元壩、通南巴地區(qū)天然氣地球化學(xué)特征與成藏關(guān)系研究

李 鳳，張 卿，黃仁春 趙永慶，田 江，朱 祥 （中石化勘探南方分公司勘探研究院，四川 成都610041）

元壩、通南巴地區(qū)天然氣地球化學(xué)特征與成藏關(guān)系研究

李 鳳，張 卿，黃仁春 趙永慶，田 江，朱 祥 （中石化勘探南方分公司勘探研究院，四川 成都610041）

根據(jù)元壩、通南巴地區(qū)現(xiàn)有鉆井的天然氣地球化學(xué)特征及其成因分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，研究結(jié)果表明：兩個(gè)工區(qū)都以高熱演化程度的甲烷為主、低含C2＋的干氣，且非烴含量較高；天然氣母質(zhì)主要為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)，是高熱演化階段的產(chǎn)物，同時(shí)研究區(qū)天然氣是混源作用的結(jié)果。通過(guò)天然氣ln（C1/C2）與ln（C2/C3）值分析表明，元壩地區(qū)長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組天然氣是原油二次裂解的產(chǎn)物，通南巴地區(qū)上二疊統(tǒng)－下三疊統(tǒng)天然氣是干酪根初次裂解的產(chǎn)物。研究認(rèn)為元壩地區(qū)原生古油藏發(fā)生TSR反應(yīng) （硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)），導(dǎo)致元壩地區(qū)長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組天然氣中硫化氫含量較高；通南巴河壩地區(qū)沒(méi)有原生古油藏發(fā)生TSR反應(yīng)，造成通南巴地區(qū)上二疊統(tǒng)－下三疊統(tǒng)天然氣不含硫化氫。

碳同位素；硫化氫；TSR反應(yīng)；元壩地區(qū)；通南巴地區(qū)

繼宣漢－達(dá)縣區(qū)塊之后，在元壩、通南巴地區(qū)海相地層天然氣勘探均有了較大突破，但也遇到了很多問(wèn)題。兩者在構(gòu)造、古地理環(huán)境、沉積等方面的差異導(dǎo)致其在成藏方面有著很大的差異?姜玉新.川東北通南巴地區(qū)含油氣系統(tǒng)分析.中國(guó)石化勘探南方分公司內(nèi)部資料，2008.?劉波.四川盆地重點(diǎn)層系碳酸鹽巖沉積－成巖演化與儲(chǔ)層研究.中國(guó)石化勘探南方分公司內(nèi)部資料，2009.，表現(xiàn)為元壩、通南巴地區(qū)海相地層的天然氣總體上相似，如以CH4為主，C＋2含量普遍較低；但也表現(xiàn)出一些特殊的地球化學(xué)特征，如通南巴地區(qū)CH4含量相對(duì)更高一些，而元壩地區(qū)天然氣的H2S含量明顯高于通南巴地區(qū)等。因而，加強(qiáng)對(duì)元壩、通南巴地區(qū)成藏差異性研究，對(duì)該區(qū)的油氣勘探具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

元壩區(qū)塊北為九龍山背斜構(gòu)造帶南端，南為川中低緩構(gòu)造帶，北東與通南巴背斜構(gòu)造帶相鄰。從地震資料及區(qū)域構(gòu)造特征分析，元壩區(qū)塊位于3個(gè)大型正向構(gòu)造的銜接部位，受3個(gè)構(gòu)造的遮擋，構(gòu)造變形弱、斷裂不發(fā)育。受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，在加里東期可能就具古構(gòu)造雛形，加里東運(yùn)動(dòng)第一次在四川盆地沉積蓋層中形成大型隆起與坳陷，在元壩區(qū)塊西南形成了以成都為中心的大型NEE向樂(lè)山－龍女寺古隆起，此時(shí)的元壩地區(qū)表現(xiàn)為樂(lè)山－龍女寺古隆起的東北斜坡，古地形西高東低。受古隆起影響明顯，也就是說(shuō)在加里東期，元壩地區(qū)可能為古地貌高地。而后受燕山、喜山運(yùn)動(dòng)的影響，最終定型為現(xiàn)今的構(gòu)造面貌。其特點(diǎn)是褶皺平緩，總體表現(xiàn)為低緩構(gòu)造帶。

通南巴構(gòu)造帶位于四川盆地東北緣，其北側(cè)為秦嶺造山帶南緣的米倉(cāng)山?jīng)_斷構(gòu)造帶，東北側(cè)為大巴山前緣弧形推覆構(gòu)造帶，南鄰川中平緩構(gòu)造帶，北西與米倉(cāng)山前緣凹陷帶相接，東南與通江凹陷帶相連，是古生代－早中三疊紀(jì)四川盆地地臺(tái)沉積的一部分，也是中生代和新生代米倉(cāng)山－大巴山的前陸盆地。整體表現(xiàn)為NE向大型背斜構(gòu)造特征。主要包括南陽(yáng)場(chǎng)鼻狀構(gòu)造，涪陽(yáng)壩斷塊構(gòu)造和黑池梁鼻狀構(gòu)造。通南巴構(gòu)造帶在印支期已具古構(gòu)造雛形，龍門山造山運(yùn)動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)在印支期和燕山期使其形成了早期的NE向構(gòu)造，后受控于米倉(cāng)山、大巴山造山作用形成現(xiàn)今以NE向構(gòu)造為主，疊加了一系列NW向斷裂和構(gòu)造的大型背斜構(gòu)造帶。

2 天然氣化學(xué)成分、碳同位素組成特征和天然氣成因

2.1 天然氣化學(xué)成分

對(duì)研究區(qū)已有鉆井資料的氣樣分析結(jié)果表明，海相氣藏天然氣中烴類占77.5%左右 （圖1（a）），其中以CH4為主，相對(duì)含量均在99%左右，C＋2很少，表現(xiàn)為高熱演化程度的干氣。非烴氣體含量相對(duì)較高，其中主要是CO2、N2和H2S。

同時(shí)，兩個(gè)區(qū)塊的天然氣化學(xué)成分上又有一定的差異 （圖1（b））。通南巴區(qū)塊天然氣中烴類氣體占80%以上，CO2、N2含量較少，H2S平均含量在1%以下，除嘉陵江組二段外其他層段基本不含H2S；而元壩區(qū)塊天然氣中烴類氣體不到75%，且富含CO2、N2和H2S，平均值分別為17.39%、4.93%、4.61%。與元壩區(qū)塊長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組均含有H2S不同，通南巴河壩地區(qū)只有嘉陵江組才含有H2S。而天然氣中高含量的硫化氫常被認(rèn)為是由于油氣藏中發(fā)生硫酸鹽熱化學(xué)還原 （TSR）作用所致［1，2］。

圖1 元壩、通南巴地區(qū)天然氣化學(xué)成分 （a）及相對(duì)含量平均值分布 （b）

在烴類氣體分布上，兩個(gè)區(qū)塊也存在差異。從圖1（b）中可以看出，通南巴區(qū)塊天然氣中的CH4含量明顯高于元壩區(qū)塊天然氣。通過(guò)對(duì)元壩、通南巴區(qū)塊天然氣C2＋含量進(jìn)行分析，元壩區(qū)塊C2＋含量最高0.3%，平均不到0.1%；通南巴區(qū)塊的C2＋含量明顯偏高，最高達(dá)1.32%，平均為0.49%。通南巴區(qū)塊C2＋的平均含量高于元壩區(qū)塊。

圖2 元壩、通南巴區(qū)塊天然氣成因分類圖

2.2 碳同位素分析

由于元壩、通南巴地區(qū)天然氣屬于干氣，C＋2烴類的碳同位素難以測(cè)定，一般只能測(cè)得δ13C1及部分樣品的δ13C2。從元壩、通南巴地區(qū)天然氣成因分類圖 （圖2）中可看出，兩個(gè)區(qū)域的天然氣樣品大多落在近Ⅱ型有機(jī)質(zhì)的高熱演化區(qū)域內(nèi)，因而可以認(rèn)為其母質(zhì)主要為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)，是其高熱演化階段的產(chǎn)物［3］。元壩區(qū)塊的天然氣重?zé)N含量比通南巴區(qū)塊的天然氣C＋2含量要低。其原因也可能是與TSR作用有關(guān)，由于在發(fā)生TSR反應(yīng)的過(guò)程中，C＋2烴類氣體比CH4更易與硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)［4］，從而使天然氣中C＋2的減少速率高于CH4，導(dǎo)致天然氣中的C＋2含量減少，CH4相對(duì)富集，天然氣變干。

在通南巴區(qū)塊有個(gè)別天然氣H2S含量相對(duì)較高，而這些天然氣來(lái)自河壩102井與黑池1井的嘉陵江組二段，而飛仙關(guān)組及二疊系的H2S含量均較低，結(jié)合天然氣的成分分析認(rèn)為，在通南巴區(qū)塊的飛仙關(guān)組及二疊系儲(chǔ)層的天然氣沒(méi)有發(fā)生TSR反應(yīng)，但嘉陵江組二段的天然氣發(fā)生了TSR反應(yīng)。

Prinzhofor等［5］提出用ln （C1/C2）與ln（C2/C3）關(guān)系圖版判識(shí)原油二次裂解氣與干酪根初次裂解氣，認(rèn)為干酪根初次裂解氣是以CH4的快速增長(zhǎng)為特征，原油二次裂解氣則以C3H8的遞減速率大為特征。從圖3中可以看出元壩地區(qū)飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組天然氣與宣漢地區(qū)長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組天然氣一致，ln（C1/C2）總體上呈高值，且隨ln（C2/C3）值的增加有降低趨勢(shì)。這符合原油二次裂解氣的組成特點(diǎn)，因此從地球化學(xué)角度上證實(shí)了他們屬于原油裂解氣。但是，通南巴河壩地區(qū)上二疊統(tǒng)－下三疊統(tǒng)的天然氣與此相反，雖然ln（C1/C2）總體上也較高，但是隨著ln（C2/C3）值的增加呈升高趨勢(shì)，主要反應(yīng)出干酪根初次裂解氣的化學(xué)組成特征。

圖3 元壩、河壩地區(qū)天然氣lnC1/C2與lnC2/C3分布

3 成藏差異探討

整個(gè)川東北地區(qū)，主要發(fā)育3套海相烴源巖：下寒武統(tǒng)筇竹寺組的泥頁(yè)巖，志留系的泥巖以及下二疊統(tǒng)的泥巖、碳酸鹽巖；海相共發(fā)育有9套儲(chǔ)層：震旦系燈影組藻白云巖，奧陶系風(fēng)化殼縫、洞、孔，志留系砂巖，棲霞組白云巖，茅口組縫洞系統(tǒng)，長(zhǎng)興組礁灘，飛仙關(guān)組鮞灘，嘉陵江組二段白云巖以及雷口坡組白云巖，目前元壩探區(qū)海相目的層主要為長(zhǎng)興組礁灘以及飛仙關(guān)組鮞灘儲(chǔ)層，而通南巴地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)層為飛仙關(guān)組三段鮞灘以及嘉陵江組二段白云巖儲(chǔ)層；巨厚的陸相泥質(zhì)巖與致密砂巖組合及嘉陵江組上部和雷口坡組內(nèi)的膏鹽巖則構(gòu)成良好的區(qū)域蓋層。

通南巴構(gòu)造在印支期具構(gòu)造雛形，到燕山早中期的時(shí)候氣藏形成，至燕山晚期氣藏開始調(diào)整，喜山期則為氣藏的改造和調(diào)整階段。元壩地區(qū)一直到須家河組沉積前，都處于相對(duì)較高的部位，也就是說(shuō)直到晚印支運(yùn)動(dòng)前，元壩地區(qū)都繼承性處于古構(gòu)造的斜坡部位，有利于油氣的早期運(yùn)聚成藏。

川東北地區(qū)烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層都非常發(fā)育，但兩者在構(gòu)造演化及沉積特征上的不同，對(duì)其各自的成藏演化起著至關(guān)重要的作用。很明顯元壩構(gòu)造帶比通南巴構(gòu)造帶形成時(shí)間早，捕獲油氣、形成圈閉比通南巴構(gòu)造更具優(yōu)勢(shì)。

另外在川東北地區(qū)大型氣田成藏地質(zhì)－地球化學(xué)研究中?鄒華耀.四川盆地二、三疊系碳酸鹽巖大中型氣田富集規(guī)律與成藏機(jī)理研究.中國(guó)石化勘探南方分公司內(nèi)部資料，2010.，揭示了一種可能的高含H2S氣藏形成的地球化學(xué)機(jī)制 （見(jiàn)圖4）：主要的TSR反應(yīng)區(qū)域是氣－水界面及其附近水層，氣藏中的H2S主要來(lái)自于氣－水界面及其附近烴類與溶解SO2－4 發(fā)生的反應(yīng)。也就是說(shuō)，高含H2S氣藏的成藏模式可能為：地層圈閉在初期被油田水占據(jù)，隨著地層埋深加大，地溫升高，滿足了TSR反應(yīng)溫度，在氣藏氣－水界面及其附近水層中的與天然氣發(fā)生TSR反應(yīng)，生成了大量的H2S。而通南巴地區(qū)H2S含量低，目前只在嘉陵江組天然氣中有H2S氣體，很可能是在白堊系再次抬升前都沒(méi)有形成氣藏，或者在勘探程度較高的河壩區(qū)塊沒(méi)有原生的古油藏。

圖4 高含H2S天然氣形成的地球化學(xué)機(jī)制

在目前鉆井資料中，元壩區(qū)塊及普光氣田都有鉆遇瀝青顯示 （見(jiàn)圖5），但是在通南巴區(qū)塊目前所有鉆井中尚未發(fā)現(xiàn)瀝青。由于前面已知，河壩地區(qū)天然氣具備干酪根初次裂解氣的特征，推測(cè)在河壩區(qū)塊沒(méi)有原生古油藏，氣體可能是由黑池梁地區(qū)或者其他地區(qū)運(yùn)移而來(lái)。

圖5 元壩2井飛仙關(guān)組二段的瀝青顯示

4 結(jié) 論

1）元壩及通南巴地區(qū)天然氣組分以CH4為主，低含C＋2的干氣，且非烴含量也較高，表征高熱演化程度。

2）元壩、通南巴區(qū)塊天然氣生烴母質(zhì)主要為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)，天然氣是其高熱演化階段的產(chǎn)物，同時(shí)CH4及乙烷碳同位素的倒轉(zhuǎn)分布，說(shuō)明了研究區(qū)天然氣是混源作用的結(jié)果。

3）元壩區(qū)塊長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組H2S含量較高，通南巴區(qū)塊除嘉陵江組外，幾乎不含H2S；且元壩區(qū)塊鉆遇瀝青顯示，而通南巴區(qū)塊目前所鉆探井中均未發(fā)現(xiàn)瀝青顯示。因此通南巴區(qū)塊是否有原生古油藏、古油藏的所在位置的研究對(duì)研究區(qū)成藏演化就顯得更為重要。

4）從天然氣的ln（C1/C2）與ln（C2/C3）值分布范圍可以明顯看出，元壩區(qū)塊長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組天然氣是原油二次裂解的產(chǎn)物，而通南巴河壩地區(qū)上二疊統(tǒng)－下三疊統(tǒng)天然氣是干酪根初次裂解的產(chǎn)物。也就是說(shuō)元壩區(qū)塊天然氣為古油藏裂解二次裂解氣，其原生油氣藏的原油就已經(jīng)發(fā)生了TSR反應(yīng)，從而導(dǎo)致元壩區(qū)塊的H2S含量較高；而通南巴河壩地區(qū)天然氣由于是干酪根初次裂解氣，在上二疊統(tǒng)－飛仙關(guān)組并未發(fā)生TSR反應(yīng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)嘉陵江組后由于嘉陵江組二段的蓋層膏鹽巖直接蓋在嘉陵江組二段儲(chǔ)層之上，因而發(fā)生TSR反應(yīng)，使得通南巴河壩地區(qū)長(zhǎng)興組及飛仙關(guān)組天然氣不含硫化氫，而嘉陵江組二段天然氣中含有較高的硫化氫。

［1］朱光有，張水昌，梁英波，等.川東北飛仙關(guān)組高含H2S氣藏特征與TSR反應(yīng)對(duì)烴類的消耗作用 ［J］.沉積學(xué)報(bào)，2006，24（2）：300～308.

［2］朱光有，張水昌，梁英波，等.四川盆地高含H2S天然氣的分布與TSR證據(jù) ［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（8）：1208～1218.

［3］馬永生.普光氣田天然氣地球化學(xué)特征及氣源探討 ［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19（1）：1～7.

［4］Machel H G，Krouse H R.Products and distinguishing criteria of bacterial and thermochemical sulfate reduction ［J］.Applied Geochemistry，1995，10：373～389.

［5］Prinzhofer A A，Huc A Y.Genetic and post－genetic molecular and isotopic fractionations in natural gases ［J］.Chemical Geology，1995，126：218～290.

Relation between Geochemical Characteristics of Natural Gas and Hydrocarbon Accumulation in Yuanba and Tongnanba Areas

LI Feng，ZHANG Qing，HUANG Ren－chun，ZHAO Yong－qing，TIAN Jiang，ZHU Xiang（Author's Address：SINOPEC Exploration Southern Company，Chengdu610041，Sichuan，China）

Based on the gas geochemistry characteristics of drilled wells and analysis of gas origin in Yuanba and Tongnanba Areas，and in combination with regional geological background，study results showed that two work areas were the same of high thermal evolution of methane，dry gas content was low heavy hydrocarbon，and the content of non－h(huán)ydrocarbon was high.Gas parent material was typeⅡorganic matter that is the product from high thermal evolution stage.And at the same time，the gas origin was chaotic.The distribution range of ln（C1/C2）and ln（C2/C3）in gas obviously indicated that the gases in Changxing Formation and Feixianguan Formation were the products of secondary cracking of oil in Yuanba Area.And the gases in the Upper Permian and Lower Triassic were the result of first cracking of kerogen.It is considered that the thermochemical sulfate reduction（TSR）happens in native reservoirs in Yuanba Area，which causes high hydrogen sulfide content in Changxing Formation and Feixianguan Formation.The native reservoir in Tongnanba Area has no TSR，which is the reason the gas in Upper Permian and Lower Triassic excludes hydrogen sulfide.

carbon isotope；hydrogen sulfide；TSR；Yuanba Area；Tongnanba Area

TE122.1

A

1000－9752（2011）06－0036－04

2010－09－03

李鳳 （1983－），女，2005年大學(xué)畢業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事地球化學(xué)與油氣成藏方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新