川西北古生界烴源巖特征及生烴潛力評價

李琪琪,李 斌,劉羿伶,郝悅琪,鄭見超

(1.西南石油大學，四川 成都 610500；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500)

0 引 言

川西北部地區隸屬于上揚子地臺北緣的龍門山、米倉山山前斷褶帶，揚子陸塊北緣與秦嶺造山帶接合部。川西北及鄰區鉆井、野外露頭剖面等資料表明，區內缺失石炭系，同時不同程度缺失泥盆系、中—上寒武統、下奧陶統和中—上志留統，其余地層層序正常[1-2]。

川西北地區是四川盆地近幾年勘探的熱門地區，但對于該區古生界烴源巖的研究工作相對較少，缺乏相對客觀的評價，且以往研究多局限于對其烴源巖特征的定性和半定量評價，對生烴潛力的研究比較少。因此，研究上古生界烴源巖生氣潛力對勘探有利區的選擇和油氣儲備評價具有重要意義[3]。對此，依據野外露頭和重點鉆井烴源巖發育特征與有機地球化學測試分析資料，力圖厘清古生界烴源巖的主要生烴層位和展布特征，確定烴源巖的有機質豐度、類型及成熟度，并據此對川西北古生界各層位烴源巖的生烴強度進行了計算。另外，大量研究表明，世界多數盆地的油氣藏都主要分布在烴源灶范圍內及其周圍，換言之，就是油氣田的分布受烴源巖控制，因此，根據有利烴源巖的分布對有利勘探區域進行了預測，以期為油氣勘探提供科學依據。

1 烴源巖的展布特征

據前人研究，川西北地區古生界共發育6套烴源巖[4-6]，利用野外剖面細測和鉆井資料分析等手段，確定了該區烴源巖的分布特征為：下寒武統筇竹寺組烴源巖在廣元—劍閣—綿陽一帶厚度最大，達200 m以上，向蒼溪和江油地區逐漸減?。幌轮玖艚y龍馬溪組烴源巖在研究區南部志留系已被剝蝕殆盡，僅在北部殘留部分地層[7-8]，其在廣元—旺蒼地區最厚，然后向西南部逐漸減薄，到蒼溪—劍閣一帶尖滅；中二疊統棲霞組烴源巖在米倉山南緣和江油—劍閣地區厚度較大，蒼溪—梓潼地區烴源巖不發育；中二疊統茅口組烴源巖的厚度較大，其中在米倉山南緣以及廣元—劍閣地區厚度最大；上二疊統吳家坪組與龍潭組屬于同期異相沉積，在劍閣地區以及廣元—旺蒼一帶的厚度最大，在50 m以上，并向研究區南部逐漸減??；上二疊統大隆組與長興組也屬于同期異相沉積，大隆組烴源巖主要分布在長江溝、廣元—旺蒼地區。而江油—梓潼一帶大隆組由盆地相變為開闊臺地相的長興組，烴源巖不發育(表1)。

綜上所述，該6套烴源巖中，筇竹寺組的厚度最大，一般為100～200 m，分布最廣，能為油氣的形成提供充足的物質基礎，其次為茅口組；龍馬溪組和大隆組分布范圍有限，在廣旺地區對油氣的生成有一定的貢獻；棲霞組和吳家坪組，烴源巖厚度基本大于30 m，具備生成一定數量油氣的物質條件。

表1 川西北二疊系古生界各層位烴源巖厚度統計

2 有機質豐度與生烴潛力

巖石中有足夠數量的有機質是形成油氣的物質基礎，也是決定巖石生烴能力的主要因素[9]。通常采用有機質豐度來代表巖石中有機質的相對含量，衡量和評價烴源巖的生烴潛力[10]。研究區內6套烴源巖的有機碳與氯仿瀝青“A”含量的分布特征相似，并且均顯示該6套烴源巖有機質豐度較高，總體上為較好—好烴源巖(表2)。

另外，烴源巖元素組成、熱解氫指數和干酪跟碳同位素組成分析表明，中國南方海相烴源巖的成熟度很高[11-12]。川西北地區烴源巖實測Ro值多大于1.7%，說明該地區烴源巖多數已經達到成熟—高成熟階段，而實測巖石熱解參數(S1+S2)基本小于1.00 mg/g(表3)，大部分小于0.50 mg/g，若按照中國南方烴源巖的評價標準，基本屬于非烴源巖或差烴源巖，這與實際并不相符。因此，如何評價高—過成熟階段碳酸鹽巖層系的生烴潛力成為人們一直關注的問題。Peters和Cassa指出總有機碳并不是一個生油潛力的明確指標，烴源巖是否有效必須根據其有機質含量、有機質類型和有機質熱演化程度進行判斷，并認為有效烴源巖的生烴潛力(S1+S2)必須大于2.00 mg/g[11]。

表2 川西北古生界各層位烴源巖有機質豐度評價

根據梁狄剛等[11-12]建立的南方古生界海相泥巖和碳酸鹽巖的生烴潛力與有機碳的關系，對川西北二疊系烴源巖的泥巖和碳酸鹽巖進行熱解生烴恢復(表3)。由恢復結果可看出，除金真村吳家坪組頁巖恢復后S1+S2呈現降低外，WJ1井茅口組炭質泥巖以及通口棲霞組泥巖恢復后S1+S2值均大幅增加，特別是高演化泥巖，由恢復前的非烴源巖轉變為差—中等烴源巖。灰巖與泥巖類似，中二疊統茅口組、棲霞組和上二疊統大隆組、龍潭組(吳家坪組)灰巖恢復后S1+S2值大多為2.00～6.00 mg/g，平均值為3.07 mg/g，為較好的烴源巖，同時也有個別樣品恢復后S1+S2值降低，其原因可能與其熱演化程度本身處于成熟或低成熟階段有關，也有可能是由于測試和恢復過程中的誤差造成的。因此，海相烴源巖生烴潛力恢復只適用于高演化階段的泥巖和灰巖，且只能反映烴源巖曾經的生烴能力，成熟和低成熟泥巖和灰巖不適合生烴潛力恢復[11]。由于中國南方海相烴源巖多數已處于高—過成熟階段，生烴潛力恢復有利于正確認識海相油氣勘探。

表3 川西北地區二疊系烴源巖實測熱解生烴潛量與恢復生烴潛力

3 有機質類型

有機質類型是決定烴源巖產烴量和烴類產物組成的重要因素之一[13-14]。根據研究區烴源巖的有關分析化驗資料，運用干酪根顯微組分法和干酪根碳同位素法，對研究區烴源巖的有機質類型進行研究和評價。結果顯示，干酪根類型總體呈現出隨著地層年代的變新有機質類型變差的趨勢。總的來說，6套烴源巖有機質類型都較好，其中龍潭組為煤系沉積，因此，其有機質類型為典型的Ⅲ型。另外，就各層位相比較而言，筇竹寺組烴源巖有機質類型最好，其次為龍馬溪組、茅口組和棲霞組(表4)。

表4 川西北古生界各層位烴源巖有機質類型劃分

4 有機質成熟度

在古生界地層中一般很難找到標準的鏡質體，這給烴源巖成熟度的研究和定量評價帶來了一定的難度[15-16]。但由于烴源巖成熟度高，且有機質類型好，在樣品中往往有固態瀝青賦存。采用豐國秀等[17]在四川盆地測定大量瀝青質反射率的基礎上建立的鏡質體反射率與瀝青質反射率之間的關系，將川西北地區各井位以及野外剖面樣品的瀝青質反射率(Rob)轉化成等效鏡質體反射率(Ro)來判斷有機質的成熟度，定量研究烴源巖的熱演化程度。結果表明，研究區的6套烴源巖鏡質體反射率較大，總體處于高—過成熟階段(表5)。

巖石熱解峰溫(Tmax)也是評價烴源巖熱成熟度的重要參數。通過對5個層位的21個樣品進行Tmax測定，可以看出，研究區烴源巖Tmax值較高，基本屬于高成熟—過成熟階段，且隨埋深的增加有增大的趨勢。這與利用鏡質體反射率評價的結果基本一致(表5)。但也有少數樣品Tmax值偏小，其原因主要有以下2方面：①所采的樣品大部分是野外樣品或處于龍門山前斷裂帶上的探井巖心樣品，熱演化史相對復雜；②碳酸鹽巖烴源巖相對生烴滯后。另外，在相同成熟度條件下，干酪根的顯微組分不同可以使得Tmax異常。同時，可溶有機質可以進入S2峰也會使得Tmax降低。除此之外，巖石熱解實驗時稱樣量等也可以對Tmax產生影響[18]。

表5 川西北古生界各層位烴源巖有機質成熟度

5 生烴強度

生烴強度是烴源層厚度、有機質豐度、有機質類型和成熟度的綜合反映，是衡量沉積盆地含油氣性的綜合指標，沉積盆地生烴強度越高，油氣資源越豐富，含油氣性越好，因此，生烴強度的高低可以直接用來評價該區的生油氣能力和勘探前景。生烴強度最大值分布區即為生烴中心，其往往控制著油氣的富集部位，形成油氣勘探的有利區[12]。其與各參數相關定量關系如下[19-20]：

Q氣=HρTOCCkK氣

(1)

式中：Q氣為生氣強度，108m3/km2；H為烴源巖厚度，km；ρ為烴源巖密度，108t/km3，ρ泥為2.6×108t/km3，ρ灰為2.73×108t/km3；TOC為殘余有機碳含量，%；Ck為有機碳恢復系數；K氣為生烴率。

5.1 參數取值

(1) 有機碳恢復系數(Ck)。根據原四川石油管理局研究院地質實驗室的熱模擬實驗資料建立起Ck-Ro關系[21](表6)。

表6 各類烴源巖有機碳恢復系數

(2)生烴率(K氣)。由于四川盆地烴源巖的熱演化程度較高，難以獲取未成熟烴源巖。因此，采用在川西廣元上寺采集的二疊系烴源巖的熱模擬結果作為計算參數[21]。

5.2 計算結果

計算結果表明，平面上各層系烴源巖的生烴強度存在差異。由于龍馬溪組和大隆組分布范圍有限，對于研究區內油氣生成的貢獻受到很大限制，因此，僅對在研究區內分布較普遍的其余4套烴源巖的具體展布特征進行研究(圖1、2)。

(1) 大隆組烴源巖生烴強度變化范圍為3.00×108～27.00×108m3/km2，生烴強度總體由東南向西北逐漸增大，平均生烴強度為7.35×108m3/km2，最大生烴強度分布在長江溝—金真村一帶，朝天地區次之。

(2) 龍潭組(吳家坪組)烴源巖生烴強度變化范圍為1.00×108～23.00×108m3/km2，生烴強度總體由工區南北部向中部逐漸增大，平均生烴強度為6.62×108m3/km2，最大生烴強度分布在劍閣一帶，廣元礦山梁和米倉山南緣地區次之。

(3) 茅口組烴源巖生烴強度變化范圍為1.00×108～30.00×108m3/km2，生烴強度總體在工區的中部和北部邊緣地區較大，平均生烴強度為9.00×108m3/km2，最大生烴強度分布在劍閣、廣元礦山梁一帶。

(4) 棲霞組烴源巖生烴強度變化范圍為2.00×108～19.00×108m3/km2，總體來說，工區的西部和北部生烴強度較大，并向中部逐漸降低，平均生烴強度為3.42×108m3/km2，最大生烴強度分布在廣元車家壩、旺蒼以及田壩一帶。

(5) 志留系龍馬溪組烴源巖生烴強度變化范圍為3.00×108～32.00×108m3/km2，生烴強度較大，總體上由工區南部到北部逐漸增大。平均生烴強度為17.48×108m3/km2，研究區內志留系烴源巖有2個生烴中心，分別在廣元和旺蒼一帶。

圖1川西北龍潭組(左)和茅口組(右)烴源巖生烴強度

(6) 下寒武統筇竹寺組烴源巖生烴強度變化范圍為30.00×108～110.00×108m3/km2，生烴強度總體由工區東部向西北和西南部逐漸增大，平均生烴強度為67.05×108m3/km2，最大生烴強度分布在廣元礦山梁和江油一帶。

圖2 川西北棲霞組(左)和筇竹寺組(右)烴源巖生烴強度

從計算結果來看，下寒武統筇竹寺組平均生烴強度最大，為67.05×108m3/km2，且最大生烴強度達110.00×108m3/km2。其次為下志留龍馬溪組烴源巖和茅口組烴源巖，平均生烴強度分別為17.48×108m3/km2和9.00×108m3/km2，最大生烴強度分別為32.00×108m3/km2和30.00×108m3/km2。

研究區內廣元朝天、旺蒼地區以及劍閣地區烴源巖層系發育，厚度大，分布面積廣，有機質豐度較高，生烴強度大，氣源充足，具備形成大中型氣田的物質基礎，是有利的勘探地區。

6 結 論

(1) 縱向上，研究區內烴源巖分布層系多，其中下寒武統筇竹寺組的厚度最大，為20～300 m，其次為下志留統龍馬溪組和中二疊茅口組，分別為0～250 m和25～250 m；平面上，筇竹寺組、棲霞組和茅口組、吳家坪組(龍潭組)在研究區內普遍發育，龍馬溪組和大隆組分布范圍有限，在研究區南部不發育。

(2) 研究區內該6套烴源巖有機質豐度高；有機質類型好，主要為Ⅰ型、Ⅰ—Ⅱ1型以及Ⅱ1—Ⅱ2；成熟度較高，現今處于高成熟—過成熟階段，以生氣為主。

(3) 生烴強度計算結果表明，筇竹寺組烴源巖平均生烴強度為67.05×108m3/km2，是區內的主力烴源巖；龍馬溪組和茅口組平均生烴強度次之，分別為17.48×108m3/km2和9.00×108m3/km2，是區內的次主力烴源巖。

(4) 研究區內廣元朝天、旺蒼以西以及劍閣地區烴源巖厚度大，分布面積廣，有機質豐度高，氣源充足，為該區的生烴中心，具備形成大中型氣田的物質基礎，是下一步勘探的重點方向。

[1] 朱光有, 張水昌, 梁英波,等. 四川盆地天然氣特征及氣源[J]. 地學前緣, 2006, 13(2):234-248.

[2] 汪澤成, 趙文智, 張林,等. 四川盆地構造層序與天然氣勘探[M]. 北京：地質出版社, 2002：27-94.

[3] 沈浩, 汪華, 文龍,等. 四川盆地西北部上古生界天然氣勘探前景[J]. 天然氣工業, 2016, 36(8)：11-21.

[4] 黃士鵬, 江青春, 汪澤成,等. 四川盆地中二疊統棲霞組與茅口組烴源巖的差異性[J]. 天然氣工業, 2016, 36(12)：26-34.

[5] 徐勝林, 陳洪德, 陳安清,等. 四川盆地海相地層烴源巖特征[J]. 吉林大學學報(地球科學版), 2011, 41(2):343-350.

[6] 劉春,戴鴻鳴.米倉山—龍門山交匯帶二疊系海相碳酸鹽巖烴源巖特征研究及評價[D].成都：西南石油大學,2008.

[7] 曹春輝, 張銘杰, 湯慶艷,等. 四川盆地志留系龍馬溪組頁巖氣氣體地球化學特征及意義[J]. 天然氣地球科學, 2015, 26(8):1604-1612.

[8] 蒲泊伶. 四川盆地頁巖氣成藏條件分析[D]. 東營：中國石油大學, 2008.

[9] 王文通. 渤海灣盆地青東凹陷古近紀烴源巖評價[J]. 西安科技大學學報, 2015, 35(1):83-88.

[10] 柳廣弟, 高先志, 黃志龍, 等.石油地質學[M].北京：石油工業出版社,2009:l57-158.

[11] 劉全有, 金之鈞, 高波,等. 四川盆地二疊系烴源巖類型與生烴潛力[J]. 石油與天然氣地質, 2012, 33(1):10-18.

[12] 梁狄剛, 郭彤樓, 陳建平,等. 中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一)南方四套區域性海相烴源巖的分布[J]. 海相油氣地質, 2008, 13(2):1-16.

[13] 薛海濤. 碳酸鹽巖烴源巖評價標準研究[D]. 大慶：大慶石油學院, 2004.

[14] 梁世友, 李鳳麗, 付潔,等. 北黃海盆地中生界烴源巖評價[J]. 石油實驗地質, 2009, 31(3):249-252.

[15] 戴鴻鳴, 黃東, 劉旭寧,等. 蜀南西南地區海相烴源巖特征與評價[J]. 天然氣地球科學, 2008, 19(4):503-508.

[16] 朱建輝, 呂劍虹, 繆九軍,等. 鄂爾多斯西南緣下古生界烴源巖生烴潛力評價[J]. 石油實驗地質, 2011, 33(6):662-670.

[17] 豐國秀 , 陳盛吉 .瀝青反射率與鏡質體反射率之間的關系[ J] .天然氣工業,1988,8(3):20-24.

[18] 張振苓, 鄔立言, 舒念祖. 烴源巖熱解分析參數Tmax異常的原因[J]. 石油勘探與開發, 2006, 33(1):72-75.

[19] 張月巧, 郭彥如, 侯偉,等. 鄂爾多斯盆地西南緣中上奧陶統烴源巖特征及勘探潛力[J]. 天然氣地球科學, 2013, 24(5):894-904.

[20] 劉林, 李延鈞, 賈學成,等. 川西南部下二疊統烴源巖生烴能力綜合評價[J]. 西部探礦工程, 2013, 25(4):69-72.

[21] 孫騰蛟. 四川盆地中三疊雷口坡組烴源巖特征及氣源分析[D].成都：成都理工大學, 2014.