四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据

3本文为国家科技重大专项课题(2008ZX050042005)的部分成果。

作者简介:王兰生,1959年生,教授级高级工程师;主要从事油气地球化学研究工作。地址:(610051)四川省成都市府青路一段1号。电话:(028)86015625。E 2mail :wanglansheng @

四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据3

王兰生　邹春艳　郑平　陈盛吉　张琦　许斌　李红卫

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

王兰生等.四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据.天然气工业,2009,29(5):59262.

摘　要　四川盆地寒武系底部和志留系底部各存在一套良好的高成熟度、高有机质丰度、类型好的烃源岩,所生成的天然气均为腐泥型有机质形成的油型气,均可作为页岩气的勘探目标。下寒武统页岩烃源岩以川西南地区厚度最大,呈辐射状减薄,其累计厚度在100～400m 之间,有机碳含量在0.2%～9.98%之间,平均值为0.97%;下志留统页岩烃源岩主要分布在川南、川东地区,累计厚度在100～700m 之间,平均厚度为203m ,其中黑色页岩厚度变化在20～120m 之间,富含笔石,有机碳含量在0.4%～1.6%之间,有机质类型主要为腐泥型干酪根,生烃能力强,热演化程度高,已演化至过成熟阶段,目前生烃已近枯竭,但也说明它的生烃能力巨大,历史上曾经大量生成天然气。从其成熟度、运聚条件和矿物成分比较分析后认为:四川盆地页岩气勘探开发的首选目标应为川南下志留统页岩。

关键词　四川盆地　寒武纪　志留纪　页岩气　勘探　目标 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.011

0　引言

四川盆地存在丰富的泥页岩。从传统的石油天然气地质学角度看,它们是盆地内良好的烃源层和盖层。,在适当的地质背景下,采用合适的钻采工艺,页岩也会成为有效的产层。 就四川盆地而言,其下古生界寒武系、下志留统、奥陶系大乘寺组以及上三叠统须家河组等层系都存在大套页岩,其中的黑色页岩又都有很好的烃源岩。但从美国Fort Wort h 盆地Barnett 页岩存在的地质背景[1,2]可以看出,页岩气的存在需要两个基本的地质条件:①页岩本身应当是良好的烃源岩,并达到生气阶段,具备强大的生气能力,这可以看成是页岩气勘探开发的地质基础;②产气页岩夹于两套碳酸盐岩硬岩层之间,这可以看成是页岩气开采技术的工艺要求。依此衡量,奥陶系大乘寺组页岩不满足第1个条件,而上三叠统须家河组页岩不满足第2个条件。所以认为四川盆地页岩气勘探的主要领域首先应在寒武系和志留系的页岩中选择。笔者将通过四川盆地寒武系和志留系页岩的地球化学特征对比,提出四川盆地页岩气勘探开发的首选层系。

1　四川盆地寒武系页岩地球化学特征

四川盆地寒武系页岩的地球化学基本特征是厚度大,有机碳含量高,类型好,有机质热演化程度高[3]。 四川盆地下寒武统存在丰富的页岩烃源岩,以川西南地区厚度最大,呈辐射状减薄,其累计厚度一般在100～400m 之间(见图1)

。

图1　四川盆地寒武系烃源岩厚度图

盆地内寒武系有机碳含量一般在0.2%～9.98%之间,159个样品的有机碳含量平均值为

・

95・第29卷第5期 天　然　气　工　业 地质与勘探

0.97%(图2)。有机质成分以腐泥组为主(占95%

以上),无定形,扫描电镜下为松软的絮状体,干酪根

碳同位素一般为-27‰～-31‰,氯仿沥青“A ”中饱和烃含量高(40%～60%),芳烃含量低(11%～15%),沥青质含量低(3%～15%),饱芳比高(3～5)。表明原始有机物主要为盆地相中的低等水生生物,按Tissot 等(1984)的分类属生烃能力极强的腐泥型干酪根

。

图2　四川盆地寒武系烃源岩有机碳含量等值线图

四川盆地下寒武统页岩总体热演化程度高,除广元矿山梁地区成熟度较低(R o =0.59%)外,盆地内其他地区均已达过成熟阶段。其中又以大巴山前缘和乐山龙女寺古隆起相对略低(R o 为2.48%～3.5%),宜宾地区、盆地北部及川湘凹陷带相对较高(R o 在4.0%以上),总体展布格局是由乐山—龙女寺古隆起向四周成熟度逐渐增高(图3)。寒武系成熟度的这种展布特点与区域性的古隆起和凹陷带的

图3　四川盆地寒武系烃源岩成熟度(R o )等值线图

继承性发展、古断裂的活动密切相关,它们是控制寒武系热演化的重要因素。

根据高科1井的沉积埋藏史图(图4)可见,乐山—龙女寺古隆起区下寒武统源岩经历了埋藏—抬升(剥蚀)—再埋藏—再抬升的演化过程。其有机质生烃史可分为三期:第一期为初始生烃阶段:高科1井下寒武统源岩在志留纪末R o 值已达0.7%,处于未成熟—低成熟生烃期;第二期为生烃停滞阶段,由于加里东运动的抬升作用,该井下寒武统源岩埋深变浅并遭受剥蚀,古地温降低,有机质进入生烃滞流阶段;第三期为“二次生烃”阶段:从二叠系开始至二叠系末,下寒武统源岩埋藏深度及其所具有的古地温已超过了初始生烃阶段,源岩进入了二次生烃阶段。此时,高科1井C -1源岩R o 值已达0.71%,有机质开始继续生烃。印支末期,高科1井C -1源岩

R o 值已达0.97%而进入生烃高峰。燕山期该井C -1

源岩R o 值已达2.23%,有机质大量生成湿气及油裂解气。喜山期,该区源岩进入过成熟末期,现今实测最高R o 值已达3.75%,表明该区下寒武统源岩目前生烃已近枯竭,但也说明它的生烃能力巨大,历史上曾经大量生烃(表1)

。

图4　高科1井沉积埋藏史图

表1　高科1井各地质时期末下寒武统有机质TTI 与R o 演化数据表

地质时期C -1末

C -2+3末O 末S 末

D 末C 末P 1末P 2末T 1末T 2末T 3末J 1末J 3末T T I 0.110.230.79 1.58 3.36 4.27 4.66 4.86 4.96 6.8423.8638.18

2018.22

R o (%)

0.34

0.39

0.50

0.57

0.70

0.70

0.71

0.75

0.97

1.05

2.23

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06・地质与勘探 天　然　气　工　业 2009年5月