PDF《四川盆地二叠系烃源岩及其天然气勘探潜力 （一）》

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1 ・ 四川盆地二叠系烃源岩及其天然气勘探潜力

(一) ――烃源岩空间分布特征 陈建平 1,2,3 李伟1,2 倪云燕 1,2,3 梁狄刚 1,2,3 邓春萍 1,2,3 边立曾

4 1.

中国石油勘探开发研究院 2. 提高石油采收率国家重点实验室 3. 中国石油天然气集团有限公司油气地球化学重点实验室 4. 南京大学地球科学与工程学院 摘要二叠系―中下三叠统是四川盆地天然气勘探的主要目的层系之一,已发现的许多大中型气田的天然气都来源于二叠系烃源岩, 但目前对于该层系烃源岩的主要类型与空间分布规律尚缺乏系统完整的认识.为此,通过对该盆地典型井 / 剖面二叠系烃源岩发育层位的 精细地球化学标定,结合钻井、录井资料,探讨了二叠系烃源岩的类型及其空间展布特征.研究结果表明 : ①该盆地二叠系普遍发育中二 叠统碳酸盐岩和上二叠统泥质岩两套烃源岩,局部发育上二叠统大隆组海相泥岩烃源岩 ;

②上二叠统龙潭组泥质岩类烃源岩厚度大, 有机质丰度高且广泛分布于全盆地,是二叠系中最主要的烃源岩,其中盆地北部的苍溪―云阳地区厚度最大(80 ~

140 m) ,南部的 成都―重庆―泸州地区厚度次之(60 ~

100 m) ,而中部地区则相对较薄(40 ~

80 m) ;

③龙潭组煤层也是该盆地非常重要的烃源 岩之一,盆地中部―东南部的南充―綦江―泸州地区煤层厚度最大(5 ~

15 m) ,川东北地区煤层厚度次之(2 ~

5 m) ;

④上二叠统 长兴组烃源岩发育程度差,但大隆组烃源岩分布于盆地北部开江―广元一线,厚度介于

5 ~

25 m,是盆地北部地区重要的烃源岩 ;

⑤中二叠统碳酸盐岩烃源岩广泛分布于全盆地,其中东北部和东南部厚度介于

50 ~

150 m,其他地区的厚度则一般小于

50 m,是二 叠系中次要的烃源岩. 关键词 四川盆地 二叠纪 龙潭组 大隆组 烃源岩类型 空间分布 泥岩 碳酸盐岩 煤DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2018.05.001 The Permian source rocks in the Sichuan Basin and its natural gas exploration po- tential (Part 1): Spatial distribution of source rocks Chen Jianping1,2,3 , Li Wei1,2 , Ni Yunyan1,2,3 , Liang Digang1,2,3 , Deng Chunping1,2,3 &

Bian Lizeng4 (1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China;

2. State Key Lab- oratory of Enhanced Oil Recovery, Beijing 100083, China;

3.CNPC Key Laboratory of Petroleum Geochemistry, Beijing 100083, China;

4. School of earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210093, China) NATUR. GAS IND. VOLUME 38, ISSUE 5, pp.1-16, 5/25/2018. (ISSN 1000-0976;

In Chinese) Abstract: The PermianCMiddle-Lower Triassic strata belong to the major gas payzones in the Sichuan Basin. Natural gas in many large and medium-sized gas fields discovered is derived from the Permian source rocks, but the main types an spatial distribution of which, so far, however, have not been understood systematically and completely. In this paper, fine geochemical calibration was conducted on the horizons of Permian source rocks in typical wells/sections of the Sichuan Basin. Then, the types and spatial distribution of the Permian source rocks were analyzed using well drilling and logging data. The following results were obtained. First, in the Sichuan Basin, two sets of source rocks (i.e., the Middle Permian carbonate rocks and the Upper Permian mudstone rocks) are developed in the Permian, and the Upper Permian Dalong Fm marine mudstone source rocks are locally developed. Second, the mudstone source rocks of Longtan Fm, Upper Permian, are characterized by large thickness, high organic matter abundance and wide distribution in the whole basin, and it is the most important set of source rocks in the Permian. The Longtan Fm mudstone source rocks are 80-140 m thick in the CangxiCYunyang area in the northern Sichuan Basin, 60-100 m thick in the ChengduCChongqingCLuzhou area in the southern Sichuan Basin, and 40-80 m thick in central Sichuan Basin. Third, the Longtan Fm coal is also an important source rock in the Sichuan Basin. It is 5-15 m thick in the NanchongCQijiangCLuzhou area in the centralCSE Sichuan Basin and 2-5 m thick in the NE Sichuan Basin. Fourth, the Upper Permian Changxing Fm source rocks are poorly developed, while the Dalong Fm source rocks are distributed with a thickness of 5-25 m in the KaijiangCGuangyuan area in the northern Sichuan Basin, acting as important source rocks in the northern Sichuan Basin. Fifth, the Mid- dle Permian carbonate source rocks are widely distributed in the whole Sichuan Basin, acting as secondary source rocks in the Permian, and their thickness is 50-150 m in the NE and SE Sichuan Basin and generally less than

50 m in other areas. Keywords: Sichuan Basin;

Permian;

Longtan Fm;

Dalong Fm;

Type of source rocks;

Spatial distribution;

Mudstone;

Carbonate rock;

Coal 基金项目 : 中国石油天然气股份有限公司科研项目 地质条件下油气排驱机理与应用研究 (编号 : 2016A-202) 、 四川盆地天然气 资源潜力分析及新区新领域勘探目标评价 (编号 : 2016E-0601) 、中国石油化工股份有限公司科研项目 南方复杂构造区有效烃源岩评 价研究 (编号 : 2004-08) . 作者简介 : 陈建平,1962 年生,教授级高级工程师,博士 ;

主要从事油气地球化学与勘探研究工作.地址 : (100083)北京市海淀 区学院路

20 号实验研究中心.ORCID: 0000-0002-3745-6111.E-mail: [email protected] ・

2 ・

1 研究概况 四川盆地位于扬子地台西北部, 面积约为19*104 km2 ,自震旦纪以来其与中、下扬子地台具有 相似的海相沉积发展历史,为一个典型的多期构造叠 合盆地,沉积了巨厚的震旦系―中三叠统海相地层, 厚度为

4 000 ~

7 000 m.二叠系是该盆地主要的沉 积地层与烃源岩发育层系,位于二叠系―三叠系地层 中的许多大中型气田(图1)的天然气都被认为主要 来源于二叠系烃源岩.例如 : 川中磨溪气田的天然气 被认为来源于上二叠统龙潭组 [1] ;

川东北渡口河、铁 山坡、普光等气田的天然气主要来源于龙潭组烃源岩 或者也有寒武系、下志留统龙马溪组的贡献 [2-4] ;

龙 岗气田的天然气来源于龙潭组煤系烃源岩 [4-5] ;

元坝 气田的天然气主要来源于龙潭组煤系烃源岩 [6-7] ;

川 西北双探

1 井的天然气主要来源于中二叠统灰质烃源 岩和中二叠统梁山组及龙潭组煤系烃源岩 [8] . 以往大量研究认为,上二叠统海相泥岩和海陆 交互相煤系烃源岩是二叠系主要烃源岩,中二叠统 海相碳酸盐岩也具有良好的生烃潜力 [9-13] .近十多年 来,随着普光、元坝、龙岗等二叠系―三叠系大中 型气田的发现及探井的增多,很多学者对二叠系烃 源岩又进行了更深入的研究 [14-22] .然而,值得注意 的是,以往研究认为四川盆地二叠系碳酸盐岩的有 机碳含量 (TOC) 达到 0.2% 或者 0.3% 就是烃源岩 [9,23] . 这一 TOC 下限值明显比目前国内外普遍认为的 0.5% 的标准偏低 [24-26] ,使得全盆地均有巨厚的碳酸盐岩 烃源岩分布 [20,27] ,真正的烃源灶反而不清楚,从而不 利于有利油气勘探方向的确定.此外,以往对二叠 系烃源岩的研究绝大多数重点集中在气田发现区域 及其周边局部地区或某层组,对其在全盆地的分布 仍然缺乏全面的认识.笔者试图在大量文献资料调 研的基础上,通过近年来在盆地内钻探的揭示二叠 纪地层的一些典型探井、周缘露头及浅井剖面烃源 岩发育情况的精细标定,结合钻井录井资料,探讨 四川盆地二叠系烃源岩类型及其分布,为客观认识 与评价二叠系天然气资源奠定基础.

2 二叠系沉积地层 二叠纪是我国南方地区海相沉积非常发育的时 期,海相沉积地层分布广泛 [14-15,28] .早期将二叠系分 为下二叠统和上二叠统,目前按照国际标准地层划 分方案分为下二叠统、中二叠统和上二叠统.二叠 图1四川盆地主要大中型气田分布概要图 ・

3 ・ 纪也是四川盆地晚古生代主要的沉积充填期,海相 沉积地层厚度大(图2) .早期文献中绝大多数采用 下二叠统和上二叠统划分方案,前者包括梁山组、栖 霞组和茅口组,后者包括龙潭组 / 吴家坪组和长兴组 / 大隆组.目前认为四川盆地缺少下二叠统沉积,原 下二叠统基本上为中二叠统 [29] .笔者采用最新国际 标准地层划分方案,将文献中的下二叠统一律视为 中二叠统. 2.1 中二叠统沉积相与厚度 中二叠世早期,即从梁山组(P2l)沉积时期到 栖霞组沉积时期,四川盆地经历了以碎屑岩沉积为 主逐渐过渡到以碳酸盐岩沉积为主的转换过程,发 育了一套由海陆交互相含煤碎屑岩到海相碳酸盐岩 的沉积 [30-31] .梁山组总体上为潮坪相、滨海沼泽相 沉积(图2) ,主要为灰色、灰黄色、灰黑色页岩、 碳质页岩、砂岩夹少量石灰岩,厚度在数米至数十 米之间,总体呈现从盆地周缘向盆内逐渐减薄的趋 势,川中地区厚度一般小于

10 m,川东北地区最厚 可达

30 m[30-31] . 中二叠世时期, 即栖霞组(P2q)与茅口组(P2m) 沉积时期,四川盆地总体上为开阔碳酸盐台地相或 开阔内缓坡相沉积,局部为台内滩亚相 [13,17,28,30-31] . 栖霞组沉积厚度一般稳定在

100 ~

200 m,局部地 区可介于

200 ~

300 m,主要为中厚层深灰色、灰 黑色生物碎屑灰岩,泥晶灰岩,含泥质条带或薄层 泥岩 [13,30-31] .茅口组厚

100 ~

350 m,总体为开阔台 地相沉积,局部为台内滩相沉积,岩性以深灰色含 泥质条带生屑泥晶灰岩为主,夹泥晶生屑灰岩,并 常见风暴扰动的变形层理及 眼球状 构造 [30,32] . 盆地西部地区厚度介于

100 ~

200 m,盆地中部― 北部地区厚度介于

200 ~

300 m,盆地东部―南部 地区厚度介于

200 ~

350 m. 2.2 上二叠统沉积相与厚度 中二叠世末期发生的东吴运动导致四川盆地整 体抬升剥蚀,最终呈现南西高、北东低的古地理格 局,因而晚二叠世的沉积环境比较复杂,与中二叠 世时期相比发生了巨大变化 [17,30,33] .总体上,随着古 地理格局自南西向北东由陆过渡为海,龙潭组 / 吴家 坪组沉积相也呈现出从河流沼泽相、近海湖盆 / 三角 洲相到浅水陆棚相、 海湾湖相 / 深缓坡滞留海相 [17] , 或者从河流沼泽相、潮坪―三角洲相到开阔台地相、 陆棚相(盆地相)[30,34-35] .从沉积物的组合上,自南 西向北东陆源碎屑含量不断减少,灰质和硅质含量 逐渐增高,岩性组合也从砂岩、泥岩夹煤层至石灰 岩夹泥页岩、泥页岩夹石灰岩. 龙潭组(P3l)/ 吴家坪组(P3w) 厚度介于100 ~

300 m[14-15,34,36] .川西南地区龙潭组是一套河流 冲积相夹滨海沼泽相沉积,厚度介于

50 ~

150 m, 主要为砂岩、粉砂岩、碳质泥岩夹煤层.川中地区 龙潭组厚度介于

100 ~

150 m,表现为典型含煤碎屑 图2四川盆地二叠纪地层主要沉积相与岩性组合图 ・

4 ・ 岩(龙一段、 龙三段)夹碳酸盐岩(龙二段、 龙四段) 的岩性组合特征,其中煤层可厚达

8 ~

20 m[30,37-38] . 川东北―川北地区的龙潭组 / 吴家坪组主要为开阔台 地、海湾湖和盆地相沉积,滨海沼泽相含煤沉积不 发育,厚度介于

150 ~

300 m,下部和上部多为黑色 泥岩、碳质泥岩,夹薄层泥质粉砂岩、薄煤层和泥质 灰岩 ;

中部多为灰色、深灰色薄―中层状生屑泥晶 灰岩夹泥质灰岩、中―厚层块状泥晶生屑砂屑灰岩, ........