冷濟(jì)高 （中國(guó)石化西南油氣分公司博士后科研工作站，四川 成都610081）

楊克明，葉 軍，朱宏權(quán) （中國(guó)石化西南油氣分公司，四川 成都610081）

孝泉－豐谷構(gòu)造帶須家河組天然氣烷烴碳同位素特征及氣源對(duì)比

冷濟(jì)高 （中國(guó)石化西南油氣分公司博士后科研工作站，四川 成都610081）

楊克明，葉 軍，朱宏權(quán) （中國(guó)石化西南油氣分公司，四川 成都610081）

孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣資源非常豐富?！绊毶吓琛?、“須下盆”天然氣組成差異明顯，“須上盆”天然氣干/濕混合現(xiàn)象明顯，具有差異運(yùn)聚特征，整體表現(xiàn)為構(gòu)造氣藏；“須下盆”主要為干氣，熱成熟作用較強(qiáng)。63個(gè)樣品烷烴碳同位素資料統(tǒng)計(jì)表明，須家河組絕大多數(shù)為正碳同位素系列，即δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4，其中δ13C1明顯重于川中和川西地區(qū)，熱演化程度異常高。須家河組烴源巖以腐殖型為主，天然氣主要為干酪根初次裂解氣。“須上盆”和 “須下盆”自成藏特征明顯，“須上盆”天然氣δ13C1一般小于－32.2‰、δ13C2大于－25‰， “須下盆”天然氣δ13C1一般大于－32.2‰，δ13C2一般小于－27‰?！绊毾屡琛睔獠啬冈粗饕獊?lái)自須二段或須一段，為下生上儲(chǔ)和自生自儲(chǔ)氣藏，合興場(chǎng)地區(qū)有來(lái)自須三段倒灌氣源充注；“須上盆”氣源主要來(lái)自須三段烴源巖，為下生上儲(chǔ)。

烷烴碳同位素；氣源對(duì)比；須家河組；孝泉－豐谷構(gòu)造帶

孝泉－豐谷構(gòu)造帶是川西坳陷中段的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，勘探成果喜人，目前已成為四川盆地又一個(gè)被探明的千億方氣田，表明該構(gòu)造具有優(yōu)越的成藏環(huán)境［1～3］。但隨著勘探、開(kāi)發(fā)的深入，各次級(jí)構(gòu)造單元地質(zhì)特征和天然氣富集規(guī)律，表現(xiàn)出明顯的差異性，其成藏特征仍有待深化。

川西坳陷地處四川盆地的西部，具有發(fā)育歷史長(zhǎng)、構(gòu)造變動(dòng)多、成藏條件復(fù)雜等特點(diǎn)。演化過(guò)程表現(xiàn)為多個(gè)不同類型盆地疊加、地質(zhì)過(guò)程復(fù)合等特征，從而形成了多套生儲(chǔ)蓋、多期生排烴、多期成藏特點(diǎn)。因此，在天然氣的研究過(guò)程中，氣源對(duì)比的重要性就突顯出來(lái)。天然氣氣源對(duì)比方法很多，其中烷烴氣碳同位素研究較為深入，目前應(yīng)用較廣泛，對(duì)比效果較好［4～9］。

1 地質(zhì)背景

孝泉－豐谷構(gòu)造帶位于川西坳陷中段，構(gòu)造南鄰成都凹陷，北靠梓潼凹陷，西南段與龍門山構(gòu)造帶相交，東南方向與知興場(chǎng)－龍寶梁構(gòu)造北傾沒(méi)端相連。地理位置介于綿陽(yáng)、德陽(yáng)及三臺(tái)之間，呈北東東向展布，面積約1614km2，自西向東主要由孝泉、新場(chǎng)、合興場(chǎng)、高廟子、新盛和豐谷等次級(jí)含氣構(gòu)造單元組成。

上三疊統(tǒng)須家河組沉積地層厚度超過(guò)3000m，自下而上分為須一段 （T3x1）～須五段 （T3x5）共5段。其中T3x1為淺海陸棚海灣沉積環(huán)境，以海灣泥坪和濱岸沼澤相的泥灰?guī)r、泥頁(yè)巖沉積為主，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ、Ⅱ型為主，沉積中心位于龍山推覆帶下［10］。須家河組其他4段為一套海陸交互相含煤陸相碎屑巖沉積，其中T3x2、T3x4主要為大套砂巖夾薄層泥頁(yè)巖及煤層，為須家河組主要的儲(chǔ)層；T3x3、T3x5為湖相沉積，泥頁(yè)巖及煤層發(fā)育，為主要烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。依據(jù)儲(chǔ)蓋組合及其成藏特征，大致可將須家河組劃分為上、下兩個(gè)成藏體系，分別稱之為 “須下盆”（T3x1～T3x3）和 “須上盆”（T3x4～T3x5）［11］。

2 天然氣的組成特征

孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣以烴類氣體組成 （C1～C5）為主，其中甲烷平均含量超過(guò)95%，此外天然氣中還含有非烴氣如CO2、N2、O2、H2及少量惰性氣He和Ar，區(qū)別于川中和川東地區(qū)，研究區(qū)天然氣中均不含H2S。

2.1 天然氣烴類組成及其分布

須家河組天然氣烴類組份在不同成藏體系上存在較大差異。從上到下，天然氣的重?zé)N含量逐漸減少，干燥系數(shù)則逐漸增大 （表1、圖1），“須上盆”天然氣呈現(xiàn)干/濕混合特征，“須下盆”天然則均表現(xiàn)為干氣，甲烷平均含量達(dá)97%，王世謙［12］認(rèn)為這主要與熱力作用有關(guān)。從目前的鏡質(zhì)體反射率（Ro）統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，T3x4、T3x5生油巖在構(gòu)造帶上Ro介于1.0%～1.5%之間，深凹陷區(qū)Ro則超過(guò)了1.7%；“須下盆”主力生油巖Ro均超過(guò)了1.7%，部分地區(qū)甚至超過(guò)了2.0%，處于過(guò)成熟演化階段，重質(zhì)氣態(tài)烴強(qiáng)烈裂解，變成最穩(wěn)定的甲烷，干酪根殘?jiān)尦黾淄楹?，進(jìn)一步縮聚形成碳瀝青［13］。

表1 孝泉－豐谷構(gòu)造帶須家河組部分天然氣地球化學(xué)參數(shù)表

天然氣的運(yùn)移方式主要有擴(kuò)散和滲流兩種，并且在運(yùn)移過(guò)程中色層效應(yīng)明顯 （圖2）。從T3x4氣藏的組份差異就可以看出，孝泉次級(jí)構(gòu)造高點(diǎn)位于CX93井，其甲烷含量和干燥系數(shù)分別為94.8%和95.9%，而沿著構(gòu)造脊方向分布的CX37井、CX94井及CX568井，其甲烷含量則逐漸降低，而干燥系數(shù)則呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，CX568井甲烷含量為只有83.7%，干燥系數(shù)為85%，表現(xiàn)為明顯的濕氣特征。豐谷局部構(gòu)造帶也表現(xiàn)為類似特征，構(gòu)造高部位CF563井、CF125井天然氣甲烷含量超過(guò)95%，而向周邊擴(kuò)展則重組份增加，干燥系數(shù)變小，呈現(xiàn)有規(guī)律的變化特征。新場(chǎng)地區(qū)由于構(gòu)造幅度變化較小，也存在色層效應(yīng)，只是更為復(fù)雜，七郎廟、五郎泉及CX560井局部構(gòu)造高點(diǎn)甲烷含量較高，而周邊氣藏重組份有增加現(xiàn)象。T3x2天然氣熱演化程度高，組分色層效應(yīng)不明顯。

2.2 天然氣烷烴碳同位素組成

對(duì)孝泉－豐谷構(gòu)造帶64個(gè)氣樣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表 1），δ13C1值主要分布在－39.4‰ ～－30.3‰ 之間，δ13C2＞－28.1‰，δ13C3＞－31.5‰。不同層段烷烴碳同位素存在較大差異：T3x2天然氣一般表現(xiàn)為δ13C1＞－32.2‰，δ13C2＜－23.4‰；T3x4和侏羅系 （J）天然氣烷烴碳同位素則相近，區(qū)分不明顯，表現(xiàn)為 － 39.4‰ ＜ δ13C1＜ － 33.2‰，－25.3‰＜δ13C2＜－20.8‰。與T3x4天然氣相比，侏羅系天然氣一般δ13C2＜－22%，T3x4天然氣δ13C2則分布范圍要廣 （圖3、表1）。由此可見(jiàn)， “須上盆”和 “須下盆”烴源巖在母質(zhì)類型和熱演化程度方面存在較大差異性。另外，絕大部份天然氣表現(xiàn)為正碳同位素系列，即δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4，混原特征并不明顯。但與川中、川東坳陷相比，研究區(qū)T3x2天然氣δ13C1熱演化程度明顯偏高，δ13C2值則偏低［14］。

圖1 孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣重?zé)N含量與深度關(guān)系

圖2 孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣甲烷含量、干燥系數(shù)平面分布特征 （T3x4）

圖3 孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣烷烴碳同位素分布特征

3 天然氣氣源對(duì)比

天然氣氣源對(duì)比與石油不同，其重組份含量較少，烴指紋圖譜對(duì)比較為困難，目前應(yīng)用烷烴碳同位素進(jìn)行氣源追蹤應(yīng)用較為廣泛，在我國(guó)鄂爾多斯盆地、四川盆地和塔里木等盆地應(yīng)用效果較好。

圖4 孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣同位素成因分類圖

3.1 天然氣成因

前人研究認(rèn)為川西坳陷天然氣主要為煤型氣，主要證據(jù)有：①?gòu)某练e環(huán)境上看，除T3x1為海灣沉積環(huán)境外，須家河組烴源巖沉積時(shí)均為河、湖沼相沉積；②從烴源巖熱解參數(shù)和干酪根顯微組分測(cè)定看，主要以Ⅲ型干酪根為主，少量為混合Ⅱ型；③川西坳陷天然氣－28.1‰＜δ13C2＜－20.8‰，根據(jù)王世謙［12］、戴金星等［14］學(xué)者研究認(rèn)為，均屬于煤型氣。但也有學(xué)者認(rèn)為川西坳陷應(yīng)存在大量油裂解氣，因?yàn)閺纳鸁N模擬、巖心及包裹體觀察均證實(shí)川西坳陷T3x2曾經(jīng)有大量液態(tài)烴充注，油源來(lái)自T3x1［15，16］。目前對(duì)于川西坳陷液態(tài)烴是否成藏及其對(duì)天然氣的貢獻(xiàn)大小還存在較大爭(zhēng)議。但通過(guò)烴源巖熱解及生、排烴史研究，證實(shí)T3x1烴源巖具有一定的生成液態(tài)烴的潛力，并且也找到早期有關(guān)液態(tài)烴生成的證據(jù)。因須家河組天然氣為烴源巖高成熟度熱演化氣，天然氣組分圖版識(shí)別方法對(duì)其成因判識(shí)有一定局限性，天然氣烷烴碳同位素則指示研究區(qū)主要為熱成因煤型天然氣，但在T3x2也存在少量煤型氣、油型氣的混合氣［17］。

3.2 氣源分析

研究表明，烴類的同位素組成在運(yùn)移過(guò)程中基本不發(fā)生變化，主要與母源及其成熟度有關(guān)，目前主要應(yīng)用天然氣甲、乙烷碳同位素進(jìn)行氣源對(duì)比。

受烴源巖母質(zhì)類型及熱成熟度的影響，孝泉－豐谷構(gòu)造帶 “須上盆”、“須下盆”天然氣烷烴碳同位素存在明顯差異性，自成藏特征明顯?！绊毶吓琛碧烊粴猞?3C1一般小于－32.2‰、δ13C2大于－25‰；“須下盆”天然氣δ13C1一般大于－32.2‰，δ13C2一般小于－27‰。另外從母源成熟度差異上也可以明顯加以區(qū)分，一般認(rèn)為天然氣正構(gòu)烷烴組分之間的碳同位素差值與母源無(wú)關(guān)，而受成熟度的影響，其中甲烷與乙烷的碳同位素差值Δδ13C－12是隨天然氣溫度有減小和成熟度的增加而減小，成熟－高成熟階段前期 （Δδ13C2－1為7.4‰～12‰），高成熟后期 （Δδ13C12＜7.4‰），據(jù)此做圖可以進(jìn)天然氣成因分類和成熟度分析［18］，如圖4所示， “須上盆”天然氣Δδ13C2－1均大于9‰，為成熟烴源巖生氣， “須下盆”Δδ13C2－1一般小于7.4‰，為高成熟后期氣體，具有明顯的分帶性。由此可見(jiàn)，“須上盆”氣源與 “須下盆”氣源差異較大，“須上盆”天然氣氣源主要來(lái)T3x3烴源巖，而 “須下盆”天然氣則主要為自生自儲(chǔ)為主。

3.3 天然氣運(yùn)移和混合作用

由于天然氣分子小，擴(kuò)散、運(yùn)移能力強(qiáng)，因此在天然氣成藏過(guò)程中，極易發(fā)生氣體的混合現(xiàn)象。一般認(rèn)為，烴類的同位素組成在運(yùn)移過(guò)程中不發(fā)生顯著的變化，如果氣體是從深部高成熟區(qū)運(yùn)移來(lái)的，則甲烷氣體碳同位素要比原生的組成偏高，乙烷則發(fā)生較明顯的混合作用，反之若由淺部向深部混合，則現(xiàn)象相反，據(jù)此可以確定天然氣的運(yùn)移混合作用［19］。

從目前發(fā)現(xiàn)的63個(gè)天然氣分析樣品看，“須上盆”和 “須下盆”有12個(gè)天然氣樣品檢測(cè)到存在混源特征，并且其中有8個(gè)樣品正碳同位素發(fā)生倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

由圖5可以看出，δ13C3＞δ13C4倒轉(zhuǎn)幅度很小，最大0.6‰，而δ13C2＞δ13C3倒轉(zhuǎn)幅度較大。侏羅系的兩個(gè)樣品倒轉(zhuǎn)幅度分別達(dá)2.5‰和4.4‰，CX37井T3x4樣品倒轉(zhuǎn)幅度也達(dá)2.5‰，而CG561井T3x2樣品倒轉(zhuǎn)幅度也達(dá)3.4‰。從層位上看，T3x2天然氣有4個(gè)樣品發(fā)生倒轉(zhuǎn)，其中合興場(chǎng)地區(qū)2個(gè)（CH127井、CH137井），高廟子和新場(chǎng)地區(qū)各1個(gè) （CG561井、X2井）（見(jiàn)表1）。合興場(chǎng)地區(qū)2個(gè)樣品均來(lái)自T3x2上亞段，緊臨上覆T3x3烴源巖，δ13C2值為－25‰，介于須T3x2和T3x4之間，反映混合母質(zhì)類型，結(jié)合該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)、斷層發(fā)育等地質(zhì)特征，可以認(rèn)為該區(qū)有T3x3氣源倒灌成藏的可能。CG561井T3x2天然氣δ13C2值為－28.1‰，碳同位素倒轉(zhuǎn)可能是由于煤型氣和油型氣的混合作用導(dǎo)致。除CG561井外，X2井、X3井、L150井、X202井T3x2中亞段天然氣δ13C2值均接近－28‰，CX96井T3x5天然氣δ13C2達(dá)到－29‰，接近于油型氣特征，推測(cè)可能是由于煤型氣、油型氣混合作用導(dǎo)致。除合興場(chǎng)、高廟子地區(qū)T3x2外，豐谷的FG1井區(qū)T3x4，天然氣δ13C2小于－25‰，混入 “須下盆”氣源可能性較大。

圖5 孝泉－豐谷構(gòu)造帶天然氣同位素系列

因此可見(jiàn)，須家河組氣藏碳同位素倒轉(zhuǎn)的原因主要是煤型氣和油型氣的混合作用導(dǎo)致，當(dāng)然也有可能是由于同型不同源氣或同源不同期氣的混合作用，因?yàn)榱黧w包裹體巖相學(xué)與顯微測(cè)溫分析結(jié)果表明，研究區(qū)具有多期流體充注特點(diǎn)。

4 結(jié) 論

1）孝泉－豐谷構(gòu)造帶 “須上盆”和 “須下盆”分屬兩個(gè)不同的成藏體系，相互作用不明顯，與T3x2相比，T3x4呈現(xiàn)復(fù)合構(gòu)造氣藏特征。

2）須家河天然氣成因類型復(fù)雜，“須下盆”兼有煤型氣及油型氣特征，“須上盆”則主要為煤型氣為主。

3）“須下盆”氣藏母源主要來(lái)自T3x2或T3x1，大部分為下生上儲(chǔ)和自生自儲(chǔ)氣藏，但在合興場(chǎng)地區(qū)存在T3x3倒灌氣源充注；“須上盆”氣源主要來(lái)自T3x3烴源巖，為下生上儲(chǔ)。

［1］楊克明.川西坳陷油氣資源現(xiàn)狀及勘探潛力 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2003，24（4）：322～331.

［2］楊克明.川西坳陷須家河組天然氣成藏模式探討 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（6）：786～793.

［3］楊克明.非常規(guī)油氣藏形成機(jī)理及開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)－以川西坳陷上三疊統(tǒng)氣藏為例 ［D］.成都：成都理工大學(xué)，2005.

［4］戴金星，秦勝飛，陶士振，等.中國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和天然氣地學(xué)理論重要進(jìn)展 ［J］.天然氣地球科學(xué)，2005，16（2）：127～142.

［5］戴金星.各類烷烴氣的鑒別 ［J］.中國(guó)科學(xué) （D輯），1992，2：185～193.

［6］戴金星，胡安平，楊春，等.中國(guó)天然氣勘探及其地學(xué)理論的主要新進(jìn)展 ［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（12）：1～5.

［7］戴金星，鄒才能，張水昌，等.無(wú)機(jī)成因和有機(jī)成因烷烴氣的鑒別 ［J］.中國(guó)科學(xué) （D輯），2008，38（11）：1329～1341.

［8］戴金星.中國(guó)煤成氣研究30年來(lái)勘探的重大進(jìn)展 ［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2009，36（3）：264～279.

［9］戴金星，倪云燕，周慶華，等.中國(guó)天然氣地質(zhì)與地球化學(xué)研究對(duì)天然氣工業(yè)的重要意義 ［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2008，35（5）：513～525.

［10］葉軍.川西坳陷馬鞍塘組－須二段天然氣成礦系統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià) ［J］.天然氣工業(yè)，2003，23（1）：21～25.

［11］郭正吾，鄧康齡，韓永輝，等.四川盆地形成與演化 ［M］.北京：地質(zhì)出版社，1996.89～138.

［12］王世謙.四川盆地侏羅系－震旦系天然氣的地球化學(xué)特征 ［J］.天然氣工業(yè)，1994，14（6）：1～5.

［13］王蘭生，茍學(xué)敏，劉國(guó)瑜.四川盆地天然氣的有機(jī)地球化學(xué)特征及其成因 ［J］.沉積學(xué)報(bào)，1997，15（2）：49～53.

［14］Dai J X，Ni Y Y，Zou C N.Stable carbon isotopes of alkane gases from the Xujiahe coal measures and implication for gas－source correlation in the Sichuan Basin，SW China［J］.Organic Geochemistry，2009，40：638～646.

［15］葉軍，王國(guó)亮，岳東明.從新場(chǎng)瀝青地化特征看川西天然氣資源前景 ［J］.天然氣工業(yè)，1999，19（3）：18～22.

［16］羅小平，曹軍，沈忠民.川西坳陷中段上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層瀝青地球化學(xué)特征及成因研究 ［J］.礦物巖石，2009，29（1）：93～98.

［17］葉軍.川西新場(chǎng)851井深部氣藏形成機(jī)制研究——X851井高產(chǎn)工業(yè)氣流的發(fā)現(xiàn)及其意義 ［J］.天然氣工業(yè)，2001，21（4）：16～20.

［18］James A T.Correlation of natural gas by use of carbon isotopic disrribution between hydrocarbon components［J］.AAPG Bulletin，1983，67 （7）：1176～1191.

［19］戴金星，夏新宇，秦勝飛，等.中國(guó)有機(jī)烷烴氣碳同位素系列倒轉(zhuǎn)的成因 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2003，24（1）：3～6.

Carbon Isotope Features of Alkane Gases of Xujiahe Formation in Xiaoquan－Fenggu Structural Belt and Their Gas－source Correlation

LENG Ji－gao，YANG Ke－ming，YE Jun，ZHU Hong－quan（First Author's Address：Postdoctoral Research Station of Southwest Petroleum Company，SINOPEC，Chengdu610081，Sichuan，China）

There were abundant natural gases in Xiaoquan－Fenggu tectonic belt.Gas composition was significantly different in the upper and lower natural gas systems，natural gas in the upper system was obvious mixture of dry and wet gases，the reservoir was structural gas reservoir.Compared with upper system，the gas in lower system was dry gas the strong thermogenics.The most of carbon isotopes of Xujihe Formation were positive（δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4），its δ13C1value was heavy in contrast to the central and eastern Sichuan Basin with high degree of thermal evolution.Based on the 63analysis samples，the organic matter of source rocks are dominated by huminite，mostly the gas is the primary cracking of the kerogen.Hydrocarbon accumulation characteristics are obvious，δ13C1value is typically lighter than－32.2‰，δ13C2value is more than－25‰in the upper system，but in the lower system，δ13C1value is typically more than－32.2‰andδ13C2is lighter than－27‰.According the research of gas－source correlation，the gas in the lower system is originated from the second member of Xujihe Formation and Ma'antang－Xiaotangzi Formation and the third member of Xujiahe Formation is the source rock of the upper system.

carbon isotope；gas－source；Xujihe Formation；Xiaoquan－Fenggu Structural Belt

TE122.1

A

1000－9752（2011）06－0016－06

2011－03－02

冷濟(jì)高 （1976－），男，1997年大學(xué)畢業(yè)，博士 （后），現(xiàn)主要從事油氣成藏方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新