川中地区侏罗系天然气成因类型及气源

王 鹏, 沈忠民, 刘四兵, 朱 童

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川中地区侏罗系天然气成因类型及气源

王 鹏, 沈忠民, 刘四兵, 朱 童

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

针对川中地区侏罗系天然气成因类型及气源的认识存在不同的观点，作者综合天然气组分特征、碳同位素特征、轻烃特征对该问题进行了探讨。组分分析结果表明，侏罗系天然气主要为干酪根裂解气；碳同位素分析结果表明，侏罗系天然气主要为油型气，部分为煤型气；轻烃分析结果表明，侏罗系天然气以油型气为主。综合上述成因类型分析结果认为：川中地区侏罗系天然气以干酪根裂解成因油型气为主，同时存在少量的煤型气。川中地区侏罗系油型气来自侏罗系烃源岩，煤型气来自上三叠统烃源岩。

川中地区；侏罗系；成因类型；气源；碳同位素；轻烃

川中地区位于四川盆地中部，西以龙泉山为界，东以华蓥山为界，北抵平昌、仪陇，南至资中-大足一线，构造上属于川中平缓褶皱区，面积约5.3×104km2[1,2]。川中地区侏罗系自下而上发育了下侏罗统自流井组，中侏罗统凉高山组、沙溪庙组，上侏罗统遂宁组、蓬莱镇组，主要为湖泊、三角洲相沉积[3]。其中，下侏罗统自流井组大安寨段与中侏罗统凉高山组湖相暗色泥岩及碳酸盐岩是川中地区主要的烃源岩，烃源岩平均厚度45 m左右，有机质丰度高(有机碳质量分数以>10%为主)，类型好(以腐泥型为主)，成熟度中等(主要处于成熟阶段)，烃源岩具有良好的生油气条件及能力[1,4,5]。良好的生油气能力造就了川中地区中、下侏罗统多套油层及气层发育，使得川中侏罗系成为四川盆地唯一的产油层系、川中地区成为四川盆地唯一的油气同产地区。

川中地区油气资源丰富，对该区侏罗系石油及侏罗系以下地层中天然气的相关研究已有较多报道[1-3,5-7]，而对侏罗系天然气的研究相对薄弱[4,5,8]。天然气成因及气源分析作为天然气研究的重要内容，对评价一个地区天然气资源量及指导天然气勘探都有着重要的意义[9]。而前人对川中地区侏罗系天然气成因类型及气源研究相对较少，且认识上也存在一定差异[4,6,8]，因此有必要进行深入研究，对这些问题再认识。本文根据川中地区侏罗系天然气中的组分、碳同位素、轻烃等地球化学特征，对天然气成因类型进行分析，探讨天然气来源。

1 气藏基本特征

川中地区已发现了八角场、龙女寺、南充、广安等与侏罗系天然气有关的油气田(藏)[8]。这些油气藏有着良好的成藏条件[4,5,8]：侏罗系发育的烃源岩是这些气藏的重要物质来源，同时存在部分断层沟通下伏须家河组气藏；储集体大面积分布，储盖组合优越，盖层封盖能力较好；圈闭类型多样，且与油气生成时间匹配较好。从川中地区侏罗系油气藏中天然气组分特征来看(表1)，天然气以烃类气体为主，烃类气体中又以甲烷、乙烷、丙烷占绝对优势。天然气中甲烷的平均体积分数(φ)为85%左右，乙烷的平均体积分数为7.4%左右，天然气中重烃含量相对较高。侏罗系天然气干燥系数平均值均为0.88，以湿气为主。侏罗系天然气不含H2S，为陆相成因气。对比川中地区中、下侏罗统天然气组分特征参数可以发现，中、下侏罗统甲烷含量、乙烷含量、总烃含量、干燥系数等参数均较为相似，表明中、下侏罗统天然气可能有相同的气源。

表1 侏罗系天然气组分特征

2 天然气成因类型

2.1 组分与天然气成因类型

实验模拟干酪根裂解气与油裂解气发现不同成因天然气烷烃组分有明显的差异[10]：干酪根裂解气C2/C3值变化较小，C1/C2值逐渐增大；油裂解气C2/C3值变化较大，C1/C2变化较小。从川中地区侏罗系天然气C2/C3值与C1/C2值关系图来看(图1)，侏罗系天然气C2/C3值变化相对较小，C1/C2值逐渐增大，表现出干酪根裂解气的特征。这说明川中地区中、下侏罗统石油对侏罗系天然气来源没有贡献，其原因可能主要是侏罗系埋藏较浅，储层中的石油还未达到裂解成气的阶段。从川东地区下三叠统油裂解气烷烃含量变化特征来看(图1)，C1/C2值变化较小，C2/C3值变化较大，表现出典型的油裂解气的特征。对比川东地区油裂解气C1/C2值与C2/C3值变化特征，研究区侏罗系天然气干酪根裂解气的特征更为明显。

图1 天然气ln[C1/C2]与ln[C2/C3]关系图

2.2 碳同位素与天然气成因类型

川中地区侏罗系天然气碳同位素特征，总体表现为δ13C1<δ13C2<δ13C3的正常系列分布特征[4]，肯定了研究区天然气的有机成因。从侏罗系天然气δ13C1和C1/(C2+C3)关系图来看(图2)，以热成因气为主，不存在生物成因气。从天然气母质来源看，川中地区上三叠统与侏罗系天然气整体分布在Ⅱ型与Ⅲ型干酪根热成因气区域内，相对而言上三叠统天然气更靠近Ⅲ型干酪根热成因气，表明其主要为煤型气；而侏罗系天然气更靠近Ⅱ型干酪根热成因气，表明其可能主要为油型气；同时，侏罗系部分天然气落在了Ⅲ型干酪热成因气区间内，表明部分侏罗系天然气为煤型气。

图2 天然气成因分类

不同母质类型的干酪根具有不同的碳同位素值，而干酪根中的碳同位素又能较好地传递给它们生成的烷烃气，从而使得不同母质来源天然气中烷烃气碳同位素具有一定的差异[11]。天然气主要烷烃气中，又以乙烷对母质碳同位素的继承性最好，刚文哲等[12]通过实验模拟证实了该结论。乙烷碳同位素对母质良好的继承性，使其成为天然气成因类型划分的重要指标。但是，对于利用乙烷碳同位素区分煤型气与油型气的界限值，不同的学者有不同的观点[11-13]。然而，不同界限值差异较小，因此本文采用较常用的界限值[13](油型气δ13C2值<-28‰，煤型气δ13C2值>-28‰)来判别研究区天然气的成因类型。从川中地区上三叠统与中、下侏罗统天然气δ13C2与δ13C2-1关系图来看(图3)，以δ13C2=-28‰能较好地将上三叠统与中、下侏罗统天然气成因类型进行区分：上三叠统天然气都分布在δ13C2值>-28‰的区域内，天然气成因类型为煤型气；中、下侏罗统天然气则主要分布在δ13C2值<-28‰的区域内，天然气成因类型为油型气；部分中、下侏罗统天然气样品与上三叠统天然气有较为相似的δ13C2与δ13C2-1值，落在了δ13C2值>-28‰的区域内，表现出煤型气的特征。因此，川中地区中、下侏罗统天然气以油型气为主，部分为煤型气。

图3 天然气δ13C2-1与δ13C2值关系图

天然气中甲烷的碳同位素较其他烷烃气具有更好的热成熟继承性，且甲烷碳同位素值随热成熟作用增加而增大，很多学者提出了它们之间的关系式(δ13C1-Ro)[11,14,15]，这些关系式常被用来估算天然气的成熟度、追踪天然气的来源。同时，由于来自相同成熟度的不同母质类型的天然气(油型气、煤型气)甲烷碳同位素值明显不同，因此它们存在不同的δ13C1-Ro关系式。若利用煤型气δ13C1-Ro关系式计算油型气成熟度值或用油型气δ13C1-Ro关系式计算煤型气成熟度值，计算结果往往都会与天然气实际成熟度值存在较大差异，甚至不符合有机生烃理论[11]。所以，对于不能判别是否为油型气或煤型气的天然气，可以将其甲烷碳同位素值分别带入油型气与煤型气δ13C1-Ro关系式，计算天然气成熟度值，结合实际天然气成熟度值，间接判别天然气成因类型。作者分别根据Stahl(1975)[14]、Faber(1987)[15]、戴金星(1993)[11]的煤型气与油型气δ13C1-Ro关系式计算了川中地区侏罗系天然气成熟度值(表2)，煤型气δ13C1-Ro关系式计算的成熟度(Ro)值分布范围分别为：0.06%～0.19%、0.05%～0.17%、0.17%～0.55%，显然这些结果与侏罗系热成因天然气不符。不同油型气δ13C1-Ro关系式获得的天然气成熟度值的分布范围与平均值较为一致，天然气热演化程度分布在成熟与高成熟之间，以成熟阶段为主(表2)，与前人采用其他方法得到的研究区天然气成熟度特征一致[4,5]。这说明用油型气δ13C1-Ro关系计算侏罗系天然气成熟度值是可靠的，同时也说明了侏罗系天然气成因类型为油型气。

2.3 轻烃与天然气成因类型

煤型气主要来自富含芳香族结构的Ⅲ、Ⅱ2型干酪根，油型气主要来自富含脂肪族结构的Ⅰ、Ⅱ1型干酪根，所以煤型气更富集芳香族组成，油型气更富脂肪族组成[10]。Thompson[16]根据母质类型的差异回归出了脂肪族与芳香族演化曲线，油型气主要分布在脂肪族曲线附近，煤型气则主要分布在芳香族曲线附近。从川中地区上三叠统煤型气、川西地区下三叠统油型气、川南地区上二叠统油型气与川中地区侏罗系天然气庚烷值与异庚烷值关系图来看(图4)，川中地区上三叠统天然气分布在芳香族曲线附近，与其煤型气成因类型相符；川中地区侏罗系天然气与川西地区下三叠统油型气、川南地区上二叠统油型气均分布在脂肪族曲线附近，表明研究区侏罗系天然气以油型气为主。

表2 天然气甲烷碳同位素计算成熟度值(Ro/%)

图4 天然气庚烷值与异庚烷值关系图

由于不同成因天然气K1值(图5中横坐标与纵坐标的比值)有一定的差异，且K1值与成熟度无关，故可以利用其判识煤型气与油型气。从川西地区上三叠统至下白垩统与川中地区侏罗统系、川西地区下三叠统、川南地区上二叠统天然气K1值分布特征来看(图5)，川西地区T3-K天然气K1值拟合较好，对川西天然气成因分析已表明其主要为腐殖型干酪根成因煤型气[6,7]。川中J、川西T1、川南P2天然气K1值拟合关系较好，而与川西T3-K煤型气K1值拟合曲线明显不同，而川西T1、川南P2天然气为油型气[17]，所以根据川中侏罗系天然气K1值与川西煤型气、川西与川南油型气K1值之间的关系，可以判断川中侏罗系天然气为油型气。

图6 天然气C6轻烃化合物组成三角图

在生物体中，五员环结构(环戊烷系列的基本结构)仅见于甾类、萜类化合物、前列腺素等生长激素以及饱和、不饱和脂肪酸中，富集在腐泥型有机质中；六员环结构(环己烷系列的基本结构)更多地可以由木质素和纤维素的六员含氧环演化而来，与腐殖型有机质的关系更密切[18]，因此根据天然气中C6轻烃组成可以判别天然气成因类型。在C6轻烃化合物组成三角图中(图6)，川中地区上三叠统煤型气相对靠近代表腐殖型母质来源的环己烷端元，这与其煤型气成因类型相符。下侏罗统天然气相对远离环己烷端元，表现出与腐泥型有机质更好的相关性。根据环己烷指数判识天然气成因类型标准(图6)[19]，侏罗系天然气主要表现为腐泥型干酪根成因气，即油型气。

2.4 天然气成因类型综合分析

烷烃组分特征表明，川中地区侏罗系天然气主要为干酪根裂解气，肯定了其有机热成因类型。甲烷碳同位素值与烷烃含量关系也证实了研究区天然气为有机热成因气,可能主要为油型气,部分为煤型气。天然气的甲烷、乙烷碳同位素证据表明，研究区侏罗系天然气主要为油型气，有少量的煤型气。利用δ13C1-Ro关系式也说明了侏罗系天然气主要为油型气。天然气轻烃庚烷值与异庚烷值、K1值、C6轻烃组成均表明研究区侏罗系天然气主要为油型气。从上述结果可看出，不同的分析方法获得的天然气成因类型有一定的差异，仅凭单方面分析结果难以准确掌握天然气成因类型，因此，必须综合多种分析方法的结果才能获得准确、可靠的天然气成因类型信息。综合天然气组分、碳同位素及轻烃特征分析结果，可知研究区天然气成因类型以干酪根裂解成因油型气为主，同时存在少量的煤型气。

3 天然气来源

从川中地区烃源岩发育特征来看，陆相上三叠统至侏罗系发育了2套烃源岩：上三叠统烃源岩，母质类型为腐殖型，成烃方向主要是煤型气；侏罗系烃源岩主要发育于中、下侏罗统，母质类型以腐泥型为主，成烃方向主要是油与油型气。因此，从烃源岩发育层位与烃源岩成烃方向来看，侏罗系油型气主要来自侏罗系自身烃源岩，少量侏罗系煤型气来自上三叠统烃源岩。同时，川中地区存在部分沟通上三叠统与侏罗系的断层[5,20]，它们可能是上三叠统煤型气进入侏罗系油气藏的主要通道。

图7 天然气组分特征参数平均值纵向变化特征

从川中地区三叠系与侏罗系天然气组分特征参数(甲烷含量与干燥系数)来看(图7)，下三叠统、中三叠统、上三叠统及侏罗系甲烷含量与干燥系数明显不同，下三叠统、中三叠统天然气甲烷含量与干燥系数相对最高，而且它们的这2项组分特征参数值十分相似，表明它们可能有相似的来源，前人研究证实它们主要来自二叠系海相烃源岩[6]。上三叠统与侏罗系天然气甲烷含量与干燥系数明显小于下—中三叠统，而且上三叠统与侏罗系天然气不含H2S，中下—中三叠统天然气普遍含H2S[6,7]，这说明上三叠统与侏罗系天然气中没有二叠系海相烃源岩贡献，它们来自比二叠系埋藏更浅的烃源岩，即上三叠统与侏罗系烃源岩。同时，对比上三叠统与侏罗系天然气组分特征参数可以发现，上三叠统组分特征参数十分一致，说明它们有相似的来源；侏罗系组分特征参数也十分一致，说明侏罗系天然气也有相似的来源；上三叠统天然气组分特征参数明显不同与侏罗系天然气，说明上三叠统与侏罗系天然气有不同的来源；侏罗系天然气组分特征参数明显小于上三叠统天然气。因此，结合川中地区陆相烃源岩发育特征及上三叠统与侏罗系天然气组分特征，可知上三叠统天然气主要来自上三叠统烃源岩，侏罗系天然气主要来自侏罗系烃源岩。

综合上述分析，不难得出川中地区侏罗系天然气主要来自侏罗系烃源岩，少量的煤型气来自上三叠统烃源岩。

4 结 论

a.川中地区侏罗系天然气以烷烃气为主，重烃含量相对较高，天然气干燥系数较低，天然气主要为湿气。

b.组分分析表明研究区侏罗系天然气主要为干酪根裂解气，侏罗系石油对其天然气来源没有贡献；碳同位素分析表明侏罗系天然气主要为油型气，部分为煤型气；轻烃分析表明侏罗系天然气为煤型气。利用不同方法获得的天然气成因类型存在一定的差异。综合不同方法分析结果，得到川中地区侏罗系天然气成因类型主要为干酪根裂解成因油型气，少量为煤型气。

c.侏罗系天然气主要来自侏罗系腐泥型烃源岩，仅少量的煤型气来自上三叠统腐殖型烃源岩。

[1] 翟光明.中国石油地质志(卷十)[M].北京:石油工业出版社，1990.

Zhai G M. Petroleum Geology of China (Vol. 10) [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1990. (In Chinese)

[2] 赵文智，王红军，徐春春，等.川中地区须家河组天然气藏大范围成藏机理与富集条件[J].石油勘探与开发，2010，37(2)：146-157.

Zhao W Z, Wang H J, Xu C C,etal. Reservoir-forming mechanism and enrichment conditions of the extensive Xujiahe Formation gas reservoirs, central Sichuan Basin [J]. Petroleum Exploration and Development, 2010, 37(2):146-157. (In Chinese)

[3] 王峻.四川盆地上三叠统-侏罗系沉积体系及层序地层学研究[D].成都：成都理工大学档案馆，2007.

Wang J. Study on the Depositional System and Sequence Stratigraphy of Upper Triassic-Jurassie in Sichuan Basin[D]. Chengdu: The Archive of Chengdu University of Technology, 2007. (In Chinese)

[4] 陈盛吉，万茂霞，杜敏，等.川中地区侏罗系油气源对比及烃源条件研究[J].天然气勘探与开发，2005，28(2)：11-16.

Chen S J, Wan M X, Du M,etal. Jurassic oil-gas source correlation and hydrocarbon source condition in central Sichuan region[J]. Natural Gas Exploration & Development, 2005, 28(2):11-16. (In Chinese)

[5] 蒋裕强，漆麟，邓海波，等.四川盆地侏罗系油气成藏条件及勘探潜力[J].天然气工业，2010，30(3)：22-27.

Jiang Y Q, Qi L, Deng H B,etal. Hydrocarbon accumulation conditions and exploration potentials of the Jurassic reservoirs in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(3): 22-27. (In Chinese)

[6] 朱光有，张水昌，梁英波，等.四川盆地天然气特征及气源[J].地学前缘，2006，13(2)：234-248.

Zhu G Y, Zhang S C, Liang Y B,etal. The characteristics of natural gas in Sichuan basin and its sources[J]. Earth Science Frontiers, 2006, 13(2): 234-248. (In Chinese)

[7] 王世谦.四川盆地侏罗系-震旦系天然气的地球化学特征[J].天然气工业，1994，14(6)：1-6.

Wang S Q. Geochemical characteristics of Jurassic-Sinian gas in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 1994, 14(6): 1-5. (In Chinese)

[8] 刘文龙.四川盆地侏罗系浅层天然气成藏特征研究[D].成都:西南石油大学档案馆,2007.

Liu W L. Characteristics of Forming Jurassic Shallow Gas Reservoirs in Sichuan Basin[D]. Chengdu: The Archive of Southwest Petroleum University, 2007. (In Chinese)

[9] 王杰，陈践发，王铁冠，等.松辽盆地双城—太平川地区天然气成因类型及气源[J].石油学报，2006，27(3)：16-21.

Wang J, Chen J F, Wang T G,etal. Gas source rocks and gas genetic type in Shuangcheng-Taipingchuan area of Songliao Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2006, 27(3): 16-21. (In Chinese)

[10] Behar F, Kressmann, Rudkiewicz J L,etal. Experimental simulation in a confined system and kinetic modeling of kerogen and oil cracking [J]. Organic Geochemistry, 1992, 19(1-3): 173-189.

[11] 戴金星，裴锡古，戚厚发.中国天然气地质学[M].北京：石油工业出版社，1992.

Dai J X, Pei X G, Qi H F. Geology of Natural Gas in China[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1992. (In Chinese)

[12] 刚文哲，高岗，郝石生，等.论乙烷碳同位素在天然气成因类型研究中的应用[J].石油实验地质，1997，19(2)：164-167.

Gang W Z, Gao G, Hao S S,etal. Carbon isotope of ethane applied in the analyses of natural gas[J]. Petroleum Geology & Experiment, 1997, 19(2): 164-167. (In Chinese)

[13] 张士亚，郜建军，蒋泰然.利用甲、乙烷碳同位素判别天然气类型的一种新方法[M].北京：地质出版社，1998：48-58.

Zhang S Y, Gao J J, Jiang T R. A New Method Distinguishing Natural Gas Types with Carbon Isotopes from Methane and Ethane[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1998: 48-58. (In Chinese)

[14] Stahl W J, Carey J B D. Source-rock identification by isotope analyses of natural gases from fields in the Val Verde and the Delaware Basin, West Texas [J]. Chemical Geology, 1975, 16(4): 257-267.

[15] Faber E, Stahl W. Gaseous hydrocarbon of unknown origin found while drilling [J]. Organic Geochemistry, 1987, 13(10): 875-879.

[16] Thompson K F M. Classification and thermal history of petroleum based on light hydrocarbons [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1983, 47(2): 303-316.

[17] 王顺玉，明巧，贺祖义，等.四川盆地天然气C4-C7烃类指纹变化特征研究[J].天然气工业，2006，26(11)：11-13.

Wang S Y, Ming Q, He Z Y,etal. Study on fingerprint character of C4-C7hydrocarbons in natural gas of the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2006, 26(11): 11-13. (In Chinese)

[18] 沈忠民，王鹏，刘四兵，等.川西坳陷中段天然气轻烃地球化学特征[J].成都理工大学学报:自然科学版，2011，38(5)：500-506.

Shen Z M, Wang P, Liu S B,etal. Geochemical characteristics of light hydrocarbon in natural gas in the middle member of west Sichuan depression, China[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2011, 38(5): 500-506. (In Chinese)

[19] 胡惕麟，戈葆雄，张义纲，等.源岩吸附烃和天然气轻烃指纹参数的开发和应用[J].石油实验地质，1990，12(4)：375-393.

Hu T L, Ge B X, Zhang Y G,etal. The development and application of fingerprint parameters for hydrocarbons absorbed by source rocks and light hydrocarbons in natural gas[J]. Petroleum Geology & Experiment, 1990, 12(4): 375-393. (In Chinese)

[20] 郭海洋，刘树根，何建军，等. 广安地区侏罗系凉高山组油气成藏条件[J].天然气工业，2008，28(4)：37-39.

Guo H Y, Liu S G, He J J,etal. Hydrocarbon pooling conditions of the Jurassic Lianggaoshan Formation in Guangan area, central Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2008, 28(4): 37-39. (In Chinese)

GenetictypeandgassourceofJurassicnaturalgasincentralSichuanBasin,China

WANG Peng, SHEN Zhong-min, LIU Si-bing, ZHU Tong

StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

There are different views on the genetic type of natural gas and gas source in Jurassic of the central Sichuan Basin. This paper uses three characteristics of the natural gas, that is, the characteristics of component, carbon isotope and light hydrocarbon, to recognize these problems again. An analysis of the components shows that the natural gas in Jurassic is mainly oil-type gas from kerogen cracking; Carbon isotope analysis indicates that the natural gas in Jurassic is mainly oil-type gas, but a part of it is coal-related gas. The light hydrocarbon analysis shows that the natural gas in Jurassic is mainly oil-type gas. Based on these results, it can be concluded that the natural gas in Jurassic of the central Sichuan Basin is mainly oil-type gas from kerogen cracking and only a small amount of it is coal-related gas. The oil-type gas in Jurassic reservoir derives from the Jurassic source rocks, but the coal-related gas derives from the upper Triassic source rocks.

Sichuan Basin; Jurassic; genetic type; gas source; carbon isotope; light hydrocarbon

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.04.11

1671-9727(2013)04-0431-07

2013-01-13

国家自然科学基金资助项目(41172119)

王鹏(1986-)，男，博士研究生，主要从事油气地质与地球化学研究，E-mail:wp2009@126.com

沈忠民(1954-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事油气地球化学及成藏研究, E-mail:shenzhongmin@cdut.cn。

TE122.11

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