川西北地區九龍山構造須家河組二段天然氣氣源分析

鄧 濤, 李 勇

(成都理工大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室, 四川 成都 610059)

川西北地區九龍山構造(氣田)是四川陸相前陸盆地的一個重要勘探區.九龍山構造產氣層主要為下侏羅統自流井組珍珠沖段和上三疊統須家河組第二段,目前對二者氣藏的氣源爭論較大[1-8].九龍山地區存在淺層須家河組須二中亞段(“腰帶子”泥頁巖)、須三段泥頁巖、深層的茅口組灰巖和下寒武統泥巖4套優質烴源巖.目前,關于該區須二段天然氣來源的分析較少,李延鈞等[1]綜合天然氣組分、碳同位素和儲層瀝青生物標志化合物氣源對比分析后認為,須二段天然氣由淺層須三段腐殖型和深層茅口組、下寒武統偏腐泥型烴源混合貢獻.為了對后期該區須二段氣藏的開發提供理論依據,有必要深入剖析須二段產氣層天然氣來源.本次研究我們采用前人研究較為成熟的天然氣組分、天然氣碳同位素組成和生物標志化合物組成等參數[9-11]來揭示九龍山構造須二段天然氣產層的天然氣來源,從而為該區的油氣勘探提供理論依據.

1 研究區地質概況

九龍山氣藏帶位于米倉山前緣西段,北鄰米倉山南緣隱伏逆掩褶皺帶,地表為九龍山構造,是川西北地區的重點油氣勘探構造[12-13](圖1).九龍山構造在地表表現為一軸向NE—SW向的對稱短軸背斜.研究層位須家河組分為6段,自下而上依次發育為:須一段、須二段、須三段、須四段、須五段和須六段地層.在川西北地區,須六段已被完全剝蝕,須五段也遭受了嚴重剝蝕,此外,須四段也存在部分剝蝕現象.從巖性上看,須一段、須二中亞段、須三段和須五段地層巖性以暗色泥頁巖為主,而須二下亞段、須二上亞段和須四段主要為砂、巖地層,其中,泥頁巖層段是良好的生烴層段,而砂巖層段又是優質的儲集層.因此,須家河組具備了良好的天然氣生成、運移、聚集和保存條件,天然氣勘探開發潛力十分巨大.

2 天然氣組分特征

圖 1 九龍山氣藏構造位置示意圖

3 天然氣碳同位素特征

表 2 九龍山氣藏及周邊構造天然氣烷烴氣碳同位素質量分數統計表

綜上,九龍山氣藏須家河組T3x4儲層天然氣氣源可能來自于其緊鄰的下伏T3x3暗包泥頁巖的氣源,而九龍山氣藏T3x2天然氣可能為須二段“腰帶子”泥質烴源巖和下伏古老海相泥質烴源巖的混合貢獻形成的混源氣,接下來則需要進行進一步的生物標志化合物分析.

4 儲層瀝青生物標志化合物特征

生物標志化合物是指沉積物或巖石中來源于活的生物體,在演化過程中記載了原始生物母質碳骨架的特殊分子結構信息的有機化合物[14-17].生物標志化合物有以下4個主要特征:1)由生物合成,來源于浮游植物、浮游動物、細菌以及陸生植物、高等動物等生物有機體,經成巖作用或后生作用轉化而成[18];2)具有相當穩定的化學結構,保留有從生物先體繼承下來的基本碳骨架特征;3)結構特殊,其碳骨架與一些已知的天然產物具有明顯的聯系;4)能提供有關有機質來源、沉積環境及其熱成熟度和油氣生物降解及運移等方面的信息.正是由于其結構的特殊性,因此當地質圈里某個生物標志物的所有立體結構能被確定時,就能確定它與某個假定的天然前身物之間的聯系.主要的生物標志化合物研究對象有正構烷烴、類異戊二烯烴、甾烷和萜烷等[19-20],本文主要針對甾、萜類化合物進行研究說明.

4.1類異戊二烯烴分布特征九龍山氣藏T3x2儲層瀝青抽提物的Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18三元交會圖表明:須二段儲層有一半的樣品參數與T3x2中泥質烴源巖具有很大的相似性,而與該組須四段和部分須五段的烴源巖樣品參數存在較大差異(圖3),說明T3x2中泥質烴源巖與九龍山氣藏T3x2天然氣“指紋化石”契合度較高,具有同源性.但也有部分樣品與須家河組各層段烴源巖特征都無相似性,考慮有一定的深部或淺部混源氣影響.

圖 3 九龍山氣藏T3x2儲層Pr/Ph—Pr/nC17—Ph/nC18 三元交會圖

4.2甾萜烷化合物分布特征利用成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室由美國公司生產的TSQ Quantum XLS氣相/液相色譜三重四極桿質譜聯用儀對九龍山氣藏T3x2儲層瀝青生標物進行了分析,分析結果如圖4和圖5所示,分布中三環萜烷仍以C23為主峰,存在C28、C29長鏈三環萜烷;但在C27H46分布中,18α(H)-22,29,30-三降藿烷與17α(H)-22,29,30-三降藿烷含量總體不高,且后者含量遠大于前者,并以17α(H),21β(H)-藿烷為主峰,這與九龍山氣藏T3x2中泥質烴源巖具較大的親緣性.甾烷m/z-217質譜圖中重排甾烷、4-甲基甾烷含量低,規則甾烷為C29占優勢的“V”型,甲藻甾烷含量低(圖5).甾烷特征呈“V”字型分布,而規則甾烷C27～C29主要用于油源對比、母源和沉積環境的生物標志物.三者的物質原始來源不同:C27甾烷主要來源于藻類等低等浮游植物,C28主要來源于硅藻、顆石藻,C29來源于高等植物或藻類,因此三者的連線可定性判別母質來源.上述生標物特征與T3x2中烴源巖的生物標志化合物特征相似.

因此,認為九龍山氣藏須二段致密砂巖儲層中的天然氣主要來源于相鄰的T3x2中泥巖,而在規則甾烷的三元圖中也印證了這一觀點(圖6).

圖 4 九龍山氣藏T3x2砂巖萜烷m/z-191對比圖

注:由于圖中篇幅限制,圖中1～19數字分別代表三環萜烷(C30),17α(H),21β(H)-30一降藿烷,18α(H)-30一降新藿烷(C29Ts),17α(H)一重排藿烷,17β(H),21α(H)-30一降藿烷(奧利烷),17α(H),21β(H)-藿烷17β(H),21α(H)-藿烷(莫烷),17α(H),21β(H)-29一升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29一升藿烷22R,伽馬蠟烷,17β(H),21α(H)-29一升藿烷22S+22R,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-二升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-三升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-四升藿烷22R,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22S,17α(H),21β(H)-29-五升藿烷22R).

根據九龍山氣藏T3x2砂巖儲層m/z-191萜烷對比圖、m/z-217甾烷對比圖(圖4和圖5)可看出:其三環萜烷分布、五環三萜烷分布、Tm/Ts比值、γ-蠟烷/(C31(22S+22R)/2)比值、5α-C27

圖 5 九龍山氣藏T3x2砂巖甾烷m/z-217對比圖 (圖中數字10、16、20分別代表αααC2720R 規則甾烷、C28重排甾烷和αααC2920R規則甾烷)

規則甾烷/5α—C29規則甾烷比值、5α—C28規則甾烷/5α-C29規則甾烷比值和C27～C29規則甾烷分布形態等特征大多與九龍山氣藏T3x2中烴源巖相似[21-22],故推測其天然氣來自于其T3x2中烴源巖.

圖 6 九龍山氣藏T3x2儲層C27-C28-C29規則甾烷交會圖

另外,對九龍山氣藏T3x2致密砂巖儲層的生標物參數與T3x2中泥巖進行了指紋對比[23](圖7),結果表明T3x2儲層段天然氣生標物特征與T3x2中泥質烴源巖指紋相似度極高,由此可以證明T3x2儲層的氣源巖主要為T3x2中泥巖.并且觀察到:T3x2上儲層與T3x2烴源巖的相似度高于T3x2中,應該是由于須家河組深埋地下的異常高壓導致的T3x2中的“隔層效應”,造成了對深部混源對九龍山T3x2氣藏上下砂巖儲層段的影響程度不同.也從側面印證了T3x2確實為混源氣,且混源來自其下伏地層[4,13].

圖 7 九龍山氣藏T3x2儲層與烴源巖指紋對比

由以上綜合分析可知:九龍山氣藏T3x2然氣為T3x2中泥巖及下伏古老海相腐泥型地層的混源氣.

5 結論

通過對川西北地區九龍山構造上三疊統須家河組二段天然氣與烴源巖的一系列相關數據及交匯圖版的運用,對典型井氣藏的天然氣組分、同位素特征、瀝青生物標志化合物進行了深入研究及討論,得出以下結論:

1) 天然氣組分特征.九龍山氣藏天然氣較干,除個別井之外,絕大多數井位天然氣的CH4質量分數都超過了95%,重烴分布隨CH4的質量分數增加而逐漸降低,二者呈現明顯的線性負相關關系.其中非烴類氣體含量不高,CO2和N2質量分數均未達到1%.

2) 天然氣同位素特征.九龍山氣藏天然氣整體上呈現CH4碳同位素組成重,而C2H6碳同位素組成則相對較輕的特征,考慮到九龍山氣藏T3x2中烴源巖本身就屬于腐泥型,故判定其為典型的腐泥型成因氣.

3) 烴源巖及儲層瀝青生物標志化合物特征對比.九龍山氣藏T3x2氣層的瀝青生物標志化合物與本層位T3x2中烴源巖的生物標志化合物在甾、萜類化合物特征上存在極大地相似性.

4) 根據上文所分析的天然氣組分特征、同位素特征、烴源巖與儲層生物標志化合物特征,可判斷:九龍山氣藏T3x2氣層天然氣主要來自于T3x2中烴源巖,并有少量下伏地層的混源氣特征.