志化合物是指沉积物或岩石中来源于活的生物体,在演化过程中记载了原始生物母质碳骨架的特殊分子结构信息的有机化合物[14-17].生物标志化合物有以下4个主要特征:1)由生物合成,来源于浮游植物、浮游动物、细菌以及陆生植物、高等动物等生物有机体,经成岩作用或后生作用转化而成[18];2)具有相当稳定的化学结构,保留有从生物先体继承下来的基本碳骨架特征;3)结构特殊,其碳骨架与一些已知的天然产物具有明显的联系;4)能提供有关有机质来源、沉积环境及其热成熟度和油气生物降解及运移等方面的信息.正是由于其结构的特殊性,因此当地质圈里某个生物标志物的所有立体结构能被确定时,就能确定它与某个假定的天然前身物之间的联系.主要的生物标志化合物研究对象有正构烷烃、类异戊二烯烃、甾烷和萜烷等[19-20],本文主要针对甾、萜类化合物进行研究说明.

4.1类异戊二烯烃分布特征九龙山气藏T3x2储层沥青抽提物的Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18三元交会图表明:须二段储层有一半的样品参数与T3x2中泥质烃源岩具有很大的相似性,而与该组须四段和部分须五段的烃源岩样品参数存在较大差异(图3),说明T3x2中泥质烃源岩与九龙山气藏T3x2天然气“指纹化石”契合度较高,具有同源性.但也有部分样品与须家河组各层段烃源岩特征都无相似性,考虑有一定的深部或浅部混源气影响.

图 3 九龙山气藏T3x2储层Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18 三元交会图

4.2甾萜烷化合物分布特征利用成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室由美国公司生产的TSQ Quantum XLS气相/液相色谱三重四极杆质谱联用仪对九龙山气藏T3x2储层沥青生标物进行了分析,分析结果如图4和图5所示,分布中三环萜烷仍以C23为主峰,存在C28、C29长链三环萜烷;但在C27H46分布中,18α(H)-22,29,30-三降藿烷与17α(H)-22,29,30-三降藿烷含量总体不高,且后者含量远大于前者,并以17α(H),21β(H)-藿烷为主峰,这与九龙山气藏T3x2中泥质烃源岩具较大的亲缘性.甾烷m/z-217质谱图中重排甾烷、4-甲基甾烷含量低,规则甾烷为C29占优势的“V”型,甲藻甾烷含量低(图5).甾烷特征呈“V”字型分布,而规则甾烷C27～C29主要用于油源对比、母源和沉积环境的生物标志物.三者的物质原始来源不同:C27甾烷主要来源于藻类等低等浮游植物,C28主要来源于硅藻、颗石藻,C29来源于高等植物或藻类,因此三者的连线可定性判别母质来源.上述生标物特征与T3x2中烃源岩的生物标志化合物特征相似.

因此,认为九龙山气藏须二段致密砂岩储层中的天然气主要来源于相邻的T3x2中泥岩,而在规则甾烷的三元图中也印证了这一观点(图6).

图 4 九龙山气藏T3x2砂岩萜烷m/z-191对比图

注:由于图中篇幅限制,图中1～19数字分别代表三环萜烷(C30),17α(H),21β(H)-30一降藿烷,18α(H)-30一降新藿烷(C29Ts),17α(H)一重排藿烷,17β(H),21α(H)-30一降藿烷(奥利烷),17α(H),21β(H)-藿烷17β(H),21α(H)-藿烷(莫烷),17α(H),21β(H)-29一升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29一升藿烷22R,伽马蜡烷,17β(H),21α(H)-29一升藿烷22S+22R,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22R).

根据九龙山气藏T3x2砂岩储层m/z-191萜烷对比图、m/z-217甾烷对比图(图4和图5)可看出:其三环萜烷分布、五环三萜烷分布、Tm/Ts比值、γ-蜡烷/(C31(22S+22R)/2)比值、5α-C27

图 5 九龙山气藏T3x2砂岩甾烷m/z-217对比图 (图中数字10、16、20分别代表αααC2720R 规则甾烷、C28重排甾烷和αααC2920R规则甾烷)

规则甾烷/5α—C29规则甾烷比值、5α—C28规则甾烷/5α-C29规则甾烷比值和C27～C29规则甾烷分布形态等特征大多与九龙山气藏T3x2中烃源岩相似[21-22],故推测其天然气来自于其T3x2中烃源岩.

图 6 九龙山气藏T3x2储层C27-C28-C29规则甾烷交会图

另外,对九龙山气藏T3x2致密砂岩储层的生标物参数与T3x2中泥岩进行了指纹对比[23](图7),结果表明T3x2储层段天然气生标物特征与T3x2中泥质烃源岩指纹相似度极高,由此可以证明T3x2储层的气源岩主要为T3x2中泥岩.并且观察到:T3x2上储层与T3x2烃源岩的相似度高于T3x2中,应该是由于须家河组深埋地下的异常高压导致的T3x2中的“隔层效应”,造成了对深部混源对九龙山T3x2气藏上下砂岩储层段的影响程度不同.也从侧面印证了T3x2确实为混源气,且混源来自其下伏地层[4,13].

图 7 九龙山气藏T3x2储层与烃源岩指纹对比

由以上综合分析可知:九龙山气藏T3x2然气为T3x2中泥岩及下伏古老海相腐泥型地层的混源气.

5 结论

通过对川西北地区九龙山构造上三叠统须家河组二段天然气与烃源岩的一系列相关数据及交汇图版的运用,对典型井气藏的天然气组分、同位素特征、沥青生物标志化合物进行了深入研究及讨论,得出以下结论:

1) 天然气组分特征.九龙山气藏天然气较干,除个别井之外,绝大多数井位天然气的CH4质量分数都超过了95%,重烃分布随CH4的质量分数增加而逐渐降低,二者呈现明显的线性负相关关系.其中非烃类气体含量不高,CO2和N2质量分数均未达到1%.

2) 天然气同位素特征.九龙山气藏天然气整体上呈现CH4碳同位素组成重,而C2H6碳同位素组成则相对较轻的特征,考虑到九龙山气藏T3x2中烃源岩本身就属于腐泥型,故判定其为典型的腐泥型成因气.

3) 烃源岩及储层沥青生物标志化合物特征对比.九龙山气藏T3x2气层的沥青生物标志化合物与本层位T3x2中烃源岩的生物标志化合物在甾、萜类化合物特征上存在极大地相似性.

4) 根据上文所分析的天然气组分特征、同位素特征、烃源岩与储层生物标志化合物特征,可判断:九龙山气藏T3x2气层天然气主要来自于T3x2中烃源岩,并有少量下伏地层的混源气特征.