川中-川西南地区雷三段碳酸盐烃源岩生烃评价

胡 丽, 曾丽媛, 沈秋媛, 杨 坚, 耿 超, 李延钧

(1.中国石油西南油气田分公司 蜀南气矿,四川 泸州 646000；2.成都创源油气技术开发有限公司,成都 610500)

四川盆地中三叠统雷口坡组地层受泸州、开江等古隆起影响，经历了不同程度的剥蚀，其中泸州-重庆一带雷口坡组已完全剥蚀，开江古隆起的核部还残留雷一2亚段地层[1]。川中-川西南地区北至充探1井，南至青13井，西抵平探1井，该范围内雷口坡组自下而上发育4个岩性段：雷一段以灰色石灰岩、白云质灰岩为主；雷二段白云质灰岩与泥质白云岩互层；雷三段以深灰色泥晶灰岩、含泥质灰岩为主，夹薄层泥质灰岩；雷四段发育白云岩夹石膏岩[2]。

暗色细粒碳酸盐岩已被前人证实可以成为有效烃源岩[3-10]，且膏盐岩的形成环境有利于海相碳酸盐岩烃源岩的发育[11]。川中-川西南地区雷口坡组沉积相主要为局限-蒸发台地相[12-15]，膏盐岩和膏质云岩广泛发育，因此雷口坡组烃源岩是可能存在的。

近年来在川中的充探1、合平1等井雷三段发现了一套有机碳含量较高的泥灰岩、钙质泥页岩，其15个岩心残余有机碳质量分数(wTOC)为0.1%～4.72%，平均为1.18%，部分样品wTOC>2.0%，达到优质烃源岩的标准，具备一定的生烃能力，对雷三段天然气可能有贡献。结合测井曲线响应特征，川西南地区也有该套特征相同的泥质灰岩或泥质白云岩，如简阳1井、高石1井等，但其有机碳含量及生烃潜力不清楚。另外，川中-川西南地区雷三段录井显示达100余口井次，显示频繁，且气侵等较高级别显示占比60%以上，产出的天然气与该区雷一1亚段来自深层的干气不同[16]，气组分较湿，与雷口坡组相应的演化程度相当，也侧面反映雷三段碳酸盐岩可能具备一定的生烃能力。王兰生等[17]、饶丹等[18]和彭平安等[19]将碳酸盐岩烃源岩wTOC>0.3%作为有效烃源岩的有机质丰度下限，本文也采用该下限值对川中-川西南地区雷口坡组碳酸盐岩烃源岩进行评价。笔者选取了研究区雷三段8口井的岩屑样品，开展有机碳及岩石热解实验分析，结合各井雷三段的测井响应特征及岩性特征，对雷三段烃源岩进行定性和定量的评价，进而探讨雷三段碳酸盐岩烃源岩的生烃能力。

1 烃源岩有机碳含量

1.1 实测有机碳含量

对川中-川西南地区8口井在雷三段进行了岩屑采样，对其中部分样品进行总有机碳含量的实验测试。40个样品测试结果表明，雷三段暗色碳酸盐岩wTOC在0.15%～0.85%，平均为0.40%，其中wTOC>0.3%的样品占60%(图1)。

图1 川中-川西南地区雷三段岩屑样品有机碳含量分布图Fig.1 Distribution map of organic carbon content of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

川中-川西南地区雷三段暗色碳酸盐岩的有机碳含量在不同井区之间的差异较大，南部的青13井、麻3井的wTOC值在0.3%以下，高石1井及威东2井区烃源岩有机碳含量相对较高，wTOC值为0.6%～0.8%(图2)。

图2 川中-川西南地区雷三段各井岩屑样品有机碳含量平均值分布图Fig.2 Average distribution diagram of organic carbon content of drilling well samples from the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

1.2 测井解释有机碳含量

川中-川西南地区雷三段勘探程度较低，烃源岩取心资料和样品实测数量有限，并且纵向不连续，平面上难以控制。为了获得区域范围内纵向连续的地层有机碳含量数据，采用测井信息估算有机碳含量是一种有效途径[20-22]。针对川中-川西南地区雷三段的单井取心较短，以威东2井雷三段岩屑样品测试的有机碳含量与其测井数据及烃源岩有机碳含量之间的关系模型，计算出其余26口井雷三段的有机碳含量，进而得到整个研究区雷三段烃源岩的有机质丰度。

据霍志鹏等[23]研究，碳酸盐岩烃源岩有机碳含量与密度有呈反比趋势，这和本次实验结果一致。研究区雷三段无论岩心还是岩屑样品碳酸盐岩有机碳含量均与密度呈反比。另外，自然伽马、声波时差与有机碳含量的相关性较好。根据威东2井雷三段岩屑样品的有机碳测试结果与测井参数拟合关系，发现声波时差、补偿中子孔隙度与岩屑样品有机碳含量之间有一定的关系，因此建立测井数据与烃源岩有机碳含量之间的关系模型为

Y=0.02X1+0.01X2-0.75，R2=0.72

(1)

其中：X1为声波时差(μs/m)；X2为补偿中子孔隙度(%)；Y为测井计算的有机碳含量(%)。

利用声波时差、补偿中子孔隙度测井模型计算的高石1井残余有机碳含量与实测的岩屑样品残余有机碳含量吻合度较高(图3)，说明该模型较可靠。

图3 高石1井测井计算有机碳含量与实测有机碳含量对比图Fig.3 Comparison of TOC calculated by well logging and measured TOC in Well Gaoshi 1

通过声波时差、补偿中子孔隙度测井模型计算出整个川中-川西南地区雷三段共27口井的残余有机碳质量分数为0.33%～3.37%，平均值为0.72%，其中高石梯及资阳构造附近的残余有机碳含量相对较高(图4)。

2 有机质类型及成熟度

2.1 烃源岩有机质类型

四川盆地雷口坡组碳酸盐岩烃源岩有机质类型，前人[24-25]结合显微组分鉴定结果、干酪根碳同位素及有机岩石学分析法等，认为属于Ⅱ1-Ⅱ2型。对研究区雷三段碳酸盐烃源岩碎屑样品运用氢指数(IH)、氧指数(IO)进行有机质类型的划分(图5)，其有机质也是以Ⅱ1-Ⅱ2型为主。

图4 川中-川西南地区雷三段测井计算残余有机碳含量等值线图Fig.4 The contour map of residual organic carbon content calculated by logging in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

图5 川中-川西南地区雷三段氢指数-氧指数类型图Fig.5 Hydrogen and oxygen index type diagram in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

2.2 烃源岩有机质成熟度

成熟度是评价烃源岩是否具备生烃能力的一项重要内容[25]。镜质体反射率(Ro)是最直观且最常用的表征有机质成熟度的参数，据孙腾蛟[25]研究表明，雷口坡组在四川盆地的中部及南部地区热演化程度相对较低，Ro多数为1.3%～1.5%，处于高成熟阶段(表1)。另外，热解法也可以用来判断烃源岩的成熟度。研究区岩屑样品最高热解峰温(tmax)实验数据结果也显示，雷三段tmax>440 ℃占90%以上，且有70%以上处于450～580 ℃(图6)，也表明烃源岩处于高成熟阶段。

图6 川中-川西南地区雷三段tmax分布图Fig.6 Frequency distribution of tmax in the third member of Leikoupo Formation in the central-southwestern Sichuan

3 烃源岩生气强度及生烃能力综合评价

3.1 生气强度计算公式

烃源岩生气强度是指单位面积内烃源岩的累计生烃量，它取决于烃源岩的厚度、有机质丰度、母质类型以及热演化程度。川中-川西南地区雷三段烃源岩有机质已经进入高成熟生气阶段。考虑到碳酸盐烃源岩在早期胶结成岩作用较强，不利于生油阶段液态烃的排出，尤其是有机质丰度偏低的碳酸盐烃源岩往往难以发生大规模的油相排烃，故采用有机质热模拟参数法计算雷三段烃源岩的生气强度。有机质热模拟参数法的基本原理是假设烃源岩处于地下相对封闭环境，以封闭热模拟实验得到的干酪根初次裂解气和原油二次裂解气作为总产气率，再结合有效烃源岩厚度、有

表1 川中-川南地区雷口坡组烃源岩热演化参数统计(据孙腾蛟[25])Table 1 Statistics of thermal evolution of source rocks in the Triassic Leikoupo Formation in the central-southwestern Sichuan

机碳含量计算烃源岩现今的累积生气强度[26]

Q气=d·ρr·w残·K·Iqg·10-4

(2)

式中：d为有效烃源岩厚度(m)；ρr为烃源岩的密度(灰岩平均密度取2.6 t/m3)；w残为烃源岩残余有机碳质量分数(%)；K为有机碳含量恢复系数(无量纲)；Iqg为单位质量原始有机碳的气态烃产率(m3/t)；Q气为烃源岩生气强度(108m3/km2)。

3.2 主要参数取值及计算结果

3.2.1 有效烃源岩厚度

长期以来，关于碳酸盐烃源岩的有机质丰度下限存在较大的分歧，但是对于近源运聚的高-过成熟气源岩而言，残余有机碳质量分数下限值一般确定在0.2%～0.35%[17-19]。为了刻画单井雷三段碳酸盐岩有效烃源岩的厚度，以残余有机碳质量分数等于0.3%为下限值，然后根据威东6井雷三段的电性与岩性的关系，建立了岩性识别图版(图7)，确定泥质灰岩在密度<2.8 g/m3、伽马测井值大于45 API的范围内， 再结合声波时差、补偿中子孔隙度法计算的残余有机碳含量，明确有机碳质量分数>0.3%的泥质灰岩为雷三段的有效烃源岩。

图7 川中-川西南地区雷三段岩性识别图Fig.7 Lithology identification figure of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

川中-川西南地区27口测井解释的雷三段碳酸盐岩有效烃源岩厚度在3.4～154.6 m，多数在30～60 m范围内，平均厚度为43.1 m(表2)。东南部的自31井和青13井及西北部的资探1井有效烃源岩厚度小于15 m，中部的资1、简阳1、威东5、威东6及充探1井等有效烃源岩厚度超过70 m。

3.2.2 有机质产气率

有机质产气率高低受到烃源岩的母质类型和热演化程度的共同控制，是生烃量计算的关键性参数。在相同成熟度条件下，根据干酪根成烃演化理论，烃源岩有机质类型越好，即腐泥组分含量越高，有机质的产烃率就越高。混合型有机质生烃热压模拟实验的气态烃累计产率一般在300～400 m3/t之间[27-28]。川中-川西南地区雷三段有机质以Ⅱ1-Ⅱ2型为主，热演化达到高成熟阶段，其累计气态烃产率取值为400 m3/t。

表2 川中-川西南地区雷三段有效烃源岩厚度统计Table 2 The thickness statistics of effective source rocks of the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

3.2.3 有机碳含量恢复系数

有机碳含量恢复系数是指原始有机碳含量与残余有机碳含量的比值。烃源岩有机质在埋藏过程中受到有机、无机作用影响而不断降低。在未成熟阶段，烃源岩有机质受到成岩作用、水洗作用、微生物作用而大量损耗，同时快速压实作用及胶结成岩也令烃源岩的密度显著增大。进入生烃门限以后，烃源岩已固结成岩，烃源岩的有机质损失主要随着生烃、排烃作用的增强而不断增加。由此，将生烃门限附近总有机碳含量称之为原始或初始有机碳含量。混合型和腐泥型烃源岩在过成熟阶段的有机碳含量恢复系数一般在1.5～2.0和2.0～2.5之间[29-30]。根据川中-川西南地区雷三段烃源岩有机质类型和热演化程度，有机碳含量恢复系数平均值取为1.85。

3.2.4 生气强度计算结果

通过川中-川西南地区27口井模拟计算，雷三段烃源岩生气强度在(1.0～13.34)×108m3/km2，平均值为4.55×108m3/km2。充探1井附近生烃强度最高，其次是高石梯和资阳附近(图8)。结合辛勇光等[13]对四川盆地雷口坡组沉积相及储层的研究，对比发现，雷三段生烃强度高的区域处于膏质潟湖相，进一步说明膏盐岩的形成环境有利于海相碳酸盐烃源岩的发育[9]。

3.3 生烃能力综合评价

烃源岩的生烃能力决定于烃源岩有机质类型、有机质丰度、热演化程度、厚度和分布面积等。川中-川西南地区雷三段烃源岩有机质类型较好，有机质热演化达到大量生气的高成熟阶段，有机质丰度为中等偏低。

图8 川中-川西南地区雷三段碳酸盐烃源岩生烃强度等值线图Fig.8 The contour map of hydrocarbon generation intensity of carbonate source rocks in the third member of Leikoupo Formation in central-southwestern Sichuan

烃源岩生气强度在一定程度上定量地反映了有机质类型、有机质丰度、热演化程度以及烃源岩厚度对生烃能力的综合影响，而生气强度与天然气成藏规模具有密切关系。中国大中型气田的气源条件是生气强度>20×108m3/km2，在生气强度为(10～15)×108m3/km2的鄂尔多斯盆地苏里格气田西部仍发现有大规模的近源聚集的致密砂岩气[31-32]。川中-川西南地区构造平缓，储层物性较差，烃源岩生气强度虽然低于大中型气田的下限标准，但是在资阳-安岳-遂宁-南充一带的生气强度达到10×108m3/km2以上，能够为自生自储的天然气近源聚集提供充足气源。

4 结 论

a.川中-川西南地区雷三段碳酸盐烃源岩实测残余有机碳质量分数为0.15%～0.85%之间，平均为0.4%，有机质类型以Ⅱ1-Ⅱ2型为主，属于中等-差的烃源岩；镜质体反射率为1.3%～1.5%，最高热解峰温主要在450～580 ℃，处于高成熟阶段：综合评价为中等-较差的高熟混合型烃源岩。

b.雷三段有效烃源岩厚度主要为30～60 m，平均为43.1 m，向川中地区充探1井方向增厚。

c.雷三段碳酸盐烃源岩生烃强度在(1.0～13.34)×108m3/km2，平均为4.55×108m3/km2，资阳-高石梯以北至川中充探1井区增高，具备较好的生烃能力，为雷三段自生自储油气藏的形成提供了烃源，有望成为雷口坡组天然气勘探的新领域。