川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組煤氣藏成因類型及來源探討

廣安氣田位于四川省東部的廣安斷裂背斜構(gòu)造上，位于南充以東約30公里，寬10公里（圖1）。該氣田上三疊統(tǒng)須家河組的勘探工作始于1958年,由于儲層為低孔低滲—特低孔特低滲辮狀河三角洲砂巖,而且具有很強的鹽敏、水敏和速敏等特性,因此2005年之前該區(qū)須家河組的勘探一直沒有大的進展,僅上報了不足5×108m3的天然氣探明地質(zhì)儲量。2005年,在對新采集處理的二維地震資料精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上,結(jié)合先進的鉆井和試油工藝,以尋找?guī)r性構(gòu)造復(fù)合型圈閉的觀念為指導(dǎo),相繼部署完鉆的30多口探井捷報頻傳。2006年底,廣安氣田上三疊統(tǒng)須家河組六段上報探明天然氣地質(zhì)儲量超過500×108m3,須家河組四段上報控制天然氣地質(zhì)儲量也超過500×108m3,一個低豐度的大氣田初露端倪(探明天然氣地質(zhì)儲量約3.2×108m3/km2),并已成為目前四川盆地在上三疊統(tǒng)須家河組發(fā)現(xiàn)的最大氣田。1廣深地區(qū)、深刻性氣藏廣安構(gòu)造隸屬于南充構(gòu)造帶,是一個由多個局部高點所組成的構(gòu)造群。地表(中侏羅統(tǒng)沙溪廟組)構(gòu)造簡單完整,主體呈北西西向,為一平緩的低丘狀長軸背斜,兩翼不對稱,構(gòu)造閉合面積大(>250km2),隆起幅度較高(閉合度>350m)。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條逆斷層,大多數(shù)分布于背斜的北翼。大部分?jǐn)鄬酉蛏蠑嘀临_系下部,向下消失于中三疊系內(nèi)部,走向與構(gòu)造大體一致,斷距為10~240m。廣安氣田所在的川中地區(qū)構(gòu)造演化較為復(fù)雜。志留紀(jì)末,加里東運動形成了樂山—龍女寺古隆起,廣安地區(qū)位于其東北傾伏端;中三疊世,由于龍門山的崛起并向四川盆地推擠,致使四川盆地開始由克拉通盆地向前陸盆地轉(zhuǎn)化;晚三疊世,四川盆地由海相沉積過渡為陸相沉積,廣安地區(qū)為前陸斜坡背景上的低幅隆起,開始接受辮狀河三角洲-淺湖相沉積;晚三疊世末—白堊紀(jì),在燕山運動的作用下,川中的大斜坡背景逐漸形成,受華鎣山斷裂走滑作用的影響,廣安背斜構(gòu)造初具規(guī)模;喜馬拉雅期,四川盆地整體抬升,川中地區(qū)遭受強烈剝蝕,廣安構(gòu)造最終定形為斷裂背斜。川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組為一套內(nèi)陸河湖交替的陸源碎屑巖沉積,自下而上分為6段,其中須一、三、五段以黑色頁巖、泥巖為主夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、煤層或煤線,是須家河組的主要烴源巖和蓋層;須二、四、六段以灰色中粒、中—細(xì)粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主,是須家河組的主要儲氣層段。目前廣安氣田的產(chǎn)層為須四、六段。其中須四段可分為上下兩個亞段,上亞段裂縫發(fā)育,以水平縫和低角度縫為主,為裂縫-孔隙型儲層;下亞段裂縫不發(fā)育,為孔隙型儲層;氣層集中在上亞段的底部。須六段也可分為上下兩個亞段,上亞段以黑色頁巖和泥巖為主,夾煤層和煤線;下亞段砂巖百分含量超過90%,極少見裂縫,儲層為孔隙型;氣層主要發(fā)育在下亞段。由于受巖性和構(gòu)造雙重因素的控制,須四、六段氣藏都沒有統(tǒng)一的氣水界面,氣藏類型為巖性構(gòu)造復(fù)合型、巖性型兩種。須四段氣藏以巖性型為主,壓力系數(shù)為1.24~1.52,氣藏平均溫度為75℃;須六段氣藏以巖性構(gòu)造復(fù)合型為主,壓力系數(shù)為0.93~1.14,氣藏平均溫度為60.9℃。2天然氣的形成2.1不同層系天然氣樣品的hs組分特征是天然氣成因判別和類型劃分的重要依據(jù)之一。廣安氣田須家河組天然氣有自下而上甲烷含量和干燥系數(shù)逐漸降低、重?zé)N含量和相對密度逐漸增加的趨勢,且所有天然氣樣品都不含H2S(表1)。須六段天然氣甲烷的平均含量為89.33%,重?zé)N的平均含量為9.27%,干燥系數(shù)(C1/C1+)平均為0.9060,相對密度平均為0.6321;須四段天然氣甲烷的平均含量為91.32%,重?zé)N的平均含量為6.4%,干燥系數(shù)(C1/C1+)平均為0.9345,相對密度平均為0.6083。分析認(rèn)為:須四、六段的天然氣很可能來自不同的氣源。2.2天然氣13c1天然氣的碳同位素組成一般與源巖母質(zhì)類型及成熟度密切關(guān)聯(lián),是劃分天然氣成因類型的又一重要依據(jù)。廣安氣田須家河組天然氣具有下重上輕的特點(表2)。須四段δ13C1平均為-40.46‰,δ13C2平均為-25.06‰,δ13C3平均為-22.16‰,δ13C4平均為-20.81‰;須六段δ13C1平均為-39.55‰,δ13C2平均為-26.98‰,δ13C3平均為-24.47‰,δ13C4平均為-23.92‰。天然氣碳同位素資料也表明須四、六段的天然氣可能來源不同。該氣田須家河組天然氣烷烴氣碳同位素均為正碳同位素系列,即δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4;CO2含量小于1%,δ13CO2<-10‰,顯然為有機成因氣。甲烷碳同位素值>-44‰,也排除了生物氣的可能性。根據(jù)中國天然氣藏實際資料,煤成氣的δ13C1為-52‰~-24‰,主要分布區(qū)間為-38‰~-32‰;油型氣的δ13C1分布范圍為-58‰~-30‰,主要為-40‰~-35‰。廣安氣田須家河組天然氣的δ13C1分布范圍為-42.49‰~-37.09‰。3由煤成氣烴源巖構(gòu)成的天然氣性質(zhì)川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組為煤系地層,有機碳豐度高,有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型,以產(chǎn)氣為主,實測Ro值為1.02%~1.59%,已達(dá)到高成熟演化階段,是公認(rèn)的氣源。但是前人研究認(rèn)為廣安地區(qū)的生氣強度約10×108m3/km2(圖2),不具備形成大中型氣田的條件,因此是否存在其他氣源亟需落實。迄今為止,四川盆地主要發(fā)現(xiàn)了下寒武統(tǒng)、志留系、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)和下侏羅統(tǒng)6套烴源巖。上三疊統(tǒng)及其以下烴源巖以成氣為主,下侏羅統(tǒng)烴源巖以生油為主。除上三疊統(tǒng)煤系地層外,四川盆地最可能的煤成氣烴源巖為上二疊統(tǒng)海相煤系地層。其干酪根類型以Ⅲ型為主,但也含部分Ⅱ1型,因此生成的天然氣δ13C1值普遍大于-35‰,δ13C2值普遍小于-29‰;而且天然氣成熟度較高,屬于干氣(表3),不具有典型的煤成氣特征。此外,即使上二疊統(tǒng)生成的天然氣通過深大斷裂運移到上三疊統(tǒng)圈閉內(nèi),也會或多或少地攜帶中下三疊統(tǒng)高含H2S的油型氣,而廣安氣田所有天然氣都不含H2S。通過對四川盆地中西部地區(qū)天然氣的甲乙烷碳同位素的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)上三疊統(tǒng)的天然氣性質(zhì)都明顯不同于其他層位的天然氣(圖3)。因此,廣安氣田的上三疊統(tǒng)天然氣應(yīng)該是自生自儲型。巖心觀察和測井、錄井顯示,廣安地區(qū)自下而上須二段裂縫最發(fā)育,須四段裂縫較發(fā)育,須六段裂縫非常少見。由于須四、六段的天然氣組分和碳同位素差別顯著,而川中地區(qū)須五段烴源巖厚度最大(>120m),須三段次之(50~80m),須一段最薄,而且在很多地區(qū)缺失。故筆者認(rèn)為須六段的天然氣主要來自須五段,須四段的天然氣主要來自須三段。戴金星認(rèn)為油型氣δ13C2<-28.1‰,δ13C3<-25.5‰;煤成氣δ13C2>-25.1‰,δ13C3>-23.2‰。宋巖認(rèn)為油型氣δ13C2<-29‰,煤成氣δ13C2>-26‰,-29‰~-26‰是煤成氣和油型氣疊加或混合氣的δ13C2分布區(qū)間。張士亞等和剛文哲等把中國腐泥型和腐殖型天然氣的分界標(biāo)志定為δ13C2=-29‰。劉文匯等認(rèn)為煤成氣和油型氣分界點為δ13C2=-28‰。而廣安氣田須家河組天然氣的δ13C2分布范圍為-27.98‰~-24.19‰。綜合判斷認(rèn)為:廣安氣田須家河組天然氣具有煤成氣特征。4已存在次級氣力洼陷廣安地區(qū)的上三疊統(tǒng)整體的生氣強度本來就小于20×108m3/km2,而前已證實須四、六段的氣源又分別為須三、五段,那么如此小的生氣能力怎么會形成大氣田呢[12~13]?是前人計算的生氣強度偏小,還是川西凹陷生成的天然氣遠(yuǎn)距離橫向運移的結(jié)果,亦或是川中還有別的次級生氣洼陷呢?通過對廣安地區(qū)須一、三、五段暗色泥巖和煤層的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)廣安地區(qū)上三疊統(tǒng)累計的生氣強度大于20×108m3/km2(圖4),該區(qū)上三疊統(tǒng)煤層主要集中在廣安氣田的北側(cè)和西側(cè)(圖5),須三、五段泥巖的生氣中心也分別在其西側(cè)和北側(cè)(圖6~7)。干燥系數(shù)和甲烷碳同位素分布(圖8~11)反映須四段的氣源來自西側(cè),須六段的氣源來自北部,與須三、五段的生氣中心對應(yīng)較好。天然氣近源側(cè)向運移的可能性極大。川西凹陷上三疊統(tǒng)雖然生氣強度大,但埋深較大,距離廣安過于遙遠(yuǎn),而且川中地區(qū)整體為傾角很小的斜坡,斷裂不甚發(fā)育,斷層走向與川西凹陷近于正交,上三疊統(tǒng)的儲層也很致密,非常不利于天然氣的遠(yuǎn)距離橫向運移。雖然廣安地區(qū)須三、五段烴源巖各自的生氣強度都小于20×108m3/km2,但由于廣安氣田緊鄰次級生氣洼陷,儲層物性相對較好,又有良好的構(gòu)造背景,因此也能形成大中型氣田。5儲層及須段砂巖孔隙度特征(1)廣安氣田的天然氣為煤成氣。(2)四川盆地中西部上三疊統(tǒng)天然氣與其他層系的天然氣具有明顯區(qū)別,以自生自儲型為主,其他氣源供給的可能性極小。(3)廣安氣田須六段天然氣主要來自須五段烴源巖,須四段天然氣主要來自須三段烴源巖。(4)川中地區(qū)雖然整體為緩坡背景,但上三疊統(tǒng)也存在多個生氣次洼。(5)即使生氣強度小于20×108m3/km2,但只要緊鄰生氣洼陷,儲層物性相對較好,又有良好的構(gòu)造背景,也能形成大中型氣田。廣安氣田的儲層為辮狀河三角洲平原與前緣亞相的中厚層砂體,孔隙以次生溶蝕孔為主(約85%),并有少量原生粒間孔(7%)和雜基孔(8%)。須二段砂巖孔隙度最大為11.3%,平均為4.65%,,其中孔隙度大于6%的僅占4%左右;滲透率最大8.68×10-3μm2,平均為0.088×10-3μm2,其中大于0.01×10-3μm2的占88%。須四段砂巖孔隙度最大為18%,平均為5.84%,其中孔隙度大于6%的占40%左右;滲透率最大14.5×10-3μm2,平