四川盆地中泥盆统和中二叠统天然气地球化学特征及成因

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2020.01.005

天然气地球科学 ›› 2020, Vol. 31 ›› Issue (4): 447–461.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.01.005

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四川盆地中泥盆统和中二叠统天然气地球化学特征及成因

谢增业^1,²(),杨春龙^1,²,董才源^1,²,戴鑫³,张璐^1,²,国建英^1,²,郭泽清^1,²,李志生^1,²,李谨^1,²,齐雪宁^1,²

^1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083
^2.中国石油天然气集团有限公司天然气成藏与开发重点实验室，河北廊坊 065007
^3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川成都 610041

收稿日期:2019-08-04 修回日期:2020-01-24 出版日期:2020-04-10 发布日期:2020-04-26
作者简介:谢增业(1965-)，男，广东大埔人，高级工程师，博士，主要从事油气地球化学和油气成藏综合研究.E-mail：xiezengye69@petrochina.com.cn.
基金资助:
国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2016ZX05007-003);中国科学院战略性先导科技专项（A类）(XDA14010403);中国石油股份公司科技项目(2016B-0602)

Geochemical characteristics and genesis of Middle Devonian and Middle Permian natural gas in Sichuan Basin, China

Zeng-ye XIE^1,²(),Chun-long YANG^1,²,Cai-yuan DONG^1,²,Xin DAI³,Lu ZHANG^1,²,Jian-ying GUO^1,²,Ze-qing GUO^1,²,Zhi-sheng LI^1,²,Jin LI^1,²,Xue-ning QI^1,²

^1.Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
^2.Key Laboratory of Gas Reservoir Formation and Development, CNPC, Langfang 065007, China
^3.Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610041, China

Received:2019-08-04 Revised:2020-01-24 Online:2020-04-10 Published:2020-04-26
Supported by:
The China National Science and Technology Major Project(2016ZX05007-003);The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA14010403);The China National Petroleum Corporation Science and Technology Project(2016B-0602)

摘要/Abstract

摘要：

中泥盆统和中二叠统是近年四川盆地天然气勘探获得重大突破的领域，但其天然气来源尚不明确，影响下一步勘探部署决策。开展了中泥盆统和中二叠统天然气地球化学、储层沥青及烃源岩生物标志物等特征的综合研究。结果表明：①中泥盆统和中二叠统天然气均属于二次裂解的干气，甲烷含量>86%，含少量乙烷、丙烷等烃类气体及少量的氮气、二氧化碳、硫化氢等非烃气体，不同区域的天然气成熟度存在差别;②天然气的δ¹³C₁值为-35.7‰~-27.3‰、δ¹³C₂值为-38.7‰~-26.6‰、δ¹³C₃值为-37‰~-26.5‰、 $δ 2 H C H 4$ 值为-141‰~-125‰、 $δ 2 H C 2 H 6$ 值为 -164‰~-112‰，为腐泥型气和以腐泥型为主的混合型气;③不同区域天然气δ¹³C₁值、δ¹³C₂值和 $δ 2 H C H 4$ 值的差异，与其来源于不同时代烃源岩贡献比例大小有关。川西北地区双鱼石构造中泥盆统和中二叠统、川西南部地区中二叠统、川中古隆起中二叠统天然气主要源于寒武系筇竹寺组和中下二叠统烃源岩，川西南部中上二叠统火山岩天然气主要源于筇竹寺组烃源岩，川西北地区河湾场构造、川东地区和川南地区中二叠统天然气主要源于志留系龙马溪组烃源岩。研究成果对四川盆地中泥盆统和中二叠统下步天然气勘探部署决策具有重要的指导意义。

关键词: 中泥盆统, 中二叠统, 天然气成因, 烃源岩, 地球化学, 火山岩, 四川盆地

Abstract:

Major breakthroughs have been made for natural gas exploration of Middle Devonian and Middle Permian formations in Sichuan Basin in recent years, but its natural gas source is still not clear, affecting the next exploration deployment decision. A comprehensive study is conducted on the geochemical characteristics of Middle Devonian and Middle Permian natural gas, the biomarkers of reservoir bitumen and source rocks. The results show that these natural gases are secondary cracking dry gas, including more than 86% of methane content, a small amount of ethane, propane and non-hydrocarbon gas such as nitrogen, carbon dioxide and hydrogen sulfide. The natural gas maturity varies slightly in different regions. The values of natural gas δ¹³C₁=-35.7‰ to -27.3‰, δ¹³C₂=-38.7‰ to -26.6‰, δ¹³C₃=-37‰ to -26.5‰, and $δ 2 H C H 4$ =-141‰ to -138‰, $δ 2 H C 2 H 6$ =-164‰ to -112‰, indicate the genetic type of natural gas is the sapropelic type and the mixture type dominated by sapropelic type. The difference of natural gas values of δ¹³C₁, δ¹³C₂ and $δ 2 H C H 4$ in different regions is related to the contribution ratio of source rocks from different ages. The gases of Middle Devonian and Middle Permian of Shuangyushi Structure in Northwest Sichuan, Middle Permian of Southwest Sichuan and Middle Permian of Paleo-uplift in Central Sichuan are mainly derived from Cambrian Qiongzhusi Formation and Middle-Lower Permian source rocks. Middle-Upper Permian natural gases of volcanic reservoir in Southwest Sichuan is mainly from Qiongzhusi source rock. Middle Permian natural gases of Hewanchang structure in Northwest Sichuan, Eastern and Southern Sichuan are mainly derived from Silurian Longmaxi source rock. The research results have important guiding significance for developing exploration and deployment solutions for natural gas of Middle Devonian and Middle Permian formation in Sichuan Basin.

Key words: Middle Devonian, Middle Permian, Genesis of natural gas, Source rock, Geochemistry, Volcanic rock, Sichuan Basin

中图分类号:

TE122.1

谢增业, 杨春龙, 董才源, 戴鑫, 张璐, 国建英, 郭泽清, 李志生, 李谨, 齐雪宁. 四川盆地中泥盆统和中二叠统天然气地球化学特征及成因[J]. 天然气地球科学, 2020, 31(4): 447–461.

Zeng-ye XIE, Chun-long YANG, Cai-yuan DONG, Xin DAI, Lu ZHANG, Jian-ying GUO, Ze-qing GUO, Zhi-sheng LI, Jin LI, Xue-ning QI. Geochemical characteristics and genesis of Middle Devonian and Middle Permian natural gas in Sichuan Basin, China[J]. Natural Gas Geoscience, 2020, 31(4): 447–461.

图/表 9

图 1

图2

表1

四川盆地中泥盆统、中二叠统天然气组分及碳氢同位素数据(续表)"

地区	井号	深度/m	层位	主要组分/%								H₂S/(g/m³)	干燥系数	δ¹³C/‰(VPDB)			δ²H/‰(VSMOW)		资料来源
地区	井号	深度/m	层位	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	CO₂	N₂	He	H₂	H₂S	H₂S/(g/m³)	干燥系数	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	CH₄	C₂H₆	资料来源
川西北	河2	3 348	茅口组	97.08	0.65	0.06	0.36	1.7	0.04	0.01	0.05	0.75	0.992 3	-35.7	-33.4	-29.1	-136		本文
	龙探1	5 879	栖霞组	96.22	0.15	0.01	1.69	1.02	0.02	0.01	0.88	8.89	0.998 4	-28.8	-27.3	-31.8	-141
	龙004?X1	6 161	茅口组	98.10	0.14	0.01	0.48	0.72	0.02	0.01	0.54	13.88	0.998 5	-27.3	-28.2	-31.4	-135
	矿1	4 210	茅口组	94.58	0.18	0.01	3.48	0.53	0.03	1.19	0	未测	0.997 1	-31.0	-30.9	-27.7	-132	-112
	双探2	5 382	栖霞组—茅口组	86.89	0.51	0.08	11.49	0.56	0.02	0.01	0.36	6.57	0.997 1	-31.8	-26.6		-132
	双探1	7 212	栖霞组	97.06	0.11	0.01	1.82	0.87	0.02	0.12	0	4.85	0.997 8	-30.1	-27.4		-139
	双探1	6 853	茅口组	97.24	0.14	0.01	2.35	0.26	0.01	0	0.02	0.31	0.998 5	-29.7	-29.9	-32	-137
	双探3	7 443	栖霞组	95.6	0.10	0.01	1.87	0.88	0.02	0	0.08	5.67	0.998 9	-30	-27.9		-138		文献[11]
	双探7	7 631	栖霞组	97.24	0.10	0.01	1.38	0.94	0.02	0.05	0.27	5.90	0.998 9	-30.2	-28.1	-29.5	-134		文献[11]
	双探8	7 312	栖霞组	95.97	0.10	0.01	0.91	2.33	0.02	0	0.67	5.85	0.998 9	-29.8	-27.8	-30.2	-139		本文
	双探12	7 064	栖霞组	96.36	0.11	0.01	1.75	0.71	0.02	0.04	1.01	10.62	0.998 8	-30.1	-27.2	-30.1	-134
	双鱼001?1	7 173	栖霞组	97.10	0.11	0.01	1.56	0.83	0.02	0.01	0.38	未测	0.998 8	-29.8	-28		-135
	龙岗70	7 291	茅口组	92.49	0.07	0.01	6.15	0.28	0.02	0.10	0.90	12.84	0.999 3	-29.5	-27.9		-136
	双探3	7 569	观雾山组	96.96	0.23	0.01	2.12	0.61	0.02	0.05	0	0.01	0.997 5	-32.3	-28.4		-139		文献[11]
	双探7	7 716	观雾山组	91.96	0.13	0.01	6.36	0.98	0.04	0.27	0.27	2.51	0.998 5	-30.7	-28.6		-136		本文
川西南	大深1	5 262	茅口组	97.15	0.18	0.01	0.94	1.67	0.03	0	0	未测	0.998 0	-32.2	-29.9		-135		本文
	大深001?X1	5 200	栖霞组—茅口组	97.67	0.17	0.01	1.02	1.09	0.03	0	0	未测	0.998 2	-32.4	-29.6		-135
	大深001?X4	5 106	茅口组	96.55	0.16	0.01	1.15	1.59	0.03	0.03	0.03	未测	0.998 2	-31	-29.8		-136
	永探1	5 628	玄武岩组	99.08	0.36	0.04	0.05	0.46	0.01	0	0	0.000 61	0.996 0	-32.3	-34.3		-135	-120
川中	高石18	4 278	栖霞组	94.47	0.16	0.01	2.77	0.28	0.02	0.16	2.14	32.47	0.998 2	-31.7	-33.7	-29.3	-128		本文
	高石19	4 019	栖霞组	94.07	0.51	0.07	2.67	0.45	0.02	0.08	2.12	30.11	0.993 9	-33.4	-36.3	-33.4	-137
	磨溪31?X1	4 460	栖霞组	95.5	0.07	0.01	2.08	0.40	0.02	0.11	1.67	25.36	0.999 2	-31.1	-30.5		-127
	磨溪42	4 651	栖霞组	95.51	0.10	0.01	2.64	0.48	0.01	0.26	1.72	26.11	0.998 9	-32.4	-31.9	-32.8	-131
	磨溪103	4 637	栖霞组	92.33	0.15	0.01	4.38	0.35	0.01	0.18	2.60	39.52	0.998 3	-32.9	-32.9	-33.2	-131
	磨溪39	4 410	茅口组	95.13	0.16	0.01	3.24	0.33	0.03	0.1	1.00	15.20	0.998 2	-32.2	-33.1		-131
	南充1	5 045	茅口组	96.57	0.13	0.01	2.35	0.24	0.02	0.15	1.71	25.94	0.998 6	-30.9	-31.1	-30.3	-133
	南充3	6 010	茅口组	95.4	0.16	0.01	4.93	0.13	0.02	0.05	1.55	23.35	0.998 2	-30.3	-30.3	-31.4	-125
	南充7	4 433	茅口组	94.89	0.14	0.01	3.05	0.53	0.02	0.02	0.89	13.53	0.998 5	-31.6			-135
川东	卧127	4 251	栖霞组	95.79	0.21	0.02	2.77	0.26	0.01	0.95	0	未测	0.997 6	-32.9	-35		-132		本文
川东	卧91	3 843	茅口组	98.85	0.63	0.03	0.16	0.28	0.02	0	0.02	未测	0.993 4	-33.2	-32.6	-27.0	-125		本文
川东	新3	4 049	茅口组	98.47	0.5	0.08	0.31	0.56	0.02	0.03	0.01	0.095	0.993 9	-32	-36.8	-35.0	-136		本文
	卧67	3 275	茅口组	96.25	0.29	0.03	2.88	0.25	0.01	0.01	0.25	3.35	0.996 5	-32	-32.5	-26.5	-125
	卧83	3 273	茅口组	97.30	0.33	0.03	2.11	0.21	0.01	0	0	未测	0.996 8	-32.9	-33.8	-26.8	-127
	卧92	4 050	茅口组	97.41	0.44	0.04	1.53	0.55	0.03	0	0	未测	0.995 1	-33.5	-36.6	-33.0
	卧93	3 442	茅口组	95.04	0.26	0.02	3.88	0.29	0.01	0	0.35	未测	0.997 1	-32.5	-34.6	-28.5
	双17	4 110	茅口组	98.36	0.29	0.02	0.77	0.54	0.02	0	0.01	未测	0.997 0	-32	-34.3	-29.6	-132	-127
	池4	3 269	茅口组	97.66	0.21	0.01	1.7	0.28	0.02	0.02	0.02	未测	0.997 6	-31.5	-36.2		-128
	双11	4 088	茅口组	98.35	0.31	0.03	0.79	0.24	0.01	0.01	0.22	3.39	0.996 3	-31.7	-33.4	-27.1	-126
	五探1	4 830	茅口组	97.2	0.33	0.01	1.13	0.7	0.03	0	0.6	4.36	0.996 4	-31.9	-36.1	-36.4	-126
川南	昌1	2 274	茅口组	96.81	0.62	0.11	1.74	0.44	0.02	0.01	0.36	未测	0.992 5	-33.2	-35.3	-34.1	-137	-151	本文
	昌8	2 752	茅口组	98.48	0.76	0.20	0	0.53	0.03	0.01	0	未测	0.990 3	-35.3	-37.7	-36	-141	-156
	家19	2 372	茅口组	96.20	0.67	0.16	2.47	0.45	0.02	0.04	0	未测	0.991 4	-35	-38.7	-37	-141	-156
	分5	2 783	茅口组	97.29	0.66	0.10	1.25	0.38	0.03	0	0.30	未测	0.992 2	-33.7	-36.5	-33.1	-137	-164
	中7	2 481	茅口组	97.33	0.94	0.20	0.73	0.49	0.03	0.01	0.25	未测	0.985 1	-32.6	-36.9	-33.5	-136
	包003-1	3 295	茅口组	96.49	0.91	0.25	1.76	0.48	0.02	0.02	0	未测	0.987 5	-33.1	-36.1	-32.8	-136	-139
	包31	3 323	茅口组	97.08	0.67	0.13	1.74	0.31	0.02	0.05	0	未测	0.991 8	-33.3	-35.4	-31.4	-134	-147
	包41	3 400	茅口组	97.25	0.84	0.11	1.45	0.29	0.02	0.03	0	未测	0.990 3	-33.5	-35.9	-32.2	-138	-146
	包42	3 257	茅口组	96.22	0.63	0.14	2.64	0.31	0.02	0.04	0	未测	0.992 0	-33.8	-36	-32.4	-138	-148
	包46	3 149	茅口组	97.19	0.65	0.11	1.66	0.32	0.02	0.07	0	未测	0.990 5	-34.3	-36	-32.2	-138	-150
	白002-1	3 470	茅口组	97.13	0.89	0.17	1.27	0.41	0.03	0.01	0	未测	0.988 3	-31.8	-35.8	-31.2	-136	-146
	寺12	2 962	茅口组	97.67	0.85	0.19	0.72	0.47	0.03	0	0.01	0.12	0.988 8	-32	-36.7	-32.8	-133	-156
	自2	2 202	栖霞组—茅口组	97.04	0.5	0.07	1.59	0.76	0.02	0.01	0.02	0.3	0.994 2	-34.7	-35	-33.2	-136
	牟8	2 501	茅口组	97.42	0.87	0.12	0.93	0.6	0.03	0	0.01	0.13	0.989 6	-34.3	-32.7	-29.3	-141	-140
	牟9	2 490	茅口组	97.08	0.94	0.13	1.29	0.49	0.03	0.01	0.01	0.13	0.988 9	-33.8	-32.2	-29.5	-140	-142
	牟11	2 745	茅口组	97.21	0.90	0.13	1.18	0.52	0.03	0	0.01	0.08	0.989 3	-34.9	-32	-29.6	-139	-132
	付5	2 210	茅口组	97.58	0.76	0.09	0.89	0.65	0.04	0	0.03	0.39	0.991 4	-33.6	-33.4	-30.9	-138	-155
	付31	2 457	茅口组	97.61	0.77	0.08	0.9	0.6	0.04	0.01	0.02	0.34	0.991 3	-33.8	-34.5	-30.7	-138	-154

表1

图3

图4

图5

图6

图7

图8

参考文献 51

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四川盆地中泥盆统和中二叠统天然气地球化学特征及成因

Geochemical characteristics and genesis of Middle Devonian and Middle Permian natural gas in Sichuan Basin, China

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