油气分段捕获揭示震旦—寒武系天然气成藏过程

刘 欢，李明隆，江 林，夏吉文，王廷栋

1.西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500

2.中国石油西南油气田分公司蜀南气矿，四川 泸州 646000

引 言

烃类的生成运聚具有阶段性，不同有机质在不同演化阶段生成的烃类性质和数量不同[1]。由于构造活动与圈闭形成也具有阶段性，因此不同时期形成的圈闭可捕获烃源岩不同演化阶段的油气。特别是在构造活动较为频繁的地区，烃源岩早期生成的油气即使被圈闭聚集成藏，由于后期的构造作用，油气发生散失或转移，使一些圈闭只能捕获晚期生成的天然气[2]。以上即是油气分段捕获的核心内容，对天然气成藏各个要素的匹配分析和成藏过程动态分析非常重要。

本文以四川盆地南部威远、资阳、高磨（高石梯-磨溪）3个含气构造单元为研究对象，这3个构造同属于乐山—龙女寺古隆起的一部分，随着古隆起形态演化一直在发生调整，高磨地区震旦系灯影组气藏从震旦纪至今一直处于古隆起相对高部位，寒武系气藏也为继承性古高地；资阳构造震旦系-寒武系气藏从印支期至喜马拉雅期以前处于高部位，后调整为威远构造的北斜坡部位；威远构造恰恰相反，在喜马拉雅期以前处于斜坡部位，之后调整为高部位[3]。

根据前人的研究，震旦系-寒武系天然气主要为原油裂解气，气源主要为下寒武统筇竹寺组烃源岩，为一套有机质丰度高（TOC平均1.95%）、厚度大（川南平均约400 m）的海相深色泥页岩（图1），成熟度较高，现今成熟度最高达到了生气上限3%以上[4-9]。威远、资阳、高磨3个地区均发育寒武系烃源岩，但厚度存在差异，尤其是3个地区紧邻南边的主力供烃区——生油洼陷区（图1）。洼陷区、隆起区以及斜坡区烃源岩成熟的时期不一致，从洼陷区到隆起区烃源岩依次序列生烃，3个地区的构造演化差异导致形成有效圈闭的时期不一致，就必然导致油气成藏存在分段多期捕获。加之，早期形成的古油藏会进一步裂解或发生气侵形成古气藏，古气藏又可能发生原地聚集或异位转移；烃源岩晚期进一步产生的干酪根裂解气也能聚集成藏，因此，整个成藏过程就显得更加复杂，了解烃源岩演化规律和利用油气分段捕获的思想是分析复杂地区油气多期成藏的一个重要手段。

图1 四川盆地南部地质与烃源岩概图Fig.1 Thicker of hydrocarbon and geological sketch map of southern Sichuan Basin

1 烃源岩生烃演化规律

1.1 烃源岩序列生烃

下寒武统筇竹寺组成熟度较高，现今成熟度最高达到了生气上限3%以上，其经历了完整的烃源岩演化过程，在时间上，从古至今，生烃具有从生油、生湿气，到生干气的完整序列；同时，在乐山-龙女寺古隆起区、斜坡区、洼陷区等不同区域，烃源岩生烃也具有空间上的序列性。

烃源岩热演化史研究见表1、图2。泸州核部-长宁地区正好处于裂陷槽内，属于洼陷区，其筇竹寺组烃源岩成熟早，往西北靠近乐山-龙女寺隆起区烃源岩成熟晚。早志留世末，泸州核部地区烃源岩演化进入到生油高峰，屏山-自贡 威远-内江一带烃源岩属于低熟油阶段；二叠纪末，生油区域向西北方向扩展，泸州核部地区进入凝析油-湿气阶段，长宁少部分地区开始生成干气；中三叠世和晚三叠世成熟度进一步增高，泸州核部——长宁地区生干气的区域增加，西北部也都开始生油，生成凝析油气的区域进一步增加；到了侏罗纪末期，除乐山—资阳一带烃源岩处于生成湿气阶段外，大部分地区都处于干气阶段（图2）。寒武系的烃源岩生烃演化具有从洼陷区-斜坡区-古隆起核部先后依次序列演化生烃的特征，不同阶段生成油气的性质和区域都有所变化，由于古隆起的持续发育，除洼陷区烃源岩长期向古隆起高部位区运聚供烃之外，古隆起高部位的原地烃源岩在油气生成高峰也可直接就近供烃。

1.2 原油裂解气

对于天然气的成藏，除了烃源岩演化到高熟阶段生成的湿气、干气的聚集以外，早期形成的古油藏进一步裂解成气产生原地聚集或异位聚集，是非常重要的一部分。据前人的研究，海相腐泥型烃源岩以生油为主（约80%），干酪根生气只占较少的部分（约 20%）[13-14]，说明原油裂解气占了很大比例。原油裂解气既发生在烃源岩内，也发生在排驱过程和储层中[15-16]；早期的古油藏可以裂解成干气藏，古隆起斜坡地带的分散型滞留原油也可裂解成气[6]。因此，最终气藏除了来源于烃源岩持续演化，干酪根生气以外，更为重要的来源是原油裂解气，本文也将原油裂解气分为两部分：富集型的古油藏裂解和分散型滞留原油裂解，二者的具体比例会随着实际地质条件的变化而差异很大，但都不能忽视（图3）[17]，特别是古隆起斜坡地带的分散型滞留原油裂解气。

对问卷答案的数据进行了初步分析，58位教师在日常的教学过程中，PowerPoint的使用率为100%， word的使用率为51.7%， Excel 表格的使用率为25.9%；PowerPoint插入功能的使用中，文字，图片，文本框的插入使用率为98.3%，插入超链接的使用率为77.6%，插入音频的使用率为58.6%，插入视频的使用率为65.5%，编辑背景的使用率为32.8%，设置动画效果的使用率为29.3%；PPT因版本差异等原因无法正常播放，能现场自行解决的教师比例为25.9%。

表1 四川盆地南部寒武系烃源岩生烃高峰及储层原油裂解期统计表Tab.1 Period of hydrocarbon generation peak of Cambrian source rocks and period of oil-cracking in Sinian-Cambrian reservoirs

图2 四川盆地南部寒武系烃源岩演化平面分布特征Fig.2 The plane distribution of Cambrian source rock evolution in south Sichuan Basin

图3 海相烃源生烃模式Fig.3 Hydrocarbon-generation model of Marine source rock

无论生油母质是何种类型[18-20]，原油发生裂解的温度基本都高于160.00°C。东营洼陷丰深1井热模拟实验[21]也显示，当地温达到160.00°C以上时，原油开始大量裂解。表1也分析了震旦系灯影组和寒武系龙王庙组储层温度处于160.00°C以上的地质时期，即古油藏开始大量裂解的时期，也即为原油裂解气对天然气成藏的贡献时期。其中，高磨地区龙王庙组现今地温137.50～143.90°C，灯影组150.20～163.28°C，高磨地区灯影组从三叠纪末至今储层原油一直处于持续高温裂解，龙王庙组原油裂解在早侏罗世—古近纪。威远—资阳现今地温较低，只在古近纪及以前灯影期和龙王庙期原油发生了原油裂解；斜坡区灯影组储层温度从二叠纪末至今基本也都在160.00°C以上，原油一直在裂解；斜坡区龙王庙组原油裂解发生在早侏罗世—古近纪；洼陷区不管灯影期还是龙王庙期至今地温都高于原油裂解门限。

2 油气分段捕获与成藏分析

结合上述烃源岩的演化规律、油气大量裂解的时期以及圈闭形成时间等，可以利用天然气分段捕获原理，解剖研究区震旦系-寒武系的成藏过程，认识油气运聚成藏规律（图4）。

高磨地区震旦纪至今一直处于古隆起相对高部位，震旦系—寒武系圈闭可以捕获所有阶段生成的油气，首先是洼陷区寒武系烃源岩在志留纪生油高峰产生的原油；其次是斜坡区和高磨原地生成的原油；尤其在三叠纪，洼陷区烃源岩达到生气高峰，天然气继续向高磨地区运移侵入，对已聚集的液态烃产生气侵作用。前人研究表明，气侵使古油藏中轻质组分被天然气溶解，油藏中的重质组分，主要是沥青质脱出[22-23]。在高磨地区灯影组和龙王庙组发现了大量沥青质存在的证据，储层薄片显微镜下可观察到沥青质衬边、分散状沥青脉、半充填焦沥青与沥青质共存等现象[9-10，24-25]（图 5），笔者推测，气侵使液态烃部分转化为固态沥青，一方面增大了孔隙储气的空间，对古气藏形成有利；另一方面，在古油藏的边部如果发生气侵也可能产生大量的沥青质堵塞孔隙，阻碍油气进一步运移。对气侵与沥青质形成的研究有待进一步深入，其在油气成藏过程中的作用不容忽视；再次，早白垩世古隆起高部位及斜坡区、洼陷区均达到过成熟阶段，晚期干酪根裂解气大量生成，也能进一步运聚到高磨地区。

资阳地区震旦系-寒武系圈闭最早形成于三叠纪印支运动，洼陷区生油高峰的原油难以捕获，但可以捕获资阳地区烃源岩生油高峰的原油，并进一步裂解形成原油裂解古气藏，但经历喜马拉雅运动的调整，资阳从高部位调整至斜坡，油气未得到较好地保存，钻井揭示，现今震旦系—寒武系水井、残余气井居多；相反，威远构造形成晚，在喜马拉雅期以前一直处于古隆起斜坡带，喜马拉雅期后调整为高部位，此时可捕获处于威远北斜坡的资阳构造转移过来的天然气，同时威远也可以捕获晚期干酪根裂解气。

图4 四川盆地南部地区油气成藏事件与成藏过程图Fig.4 Hydrocarbon generation sequence of Cambrian source rocks and probable period of oil and gas accumulation

图5 气侵形成的沥青质分布特征Fig.5 Distribution characteristics of gas-invaded asphaltene

通过油气分段捕获原理可以对气藏进行“将今论古”的分析，当然也可以预测未知区块的成藏潜力。例如，泸州古隆起区烃源岩一直持续生烃，如果有好的储层和圈闭，该地区能捕获烃源岩生气高峰及其以后阶段的天然气，包括分散型滞留原油裂解气和晚期阶段的干酪根裂解气，其天然气勘探潜力大，值得进一步勘探。

3 结 论

（1）海相烃源岩最终形成的天然气主要来源于原油裂解，除典型的富集型和分散型外，滞留原油裂解气不可忽视。四川盆地高磨地区震旦系 寒武系圈闭以捕获原地古油藏裂解气为主，威远、资阳则不排除分散型滞留油气的裂解，在靠近斜坡和洼陷区域，大量分散型滞留原油裂解气还可以进一步聚集成藏。

（2）具有洼陷—斜坡—隆起地质背景的烃源展布，一般存在烃源序列生烃，即不同地质时期、不同区域生成油气的性质有所变化，且能相互影响，应当将古隆起演化规律和烃源岩序列生烃结合起来，利用油气分段捕获思想分析天然气成藏规律。

（3）四川盆地南部震旦系-寒武系天然气成藏经历了古油藏形成、天然气气侵古气藏形成、古油气藏裂解蚀变、晚期干酪根裂解气充注与调整等阶段。除高磨地区几乎捕获了所有阶段的油气，威远、资阳捕获了局部阶段油气之外，泸州古隆起区能捕获生气高峰及其以后阶段的天然气，包括分散型滞留原油裂解气和晚期干酪根裂解气，如果落实该地区的储层和圈闭，其天然气勘探潜力很大。