四川盆地五指山地区烃源岩特征与评价_工程实践

摘要

摘要：五指山构造区位于四川盆地西南边缘，由于构造运动频繁、地质条件复杂，在一定程度上制约了其油气勘探进程。根据区域地质调查结果以及实测的有机地球化学数据，分别从残余有机

摘要：五指山构造区位于四川盆地西南边缘，由于构造运动频繁、地质条件复杂，在一定程度上制约了其油气勘探进程。根据区域地质调查结果以及实测的有机地球化学数据，分别从残余有机碳含量、有机质类型、有机质成熟度以及生烃强度等4个方面对其烃源岩进行定量评价。结果表明：该区烃源岩主要发育在下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组、下二叠统；烃源岩有机质类型好，主要以腐泥-偏腐泥混合型为主；成熟度较高，现今处于高成熟-过成熟阶段，以产气为主；生烃强度计算结果表明，下寒武统、下志留统烃源岩条件最好，是其主力烃源层系，平均生烃强度分别为：63×10⁸m³/km²、44.5×10⁸m³/km²。从烃源岩条件看，五指山构造具备形成大中型气田的物质基础。

关键词：四川盆地；五指山构造；有机地球化学；烃源岩；评价；有机碳含量；有机质类型；生烃强度

五指山构造区位于四川盆地西南边缘，区域构造属于四川盆地川中隆起平缓构造区及川东南坳陷带，西邻峨眉-凉山断块带，北部紧邻大窝顶鼻状构造，东侧为自流井凹陷带和威远-龙女寺继承隆起带，南部为川滇黔鄂台坳的娄山断褶带。区内仅在天宫堂构造完钻了宫2井、宫深1井，楼东构造上完钻了楼东1井，测试均未获得工业油气流，但其邻区的宜宾、大塔场、观音场、麻柳场等构造在二叠、三叠系均获得了工业油气流(图1)。

1 烃源岩评价标准的建立

五指山构造区除缺失泥盆、石炭和志留系中上统地层外，其余地层发育齐全。其烃源岩展布特征与四川盆地内部相似，多旋回的沉积特点决定了工区内烃源岩在沉积剖面上十分发育，具有多层系的分布特征。区内主要发育以下烃源岩层系：下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组、下二叠统、下三叠统嘉陵江组。烃源岩类型既可为泥质岩，也可为碳酸盐岩，岩性包括泥岩、页岩、碳质页岩、泥灰岩。

目前关于烃源岩的分级评价标准还没有统一的认识，未形成统一的划分标准。为此，综合各种因素并结区域地质特征，依据戴鸿鸣等^[1]建立的标准(表1)对该区进行了烃源岩划分和评价。

表1 烃源岩有机碳丰度评价标准表 %

烃源岩级别	泥质岩		碳酸盐岩
烃源岩级别	成熟阶段	高过成熟阶段	成熟阶段	高过成熟阶段
非烃源岩	＜0.4	＜0.16	＜0.1	＜0.04
差烃源岩	0.4～0.6	0.16～0.24	0.1～0.3	0.04～0.12
较好烃源岩	0.6～1.0	0.24～0.4	0.3～0.74	0.12～0.28
好烃源岩	1.0～2.0	0.4～0.8	0.74～1.7	0.28～0.68
最好烃源岩	＞2.0	＞0.8	＞1.7	＞0.68

在判断成熟-高成熟烃源岩有机质类型时，有机质类型受成熟度的影响较大，其于酪根元素比(H/C、O/C)、红外光谱、岩石热解法等都失去了判别的可行性和准确性^[2～3]。此时，干酪根显微组分和干酪根碳同位素值具有较好的判定结果(表2)。虽然在古生界地层中一般难于找到标准的镜质体，但由于烃源岩成熟度高且有机质类型好，在样品中往往有大量的固态沥青赋存。丰国秀等^[5]在四川盆地测定大量沥青反射率的基础上建立了镜质体反射率与沥青反射率之间的关系，通过沥青反射率可以间接确定烃源岩的热演化程度。

表2 有机质类型划分标准表

类型	干酪根碳同位素值(‰)	干酪根显微组分TI值
腐泥型	＜-29	＞80
偏腐泥混合型	-29～-27	40～80
偏腐泥混合型	-27～-25	0～40
腐殖型	＞-25	＜0

2 评价指标及评价结果

2.1 残余有机碳分布特征

从残余有机碳统计结果表明，泥质岩在纵向上以下二叠统残余平均有机碳含量最高，其次分布在下志留统龙马溪组和下寒武统筇竹寺组。但根据野外观察和井下样品表明，下二叠统烃源岩为薄层状，厚度小，难以成为优质烃源岩。碳酸盐岩中以下二叠统残余平均有机碳含量最高，其次分布在下三叠统和下寒武统(表3)。各层烃源岩残余有机碳分布具有以下特征：

表3 五指山地区各层位残余平均有机碳含量统计表 %

岩性	下寒武统	下志留统	下二叠统	下三叠统
泥质岩	0.78	1.31	4.5
碳酸盐岩	0.11		0.3	0.23

下寒武统筇竹寺组烃源岩残余有机碳含量平均为0.78%，平面上，残余有机碳高值区分布在屏山-沐川一带；下志留统龙马溪组烃源岩残余有机碳平均含量最高，为1.31%，残余有机碳分布由于受乐山-龙女寺隆起的影响具有由南向北降低的趋势，但区内残余有机碳含量均大于0.6%(图2)；下二叠统烃源岩包括泥质烃源岩和碳酸盐岩烃源岩，下二叠统泥质烃源岩残余有机碳含量分布具有工区中部高，四周低的特征，在沐川-马边一带残余有机碳含量高，为7%～8%；碳酸盐岩烃源岩残余有机碳含量高值区分布在犍为一带，为0.9%～1.0%，其低值区分布在峨边-雷波抓抓岩一带，为0.1%～0.3%。下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩残余有机碳含量普遍较低，在区内具有一定的生烃能力。

区内泥质岩残余有机碳含量较碳酸盐岩高。泥质岩残余有机碳分布范围为0.1%～12.8%，平均为1.26%，其中大于0.24%的样品占45.2%；碳酸盐岩残余有机碳分布范围为0.06%～0.92%，平均为0.19%，其中大于0.12%的样品占54%。结论认为，龙马溪组烃源岩和筇竹寺组烃源岩属好-较好烃源岩，下二叠统和下三叠统烃源岩属次一级烃源岩。

2.2 有机质类型好，以腐泥-偏腐泥混合型为主

根据实测干酪根数据表明，随着地层层位的变老，干酪根类型具有由偏腐泥混合型向腐泥型变好的趋势(表4)。

表4 五指山地区干酪根类型统计表

评价参数	下寒武统	下志留统	下二叠统		下三叠统
评价参数	泥质岩	泥质岩	泥质岩	碳酸盐岩	碳酸盐岩
TI值	85.6	82.5	9.75	42	45.3
干酪根碳同位素(‰)	-29.15	-26.32	-29.46	-26.9	-29.54
干酪根扫描电镜	絮粒状、絮片状	粒状、絮粒状	粒状、絮片状	块状	粒状、絮片状
干酪根类型	腐泥型	腐泥型	偏腐泥混合型	偏腐泥混合型	偏腐泥混合型

① 下寒武统筇竹寺组泥质烃源岩显微组分表现为腐泥组含量高，分布范围为82%～88%，平均85.6%，缺乏镜质组、惰质组和壳质组，其TI值反映出有机质类型好；干酪根碳同位素值为-28.86‰～-29.46‰，平均-29.16‰；干酪根呈絮粒状、絮片状集合体形态，属腐泥型干酪根。②下志留统龙马溪组显微组分特征与干酪根碳同位素值特征存在一定差异。显微组分中，腐泥组含量高较高，分布范围为82%～83%，平均82.5%，缺乏镜质组、惰质组和壳质组，其TI值反映出有机质类型好；干酪根碳同位素值为-23.49‰～-29.15%o，平均-26.32‰；干酪根呈粒状、絮粒状集合体形态，属有机质类型好的腐泥型干酪根。③下二叠统泥质烃源岩干酪根类型较差，而碳酸盐岩干酪根类型较好，显微组分特征与干酪根碳同位素特征一致。泥岩显微组分中，腐泥组占50%，镜质组和惰质组占47%，其TI值反映出有机质类型较差；碳酸盐岩显微组分中，腐泥组为72%～88%，平均84%，镜质组+惰质组为7%～28%，平均13.2%，其TI值反映出有机质类型好；干酪根碳同位素值为-26.90‰～-29.46‰，平均-28.18‰；干酪根呈块状、粒状、絮片状集合体形态，属腐泥型-偏腐泥混合型干酪根。④下三叠统嘉陵江组烃源岩微组分特征与干酪根碳同位素特征存在一定差异。显微组分中，腐泥组为61%～71%，平均66%，镜质组+惰质组为29%～37%，平均33%。干酪根碳同位素值为-29.54‰～-30.53‰，平均-30.04‰；干酪根呈粒状、絮片状集合体形态，属腐泥型-偏腐泥混合型干酪根。

2.3 有机质成熟度高，主要产干气

纵向上，随着地层层位的变老，有机质成熟度增加(表5)。根据沥青反射率折算镜质体反射率，下二叠统与下志留统折算镜质体反射率接近，平均为2.79%～2.28%，油气的生成主要受后期的沉积、埋藏作用的影响，因此笔者推测，加里东末期地壳抬升、剥蚀对下古生界油气演化有明显的滞后作用，根据烃源岩成熟度特征可将五指山地区烃源岩划分为3个阶段：下寒武统处于过成熟阶段，下志留统下二叠统处于高成熟-过成熟阶段，下三叠统嘉陵江组-须家河组处于成熟高成熟阶段。工区内烃源岩的成熟度高，根据源控论理论并结合油气不同演化阶段产物特征^[6]，工区内油气勘探应以找气为主。

表5 五指山地区各层系烃源岩热演化程度表¹⁾ %

层位		岩性	沥青反射率	(折算)镜质体反射率
系	统(组)	岩性	沥青反射率	(折算)镜质体反射率
寒武系	下寒武系	泥岩、页岩	(2.01～6.65)/3.70	(1.66～4.31)/2.79
志留系	下志留系	泥岩、页岩	(2.09～3.40)/2.81	(1.71～3.25)/2.28
二叠系	下二叠系	泥岩、泥灰岩	(2.59～3.30)/2.92	(1.75～2.60)/2.11
三叠系	嘉陵江系	泥灰岩		(1.68～1.71)/1.69
三叠系	须家河组	煤		(1.36～1.62)/1.51

注：1)括号内为区间值，分母为平均值。

平面上，各层系烃源岩成熟度变化仍然较大：①下寒武统筇竹寺组烃源岩折算镜质体反射率最大，其烃源岩成熟度分布范围为1.66%～4.31%，平均达2.5%，表明烃源岩已达过成熟阶段，以产干气为主。工区北侧的犍为-乐山一带烃源岩成熟度高，均已超过3.0%，西侧的美姑-西河一带烃源岩成熟度相对较低，约为2.1%，工区东南侧的屏山-长宁-珙县一带烃源岩成熟度也相对较低，小于2.1%。②下志留统龙马溪组烃源岩成熟度分布具有东侧高西侧低的特点，且烃源岩演化程度较高为2.4%～3.2%，平均达2.8%，烃源岩处于高成熟过成熟阶段，以生气为主。西侧马边-陈子岩一带烃源岩成熟度相对较低，约为2.4%(图3)。③下二叠统烃源岩成熟度较高，为2.0%～2.7%，平均2.35%，烃源岩处于高成熟-过成熟阶段，以生气为主。在峨边-乐山-威远一带烃源岩演化成度相对较低，为2.0%～2.1%；而工区南侧和东南侧的宜宾-屏山-雷波一带烃源岩演化程度较高，为2.6%～2.7%。④下三叠统嘉陵江组烃源岩在各层系中成熟度最低，为1.0%～1.6%，平均为1.35%，烃源岩处于高成熟阶段，以产湿气为主，可产少量凝析油。

2.4 生烃强度大，气源充足

根据区内烃源岩情况，选用残余有机碳法计算烃源岩的生烃强度。区内4套烃源岩的平均生烃强度计算结果分别为：下寒武统筇竹寺组为63×10⁸m³/km²、下志留统龙马溪组为44.5×10⁸m³/km²、下二叠统为11.5×10⁸m³/km²、下三叠统嘉陵江组为0.85×10⁸m³/km²。各烃源层生烃强度的展布特征如下：下寒武统筇竹寺组烃源岩生烃强度高值区位于工区北东侧的荣县-威远-自贡一带，最大生烃强度为100×10⁸m³/km²，平均生烃强度位于珙县-屏山-犍为-乐山一带(图4)；下志留统龙马溪组烃源岩生烃强度高值区位于工区东南侧的宜宾-筠连一带，最大生烃强度为100×10⁸m³/km²，平均生烃强度位于美姑-绥江-自贡一带(图5)。