川东北飞仙关组鲕滩天然气地球化学特征与成因

四川盆地东北部下三叠统飞仙关组鲕滩气藏天然气烃类气体以甲烷为主,含量主要分布在75%～90%之间,C2 含量很少,为0%～0.15%,干燥系数为0.997 0～0.999 8,是典型的干气;非烃气体以H2S和CO2为主,含量分别为4.21%～16.24%和0.97%～10.41%.天然气δ13C1值为-29.0‰～-31.5‰,δ13C2值为-29.4‰～-32.4‰.多参数表明鲕滩气藏天然气是以腐泥型为主的高过成熟天然气.高含H2S的天然气分布区域与含石膏地层分布基本一致,这些H2S为飞仙关组气藏附近的石膏经热化学硫酸盐还原作用(TSR)而生成,CO2是其主要的副产物.在TSR过程中,C2 重烃气体比甲烷更容易与硫酸盐发生反应,也就是C2 重烃气体的消耗速率大于甲烷,从而导致发生TSR反应的天然气C2 含量低、H2S和CO2含量高.天然气δ13C1值与甲烷含量之间具有很好的负相关关系,而与天然气酸性系数[H2S/(H2S CnH2n 2)]具有正相关关系.根据同位素动力学的分馏效应,随着TSR的进行,烃类分子中的12C损耗速率大于13C,残留下来的烃类分子中则更加富集13C,也就是TSR反应使天然气碳同位素变重.     

TSR成因H2S的硫同位素分馏特征与机制

热化学硫酸盐还原反应(TSR)是深层碳酸盐岩油气藏中硫化氢的主要成因机制,目前已在全球发现了50多个TSR成因的大中型含硫化氢天然气田。通过对中国四川盆地含硫化氢气田硫化物的采集与同位素分析,结合全球含硫化氢天然气田硫同位素分析数据,研究了TSR过程中硫同位素的地球化学行为和分馏特征。研究发现,TSR成因的高含硫化氢天然气中,硫化氢与硫酸盐的硫同位素分馏值小于15‰,主要分布范围为2.5‰~13.82‰,平均在10‰。四川盆地海相层系膏岩的硫同位素值分布较宽,并呈现阶梯状变化,而硫化氢的硫同位素则呈现出相似的分布规律,表明各主要含硫化氢气田硫化氢中的硫来自于本层系的硫酸盐,TSR主要发生在各自的储集层中。四川盆地各气田TSR发生的温度条件相似,硫同位素分馏比较接近。TSR过程中硫同位素的分馏过程与硫酸盐本身硫同位素值的高低无关,而与TSR反应程度有关。TSR反应程度越高,硫化氢的硫同位素值与地层硫酸盐的硫同位素越相近。通过系统分析整理全球含硫化氢气田的硫化物硫同位素数据,并结合四川盆地地质条件和油气演化过程,揭示了TSR过程中硫同位素的分馏特征,并绘制出四川盆地和全球各时代硫化氢和石膏的硫同位素分布曲线图,为研究含油气盆地蒸发岩沉积演化和硫化氢成因提供了参考。     

川东北飞仙关组高含H2S气藏特征与TSR对烃类的消耗作用

四川盆地川东北地区飞仙关组近年来发现了罗家寨、渡口河、铁山坡、普光等多个大、中型气田，它们均以高含硫化氢（H2S在气体组分中占10%~17%，平均为14%）为最显著特征。深入研究后发现，虽然这些大型鲕滩气藏储量规模较大，单井产量高；但是这些气藏充满度普遍偏低（在25%~91%之间），压力系数不高（大部分小于1.2）。从成藏条件来看，该区鲕粒溶蚀孔隙发育，有效储层厚度大，二叠系龙潭组、志留系龙马溪组优质烃源岩十分发育，油气源充沛，而且由断层构成的疏导体系发育，泥岩及膏质岩类组成的盖层封盖性良好，因此气藏的低充满度现象，可能是圈闭中发生过大量烃类的损耗或消耗。由于川东北飞仙关组H2S是烃类和硫酸盐在储层中发生热化学反应（TSR）形成的，气藏中硫化氢含量与压力系数、地层水矿化度、烃类含量等都存在反相关关系，因此飞仙关组高含硫化氢气藏压力系数小、充满度低，很可能是烃类被TSR大量消耗和储集空间增容所致。     

四川盆地三叠系飞仙关组气藏储层成岩作用研究拾零

近年来在四川盆地三叠系飞仙关组鲕粒白云岩储层中发现的高含硫天然气三级储量已近1×1012 m3。鲕粒白云岩储层集中分布在含蒸发岩的层序中,储层中有残余石膏、硬石膏及它们的模孔、方解石铸模（假象）等,表明白云石化流体与蒸发海水有关。白云石化由层间古暴露面向下增强的成岩层序说明这种白云石化是成岩早期发生的,并可能有大气降水与蒸发海水混合的影响。白云岩样品各结构组分氧、碳同位素微区测试数据差别显著,这说明采用岩石混合样做研究白云石化成因的地球化学分析可能导致误解。飞仙关组的白云岩中多数保存了原岩结构幻影、结构残余或原岩的全部结构说明白云石化过程是等体积交代。白云岩储层中的孔隙是各种溶蚀孔而非白云石化等摩尔交代的体积收缩孔。飞仙关组高含硫气藏储层中沥青和溶蚀孔的关系表明深埋晚期溶蚀孔最发育。在溶液中碳酸的电离常数大大高于氢硫酸,飞仙关组高含硫气藏天然气组分中的CO2相对于H2S的质量亏损和储层中有富轻碳的高温方解石充填晚期溶孔、裂缝表明储层中的晚期溶解作用是由硫酸盐热还原过程（TSR）中生成的CO2引起的。     

川东北飞仙关组白云岩岩石结构演化

根据矿物结晶学理论,白云石可按照晶体大小和晶边形貌划分为不同的结构,其结构的演化主要受原岩化学组成、岩石结构和白云岩化流体的影响。白云岩原岩可分为不同化学组分的泥灰岩和含颗粒泥灰岩,泥灰岩可细分为成分均匀的和含溶孔、胶结物的泥灰岩;含颗粒泥灰岩可细分为未接受任何改造的、发生溶蚀胶结作用的和发生泥晶化等作用的含颗粒泥灰岩。以川东北飞仙关组白云岩为例,在不同浓度的白云岩化流体条件中,讨论不同结构白云岩岩石的演化。结果表明：泥晶化及溶蚀作用是白云石岩石结构演化和形成的基础;大多数鲕粒白云岩在低浓度白云岩化溶液中形成;糖粒状白云岩为外来高浓度的白云岩化流体改造形成。     

川东三叠系飞仙关组白云岩锶含量、锶同位素组成与白云石化流体

川东飞仙关组白云岩包括微晶白云岩、具原始结构的粒屑白云岩和结晶白云岩等3种主要的结构类型,其中结晶白云岩是重要的天然气储集岩。根据白云岩的锶含量和锶同位素组成,结合相关岩石学和地球化学资料,本文研究了白云石化过程中锶的迁移和相应的同位素变化。三种类型白云岩具有类似的锶含量,但其^87Sr/^86Sr比值均不同程度地高于同期海水值,锶在白云石和方解石（或文石）中分配系数的差别是影响白云石化过程中白云石锶含量最为重要的因素。不同流体中锶的混合方程计算表明：如果白云石化流体是大气淡水和海水的混合流体,则结晶白云岩的白云石化流体相当于94％的大气淡水和6％的海水混合,具原始结构的粒屑白云岩的白云石化流体相当于81％的大气淡水和19％的海水混合,微晶白云岩的白云石化流体相当于92％的大气淡水和8％的海水混合。但极低的锰含量、相对较高的锶含量和包裹体均一化温度等资料均不支持有94％的大气淡水参与了结晶白云岩的白云石化作用,其白云石化流体应是埋藏成岩过程中囚禁的近同期、但是非同期的海源流体,其来源可能与埋藏成岩过程中该时间段蒸发盐的溶解有关。锰含量、锶含量、^87Sr/^86Sr比值都表明具原始结构的粒屑白云岩和微晶白云岩的白云石化过程都存在大气淡水的介入,微晶白云岩的白云石化可能与潮坪环境的蒸发泵机理有关;具原始结构的粒屑白云岩的白云石化可能与混合水白云石化作用有关,这类白云岩分布于向上浅滩化旋回滩体的顶部,这是埋藏前或浅埋藏阶段大气淡水与海水混合白云石化作用最容易发生地带。     

热化学硫酸盐还原作用对碳酸盐岩气藏的化学改造——以川东北地区长兴组-飞仙关组气藏为例

目前在川东北地区长兴组—飞仙关组已发现普光、渡口河、铁山坡、罗家寨等多个高含H2S的大、中型气田。通过天然气地球化学特征、流体包裹体盐度和岩心及薄片的镜下详细观察后认为,川东北地区长兴组—飞仙关组的大多数气藏遭受了热化学硫酸盐还原作用(TSR)的化学改造,TSR的改造主要表现在3个方面:1使C2 重烃相对于CH4、12C相对于13C优先被消耗,造成天然气干燥系数变大和碳同位素变重;2由于TSR产生的大量淡水的加入,使气藏的原生地层水被稀释,造成地层水盐度降低;3TSR相关流体(烃类和H2S等)与储层岩石之间的相互作用使储层被溶蚀和硬石膏发生蚀变,造成储层孔隙度增大,从而对改善其物性具有重要意义。     

煤成甲烷碳同位素分馏的动力学模拟

主要目的是通过动力学模拟实验与GC-IRMS技术建立煤成甲烷碳同位素分馏的动力学模拟.热解产物中甲烷碳同位素的测定结果表明,同时假定生气过程中同位素分馏系数(α)固定不变和所有产甲烷母质具有相同的初始碳同位素组成(δ13Co)对于解释煤化过程中的碳同位素分馏是不可行的.在本研究中,为了解决陆源有机质的非均质性,应用了两个方法:一是假定对于煤中所有产甲烷前身物具有一个相同的初始碳同位素组成(δ13Co),通过调整各个平行反应的△Ea,i(Ea,i13C-Ea,i12C)来拟合实测甲烷同位素组成的变化;另一个是假定在整个生气过程中同位素分馏系数(α)不变,即△Ea,i为常数,通过改变fi13C来实现与实测甲烷同位素的拟合.动力学计算结果表明,在2℃/Ma的地质升温速率下两种方法具有相似的结果.     

川东北飞仙关组鲕滩气藏天然气运聚效率

设计进行了封闭体系下原油裂解成气的模拟实验, 建立并标定了原油裂解成气及其碳同位素分馏的化学动力学模型, 以罗家寨气田罗家7井为例分别进行了地质应用.生烃动力学研究发现, 飞仙关组古油藏具备“高效气源灶”的特点, 原油在中晚侏罗世172~151Ma约20Ma时期内裂解殆尽, 且原油裂解气的生成与其运聚成藏作用具有良好的时空匹配关系, 由此可促成飞仙关组气藏天然气的高效运聚.碳同位素分馏动力学研究证实甲烷成藏参与率达87%.利用生烃动力学与碳同位素分馏动力学结合的方法对天然气的运聚效率进行探讨是一个新的有效途径.      

四川盆地东北部三叠系飞仙关组高含硫气藏H2S成因研究

四川盆地东北部宣汉－开县地区的下三叠统飞仙关组气藏埋深3000－4500m,地温在100℃左右,天然气中H2S含量为12％－17％。这些H2S为飞仙关组气藏附近的硬石膏经硫酸盐热化学还原作用（TSR）而成。与TSR有关的硬石膏,H2S,S^0和FeS2的δ^24S分别为＋30.4‰, 12.9‰, 19.1‰和＋19.4‰,交代硬石膏的方解石的δ^13C为－7.26‰,δ^18O为－6.41‰,其内所含两相流体包裹体的均一温度为109－151℃。这些高含硫气藏的天然气和储层沥青的热演化程度比其他地区飞仙关组气藏的更高。该区飞仙关组最大埋藏温度超过180℃,但由于后期构造抬升,大于104℃地温的埋藏时间小于20Ma,故气藏H2S含量低于20％。     

四川盆地高含H2S天然气的分布与TSR成因证据

四川盆地是中国高含硫化氢天然气分布最集中的地区,目前已在震旦系(威远气田)、下三叠统飞仙关组(罗家寨、普光、渡口河、铁山坡、七里北)、嘉陵江组(卧龙河)和中三叠统雷口坡组(磨溪、中坝)发现了近10个高含硫化氢的大中型气田(藏),探明储量5000×108 m3.这些高含硫化氢气藏普遍经历过较大的埋深过程(储层经历过较高温度),储层上下或储层中间均发育有膏质岩类,且气源充足,具备硫酸盐热化学还原反应(Thermochemical Sulfate Reduction,TSR)发生的物质基础和热动力条件.从气藏地质特征以及天然气组成和碳、硫同位素等方面的证据表明,四川盆地中、下三叠统和震旦系气藏的硫化氢属于TSR成因.而且TSR对烃类的大量选择性消耗一方面导致天然气干燥系数增大,另一方面导致气藏充满度降低,气藏压力系数变小.     

川东建南地区飞仙关组地震储层预测

利用三维地震资料,采用属性分析、波阻抗反演及厚度预测等技术对建南地区开展储层预测工作.建南地区下三叠统飞仙关组厚400～550m,划分为四个段,其中飞三段是主力产气层系,储层类型以孔隙型为主,局部发育孔隙-裂缝型,属于特低孔、(特)低渗储层.飞三段的沉积环境主要为开阔台地、台地边缘浅滩及台缘斜坡相带.研究区内普遍发育鲕...     

川东南地区飞仙关组层序岩相古地理特征

在层序地层学和沉积学理论指导下,以油气勘探为目标.针对川东南地区飞仙关组,取三级层序体系域作为成图单元,采用体系域压缩法和瞬时法进行层序岩相古地理编图,详细探讨了川东南地区早三叠世飞仙关组古地理特征及演化.研究表明:川东南飞仙关期发育海相地层,可识别出2个三级层序:SQ1和SQ2,二者皆为Ⅱ型层序.SQ1TST期,由于海平面的上升,研究区发育较深水环境的混积陆棚;进入SQ1HST期由于前期的沉积填充,盆地水体逐渐变浅盆地进入了开阔台地沉积环境,开始了鲕滩发育演化阶段.SQ2TST和SQ2EHST期研究区沉积格局基本上延续了SQ1HST期沉积特征,其中鲕滩在SQ2EHST进入了发展最高峰期;SQ2LHST由于相对海平面下降和沉积物的继续填充,研究区转入局限台地沉积环境,沉积-套区域上分布广泛的紫红色泥岩、白云岩、膏岩组合.SQ2EHST为研究区鲡粒滩最发育层位,具有较大的勘探价值.     

川东北飞仙关组沉积控储机理研究

在礁滩型碳酸盐岩储层中,沉积对储层发育的控制作用至关重要。以川东北普光和元坝地区的下三叠统飞仙关组台地边缘浅滩相储层为例,在沉积背景及其演化分析的基础上,研究了飞仙关组沉积亚相及微相发育特征,划分并描述了典型钻井储层高频旋回,讨论了层序演化对储层发育的控制作用,高频旋回发育及其与孔隙发育的相关性、相对海平面变化与储层非均质性的关系,以及沉积、成岩环境对储层早期孔隙发育的控制作用。     

四川盆地东部下三叠统飞仙关组白云岩化作用及其与储集层发育的关系*

四川盆地东部下三叠统飞仙关组鲕滩相储集层多为白云岩,主要分布于环开江—梁平盆地的台地边缘相带。岩石学和地球化学特征表明,飞仙关组鲕滩相储集层经历了多期白云岩化作用,其中最重要的一期发生于成岩早期近地表环境,由蒸发海水回流引起,形成的粉晶交代白云石构成了现今白云岩的主体。飞仙关组早期白云岩经历了不同程度的埋藏重结晶作用,形成了不同的岩石结构类型。飞仙关组白云岩的孔隙多为原岩中继承而来,白云岩化作用对储集层发育的意义并非创造孔隙,而是保存已有的孔隙。由于白云岩化作用发生的时间早以及白云岩的抗压溶性质,原生（鲕）粒间孔以及早期大气淡水溶蚀作用形成的鲕模孔/粒内溶孔可以在很大程度上保存下来,构成了现今鲕滩相储集层的主要储集空间。