四川盆地泸州西部须家河组天然气成藏期次.pdf

第 3 O 卷第 1期 地质勘探 1 9 四川盆地泸州西部须家河组天然气成藏期次 杨玉祥 李延钧 张文济。 李其荣。 隆 辉。 l _ 中国石油大学 北京 2 ． 西南石油大学 3 ． 中国石油西南油气 田公司蜀南气矿 杨玉祥等． 四川盆地 泸州西部须家河组天然气成藏期次． 天然气工业． 2 O 1 0 ， 3 0 1 1 9 2 2 ． 摘 要 为进 一步 明确 四川盆 地 泸 州 西部 地 区上 三 叠 统 须 家 河 组勘 探 目标 ， 对 该 区须 家 河 组 天 然 气 成 藏 期 次进 行 了研究， 以确认天然气成藏过程和成藏主控 因素。通过对储 层显微荧光薄片观察和流体包 裹体特征与均 一温度分析 ， 同 时结合地 温史和生烃史， 综合确定并认 为泸州西部地 区须 家河组天然气具有 3期成藏的特 点 ①初次成藏期发生在 中晚 侏 罗世， 主要形成低演化的煤 系气； ②主要成藏期发生在燕山运 动晚幕的 自垩 纪晚期和末期， 是须家河组煤 系烃源岩 大 量生排烃期 ， 也是最高演化程度的时期； ③ 第三阶段为深层来源 气的主要成藏期和各类天然气调 整期， 主要发 生在 喜 山 运 动 阶 段。 关 键 词 四川 盆地 泸 州 西部 晚三 叠世 成 藏 期 次 流 体‘ 包 裹体 煤 系气 显微 荧 光 均 一温 度 DO1 1 0 ． 3 7 8 7 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 1 0 ． 0 1 ． 0 0 6 四川盆地 泸州西部 区块位 于四川盆地南部 川南 低陡构造 区 ， 印支期泸 州古隆起 核部附近 ， 地 处 四川 I 省 泸州市 、 泸县 、 江安县 、 南溪县及 长宁县境 内 ， 包 括牟 家 坪 、 桐梓 园、 南 井 、 荔枝 滩 等构 造 ， 长 江横 穿该 区 ， 面 积 约 1 0 0 0 k m 图 1 。泸州 西部 区 块上 三叠 统 须 家河 组具有较好的保存条件， 区内须家河组具有较稳定的 泥页岩 ， 总厚 8 0 ～2 2 0 1 “13 ． ， 既 可作 为 烃 源岩 ， 又 可 作 为 气 藏的直接盖 层 。研 究 区在 以往 的勘 探 过程 中， 钻遇 须家河组 时油气显示 频 繁 ， 下 伏下 三 叠统 嘉 陵江 组 和 下二叠统 已有开采多 年 的工业 气 藏 ， 展示 了该地 区丰 富的油气资源 ， 具有 多套 储 产层 的 良好 勘探 前 景 。该 区位于华蓥 山断裂带上 盘 ， 烃源 断层 发育 ， 具备 下伏深 层烃源补充 的优越 条件 ， 为须 家河 组 油气 提 供 了丰 富 的物质基础 。研究 区须 家河组 勘 探程 度 低 ， 是 烃 源 和 保存条件好 、 具 备多套储 产层 的勘探 潜力 区域 ， 特别是 近年来对须 家河组 专层 井 钻探 已初 见 成效 。 因此 ， 对 研究 区须 家河 组天然气 成藏期 次的研究可 以为天然 气 成藏过程和成藏主控因素的确认奠定基础， 从而明确 有利勘探 目标 ， 对增 加新 的． 天然气 储 量具 有 重要 的现 实意 义。 图 1 泸 州西 部研 究工 区 图 1 天然气成因与分布 据李延钧等口 利用天然气组成与碳同位素及结合 生物标志化合物研究表明， 泸州古隆起区须家河组存 在3 种类型的天然气 ①须家河组煤 系自生 自储天然 基金项目 四川省重点学科建设项 目 编号 S Z D 0 4 1 4 。 ’ 作者简介 杨玉祥 ， 1 9 6 0年生 ， 高级工程师 ， 博士研究生 ； 长期从 事低 渗透油气勘探开发管理和勘探开发战略研 究工作。地址 7 5 0 0 0 6 宁夏 回族 自治区银川市中国石油长庆油 田公司采油三厂 。电话 1 3 8 9 5 0 8 6 2 2 9 。E ma i l y y y y x x 9 9 1 2 6 ． c o m 天然气工业 2 0 1 0 年 1月 气， 这类天然气 比较湿 ， 伴生凝析油， 乙烷碳 同位素较 重 ， 反 映了煤成气 特征 ， 主要 分 布在须 家河 组须 六段 2 亚段 透镜状砂体 中 ； ②深层来 源天然 气 ， 这类 天然气较 干 ， 乙烷 碳 同位 素轻 ， 反映 高演 化 腐 泥型 成气 特 征 ， 主 要分 布于深层 断裂发 育 区 ； ③ 上述 二 者混 合 成 因天 然 气， 天然气性质介于二者之问。 须 家河组在 泸州 地 区须一 段 和须 二 段 缺失 ， 分 布 的地层 有须三 、 须 四、 须 五段 和 须六 段 1 、 2 、 3亚 段 ， 其 中须 四段和须六段 发育 砂 岩储 层 ， 须六 段 2亚段 在研 究 区发育透镜状 砂体 。须 三 、 须 五段 泥 页岩 和须 六 段 泥岩夹层可作为良好的烃源岩， 并含有煤层 ， 属于煤系 腐殖 型有机质 ， 有机 质 成熟 度 R。 现 今 分 布在 0 ． 9 ～ 1 ． 3 ， 处于成熟 阶段 。 2 须家河组天然气成藏期次 2 ． 1显微荧 光观察 通 过对荧 光及铸 体 薄片 的观 察 ， 能定 性 判 断油 气 充注 期次 。从 荧光强 度 上来 看 ， 对应 气层 或 附 近 的薄 片呈 现较强一 中等荧光 ， 而非气层 、 致密层 荧光强 度极 弱 。这 说明荧 光是烃类在储 层 中储 集和运 聚所 留下的 踪迹 。在储层 薄片 中还 可见到分 布于孔 隙不 同部 位或 裂缝 中的荧光类 型 ， 并且 强 度也 存 在差 异 。这种 差 异 反 映了烃类充 注的期 次 先后 和 时期 的早 晚 ， 甚 至充 注 烃类 的相态差别 或保 存 情 况等 。 因此 ， 荧 光 显 微特 征 可以定性判断与分析储层烃类运 聚或成藏期次， 以及 烃类保 存和油 气藏破坏 的历史 。 ] 。 研究 区储 层普遍存 在 2 类荧 光 ①孔 缝 中 ， 特别是 泥质 部位多为 浅黄色 荧 光 ； ② 破 裂缝 呈 现浅 或 淡蓝 色 荧光 。 以上 表 明研 究 区须 家 河 组储 层 至少 存 在 2期 充 注 ， 其 中呈现 暗黄色 或者 褐 、 黄 色 的荧光 强 度较 弱 ， 多 分 布于原生孑 L 缝 或 为泥 质所 吸 附 ， 表现 为重 烃 含量 较 高的天然气或存在液态烃的伴生。判断为须家河组早 期 生烃 ， 即煤 系低 熟 系列 烃 类 液 态 烃 或 湿 气 为 主 。 而荧 光强度 中等或 比较 强 ， 以淡黄色 、 浅 白色等 色调为 主的荧光多分布于自由孑 L 隙空间及微裂缝、 节理缝中， 显 然充注 时期要 晚一 步 ， 且 烃 类 以气 态烃 或较 干 的气 态 烃为 主 。据烃 源研究 结 果 ， 可 能为 须家 河 组生 烃 高 峰 天然气 大量生成 期 或深 层来 源干气充 注所致 。 2 ． 2 流体 包 裹体 特征 储层中的流体包裹体是储层成岩过程被 自生矿物 品格所捕获而形成的油气水包裹体 ， 它们记录了油气 水 充注储层 时 的组成 、 性 质 以及 物 理化 学 条件 。不 同 自生矿物或不同期次的胶结矿物捕获的包裹体 ， 其组 成 和物理 化学性 质不 同 ， 这些 特 征是 油气 藏 形成 演 化 历史的直接标志[ 4 _ 8 ] 。笔者主要通过观察包裹体成分 类型及其分布 ， 统计包裹体均_温度， 判断和对比油气 在研究 区储 层 中的充注 和捕获历 史 。同时结合烃 源的 热演化 史 、 地温 史 ， 以油气生成 、 运移 、 聚集 的阶段性理 论 ， 按照 “ 分段捕 获” 原理综 合分析 l 9 ] ， 进而确 定泸 州西 部地 区须家河组 油气 的成藏期 次 。 2 ． 2 ． 1 包裹体 薄 片观 察 镜下 观察 ， 在石英 晶体 、 石英 次 生边 或 微裂 隙 或 愈合微裂隙 中见有较多烃质包裹体和水质包裹体， 在 荧光显微 镜蓝 光和紫外 光激发 下 ， 见有 黄色 、 黄色带黄 绿色 、 蓝色及 蓝 白色 的荧 光 ， 说 明该片 有较多 的烃类包 裹体发 育 。 2 ． 2 ． 2 包裹体盐度 值与均 一温度 包裹体盐度值的变化与包裹体均一温度的相关性 是受盆地的构造运动与热液活动决定的， 盐度变化反 映了地层流体矿化度的变化。由于在烃源岩进入大量 生烃 阶段有 大量的有 机 酸形 成 ， 导 致伴 随 的流 体 盐度 较高 ； 而在烃 源演化后 期阶段 ， 流体盐 度相应 变低 。 井 2 5 井 须家河 组储 层两 种 盐 度值 反 映存 在 2种 烃源产物， 其 中第一种较低 盐度 Na C 1 质量分数为 6 ． 6 ～8 ． 0 对应 较 高 的均 一 温 度 范 围 1 1 5 ～ 1 5 0 ℃ ， 应为演化程度较高的油气所伴生 ； 第二种较高的 盐度 Na C l 质量 分数 为 2 1 ． 8 ～2 2 ． 1 和较低 均一 温度 范 围 8 2 ～ 1 0 2℃ ， 是 刚 进入 大 量 生 烃 阶段 的产 物 表 1 。 统 计 井 2 5 井 须 家 河 组 储 层 与 烃 类 包 裹 体 表 1 井 2 5井流体 包裹体特征表 第 3 O卷第 1 期 地质勘探 伴生 的盐水 包裹体 均一 温度 ， 绘 制包 裹 体均 一 温度 柱 状图 图 2 ， 可见均一温度存在 3个主要峰温 ， 对应 3 个温 度 范 围 9 O ～ 1 0 5 ℃ 、 1 1 5 ～ 1 2 5 ℃ 以及 1 3 0 ～ 1 5 5 ℃ 。 包裹体均‘ 温度 ／ ℃ 图 2 井 2 5井盐水包裹体 均一温度柱状 图 与笔 者所恢 复的井 2 5井古 地温 梯度 和埋 藏 史 及 生烃史对 照 ， 可得 到 井 2 5井 成 藏期 次 分 析 图 图 3 。 由图 2 可知， 在古地温为9 0℃左右 时， 须家河组处于 白垩系地层 沉积初 期 ， 此 阶段 须 家河 组 烃源 岩成 熟度 R 。 为 0 ． 5 ～O ． 7 ％ ， 为生 烃早期 阶段 ， 煤 系 烃源 岩 以 生成部分 液态烃和湿气 为主 ， 属 于低演化 系列烃类 ， 绝 对 数量有 限 ， 但可优先 占据储层 原生孔 隙 ， 且因储层 岩 石 没有完全 压实而物性 较好 ， 利 于烃类高效 运聚 ， 为初 次成 藏期 。第 二 阶段 均一温度 为 1 1 5 ～1 2 5℃ ， 对应 白 垩系地层沉积后期 ， 烃源岩成熟度 R 。 为 0 ． 9 ％～1 ． 0 以上 ， 进入须家 河组 生 烃 高峰 期。 由于样 品包 裹 体分 布不 均 等 因素 ， 使 得 在 分 析 的样 品 中所 测 得 的该 期 包裹体均一温度数量不多， 但这是须家河组烃源岩大 埋深／ m T I J J 2 s J 3 K E Q 地 层 ．0 0 二 二 0 l ■ 沙 段 一6 4 0一 0 0 ． 沙一 段 一 1 2 8 0 一 。 l 二 、 一一一一 誓 自 流 井 群 豢 l须 六 段 一 1 9 2 0 一 ＼ 羹 墓 丽 一一一一一 一 一 一 一 一 iiii 、、 一 一 一 一 ． - 2 5 6 0 - ． 3 2 0 0 ． 初 次成藏期 ， 。 - 3 8 4 0- - -- 1 ． v o 0 “ 1 3 O’ 器 ／ M a 一 2 10 一 l 8 2 一 l 5 4 1 2 6 9 8 7 O 一 4 2 - 14 图 3井 2 5井成藏期次分 析图 量生烃阶段 ， 以生成煤成 气为 主 ， 气体 干湿 度适 中并含 少量凝析油。因此应属 于须家河组烃源的主要成藏期 。 从古 地温梯度 图可 以看 出 ， 井 2 5 井须 家河组 地层 在演化过 程 中最高 温度 为 1 3 5℃ ， 而包 裹体 均 一温 度 存在 的第 三个范 围 ， 即 1 3 O ～1 5 5℃部分超 出了须 家河 组 的古地 温范 围。此 现象应是 由于外来深 层高温 流体 侵入造成 的 。这与 前述的根据包 裹体盐 度较低所 推测 的存在 高演化油气 充注的结果一 致 。由此 可见须 家河 组储层接受了深层流体及烃源的贡献， 推测可能发生 在喜山运动期， 也即四川 I 盆地普遍存在的天然气重新 分配与调整期。因此高温流体对应这一成藏期。 2 ． 3 深层 来源气 运聚时期分 析 2 ． 3 ． 1 H 2 S气体 H S气 体 生成 常 见 的有 2种 方 式 。第 一 种 是 生 源成 因 ， 即细菌硫 酸盐还原作 用 ， 该过 程所需 的环境条 件是低 温 ， 目前 大多数学 者 都认 为 该 反应过 程 对烃 类 的降解主要发生在埋藏温度低于 6 0 ～8 0℃的浅埋藏 环境 中 ， 此时油气 处 于未 成熟 阶段 。第 二种 是 热化 学 硫酸盐还 原作用 ， 在 1 0 0 2 0 0℃之 间 ， R。 相 当于 1 ～ 4 ％的深埋高温环 境 中， 在硫 酸盐 的参 与下烃类 常发 生这样 的次生变化 l 】 。 在 高温条件下 ， 一般属 于热 化学硫 酸盐还原作 用 ， 并形成 含硫 气藏 ， 显 然须 家 河组地 层 内不 能 形成 H S 气体。泸州地区只有嘉陵江组及其以下地层才具有硫 酸盐岩 的物 质 条件 和 1 3 0℃ 以上 的 古地 温 条 件 。因 此 ， 在研究 工区相邻 的董 1 O井 、 合 8井 、 工 2 2井 的 油 气 内含有 H S ， 是 深层 来 源 气 注入 须 家 河 组 的证 据 。 由于在 白垩纪末期 之前 ， 嘉 陵江 组地 层 的古 地温 未能 天然气工业 2 0 1 0年 1 月 达到 1 3 0℃I l 引。因此该 阶段 的 深层 气 不会 早 于 白垩 系沉积 之前注入须 家河 组 ， 所 注入 的时期 只 能在 喜 山 期 内。 2 ． 3 ． 2储层 荧光 须 家河组本身 的 生烃 时期 应 在 晚侏 罗世 以后 ， 晚 于志留系烃源的大量生烃期 。如果志留系高峰期产物 在侏 罗纪内注入须 家河 组 ， 那 么在 须 家河 组 的显 微 薄 片上应该 能 够 观察 到 高 演 化 阶段 的烃 类 充 注 原 生孔 隙 。而实际观察 到原生孔 隙内部 吸附低演化 的煤成 液 态烃 ， 并 发出暗黄 色 、 浅黄色 的荧光 。这说 明原生孔 隙 内充填 的不是志 留系形 成 的高 熟 烃类 ， 应 为 须家 河组 自生 自储 的油气 。 深层 来源烃类 在研究 区内须 四段 和须六 段均有 发 现 。在早 中侏 罗 统 沉 积期 须 家 河 组 地 层 演 化 程 度较 低 ， 埋深 不超过 5 0 0 m， 须 家河 组 盖 层 未完 全 压 实 ， 不 具备作 为气藏盖 层 的条件 。故该期 即使有深 层来 源天 然气注入 须家河组地 层 ， 也 是难 以保 存 的。 根据 以上两点 可 以说 明 ， 在燕 山期 阶段 须家 河 组 地层未捕 获到深层 来 源 气 。另外 ， 笔 者在 气 层 的储 层 中发 现很 多微观 的构 造裂 缝 ， 裂缝 内呈现 浅 绿 色和 白 色 的、 中等一较 高强 度 的荧 光 。这 是 后期 深 层来 源 天 然气运 移的证据 。因此 ， 现 今 的混 源 气应 在 喜 山运 动 期 内成 藏 ， 该 时期 构造 运 动导 致储 层 中大量 微裂 缝 形 成 ， 为储 层 中富集 油气 、 短 距 离横 向运 移 提 供条 件 ， 同 时深层 断裂活动 为深层烃 源 向上运 聚提供 了通道 和途 径 。并且喜 山期也 是 四川 盆地气 藏普遍 的调整期 。成 藏时 期上看 ， 深层来 源气具 有 晚期 成藏 的特点 ， 所形 成 的须 家河组深层来 源 气藏 属 于次 生 气藏 范 畴 ， 是深 层 已形成气藏的天然气在喜山期的调整和转移。 3 结论 通过对储层 显微荧 光薄片 观察和流体 包裹体 特征 与均 一温度分 析 ， 同时结 合地温 史和生烃 史 ， 综合 分析 后认为泸州西部地区须家河组气藏共分为 3个成藏期 次 ①第一阶段为初次成藏期 ， 在 中晚侏罗世 ， 主要形 成 低演化 的煤系气 ； ② 第二 阶段 为须 家河 组 来源 的主 要 成藏期 ， 发生在燕 山运 动晚幕 的 自垩纪 晚期和末期 ， 主要由须家河组煤系烃源大量生烃， 也是最高演化程 度 的时期 ； ③第三 阶段 为 深层 来 源气 的 主要 成藏 期 和 各类天然气调整期 ， 主要在喜山运动阶段 。 参考文献 E 1 ]李延钧． 牟家坪一南井地区须家河组成藏条件研究 [ R ] ． 成 都 西南石油大学 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]李其荣 ， 王廷栋 ，李延钧 ， 等． 泸州古 隆起嘉 陵江 组油气成 藏期 的确定[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 5 ， 2 5 7 8 - 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