川中古隆起震旦系—寒武系天然氣地球化學(xué)特征與太和氣區(qū)的勘探潛力

謝增業(yè) 李 劍 楊春龍 田興旺 張 璐 李 謹(jǐn) 李志生國(guó)建英 謝武仁 郭澤清 齊雪寧 郝愛(ài)勝

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司天然氣成藏與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

自2011年四川盆地川中古隆起高石梯構(gòu)造GS1井在震旦系燈影組二段（以下簡(jiǎn)稱燈二段）獲得日產(chǎn)102×104m3高產(chǎn)工業(yè)氣流以來(lái)，截至2019年底，安岳氣田已在震旦系燈影組和寒武系龍王廟組累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量0.95×1012m3，三級(jí)儲(chǔ)量達(dá)1.23×1012m3[1]，是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的單體規(guī)模最大的海相碳酸鹽巖氣田[2]，天然氣年產(chǎn)量超100×108m3[1]。2020年5月4日，在川中古隆起北斜坡地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱太和氣區(qū)）PT1井于燈二段測(cè)試獲得日產(chǎn)121.98×104m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流[3]；太和氣區(qū)JT1井鉆揭燈影組四段（以下簡(jiǎn)稱燈四段）丘灘相優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚166.6 m，孔隙度2.0%～7.1%，測(cè)井解釋氣層8層厚101 m，同時(shí)發(fā)現(xiàn)滄浪鋪組白云巖孔隙型氣層，并于2020年10月15日滄浪鋪組測(cè)試獲日產(chǎn)51.62×104m3的高產(chǎn)氣流[4-5]。這些新突破展示了安岳氣田主體之外震旦系—寒武系良好的天然氣勘探前景。PT1井燈影組和JT1井滄浪鋪組天然氣組分、碳同位素、氫同位素不僅在太和氣區(qū)內(nèi)存在著較大的差異，而且與安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組天然氣特征也有所不同。為此，筆者基于新獲氣井和安岳氣區(qū)天然氣分析測(cè)試結(jié)果，從縱、橫向上系統(tǒng)分析天然氣特征及變化趨勢(shì)，尋找上述差異產(chǎn)生的原因，以期為四川盆地震旦系—寒武系天然氣拓展勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地處于上揚(yáng)子地塊的西北一側(cè)，其基底具有雙重性，即太古代—早元古代發(fā)育的康定群經(jīng)中條運(yùn)動(dòng)形成距今1 900～1 700 Ma的深部結(jié)晶基底[6]和中元古代—新元古代發(fā)育的峨邊群經(jīng)晉寧運(yùn)動(dòng)形成距今1700～780 Ma的褶皺基底[7]。在距今800～635 Ma，上揚(yáng)子板塊以發(fā)育前震旦系裂谷為主要特征，川中地區(qū)發(fā)育北東走向的南華紀(jì)裂谷[8-11]，裂谷內(nèi)部受一系列與裂谷走向平行的正斷層控制，發(fā)育壘—塹結(jié)構(gòu)，這種壘—塹結(jié)構(gòu)控制上覆層系高部位顆粒灘和巖溶儲(chǔ)集體以及臺(tái)洼內(nèi)烴源巖的發(fā)育[9]。震旦紀(jì)燈影期—寒武紀(jì)筇竹寺期，四川盆地發(fā)生了三幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，分別為震旦紀(jì)燈二期的桐灣運(yùn)動(dòng)一幕、燈四期末的桐灣運(yùn)動(dòng)二幕和寒武紀(jì)麥地坪期末的桐灣運(yùn)動(dòng)三幕，形成了高石梯—磨溪、資陽(yáng)—威遠(yuǎn)兩個(gè)桐灣期巨型古隆起和德陽(yáng)—安岳古裂陷[12]。這一古構(gòu)造格局對(duì)太和氣區(qū)及安岳氣區(qū)氣藏的形成起到至關(guān)重要的作用，主要體現(xiàn)在：德陽(yáng)—安岳古裂陷是下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖生烴中心；高石梯—磨溪古隆起控制了上震旦統(tǒng)燈二段、燈四段，下寒武統(tǒng)滄浪鋪組和龍王廟組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的形成與展布；控制四套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)蓋組合（燈二段白云巖儲(chǔ)集層—燈三段泥頁(yè)巖蓋層組合、燈四段白云巖儲(chǔ)集層—下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁(yè)巖蓋層組合、滄浪鋪組白云巖儲(chǔ)集層—滄浪鋪組砂泥巖蓋層組合、龍王廟組白云巖儲(chǔ)集層—中上寒武統(tǒng)砂泥巖、碳酸鹽巖及上覆二疊系泥頁(yè)巖蓋層組合）的形成。此外，橫向上灘間致密巖性遮擋是太和氣區(qū)天然氣得以保存的關(guān)鍵[3,5]；長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的巨型圈閉、氣藏上覆超壓層和區(qū)域性分布的膏鹽巖聯(lián)合封蓋[13]是安岳氣區(qū)天然氣規(guī)模聚集并得以保存的重要因素。

2 實(shí)驗(yàn)樣品和分析測(cè)試方法

采集了四川盆地川中地區(qū)震旦系—寒武系天然氣樣品40個(gè)（圖1），盆地及周緣烴源巖樣品59塊、儲(chǔ)層瀝青樣品46塊。對(duì)天然氣樣品進(jìn)行了組分、碳同位素、氫同位素等相關(guān)分析測(cè)試，這些分析測(cè)試均在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司天然氣成藏與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。天然氣全組分常規(guī)分析及大進(jìn)樣量C1—C3組成分析均采用Agilent 7 890 A氣相色譜儀，其中：全組分常規(guī)分析以高純氦氣做載氣，配備分流/無(wú)分流進(jìn)樣口，50 m×320 mm×8 μm HP-AL/S色譜柱，火焰離子化檢測(cè)器，色譜柱箱采用程序升溫，初始溫度40 ℃（保持2 min），然后以10 ℃/min升溫速率升到90 ℃，再以5 ℃/min升溫速率升到200 ℃（保持5 min）；大進(jìn)樣量C1—C3組成分析采用無(wú)分流進(jìn)樣，不分流時(shí)間0.5 min，吹掃流量50 mL/min，進(jìn)樣量1 mL。天然氣碳同位素檢測(cè)儀器為Finnigan Delta PLUS XL GC/C/IRMS，天然氣中痕量乙烷的碳同位素采用了液氮冷凍富集的方法。氫同位素檢測(cè)儀器為Finnigan Mat 253。儲(chǔ)層瀝青碳同位素檢測(cè)在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司天然氣成藏與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成；儲(chǔ)層瀝青顯微定量檢測(cè)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。烴源巖微量元素檢測(cè)在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，B元素檢測(cè)儀器為WP-1光柵攝譜儀；K元素檢測(cè)儀器為ICAP 6 300等離子體發(fā)射光譜儀。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

川中古隆起太和氣區(qū)燈二段、滄浪鋪組天然氣與安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組天然氣均屬于原油裂解的干氣，但太和氣區(qū)燈二段、滄浪鋪組的天然氣C2H6、δ13C2及δ2HCH4存在差異，與安岳氣區(qū)天然氣也有所不同。

3.1 天然氣組成差異主要受成熟度控制

天然氣全組分常規(guī)分析結(jié)果表明（表1），太和氣區(qū)PT1、ZJ2燈二段天然氣烴類組成以甲烷（CH4）為主，為76.90%～92.83%；含微量乙烷（C2H6），為0.04%～0.07%；非烴組成以H2S和CO2為主，分別為2.11%～6.80%和4.42%～15.43%，N2含量分別為0.56%和0.67%，He和H2含量分別為0.01% ～ 0.05% 和 0～ 0.11%。PT1、ZJ2井 由 于TSR反應(yīng)程度的不同，導(dǎo)致兩者的H2S和CO2含量有別，進(jìn)而影響到CH4、C2H6的差異，烴類組成歸一化后，PT1井CH4、C2H6含量分別99.92%和0.08%，濕度系數(shù)（C2+/C1+）為 0.08%，ZJ2 井 CH4、C2H6含量分別99.95%和0.05%，C2+/C1+為0.05%，均為典型的干氣。太和氣區(qū)JT1、CT1滄浪鋪組天然氣烴類組成也以CH4為主，CH4含量為96.82%～99.10%（歸一化后為99.81%～99.82%），含微量C2H6，均為0.18%（歸一化后為0.18%～0.19%），C2+/C1+為0.18%～0.19%，為典型的干氣；N2、CO2、He、H2和H2S等非烴組成含量低。由此可見(jiàn)，太和氣區(qū)燈二段、滄浪鋪組天然氣同為干氣，但成熟度略高的燈二段CH4含量也略高于滄浪鋪組。

表1 四川盆地川中古隆起太和氣區(qū)及安岳氣區(qū)震旦系—寒武系天然氣組分、碳?xì)渫凰財(cái)?shù)據(jù)表

表1 （續(xù)）

安岳氣區(qū)天然氣組成以CH4為主，含少量C2H6以及CO2、N2、H2S、He和H2等非烴氣體?；诒疚?0個(gè)和魏國(guó)齊等30個(gè)共計(jì)70個(gè)天然氣樣品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[14-15]，安岳氣區(qū)天然氣組成具有以下特征（圖2）：①CH4含量燈影組以90%～94%為主，龍王廟組以大于94%為主（圖2-a）；②C2H6含量燈影組以小于0.05%為主，龍王廟組以0.10%～0.15%為主（圖2-b）；③濕度系數(shù)（C2+/C1+）燈影組以小于0.05%為主，龍王廟組以0.10%～0.15%為主（圖2-c）；④CO2含量燈影組主要為4%～8%，龍王廟組以2%～4%為主（圖2-d）；⑤N2含量均為0.5%～1.0%（圖2-e）；⑥H2S含量燈影組以10～30 g/m3為主，龍王廟組以5～20 g/m3為主（圖2-f），按氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)主要屬于中含硫氣藏；⑦He含量燈影組以0.02%～0.04%為主，龍王廟組以小于0.03%為主（圖2-g）；⑧H2含量均以小于0.10%為主（圖2-h）。

安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組天然氣成熟度的不同是導(dǎo)致其組成差異的主要原因。隨成熟度升高，CH4含量增大，C2H6等重?zé)N組分含量降低，C2+/C1+減小。H2S是烴類與含硫物質(zhì)反應(yīng)（即TSR反應(yīng)）的結(jié)果，溫度越高越有利于H2S的生成；CO2是TSR反應(yīng)生成H2S的副產(chǎn)物，兩者一般呈較好的正相關(guān)性，因此，燈影組天然氣的H2S和CO2均略高于龍王廟組。全組分分析結(jié)果中，因燈影組天然氣CO2含量相對(duì)龍王廟組高，導(dǎo)致其CH4含量明顯比龍王廟組的低。烴類組分歸一化后，其微小差異依然可見(jiàn)，燈影組CH4含量為99.91%～99.98%，平均99.96%，C2H6含量為0.02%～0.09%，平均0.04%；龍王廟組CH4含量為99.72%～99.95%，平均99.86%，C2H6含量為0.05%～0.28%，平均0.14%。

對(duì)比太和氣區(qū)與安岳氣區(qū)天然氣的C2+/C1+可見(jiàn)，燈影組是太和氣區(qū)（0.05%～0.08%）比安岳氣區(qū)（主要小于0.05%）的略大；太和氣區(qū)滄浪鋪組（0.18%～0.19%）比安岳氣區(qū)龍王廟組（以0.10%～0.15%為主，均值0.13%）略大。這些差異超出實(shí)驗(yàn)分析誤差范圍（組分含量0～0.09%和0.1～0.9%的誤差分別為0.01%和0.04%），表明太和氣區(qū)天然氣成熟度比安岳氣區(qū)的略低。天然氣大進(jìn)樣量（C1—C3）的分析則表明，干氣中仍能檢測(cè)到微量的丙烷（C3H8）。將太和氣區(qū)的 PT1、ZJ2、JT1、CT1及安岳氣區(qū)新分析的C1/C2、C2/C3數(shù)據(jù)點(diǎn)入謝增業(yè)等[16]建立的天然氣成因類型判識(shí)圖版中，可見(jiàn)這些樣品點(diǎn)均落入原油裂解氣區(qū)域，與安岳氣區(qū)原油裂解氣[2,14-16,17-20]具有相似的特征（圖3）。四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖氣是干酪根裂解氣和液態(tài)烴二次裂解氣的混合氣[21-26]，源于志留系龍馬溪組頁(yè)巖的石炭系天然氣[27-28]與龍馬溪組頁(yè)巖氣不完全一致，前者主要表現(xiàn)為原油裂解氣，后者則呈現(xiàn)以原油裂解氣為主、也有干酪根裂解氣的混合氣特征。

3.2 天然氣δ13C1、δ13C2的差異主要受運(yùn)移分餾和成熟度控制

太和氣區(qū)燈二段天然氣的δ13C1、δ13C2值均比滄浪鋪組的重，燈二段δ13C1、δ13C2值分別為－35.1‰ ～－34.7‰ 和 －29‰ ～－27.4‰， 滄 浪鋪組 δ13C1、δ13C2值分別為－38.2‰ ～－36.2‰ 和－36.7‰～－36.4‰（表1）。這與燈二段天然氣成熟度比滄浪鋪組高有關(guān)。

安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組天然氣δ13C1、δ13C2同樣呈現(xiàn)出不同的分布特征。三個(gè)層段天然氣δ13C1分布比較相似，主要為－34‰～－32‰，但隨地層時(shí)代變老，δ13C1略有變輕趨勢(shì)，如：龍王廟組δ13C1為－33.6‰～－32.1‰，主峰－33‰～－32‰，19個(gè)樣品均值為－32.8‰；燈四段δ13C1為－34.1‰～－32.3‰，主峰－34‰～－33‰，36個(gè)樣品均值為－33.2‰；燈二段δ13C1為－33.9‰～－32.0‰，主峰－34‰～－33‰，11個(gè)樣品均值為－33.1‰（圖4-a）。與δ13C1不同，燈影組、龍王廟組天然氣δ13C2有隨地層時(shí)代變老而變重的趨勢(shì)，如：龍王廟組δ13C2為－34.0‰～－31.5‰，主峰－33‰～－32‰，19個(gè)樣品均值為－32.8‰；燈四段δ13C2為－33.6‰～－26.8‰，主峰－29‰～－28‰，36個(gè)樣品均值為－28.8‰；燈二段δ13C2為－28.8‰～－26.0‰，主峰－28‰～－27‰，11個(gè)樣品均值為－27.6‰（圖4-b）。

地層條件下，影響天然氣δ13C1、δ13C2的因素很多。從干酪根碳同位素看，震旦系—寒武系泥巖類烴源巖干酪根碳同位素有隨時(shí)代變老而略變重趨勢(shì)，如筇竹寺組干酪根δ13C為－36.4‰～－30.0‰，均值－32.8‰；燈三段干酪根δ13C為－34.5‰～－29.0‰，均值－31.9‰；陡山沱組干酪根δ13C為－32.8‰～－28.8‰，均值－30.7‰[14]。作為原油裂解氣，瀝青δ13C是判識(shí)天然氣－原油之間關(guān)系的重要參數(shù)。從本文所測(cè)燈影組、龍王廟組瀝青δ13C以及郝彬等[29]、張博原[30]的分析數(shù)據(jù)看，燈影組和龍王廟組瀝青的δ13C分別為－35.4‰～－33.5‰和－35.4‰～－33.2‰，均值分別為－34.8‰（25個(gè)）和－34.2‰（16個(gè)），兩者接近。平面上，同一產(chǎn)層，瀝青δ13C與天然氣δ13C之間的輕重不具對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明瀝青δ13C不是影響天然氣δ13C1、δ13C2變化的主要原因。太和氣區(qū)及安岳氣區(qū)天然氣δ13C2的差異主要受成熟度控制，濕度系數(shù)越小（成熟度越高），δ13C2值越重。δ13C1主要與捕獲不同階段裂解氣比例有關(guān)，早期裂解氣比例越大，δ13C1越輕；晚期裂解氣比例越大，δ13C1越重。

前人的研究表明，δ13C2受成熟度的影響小，具有較強(qiáng)的母質(zhì)繼承性，是判別天然氣成因類型的良好指標(biāo)，并將δ13C2=－28‰或－29‰作為判識(shí)油型氣和煤型氣的界限，且這已在國(guó)內(nèi)許多盆地天然氣成因類型的判別中取得很好的應(yīng)用效果[31-33]，但對(duì)于諸如安岳氣區(qū)燈影組C2H6＜0.05%為主的干氣，仍用δ13C2=－28‰或－29‰作為類型判識(shí)指標(biāo)有些不妥。因?yàn)樵诟哐莼A段，熱演化作用對(duì)δ13C2的影響程度明顯大于δ13C1，如李友川等[34]對(duì)腐泥型烴源巖的熱模擬生氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從δ13C1和δ13C2最輕處開(kāi)始至實(shí)驗(yàn)最高演化程度，δ13C1變重的幅度僅為5‰，而δ13C2變重的幅度則達(dá)11.7‰。天然氣δ13C2與濕度（C2+/C1+）之間較好的相關(guān)性（圖5-a），即隨熱演化程度增高，C2+/C1+變小，δ13C2變重，如滄浪鋪組天然氣成熟度最低，C2+/C1+大（0.181% ～ 0.186%），δ13C2＜－36‰；龍王廟組天然氣成熟度居中，C2+/C1+主要為0.094%～0.196%，δ13C2介于－34‰～－31.5‰；燈影組天然氣成熟度最高，C2+/C1+＜ 0.085%，δ13C2＞－30.5‰為主。滄浪鋪組—龍王廟組—燈影組天然氣δ13C2的這種分布格局符合碳同位素隨演化程度增高而變重的演化規(guī)律。安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組氣藏H2S含量主要為6～35 g/m3（表1），δ13C2與H2S含量的相關(guān)性差（圖5-b），這說(shuō)明δ13C2值變重主要不是H2S造成的，而更可能與極高演化階段δ13C的瑞利分餾有關(guān)。因?yàn)楫?dāng)熱演化程度極高時(shí)，大分子的液態(tài)烴甚至輕烴都裂解殆盡，最后C2H6、C3H8等組分已經(jīng)無(wú)法新生成，開(kāi)始大量裂解。當(dāng)其只作為反應(yīng)物的底物時(shí)，這個(gè)同位素變化過(guò)程近似于瑞利分餾。受活化能的影響，12C優(yōu)先裂解，導(dǎo)致δ13C2值越重[35]（圖6）。燈影組天然氣C2+/C1+小于龍王廟組，這是其δ13C2值重于龍王廟組的主要原因。

天然氣δ13C1也受成熟度影響，如滄浪鋪組C2+/C1+最大，δ13C1最輕；燈影組C2+/C1+相對(duì)較低，其δ13C1較重，尤其磨溪地區(qū)燈二段、燈四段δ13C1有隨C2+/C1+增大而變輕趨勢(shì)（圖5-c）；而高石梯燈二段、燈四段，磨溪、龍女寺龍王廟組等的δ13C與C+/C+121之間則沒(méi)有此關(guān)系，說(shuō)明除成熟度外，δ13C1應(yīng)該還受其他因素的影響。由天然氣δ13C1與H2S含量關(guān)系圖（圖5-d）可見(jiàn)，安岳氣區(qū)及太和氣區(qū)燈二段天然氣的δ13C1有隨H2S含量增加而變輕趨勢(shì)，表明H2S也不是控制δ13C1分布的主要因素?？v觀同一層段天然氣C2+/C1+大體相當(dāng)、但δ13C1有輕有重的現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，δ13C1分布與構(gòu)造部位有一定的關(guān)系，即構(gòu)造相對(duì)高部位，δ13C1重，隨埋深增大δ13C1變輕，如滄浪鋪組2個(gè)樣品的C2+/C1+相近，但δ13C1是低部位的JT1比相對(duì)高部位的CT1輕；磨溪龍王廟組海拔深度淺于－4 400 m的天然氣δ13C1＞－32.5‰為主，海拔－4 400～－4 550 m的天然氣δ13C1介于－33.5‰～－32.5‰，海拔深度深于－4 550 m的天然氣δ13C1＜－34‰，MX8井龍王廟組上段和下段的δ13C1分別為－32.3‰和－33.2‰。燈影組天然氣δ13C1也有同樣的分布特征，在同一灘體范圍內(nèi)，高部位δ13C1重、低部位δ13C1輕。如燈四段，磨溪地區(qū)MX103—MX22區(qū)塊，海拔深度由高至低，δ13C1由－33.3‰變?yōu)椋?4.1‰；MX13—MX102區(qū)塊，δ13C1由－32.9‰變?yōu)椋?3.7‰；MX8－MX18區(qū)塊，δ13C1由－32.8‰變?yōu)椋?3.7‰；高石梯地區(qū)GS120—GS18區(qū)塊，δ13C1由－32.5‰ 變?yōu)椋?2.8‰；GS105－GS103區(qū)塊，δ13C1由－32.9‰變?yōu)椋?3.4‰。燈二段，高石梯區(qū)塊GS1井海拔低于－5 000 m，δ13C1為－32.3‰，隨海拔深度增加，δ13C1變?yōu)椋?3.6‰～－33.3‰；磨溪主體－斜坡區(qū)，海拔深度由高往低，δ13C1的變化更為明顯，主體部位為－32‰～－33.9‰，低部位處的PT1井為－34.7‰，更低處的ZJ2井為－35.1‰。川中古隆起天然氣δ13C1這一分布格局不符合正常的埋深越大（成熟度越高），δ13C1越重的規(guī)律，這可能與不同部位捕獲不同階段的裂解氣有關(guān)。若圈閉中捕獲早期裂解氣的比例越大，δ13C1越輕；相反，捕獲晚期裂解氣的比例越大，δ13C1越重。實(shí)際上，對(duì)一個(gè)圈閉而言，在上覆蓋層保存良好的條件下，隨著古油藏裂解的不斷進(jìn)行和氣體體積的膨脹，尚未裂解的原油及相對(duì)早期裂解的濕氣將從圈閉溢出點(diǎn)溢出，直至裂解結(jié)束，裂解氣充滿整個(gè)圈閉。研究區(qū)裂解氣的形成模式與田輝等[36]提出的川東北三疊系碳酸鹽巖原油裂解氣原位聚集模式具有相似性?？傮w而言，安岳氣區(qū)捕獲的主要是晚期階段的裂解氣，與魏國(guó)齊等[12]通過(guò)同位素動(dòng)力學(xué)模擬認(rèn)為其主要捕獲195～160 Ma裂解氣的認(rèn)識(shí)基本一致；太和氣區(qū)則是捕獲了相對(duì)較多的早期階段裂解氣。

3.3 天然氣δ2HCH4差異主要與沉積水介質(zhì)鹽度有關(guān)

天然氣δ2HCH4值不僅受其源巖熱演化程度和有機(jī)質(zhì)類型影響，而且也受沉積環(huán)境的水介質(zhì)鹽度制約。一般情況是δ2HCH4值隨母源成熟度增高和水介質(zhì)鹽度增大而變重[37-40]。太和氣區(qū)JT1、CT1滄浪鋪組緊鄰下伏筇竹寺組烴源巖，其天然氣是源于筇竹寺組烴源巖的典型代表，δ2HCH4為－134‰～－133‰；PT1、ZJ2燈二段天然氣δ2HCH4為－141‰～－140‰，明顯比滄浪鋪組的輕。安岳氣區(qū)燈二段、燈四段天然氣成熟度高于龍王廟組，但δ2HCH4卻比龍王廟組的輕，燈二段δ2HCH4為－150‰～－137‰，均值－145‰；燈四段δ2HCH4為－152‰～－136‰，均值－141‰；龍王廟組δ2HCH4為－138‰～－132‰，均值－134‰（圖7），總體上，隨產(chǎn)層時(shí)代變新，δ2HCH4變重。安岳氣區(qū)燈影組、龍王廟組天然氣δ2HCH4的這種分布規(guī)律，He等[41]認(rèn)為是在高演化階段水參與反應(yīng)導(dǎo)致δ2HCH4變輕。盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水直接參與了天然氣的生成[42-43]，并且水與烴源巖發(fā)生了氫交換，進(jìn)而影響了所生成天然氣的δ2H[44-46]。但是這種反應(yīng)在自然條件下，速度極慢，在溫度超過(guò)200～240℃的上億年時(shí)間內(nèi)，δ2HCH4值幾乎沒(méi)有發(fā)生變化[44,47]，所以天然氣在生成之后，其與水體的δ2H組成交換可以被忽略[48-50]。因此，烴源巖沉積時(shí)的古水體鹽度應(yīng)是控制研究區(qū)δ2H的關(guān)鍵因素。

不同學(xué)者采用多種方法對(duì)揚(yáng)子地區(qū)南華系大塘坡組—志留系龍馬溪組烴源巖古水體鹽度進(jìn)行了研究[51-55]，結(jié)果表明，下寒武統(tǒng)筇竹寺組（牛蹄塘組）的古水介質(zhì)鹽度屬于咸水— 半咸水[52]，是晚元古代—早古生代烴源巖中古鹽度最高的；大塘坡組古水介質(zhì)鹽度整體為中—低鹽度[51]；受晚奧陶世Ashgillian期（五峰期）—早志留世Llandovery早期（龍馬溪期）的南極冰蓋以及上揚(yáng)子地區(qū)三面為古陸的半封閉陸表海盆影響，五峰期至龍馬溪期上揚(yáng)子海處于古赤道附近的低緯度區(qū)，大量的雨水降落及河流淡水注入使得海水強(qiáng)烈淡化[54]，導(dǎo)致龍馬溪組烴源巖鹽度由于全球冰川融化原因低于筇竹寺組[53,55]。本文利用施振生等[56]通過(guò)黏土礦物中硼、鉀元素含量確定古鹽度大小的方法，得到四川盆地及周緣大塘坡組、陡山沱組、燈三段、筇竹寺組及龍馬溪組烴源巖的古鹽度分別為6.9‰～17.0‰、4.4‰～17.3‰、4.5‰ ～ 10.3‰、5.7‰ ～ 44.2‰ 和 7.2‰ ～ 22.7‰，各層系古水介質(zhì)鹽度平均值屬筇竹寺組的最高（圖8），與文獻(xiàn)的研究結(jié)果比較吻合。

滄浪鋪組緊鄰筇竹寺組烴源巖，滄浪鋪組天然氣是源于筇竹寺組烴源巖下生上儲(chǔ)的典型代表；許多學(xué)者的研究表明龍王廟組天然氣也主要源于筇竹寺組烴源巖[2,14,17,57-59]，筇竹寺組烴源巖古鹽度高導(dǎo)致源于該烴源巖的天然氣δ2HCH4重。燈影組天然氣來(lái)源于震旦系（燈影組、陡山沱組）和筇竹寺組烴源巖[2,14,18-19,59-60]，因此，在單純來(lái)源于筇竹寺組烴源巖的基礎(chǔ)上，若有震旦系烴源巖的貢獻(xiàn)，則混合來(lái)源的液態(tài)烴裂解生成的天然氣δ2HCH4將變輕，震旦系烴源巖的貢獻(xiàn)比例越多，δ2HCH4越輕。δ13C2和δ2HCH4分別從成熟度和水介質(zhì)鹽度說(shuō)明震旦系烴源巖對(duì)燈影組（尤其是燈二段）氣藏的貢獻(xiàn)，兩者之間有較好的相關(guān)性（圖9）。以燈二段天然氣為例，橫向上，靠近古裂陷（筇竹寺組烴源巖生烴中心）的δ13C2輕、δ2HCH4重，向臺(tái)內(nèi)方向，δ13C2變重、δ2HCH4變輕，如古裂陷內(nèi)的 PT1天然氣δ13C2、δ2HCH4分別為－29‰和－140‰；高石梯地區(qū)由緊鄰古裂陷的GS1向遠(yuǎn)離古裂陷的GS10和GS11方向，δ13C2由－27.8‰變?yōu)椋?7.6‰和－26‰，δ2HCH4由－137‰變?yōu)椋?42‰和－146‰；磨溪地區(qū)由MX9向東至MX8、MX17和MX11，δ13C2由－28.8‰變?yōu)椋?7.5‰、－27.5‰和－26.8‰，δ2HCH4由－141‰變?yōu)椋?47‰、－146‰和－150‰。這一變化規(guī)律表明由靠近古裂陷的臺(tái)緣帶向臺(tái)內(nèi)方向，燈影組烴源巖的貢獻(xiàn)比例增加。縱向上，產(chǎn)層部位離筇竹寺組烴源巖側(cè)向供烴的垂向距離越大，δ2HCH4越輕，如GS1和GS3產(chǎn)層深度分別為5 350 m和5 800 m，δ2HCH4分別為－137‰和－146‰。

4 太和氣區(qū)天然氣勘探潛力

安岳氣區(qū)與太和氣區(qū)之間天然氣地球化學(xué)特征的差異揭示了古油藏原油裂解氣差異富集特征，前者δ13C重，主要捕獲晚期高—過(guò)成熟階段裂解氣；后者δ13C較輕，相對(duì)前者捕獲古油藏早期裂解氣的比例增大。

儲(chǔ)層瀝青是原油裂解成氣后的殘留物，瀝青含量高值區(qū)與烴源巖生烴高峰期燈影組、龍王廟組古構(gòu)造高部位的分布總體上是比較吻合的。這與古構(gòu)造高部位優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育、有利于液態(tài)烴類的規(guī)模富集密切相關(guān)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中富集的液態(tài)烴類越多，裂解后殘留下的瀝青含量也相應(yīng)高。PT1井燈二段瀝青含量為0.5%～4.7%，均值2.1%。在魏國(guó)齊等[20]研究基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了新鉆井資料，修編了全盆地?zé)粲敖M、龍王廟組儲(chǔ)層瀝青的分布圖（圖10）。儲(chǔ)層瀝青含量總體上以小于5%為主，古構(gòu)造高部位的高磨、威遠(yuǎn)、資陽(yáng)地區(qū)少量樣品可達(dá)6%～8%，低部位以小于0.5%為主。太和氣區(qū)瀝青含量相對(duì)安岳氣區(qū)略低，但也是古油藏發(fā)育區(qū)，氣源供給充足。

太和氣區(qū)發(fā)育多層系臺(tái)緣丘灘體及臺(tái)內(nèi)顆粒灘，縱向疊置、大面積橫向連片，其儲(chǔ)集體規(guī)模和質(zhì)量?jī)?yōu)于安岳氣區(qū)，斜坡背景下發(fā)育灘間致密巖性封堵帶，具備多層系立體勘探的巨大潛力。就臺(tái)緣帶寬度和厚度而言，燈二段，安岳氣區(qū)為15～20 km和350～450 m，太和氣區(qū)為40～130 km和650～1 000 m；燈四段，安岳氣區(qū)為10～15 km和260～300 m，太和氣區(qū)為20～70 km和450～500 m。儲(chǔ)層厚度、孔隙度、平均面孔率方面，燈二段，安岳氣區(qū)為150～260 m、3.0%和2.9%～3.2%，太和氣區(qū)為264 m、3.5%和5.35%；燈四段，安岳氣區(qū)為25～70 m、3.2%～3.5%和3.6%，太和氣區(qū)為167 m、3.6%和6%。太和氣區(qū)燈二段、燈四段臺(tái)緣帶丘灘體面積分別為10 144 km2和4 781 km2[61-62]。此外，在寒武系也發(fā)育滄浪鋪組、龍王廟組和洗象池組等多套優(yōu)質(zhì)灘相儲(chǔ)層，有利面積分別為3 800 km2、3 400 km2和2 900 km2。根據(jù)安岳氣區(qū)已發(fā)現(xiàn)氣藏的儲(chǔ)量豐度估算，太和氣區(qū)的資源規(guī)模將超過(guò)安岳氣區(qū)，成為繼安岳氣區(qū)之后的又一個(gè)萬(wàn)億立方米級(jí)大氣區(qū)。因此，下步勘探應(yīng)重點(diǎn)圍繞古油藏這個(gè)氣源，尋找有效的儲(chǔ)—蓋組合，在古油藏范圍內(nèi)或臨近古油藏儲(chǔ)—蓋組合好的區(qū)域是下步拓展勘探的有利區(qū)。

5 結(jié)論

1）四川盆地川中地區(qū)震旦系燈影組與寒武系龍王廟組、滄浪鋪組天然氣均為原油裂解的干氣，天然氣組分、碳同位素、氫同位素存在較大差別，燈影組天然氣C2H6含量低、δ13C2重、δ2HCH4輕，龍王廟組、滄浪鋪組的則反之。

2）母源成熟度和水介質(zhì)鹽度是不同層系天然氣組分、碳?xì)渫凰夭町惖脑?。燈影組天然氣主要源于震旦系和寒武系烴源巖的液態(tài)烴裂解氣，龍王廟組、滄浪鋪組天然氣主要源于寒武系烴源巖的液態(tài)烴裂解氣。相對(duì)于龍王廟組、滄浪鋪組，燈影組天然氣“母源”的成熟度較高、水介質(zhì)鹽度較低，導(dǎo)致其C2H6含量低、δ13C2重，δ2HCH4輕。

3）太和氣區(qū)與安岳氣區(qū)捕獲了不同演化階段的古油藏原油裂解氣。太和氣區(qū)聚集了古油藏原油早期—晚期的裂解氣，早期裂解氣占比越大，導(dǎo)致天然氣δ13C越輕，滄浪鋪組天然氣是此類原油裂解氣的典型代表；安岳氣區(qū)主要聚集晚期裂解氣，δ13C重。

4）太和氣區(qū)處于古油藏范圍區(qū)，多層系灘相優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層疊置發(fā)育，具備萬(wàn)億立方米級(jí)資源規(guī)模，勘探潛力大。下一步勘探應(yīng)重點(diǎn)圍繞古油藏這個(gè)氣源，在古油藏范圍內(nèi)或臨近古油藏尋找有效的儲(chǔ)—蓋組合，拓展勘探領(lǐng)域。