趙文智 ，謝增業(yè) ，王曉梅，沈安江，魏國齊，汪澤成，王坤

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3. 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室，河北廊坊 065007；4. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023）

0 引言

安岳氣田是中國迄今為止發(fā)現(xiàn)的單體規(guī)模最大的海相碳酸鹽巖氣田。截至2020年底，震旦系燈影組和寒武系龍王廟組累計探明天然氣地質(zhì)儲量1.03×1012m3，其中燈影組占56.3%。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為安岳氣田天然氣主要來自原油裂解氣[1-6]，但由于天然氣甲烷碳同位素組成（δ13C1）普遍比殘留瀝青的δ13C重，對裂解氣成因存疑。為此，有學(xué)者提出了殘余瀝青生氣、干酪根晚期生氣[7]和水溶脫氣[8]等多種觀點。同時，產(chǎn)自燈影組和龍王廟組天然氣的重?zé)N組分含量、乙烷碳同位素組成（δ13C2）與甲烷氫同位素組成（δ2HCH4）等存在較大差異，故對燈影組天然氣來源存在兩種觀點。一種觀點認(rèn)為燈影組和龍王廟組的天然氣同源，均來自寒武系筇竹寺組烴源巖[2,4-5]；另一種則認(rèn)為是筇竹寺組和震旦系烴源巖的混源貢獻(xiàn)[1,3,9-12]，但都未作系統(tǒng)論證。2020年，在川中隆起北斜坡鉆探的PT1井和JT1井分別在燈影組二段（簡稱燈二段）和寒武系滄浪鋪組獲日產(chǎn) 121.98×104m3[13]和 51.62×104m3[14]的高產(chǎn)工業(yè)氣流，且PT1井燈二段天然氣地球化學(xué)特征與安岳氣田燈影組相似，表現(xiàn)為δ13C2重、δ2HCH4輕與乙烷（C2H6）含量低的特征，而 JT1井天然氣卻表現(xiàn)出δ13C2輕、δ2HCH4重與C2H6含量高的特點，明顯與PT1井不同。這引起了作者對震旦系（包括燈影組和陡山沱組）烴源巖成氣貢獻(xiàn)與原生含氣系統(tǒng)的關(guān)注。為此，本文基于震旦系和寒武系烴源巖地球化學(xué)特征及與已發(fā)現(xiàn)氣藏對比關(guān)系，輔以成藏條件分析，探討震旦系氣藏天然氣來源，以求證震旦系烴源巖的成藏貢獻(xiàn)及原生含氣系統(tǒng)有效性，以期為發(fā)育或可能發(fā)育中新元古界烴源巖的3大克拉通盆地[15-16]尋找震旦系原生氣藏提供依據(jù)。

1 震旦系天然氣地球化學(xué)特征及其與寒武系的差異

1.1 天然氣組成特征

相對于源自寒武系產(chǎn)層的天然氣，震旦系天然氣在組成上具有低烴類、高非烴類特征，即低 CH4、低C2H6，高 CO2、高 N2、高H2S和高He。

震旦系烴類氣體中，CH4含量為70.36%～94.61%（均值為89.05%），C2H6含量為0.02%～0.07%（均值為0.04%）。寒武系天然氣CH4含量為90.92%～99.10%（均值為95.77%）、C2H6含量為0.05%～0.27%（均值為 0.14%）。二者對比，震旦系天然氣 CH4和 C2H6含量低（見圖 1a）。這與震旦系天然氣含有較高的 CO2等非烴氣體有關(guān)。干燥系數(shù)均大于0.997，是典型干氣。

震旦系非烴氣體組成包括 CO2、N2、H2S及少量He和H2，總體上表現(xiàn)為中—高含CO2、中含H2S、微—中含N2及微含He。其中，CO2含量為3.54%～28.17%（均值為 8.52%），H2S含量為 0.08%～6.80%（均值為1.05%），N2含量為0.37%～4.45%（均值為1.22%），He含量為0.01%～0.10%（均值為0.03%），H2含量為0.01%～0.93%（均值為0.13%），震旦系天然氣各非烴組分含量總體上都高于寒武系天然氣（見圖1b、圖1c）。

圖1 四川盆地震旦系—寒武系天然氣組分含量相關(guān)圖（圖中部分?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[10]）

氣藏中H2S是含硫物質(zhì)與烴類反應(yīng)（即TSR）的結(jié)果，CO2是TSR反應(yīng)的副產(chǎn)物[17-19]。由圖1b可見，寒武系天然氣中H2S含量多數(shù)小于1%，CO2含量多數(shù)小于3%，且兩者之間具有較好的相關(guān)性。震旦系天然氣H2S含量以小于1%為主，少數(shù)為1%～3%；CO2含量則以大于4%為主。高CO2含量除了與TSR反應(yīng)有關(guān)外，還與測試過程中的酸化作業(yè)有關(guān)。這一現(xiàn)象已在高石1井燈四段下亞段5 130～5 196 m井段測試樣品中得到驗證，隨取樣時間距離酸化作業(yè)后的時間越長，CO2含量有明顯降低趨勢[10]。另外，CO2含量大于 8%的基本都是經(jīng)過酸化作業(yè)的大斜度井樣品，δ13CCO2值為-1.3‰～1.1‰，呈現(xiàn)出無機成因特征。

震旦系天然氣 He含量為0.01%～0.06%，均值為0.02%；N2含量為 0.28%～0.90%，均值為 0.65%，且He與N2含量之間具有較好的正相關(guān)性（見圖1c）。魏國齊等認(rèn)為高石梯—磨溪地區(qū)（簡稱高磨地區(qū)）天然氣中的He為殼源成因，主要來自殼源放射元素U、Th的衰變[20]。天然氣中N2來源較復(fù)雜，主要有大氣來源的N2、有機質(zhì)成巖演化過程產(chǎn)生的N2、地殼含氮巖石高溫變質(zhì)作用產(chǎn)生的 N2以及地幔物質(zhì)脫氣產(chǎn)生的 N2等。根據(jù)天然氣中 N2的δ15N值主要為-8‰～-3‰，以及N2含量與δ15N之間具有較好的相關(guān)性（見圖1d），認(rèn)為N2主要是烴源巖中的有機質(zhì)經(jīng)熱氨化作用形成，并隨演化程度增高，N2含量具有增高趨勢。He和 N2的分子直徑均比甲烷分子的小，它們在震旦系、寒武系天然氣中的富集除了表明氣藏的保存條件好外，可能還與不同烴源巖的貢獻(xiàn)有關(guān)，烴源巖成熟度越高，He和N2含量相對增高。

1.2 天然氣碳?xì)渫凰亟M成特征

相對于寒武系產(chǎn)層的天然氣，震旦系天然氣δ13C2重、δ2HCH4輕。

震旦系天然氣δ13C1值為-35.1‰～-31.0‰，主峰-34.0‰～-32.0‰的樣品分布在高磨地區(qū)，與高磨地區(qū)寒武系主峰區(qū)間-34.0‰～-32.0‰比較相近（見圖2a），且δ13C1值小于-34.0‰的樣點為北斜坡PT1井及ZJ2井燈二段，其δ13C1重于JT1井（-38.2‰）和CT1井（-36.2‰）滄浪鋪組的。天然氣中H2S含量對δ13C有一定的影響，如川東地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組—下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組高含硫（H2S含量8.77%～17.06%）天然氣δ13C1比低含硫（H2S含量 0.02%～0.26%）的重約2.3‰～4.8‰；δ13C2重約 2.3‰～8.0‰[17]。因此，對于川中古隆起天然氣中H2S含量以小于1%為主、少量介于 1%～2%的中—低含硫氣藏，TSR反應(yīng)對同位素組成有影響，但不是主要影響因素。已有研究表明，δ13C2的變化與H2S含量沒有必然的聯(lián)系，δ13C1卻有隨H2S含量增高而變輕的趨勢[10]。因此，作者認(rèn)為控制震旦系—寒武系天然氣δ13C2變化的不是TSR，而是成熟度不同的烴源巖貢獻(xiàn)比例不同導(dǎo)致的。

震旦系天然氣δ13C2值分布在-33.6‰～-26.0‰，主峰為-29.6‰～-27.1‰，明顯重于寒武系的δ13C2（主峰-35.3‰～-30.6‰）（見圖2a）。震旦系與寒武系天然氣δ13C2差異大，而δ13C1卻較為相似，筆者認(rèn)為主要有兩方面原因：一是在極高演化階段，當(dāng)C2H6開始裂解時，C2H6作為反應(yīng)物，其裂解同樣存在同位素分餾規(guī)律，受活化能影響，12C優(yōu)先裂解，剩下的 C2H6組分δ13C就會很重；因此，熱演化程度越高，剩下的C2H6含量越少，δ13C2就越重[21]。二是模擬實驗結(jié)果表明，雖然δ13C1、δ13C2均有隨演化程度增高而變重的趨勢，但演化至高演化階段時，δ13C2的變化幅度明顯大于δ13C1，如李友川等[22]研究認(rèn)為腐泥型烴源巖熱模擬氣的δ13C1、δ13C2變化，從最輕處開始至實驗最高演化程度，δ13C1變重的幅度僅為5‰，而δ13C2變重的幅度達(dá)11.7‰。王銅山等[23]研究認(rèn)為塔里木盆地原油裂解模擬氣δ13C1變重的幅度僅為10‰，而δ13C2達(dá)25‰；瀝青質(zhì)裂解模擬氣δ13C1變重的幅度僅為 8‰，而δ13C2達(dá)19‰。因此，在極高演化階段，δ13C1、δ13C2變化幅度的差異是導(dǎo)致四川盆地震旦系、寒武系天然氣δ13C2差異大、δ13C1相似的原因。由δ13C2-C2H6含量關(guān)系（見圖2b）可見，隨C2H6含量降低，δ13C2變重的趨勢很明顯。川中古隆起北斜坡滄浪鋪組、高磨龍王廟組天然氣源于同一套烴源巖，盡管埋深高差大，其δ13C2和C2H6含量也較接近，如JT1井滄浪鋪組產(chǎn)層埋深約7 000 m，比高磨地區(qū)龍王廟組埋深相差1 700～2 200 m，但δ13C2和C2H6含量變化不大。相反，燈影組與龍王廟組盡管埋深相差僅500～1 000 m，但δ13C2和C2H6含量卻明顯不同，說明燈影組天然氣的源巖與寒武系的不完全一致。

圖2 四川盆地震旦系—寒武系天然氣碳同位素組成相關(guān)圖（圖中部分?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[10]）

震旦系天然氣的δ2HCH4值為-157‰～-135‰，主體為-150‰～-137‰。δ2HCH4與δ13C2有一定的相關(guān)性，整體上隨δ13C2變重，δ2HCH4變輕（見圖3a）。層系上，燈二段δ2HCH4值為-152‰～-136‰，均值-145‰；燈四段δ2HCH4值為-157‰～-135‰，均值-142‰。由圖 3a可見，燈影組天然氣δ2HCH4整體上比寒武系的輕，與干燥系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，干燥系數(shù)大的δ2HCH4輕，干燥系數(shù)小的δ2HCH4重（見圖3b）。盡管北斜坡滄浪鋪組與高磨龍王廟組存在巨大的埋深差，但其δ2HCH4較為相似，滄浪鋪組δ2HCH4值為-134‰～-133‰，龍王廟組為-138‰～-132‰，均值-134‰，源于同一烴源巖的天然氣δ2HCH4變化較?。幌喾?，高磨燈影組與龍王廟組氣藏埋深差距小，但天然氣的δ2HCH4卻有很大不同，從成熟度角度不好解釋兩個層系δ2HCH4差異。燈影組內(nèi)部也存在同樣的問題，如北斜坡ZJ2井燈二段（中部埋深6 547 m）和PT1井燈二段（中部埋深5 771 m）天然氣，δ2HCH4值分別為-141‰和-140‰；磨溪地區(qū)燈二段氣藏中部埋深 5 390～5 470 m，δ2HCH4值為-150‰～-139‰，均值為-145‰；高石梯地區(qū)燈二段氣藏中部埋深5 350～5 580 m，δ2HCH4值為-149‰～-137‰，均值為-144‰。

圖3 四川盆地震旦系-寒武系天然氣氫同位素組成相關(guān)圖（圖中部分?jǐn)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[10]）

天然氣δ2H受多種因素影響，一般是隨成熟度增高和源巖原始沉積古水體介質(zhì)的鹽度增大而變重[24-26]。有學(xué)者用模擬實驗，證實高演化階段在水參與生烴反應(yīng)條件下產(chǎn)物的δ2HCH4將變輕[27-30]。也有學(xué)者認(rèn)為，這種反應(yīng)在自然條件下速度極慢，在溫度超過 200～240 ℃、且反應(yīng)時間上億年情況下，δ2HCH4幾乎不發(fā)生變化，認(rèn)為天然氣與水體發(fā)生的δ2H組成交換可以忽略[31-32]。

He等[27]提出高磨地區(qū)震旦系天然氣δ2HCH4比寒武系的輕，是由于高演化階段水參與了生烴反應(yīng)導(dǎo)致的。但考慮δ2HCH4在三度空間的縱橫向分布與成藏地質(zhì)條件的具體變化，筆者認(rèn)為水的參與不是造成震旦系δ2HCH4變輕的主要因素，源巖沉積期古水體介質(zhì)的鹽度才是影響天然氣δ2HCH4輕重的關(guān)鍵因素。北斜坡 JT1井滄浪鋪組直接覆于筇竹寺組烴源巖之上，其天然氣來自筇竹寺組烴源巖的可能性最大而來自震旦系的可能性很小，高磨地區(qū)龍王廟組天然氣也認(rèn)為主要來自筇竹寺組烴源巖[1-4,9-12]。因此，可以將滄浪鋪組與龍王廟組天然氣作為寒武系烴源巖的主要參照系，其δ2HCH4值（-138‰～-132‰，均值為-134‰）可作為筇竹寺組烴源巖的特征值。由于德陽—安岳古裂陷內(nèi)筇竹寺組烴源巖生成的油氣可側(cè)向進(jìn)入震旦系燈影組儲集層。因此，震旦系天然氣δ2HCH4值如果與滄浪鋪組、龍王廟組的天然氣一致，就可以判定天然氣主要來自寒武系，否則就是混源。以燈二段天然氣為例，在德陽—安岳古裂陷生烴中心部位[33]的 ZJ2井和 PT1井天然氣的δ2HCH4值分別為-141‰和-140‰。向臺地方向，磨溪地區(qū)從MX9井向東至MX8井、MX17井和 MX11井，δ2HCH4值由-141‰變?yōu)?147‰、-146‰和-150‰；高石梯地區(qū)由GS1井向GS11井、GS135井方向，δ2HCH4值由-137‰變?yōu)?146‰和-150‰（見圖 4a）。燈四段由臺緣向臺內(nèi)方向，δ2HCH4也有逐漸變輕趨勢（見圖4b）。δ2HCH4的這一變化特征說明，靠近古裂陷內(nèi)和古裂陷生烴中心，震旦系儲集層（包括燈二段和燈四段）接受寒武系氣源貢獻(xiàn)概率較大，故δ2HCH4相對較重。隨著遠(yuǎn)離寒武紀(jì)裂陷內(nèi)、向著臺地方向去，燈影組烴源巖的貢獻(xiàn)比例明顯增加，δ2HCH4變輕。在縱向上，燈二段產(chǎn)層距離筇竹寺組烴源巖側(cè)向供烴窗口的距離較大，δ2HCH4相對較輕，而且距離越遠(yuǎn)，δ2HCH4越輕。如 GS1井和 GS3井燈二段產(chǎn)層深度分別為5 300～5 390 m和5 783～5 810 m，前者距離供烴窗口的距離近，δ2HCH4值為-137‰，后者較遠(yuǎn)，δ2HCH4值為-146‰?？傊讨袼陆M烴源巖貢獻(xiàn)大的區(qū)域，δ2HCH4較重。相反，震旦系烴源巖貢獻(xiàn)大的區(qū)域，δ2HCH4較輕。

圖4 川中古隆起震旦系燈影組天然氣δ2HCH4分布圖（烴源巖厚度據(jù)文獻(xiàn)[33]，MX—磨溪，GS—高石梯，PT—蓬探，ZJ—中江）

揚子地區(qū)早寒武世牛蹄塘期的海盆水介質(zhì)鹽度屬半咸水—咸水環(huán)境，古鹽度在晚元古代—早古生代這一地質(zhì)歷史時期是相對高的[34]。為了研究四川盆地及周緣晚元古代—早古生代烴源巖沉積期的古水體介質(zhì)鹽度的變化，采集了四川盆地高石梯、磨溪、威遠(yuǎn)、資陽地區(qū)鉆井以及廣元、楊壩露頭剖面的寒武系烴源巖樣品，南江楊壩和城口修齊剖面的燈三段烴源巖樣品，四川盆地西部地區(qū)的清平、旺蒼和川東南遵義地區(qū)的陡山沱組烴源巖樣品，利用施振生等[35]通過黏土礦物中硼、鉀元素含量確定古鹽度大小的方法，得到四川盆地及周緣烴源巖沉積期的古水體介質(zhì)鹽度，筇竹寺組為5.7‰～44.2‰（均值為18.5‰），陡山沱組為4.4‰～17.3‰（均值為7.7‰），燈三段為4.5‰～10.3‰（均值為 7.5‰）。這一結(jié)果與整個揚子地區(qū)晚元古代—早古生代古水介質(zhì)鹽度的演變規(guī)律是一致的。因此認(rèn)為，烴源巖沉積期古水體介質(zhì)鹽度對天然氣δ2HCH4的輕重起重要控制作用。

2 震旦系烴源巖對震旦系原生氣藏的貢獻(xiàn)

2.1 震旦系烴源巖對川中古隆起震旦系氣藏的貢獻(xiàn)

圍繞震旦系的氣源問題，已有學(xué)者進(jìn)行過討論，認(rèn)為震旦系烴源巖對成藏有貢獻(xiàn)[1,3,9-12]。本文利用稀有氣體40Ar的豐度估算了氣源巖年齡，利用δ2HCH4估算了震旦系烴源巖對燈影組氣藏的貢獻(xiàn)。

殼源天然氣中氦、氬主要源于沉積巖中U、Th和K的放射性成因[36]。氦、氬同位素組成與源巖時代和元素豐度有關(guān)，可反映源巖年代的積累效應(yīng)，即隨源巖時代變老，天然氣中40Ar、36Ar比值增大，而3He、4He比值減小。地殼中的40Ar的產(chǎn)生主要來自于40K的衰變，天然氣中40Ar與巖石中礦物K的含量、烴源巖時代成正相關(guān)關(guān)系。源巖時代愈老，烴源巖40K含量越高，則巖石中40K形成放射性成因40Ar愈多；反之，則愈少。根據(jù)這一原理，測得高磨地區(qū)龍王廟組、燈四段和燈二段天然氣中40Ar豐度值分別為（18.2～64.9）×10-6、（38.6～104.3）×10-6和（151.1～320.7）×10-6，估算的氣源巖年齡分別為 516～549 Ma、530～576 Ma和584～774 Ma，表明龍王廟組天然氣主要來自寒武系烴源巖，燈二段天然氣主要來自震旦系烴源巖，燈四段天然氣源于震旦系和寒武系烴源巖。

由于天然氣δ2HCH4反映烴源巖沉積時的古水體介質(zhì)鹽度，因此，可根據(jù)震旦系、寒武系天然氣δ2HCH4的變化來揭示不同源巖貢獻(xiàn)比例。計算方法是：震旦系源巖對某樣品的貢獻(xiàn)比等于震旦系天然氣δ2HCH4端元值與樣品δ2HCH4之和除以寒武系與震旦系天然氣δ2HCH4端元值差值。計算貢獻(xiàn)比時，端元值的選擇很重要。滄浪鋪組氣是源于筇竹寺組烴源巖的典型代表，其δ2HCH4值為-134‰～-133‰；龍王廟組天然氣也是源于筇竹寺組烴源巖，δ2HCH4值為-138‰～-132‰，均值-134‰。綜合考慮，取-133‰作為筇竹寺組來源的端元值，δ2HCH4重于-133‰的天然氣按100%源于筇竹寺組計算。燈影組天然氣δ2HCH4值為-157‰～-135‰，因只有一個樣品為-157‰，因此，選取-153‰作為震旦系來源的端元值，δ2HCH4輕于-153‰的天然氣按100%源于震旦系計算。估算結(jié)果是（不考慮端元值點比例）：震旦系烴源巖對燈四段、燈二段氣藏的貢獻(xiàn)比例，在臺緣帶分別為 11%～68%（均值為 39%）和 21%～89%（均值為54%）；在臺內(nèi)分別為26%～89%（均值為55%）和32%～89%（均值為68%）。從均值看，震旦系烴源巖對燈影組氣藏的貢獻(xiàn)比例約占40%～70%。

上述兩種方法得到的結(jié)論比較吻合，即源于寒武系烴源巖的天然氣δ2HCH4重，年齡小；源于震旦系烴源巖的天然氣δ2HCH4輕，年齡老（見圖5）。

圖5 震旦系—寒武系天然氣δ2HCH4與氣源巖年齡關(guān)系圖

2.2 鄂西地區(qū)陡山沱組烴源巖對頁巖氣藏的貢獻(xiàn)

陡山沱組富有機質(zhì)頁巖是整個揚子地區(qū)一套重要的烴源巖。迄今鄂西地區(qū)鉆探的鄂陽頁 1（鄂陽頁2HF）、鄂宜頁1、鄂宜參1、鄂宜地3、秭地1和鄂陽地1等一批探井在陡山沱組獲產(chǎn)量不等的頁巖氣流，其中鄂陽頁1井直井在陡山沱組測試獲日產(chǎn)5 460 m3氣流，隨后在原井場鉆探水平井鄂陽頁2HF井，水平段1 410 m，多段壓裂后測試獲得5.53×104m3工業(yè)氣流，展示了陡山沱組原生含氣系統(tǒng)的有效性與良好勘探前景。

2.3 塔里木克拉通內(nèi)裂陷新元古界烴源巖對震旦系油氣藏的貢獻(xiàn)

安岳氣田發(fā)現(xiàn)后，人們逐漸關(guān)注塔里木克拉通元古宇烴源巖的發(fā)育背景及勘探前景。通過多年的研究，許多學(xué)者認(rèn)為塔里木克拉通深層發(fā)育新元古界裂陷[37-39]，并在野外剖面中發(fā)現(xiàn)震旦系優(yōu)質(zhì)烴源巖[37]。近期的勘探在震旦系獲得工業(yè)油氣流，或在震旦系溶蝕孔洞型儲集層中發(fā)現(xiàn)古油藏證據(jù)，揭示了原生含氣系統(tǒng)的有效性。如庫魯克塔格、阿克蘇地區(qū)露頭剖面的震旦系溶孔中發(fā)現(xiàn)多處被瀝青充填，塔東1井曾測試獲油0.05 m3，疑似部分來自震旦系水泉組[38]；塔北隆起橋古 1井在前寒武系古潛山鉆井中獲自噴高產(chǎn)氣流（2～7）×104m3/d，累計產(chǎn)油近300 m3[39]。塔東地區(qū)東探1井震旦系水泉組中下部發(fā)育豐富的儲集層瀝青，瀝青連續(xù)分布最大厚度約60 m，并初步認(rèn)為瀝青源于震旦系—南華系烴源巖[40]。輪探 1井上震旦統(tǒng)奇格布拉克組8 737～8 750 m井段測試，出口見天然氣，點火可燃，焰高0.5～1.0 m，天然氣干燥系數(shù)達(dá)0.99；下寒武統(tǒng)吾松格爾組8 203～8 260 m井段測試獲日產(chǎn)油134 m3，日產(chǎn)氣45 917 m3[41]，天然氣干燥系數(shù)為0.77。震旦系天然氣成熟度遠(yuǎn)高于源于下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖的寒武系天然氣，是否有深部震旦系烴源巖的貢獻(xiàn)有待深入研究。

綜上可見，揚子、塔里木克拉通內(nèi)裂陷的元古宇烴源巖對已發(fā)現(xiàn)油氣有貢獻(xiàn)，鄂爾多斯盆地發(fā)育長城系裂陷[42]，裂陷內(nèi)可能存在有規(guī)模的烴源巖，雖然目前尚未獲得發(fā)現(xiàn)，但值得下一步研究和勘探高度重視[16]。

3 震旦系原生含氣系統(tǒng)的有效性分析

3.1 烴源巖生氣有效性

從聚集于四川盆地?zé)粲敖M天然氣的碳、氫同位素組成與乙烷含量等指標(biāo)對比看，震旦系在整個揚子地區(qū)存在一套有效氣源巖，而且為四川盆地震旦系天然氣藏提供了較大貢獻(xiàn)。這套烴源巖包括陡山沱組泥巖、燈影組三段泥巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖等。陡山沱組頁巖在四川盆地周緣已被證實是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，進(jìn)入四川盆地后，烴源巖厚度因所處部位不同而有變化。其中古隆起高部位烴源巖厚度小于5 m，古隆起之外烴源巖厚度在 5～30 m[43]或更大。近期研究表明，陡山沱組沉積期，四川盆地及周緣也存在隆坳相間的構(gòu)造沉積格局[44]，綿陽—成都—安岳—遂寧一帶以及長寧、萬州、通江地區(qū)為裂陷區(qū)，陡山沱組厚度在裂陷區(qū)為50～300 m，推測在裂陷內(nèi)發(fā)育陡山沱組烴源巖。震旦系燈三段在高科1井鉆揭35.5 m黑色頁巖，盆地內(nèi)分布厚度一般 5～30 m[45]。此外，燈影組泥質(zhì)碳酸鹽巖也具一定的生烴能力[45]。震旦系烴源巖的生烴演化，以川中地區(qū)為例，生烴期始于中晚寒武世，志留紀(jì)末的構(gòu)造抬升使生烴停止。二疊紀(jì)開始再深埋至晚三疊世之前，生烴過程繼續(xù)進(jìn)行，主要生成原油和濕氣。從晚三疊世開始原油發(fā)生裂解生氣。寒武系烴源巖生烴始于志留紀(jì)，大量生油期主要發(fā)生在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)，早侏羅世開始進(jìn)入濕氣階段，中侏羅世以后原油開始裂解生氣。目前，盆地內(nèi)震旦系烴源巖的Ro值普遍大于3.0%，寒武系Ro值普遍大于2.5%，都處于高—過成熟階段。不管是聚集型氣藏還是頁巖氣藏，天然氣主要來自液態(tài)烴的二次裂解生氣，最佳生氣窗口Ro值為1.5%～3.5%[46]。張水昌等[47]對采自美國和中國塔里木、四川、華北地區(qū)等共計10個不同成熟度序列（Ro值為0.65%～3.70%）的Ⅰ—Ⅱ型樣品，采用黃金管熱解體系、分步升溫的模擬實驗方法開展模擬實驗。結(jié)果表明，海相有機質(zhì)初次降解的主生氣期Ro值為0.7%～2.0%，生氣下限可延伸至Ro值為 3.5%，其中Ro值大于 2.0%的生氣量占有機質(zhì)熱降解總生氣量的15%左右?？梢姡诟哌^成熟階段，不論是液態(tài)烴裂解生氣還是干酪根降解生氣，震旦系烴源巖都具有較好的成藏潛力，值得勘探高度重視。

3.2 儲集層有效性

四川盆地震旦系燈影組發(fā)育了一套規(guī)模的微生物白云巖儲集層，在深埋條件下，仍具有較好儲集性能，是一套經(jīng)勘探證實的有效儲集層。

磨溪 108井燈四段屬于裂陷周緣的臺緣帶，取心段厚47 m，巖心觀察可劃分為2個短期丘灘復(fù)合體旋回[48]，巖性為藻泥晶白云巖、樹枝石和均一石、凝塊石、藻疊層與藻格架白云巖等，具較強非均質(zhì)性。發(fā)育微孔隙、規(guī)模不等孔洞等，物性條件較好，孔隙度一般3%～8%。

磨溪51井燈四段屬臺內(nèi)沉積，取心段厚82 m，巖心觀察可劃分為 2個短期丘灘復(fù)合體旋回，巖性為藻泥晶白云巖、凝塊石與微生物相關(guān)的顆粒白云巖等，發(fā)育微孔隙和溶孔，非均質(zhì)性較臺緣帶更強，孔隙度一般為2%～5%。

雖然臺內(nèi)微生物白云巖儲集層無論是厚度還是品質(zhì)都不如臺緣帶[48]，但通過甜點區(qū)精細(xì)描述和水平井改造，臺內(nèi)灘同樣可獲得高產(chǎn)，如磨溪129H井燈四段測試獲日產(chǎn)氣141.19×104m3，高石123燈二段測試獲日產(chǎn)氣 45.69×104m3。

四川盆地?zé)粲敖M微生物碳酸鹽巖沉積時具有較高的初始孔隙度和微生物有機質(zhì)含量，成巖后的疊層石和凝塊石白云巖儲集空間仍然以原生藻格架孔為主，部分為微生物有機質(zhì)腐爛形成的孔隙。發(fā)育的溶蝕孔洞主要是早表生期溶蝕的產(chǎn)物[49]，有以下 2個方面的證據(jù)：①孔洞的分布樣式具組構(gòu)選擇性和成層性，并位于向上變淺旋回的頂部；②溶蝕孔洞中充填的第 1期同心環(huán)邊狀白云石 U-Pb同位素年齡為（546±7.6）Ma，與圍巖（藻紋層白云石）U-Pb同位素年齡非常接近（（584±32）Ma）[50]。另外，微生物有機質(zhì)早期降解和晚期熱解生成的有機酸使微生物碳酸鹽巖在漫長的地質(zhì)過程中始終處于酸性環(huán)境，有利于微孔隙的形成和保存，這很好地解釋了絕大多數(shù)古老疊層石和凝塊石白云巖儲集層仍能像古近系疊層石、凝塊石碳酸鹽巖儲集層一樣，孔隙中很少有亮晶方解石或白云石膠結(jié)物，孔隙呈蜂窩狀并保持原巖沉積組構(gòu)的原因。

碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積組合中，微生物碳酸鹽巖易于發(fā)生早期白云石化[51]，也是震旦系疊層石和凝塊石白云巖有效儲集層發(fā)育的重要原因。早期白云石化讓微生物白云巖抗壓實和抗壓溶能力都較強，因此在深埋藏環(huán)境下有利于保存初始孔隙[52]。

3.3 成藏組合有效性

四川盆地震旦系已在上震旦統(tǒng)燈二段和燈四段發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣層，其直接蓋層是燈三段泥巖和下寒武統(tǒng)（筇竹寺組+麥地坪組）泥巖等。這些直接蓋層和區(qū)域性分布的上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥巖的共同作用，對震旦系—寒武系天然氣的富集成藏起到至關(guān)重要的保護(hù)作用。震旦系氣藏包含兩類成藏組合（見圖6），一是裂陷內(nèi)筇竹寺組烴源巖生烴，側(cè)向充注型，也稱新生古儲型；二是震旦系（包括陡山沱組和燈三段）生烴垂向充注型，也稱自生自儲型。受勘探程度限制，目前燈影組的探明天然氣儲量主要集中在燈四段，儲量為 5 908×108m3。在臺緣帶，仍然以下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖貢獻(xiàn)為主，震旦系烴源巖對燈四段、燈二段的貢獻(xiàn)比例均值分別為 39%和54%；在臺內(nèi)，對燈四段、燈二段的貢獻(xiàn)比例均值分別為55%和68%。隨著勘探不斷深入，并向高磨地區(qū)之外的斜坡區(qū)拓展，燈二段、燈四段臺緣帶加寬變厚，燈二段的天然氣發(fā)現(xiàn)將會進(jìn)一步增大。北斜坡燈二段、燈四段臺緣帶丘灘體面積分別達(dá)到10 144 km2和4 781 km2[53]；灘間發(fā)育致密封隔帶，構(gòu)成良好的巖性圈閉條件，是未來勘探發(fā)現(xiàn)更多震旦系原生氣藏的有利地區(qū)。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)氣藏的儲量豐度（燈影組為（2～4）×108m3/km2）估算，北斜坡區(qū)震旦系將成為繼安岳氣田之后的又一個萬億立方米級大氣區(qū)。

圖6 川中地區(qū)震旦系—寒武系油氣成藏組合

4 結(jié)論

四川盆地震旦系與寒武系天然氣地球化學(xué)特征存在 3個顯著不同，震旦系天然氣 C2H6含量低、δ13C2重和δ2HCH4輕，而寒武系與之相反。且震旦系烴源巖貢獻(xiàn)越大，δ2HCH4越輕。震旦系烴源巖雖然熱成熟度（Ro）較高，但在Ro<3.5%的階段，不論是液態(tài)烴裂解氣還是干酪根熱裂解氣，依然具有較好的供氣能力，是有效氣源巖，震旦系原生含氣系統(tǒng)存在的有效性無疑。

震旦系氣藏多數(shù)為震旦系和寒武系氣源巖混源形成的天然氣聚集，其中震旦系氣源對燈四段、燈二段氣藏貢獻(xiàn)比例均值臺緣帶為39%～54%，臺內(nèi)為55%～68%。鄂西地區(qū)有數(shù)口探井在陡山沱組獲得產(chǎn)量不等的頁巖氣流，證實了陡山沱組烴源巖的有效性與原生含氣系統(tǒng)的存在。

四川、塔里木和鄂爾多斯 3大克拉通盆地普遍存在中新元古代克拉通內(nèi)裂陷，發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，具有形成原生含氣系統(tǒng)的有利條件。震旦系微生物碳酸鹽巖、顆粒白云巖經(jīng)多期建設(shè)性改造可形成規(guī)模有效儲集層，四川盆地已發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲量，塔里木盆地也已見到好苗頭，鄂爾多斯盆地具潛在勘探潛力。下一步在精細(xì)刻畫克拉通內(nèi)裂陷與有利儲集相帶展布基礎(chǔ)上，宜通過風(fēng)險勘探加大探索力度，可望實現(xiàn)震旦系原生含氣系統(tǒng)更大規(guī)模的新突破。