天然气地球科学 >

2024 , Vol. 35 >Issue 10: 1833 - 1846

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.02.004

天然气地质学

四川盆地须家河组烃源岩成烃生物组成特征及潜力评价

  • 刘于民 , 1, 2 ,
  • 谢小敏 , 1, 2 ,
  • 王志宏 3 ,
  • 谭金萍 1, 2 ,
  • 赵颖 1, 2
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  • 1. 长江大学资源与环境学院/油气地球化学与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430100
  • 2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100
  • 3. 中国石油天然气股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083
谢小敏（1984-），女，贵州开阳人，博士，教授，主要从事烃源岩生烃潜力评价、非常规页岩油气赋存及储层发育特征、有机与无机岩石学与地球化学综合研究.E-mail： .

刘于民（1999-），男，四川达州人，硕士研究生，主要从事石油地质学研究.E-mail： .

收稿日期: 2023-12-28

  修回日期: 2024-02-29

  网络出版日期: 2024-03-09

收起

Biocomposition characteristics and potential evaluation of hydrocarbon generation in the Xujiahe Formation source rocks in the Sichuan Basin

  • Yumin LIU , 1, 2 ,
  • Xiaomin XIE , 1, 2 ,
  • Zhihong WANG 3 ,
  • Jinping TAN 1, 2 ,
  • Ying ZHAO 1, 2
Expand
  • 1. Hubei Key Laboratory of Petroleum Geochemistry and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China
  • 2. Key Laboratory of Oil and Gas Resources and Exploration Technology，Ministry of Education，College of Resources and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China
  • 3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China

Received date: 2023-12-28

  Revised date: 2024-02-29

  Online published: 2024-03-09

Supported by

The General Program of National Natural Science Foundation of China(41972163)

the General Program of National Natural Science Foundation of China(42173055)

the Excellent Youth Innovation Team Project of Department of Education of Hubei Province(T2022008)

Fold

摘要

四川盆地上三叠统须家河组是我国致密砂岩气勘探和开发的重点层系，自下而上分为须一段至须六段，其中须一段、须三段、须五段是烃源岩发育的主体层段。针对该烃源岩，前人主要集中在地球化学分析研究，对烃源岩中有机显微组分半定量—定量分析鲜有报道，难以精细评价盆地不同地质背景烃源岩的生烃潜力。选取四川盆地中西部地区野外剖面和钻井样品406件，在有机岩石学与碳硫分析的基础上，结合有机地球化学特征及碳同位素特征，揭示须家河组不同层段的沉积环境与有机质富集耦合关系。结果表明：须家河组烃源岩整体有机质丰度高（TOC=4.09%），有机质类型为Ⅱ1型—Ⅲ型（成烃生物来源包括浮游藻类、高等植物、动物碎屑）、R O=0.70%~1.23%，是较好—优质的烃源岩。其中须一段、须三段、须五段烃源岩之间存在较大区别，主要体现在：①须一段在广元剑阁地区成烃生物以高等植物为主，其中壳质组占比为15.38%；什邡地区受海侵事件的影响，成烃生物以藻类和高等植物为主，有机质碳同位素偏低（δ13C=-25.51‰）；②须三段整体以粉砂质泥岩为主，TOC=4.04%，成烃生物以高等植物为主，占比为47.78%；③须五段成熟度较低（R O =0.96%），有机质中低等水生生物降解形成的层状藻类体含量较高，可达44.93%，是较好的生油烃源岩层。研究对比了须家河组不同层段间有机岩石学与有机地球化学特征，为四川盆地须家河组油气勘探开发研究提供基础数据和一定参考。

关键词： 成烃生物; 含量统计分析; 沉积环境; 烃源岩潜力评价

本文引用格式

刘于民 , 谢小敏 , 王志宏 , 谭金萍 , 赵颖 . 四川盆地须家河组烃源岩成烃生物组成特征及潜力评价[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(10) : 1833 -1846 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.02.004

Abstract

The Xujiahe Formation of the Upper Triassic in the Sichuan Basin was a key layer for the exploration and development of tight sandstone gas in China. The Xujiahe Formation was divided into T3 x 1 to T3 x 6 from bottom to top， among which T3 x 1， T3 x 3， and T3 x 5 were the main layers of hydrocarbon source rock development. Regarding this source rock， previous research had mainly focused on geochemical analysis， with few reports on semi-quantitative analysis of organic matters in the source rock， making it difficult to accurately evaluate the hydrocarbon generation potential of source rocks with different geological backgrounds in the basin. This study selected 406 field profiles and drilling samples from the central and western regions of the Sichuan Basin. Based on organic petrology and carbon sulfur analysis， combined with organic geochemical and carbon isotope characteristics analysis， the study revealed the coupling relationship between sedimentary environment and organic matter enrichment in different layers of the Xujiahe Formation. The overall organic matter abundance of the Xujiahe Formation source rocks was high （TOC=4.09%）， with organic matter types II1 to III （hydrocarbon generating biological sources include planktonic algae， higher plants， and animal debris） and R O=0.70%-1.23%， making them good to high-quality source rocks. Among them， there were significant differences in the source rocks of the T3 x 1， T3 x 3， and T3 x 5， mainly reflected in： （1） The bio-precursors of hydrocarbon in the T3 x 1 from the Jiange area of Guangyuan were mainly higher plants， with the exinite group accounting for 15.38%； the Shifang area was affected by marine transgression， with algae and higher plants as the main bio-precursors of hydrocarbon， and low organic matter carbon isotopes in the samples（δ13C=-25.51‰）. （2） The T3 x 3 was mainly composed of sandy mudstone and TOC=4.04%， while the bio-precursors of hydrocarbon were mainly composed of higher plants， accounting for 47.78%. （3） The maturity of the T3 x 5 was relatively low （R O=0.96%）， and the content of layered algae formed by the degradation of lower aquatic organisms in organic matter was relatively high， up to 44.93%， making it a good source rock for oil generation. This study compared the organic petrology and geochemical characteristics between different layers of the Xujiahe Formation， hoping to provide basic data and certain references for the exploration and development of oil and gas in the Xujiahe Formation in the Sichuan Basin.

Key words： Hydrocarbon generating organisms; Content statistical analysis; Sedimentary environment; Potential evaluation of hydrocarbon source rocks

0 引言

四川盆地是中国重要的含油气盆地，盆地中部与西部发育大面积致密砂岩；近十年勘探中发现了中坝、安岳、兴昌等大型气田［1］。四川盆地格局形成于晚三叠世华北板块与扬子板块碰撞期［2-4］，盆地气候与构造条件动荡，周围物源丰富，是典型的复合盆山体系［5］。该时期地质条件的动荡在全球范围内均有表现，目前针对剧烈改变的地质背景下生物与环境的协同演变也是地球科学领域关注的重点［6-9］。晚三叠世盆地内沉积一套须家河组，须家河组可分为6套亚层段，自下而上依次为：须一段、须二段、须三段、须四段、须五段和须六段［1-5，10-11］。前人［12-13］研究多集中在储层或地层致密性方面，须三段和须五段发育规模较大的三角洲分流河道、河口坝和席状砂沉积，可形成大规模岩性或构造—岩性气藏，有源内气藏“甜点”储层特征，在多井（剑门102井等）获得了工业气流［11］。烃源岩研究方面更多局限于基础地球化学评价，利用粉末样品研究烃源岩的丰度、类型以及成熟度［14-16］，目前主流观点认为须家河组为煤系烃源岩，通过生物标志物确定了其生烃母质主要来源于高等植物，由砂岩、砾岩、泥页岩夹煤层组成，厚度大并且有机质丰度高，有较大的源内成藏潜力［12，17］。
随着勘探开发的深入，越来越多的井显示出“近源成藏”的特征［18］。因此，烃源岩精细分析和潜力评价对于该地区的油气系统勘探开发具有重要意义。烃源岩的形成受控于当时古生产力发育特征，沉积环境及保存环境等多种因素［19-21］。关于须家河组沉积环境一直存在争议，大部分学者认为须家河组沉积早期须一段遭受了海侵事件的改造，海水的影响在沉积中后期逐渐消失［14，10-11］；其依据是Norian-Rhaetian时期的标准海—陆相转换时间为205.5 Ma，而须家河组碎屑锆石年龄晚于203±2 Ma［22］，与该海—陆相转换时间接近［23］，其底部存在海水影响的可能性较大，同时利用生物标志物分析后发现须家河组三芴系列组成呈海侵特征而并非咸水湖特征［14］。也有学者认为海水的影响一直持续到须家河组沉积结束［24］，其研究主要基于岩矿学分析，须二段出现带有黄褐色铁锈的砂岩是海陆过渡相的证据。海水对烃源岩发育的影响主要体现在3个方面：一是海水带来有机质和无机矿物，改变湖水中有机质生长的水体环境［25-26］；二是增加湖相水体盐度，使得水体盐度分层，有利于有机质的保存［26-27］；三是拓宽水域范围，增加湖相烃源岩的沉积空间。不同来源的有机质是造成须家河组各层段烃源岩差异的重要因素之一，尤其须家河组沉积过程中物源自龙门山—米仓山西迁至潼南地区，盆地持续受到特提斯洋影响，烃源岩有机质特征更加难以界定，成烃生物的精细化研究能够为该地区的勘探开发提供进一步依据。除有机质类型之外，烃源岩中有机质丰度和成熟度同样是主要的潜力评价参数：须家河组烃源岩TOC在非煤系地层分布在0.40%~8.76%之间；有机质主要来源于高等植物和低等水生生物，局部地区存在动物碎屑有机质；整体成熟度不高，镜质体反射率（R O）分布在0.70%~1.23%之间，处于低成熟—成熟阶段。但须一段、须三段和须五段烃源岩又存在显著差异。因此，本文研究在传统烃源岩评价的基础上，结合成烃生物组成特征与沉积环境的差异性，对须家河组不同层段烃源岩进行对比，以期能为四川盆地须家河组油气勘探开发提供基础数据和一定参考。

1 地质背景

四川盆地位于中国西南部，是一大型古老的克拉通盆地，盆地主要经历了加里东旋回、海西旋回、印支旋回和晚期陆内改造的燕山旋回、喜马拉雅旋回。早二叠世海西旋回发展期间四川盆地遭受了较长时间的海水改造［5，7］，这一幕海水的结束受晚二叠世至早三叠世特提斯构造活动的影响，此后进入了一段以陆相碎屑沉积物为主的沉积格局时期［28］。晚三叠世诺利—瑞替期气候潮湿，全球范围内再次发生大规模海侵事件，须家河组沉积受盆地内褶皱带控制［29］，龙门山、米仓山以及大巴山是此时期陆相沉积物的主要来源［22］，盆地整体呈北高南低的趋势。
四川盆地上三叠统须家河组沉积范围广，由下至上划分为须一段至须六段，受构造作用影响，须一段与须六段在盆地中分布不完全，川西地区缺少须六段的沉积［30］，须一段则仅在川西地区发育［10］。须一段、须三段与须五段为烃源岩，须二段、须四段与须六段主要为砂岩。须一段（T3 x 1）以浅湖相沉积为主，主要发育黑色砂泥岩，有机质含量丰富。须二段（T3 x 2）以三角洲—滨湖相沉积为主，发育灰白厚层粉砂岩夹少量煤线，局部有菱铁矿结核发育。须三段（T3 x 3）以滨湖、浅湖相沉积为主，发育黑色泥岩和少量炭质泥岩，可见平行层理。须四段（T3 x 4）与须二段类似，以三角洲前缘沉积为主，发育灰白细砂岩夹少量煤线。须五段（T3 x 5）为前缘与平原相旋回沉积，发育深灰—灰黑色粉砂质泥岩和炭质泥岩。须六段（T3 x 6）发育灰色中粗粒石英砂岩，薄层粉砂岩夹煤线［10-11，22，24］。

2 实验样品及方法

本文研究样品采自四川盆地川西地区须家河组，包括SF剖面（27件）与LHZ剖面（14件）野外样品，钻井样品406件（A井118件，B井82件，C井39件，D井40件，E井28件，F井60件，G井14件，H井10件，I井7件，J井8件）（图1）。样品均进行了碳硫分析实验，样品数量较大，部分样品清单及基本信息见表1。
图1 四川盆地上三叠统须家河组分布及采样点位

Fig.1 Distribution and sampling points of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the Sichuan Basin

表1 须家河组部分样品信息及基础地球化学数据

Table 1 Some sample information and basic geochemical data of Xujiahe Formation

序号 样号 深度/m 层段 岩性 TOC/% TS/% 序号 样号 深度/m 层段 岩性 TOC/% TS/%
1 SF-2 须一段 泥岩 0.62 1.54 41 B 3 880 须一段 泥岩 1.71 2.42
2 SF-4 须一段 泥岩 0.43 1.18 42 C 2 390 须五段 泥岩 2.36 0.98
3 SF-5 须一段 泥岩 0.83 0.14 43 C 2 406 须五段 泥岩 2.58 0.43
4 SF-8 须一段 泥岩 0.40 0.05 44 C 2 590 须五段 泥岩 2.14 1.26
5 SF-9 须一段 泥岩 0.77 0.04 45 C 2 886 须三段 泥岩 3.59 0.29
6 SF-12 须一段 泥岩 0.70 2.19 46 C 2 966 须三段 泥岩 1.01 0.36
7 SF-13 须一段 泥岩 1.18 1.90 47 C 2 978 须三段 泥岩 1.72 0.60
8 LHZ-2 须一段 泥岩 3.22 0.06 48 D 2 377 须五段 泥岩 1.47 0.26
9 LHZ-3 须一段 沥青 41.55 1.84 49 D 2 454 须五段 泥岩 3.33 0.29
10 LHZ-4 须一段 沥青 70.14 0.64 50 D 2 465 须五段 泥岩 4.51 0.44
11 LHZ-4A 须一段 沥青 70.19 0.58 51 D 2 755 须三段 泥岩 1.70 0.18
12 LHZ-5 须一段 泥岩 0.56 0.06 52 D 2 775 须三段 泥岩 2.65 0.20
13 LHZ-6 须一段 泥岩 4.89 0.08 53 D 3 019 须一段 泥岩 1.24 1.26
14 LHZ-7 须一段 泥岩 2.01 0.05 54 D 3 028 须一段 泥岩 0.78 1.28
15 LHZ-8 须一段 炭质泥岩 17.69 0.13 55 E 3 432 须五段 泥岩 5.88 0.18
16 A 3 160 须五段 泥岩 11.55 1.21 56 E 3 448 须五段 泥岩 6.46 0.26
17 A 3 167 须五段 泥岩 13.77 0.81 57 E 3 456 须五段 泥岩 2.57 0.31
18 A 3 184 须五段 泥岩 7.35 0.83 58 E 3 500 须五段 泥岩 3.60 0.12
19 A 3 227 须五段 泥岩 18.81 1.48 59 E 3 644 须三段 泥岩 1.92 0.12
20 A 3 374 须五段 泥岩 6.48 1.38 60 E 3 652 须三段 泥岩 2.21 0.13
21 A 3 540 须三段 泥岩 2.74 1.21 61 E 3 740 须三段 泥岩 2.27 0.25
22 A 3 548 须三段 泥岩 2.26 1.23 62 E 3 887 须一段 泥岩 4.61 0.72
23 A 3 577 须三段 泥岩 15.28 1.02 63 E 3 892 须一段 泥岩 3.62 0.86
24 A 3 725 须三段 泥岩 7.37 0.42 64 E 3 908 须一段 泥岩 4.04 0.54
25 A 3 909 须三段 泥岩 1.44 0.53 65 E 3 940 须一段 泥岩 5.26 1.34
26 A 4 009 须三段 泥岩 2.56 0.12 66 F 1 949 须五段 泥岩 1.36 0.42
27 A 4 097 须三段 泥岩 3.26 0.60 67 F 1 975 须五段 炭质泥岩 7.21 0.26
28 A 4 304 须一段 泥岩 2.52 5.22 68 F 2 008 须五段 泥岩 0.61 0.08
29 B 2 948 须五段 泥岩 7.76 0.31 69 F 2 089 须五段 泥岩 2.34 0.16
30 B 3 088 须五段 泥岩 6.91 0.84 70 F 2 094 须五段 泥岩 5.36 0.45
31 B 3 128 须五段 泥岩 13.56 0.43 71 F 2 273 须三段 泥岩 4.46 0.58
32 B 3 344 须三段 泥岩 8.72 0.40 72 F 2 313 须三段 泥岩 2.34 0.15
33 B 3 348 须三段 泥岩 7.28 0.40 73 F 2 375 须三段 泥岩 1.31 0.13
34 B 3 356 须三段 泥岩 7.08 0.33 74 F 2 382 须三段 炭质泥岩 24.30 0.28
35 B 3 396 须三段 泥岩 1.47 0.19 75 F 2 429 须一段 泥岩 7.47 0.67
36 B 3 368 须三段 泥岩 2.12 0.42 76 F 2 437 须一段 泥岩 0.95 0.31
37 B 3 768 须一段 泥岩 2.86 0.38 77 F 2 440 须一段 泥岩 10.20 1.05
38 B 3 776 须一段 泥岩 4.78 1.10 78 G 2 722.38 须五段 泥岩 2.34 0.08
39 B 3 792 须一段 泥岩 13.28 0.67 79 G 2 730.66 须五段 泥岩 3.87 0.05
40 B 3 844 须一段 泥岩 1.61 1.06 80 G 2 731.61 须五段 炭质泥岩 12.40 0.19
有机岩石学与有机地球化学分析均在长江大学地球化学实验室完成，镜质体反射率（R O）测定使用双标法在MSP400显微荧光光谱仪下完成；有机显微组分鉴定及半定量统计分析采用MF43透反射偏光荧光显微镜完成。
典型烃源岩样品处理为200目的粉末样品进行有机地球化学实验。碳硫分析于长江大学地球化学实验室完成，样品稀盐酸水浴加热2 h后经超纯水洗净烘干，送入CS230碳硫分析仪分析得到总有机碳（TOC，%）与总硫（TS，%）结果，分析精度为碳2×10-6或RSD≤0.5%，硫2×10-6或RSD≤1.5%。干酪根碳同位素与GC-MS分析实验于中国石油大学（北京）完成，干酪根碳同位素分析使用了Thermo Scientific Delta V Advantage同位素比质谱仪，以USGS40左旋谷氨酸作为标样，实验测定值为-26.12‰，误差为0.27‰，符合分析精度≤0.5‰的要求；GC-MS分析挑选适量粉末样品进行索氏抽提，采用二氯甲烷抽提48 h以上，所得“可溶有机质”先后用正己烷、二氯甲烷＋正己烷（2∶1）、二氯甲烷＋甲醇（93∶7）分离得到饱和烃、芳烃与非烃成分，将饱和烃部分注入TSQ8000Evo气相色谱串联质谱联用仪进行色谱和色谱质谱分析。

3 实验结果

3.1　有机岩石学特征

有机显微组分鉴定能直观反映烃源岩有机质的成因、种类和形态；总体来看，须家河组烃源岩中镜质组普遍发育，次生组分相对含量同样较高（图2）。纵向上须一段、须三段到须五段腐泥组组分相对含量呈增加趋势，显示低等水生生物贡献增加。横向上同层段不同井位显微组分相对含量存在较大差异，须一段靠近龙门山、米仓山物源的样品发育大量镜质组，腐泥组含量较低，其中LHZ剖面样品中观察到煤屑以及大量孢子体发育的特征［图2（d），图2（e），图2（f）］；靠近盆地西南方向则出现含灰岩成分更高的样品，显微组分上镜质组含量降低，腐泥组含量增加。
图2 须一段光薄片样品显微组分照片

（a）SF-26样品透射光下特征，可见碎屑镜质体发育；（b）SF-26样品反射光下特征；（c）SF-26样品荧光下特征，有机质无明显荧光；（d）LHZ-10样品透射光下有机质丰富，有煤的特征；（e）LHZ-10样品反射光特征，能见大量镜质体发育；（f）LHZ-10样品荧光下特征，见壳质组发育，以壳屑体居多，少量可鉴别为孢粉体；（g）C井，3 908.00 m样品透射光下见矿物间充填有机质；（h）C井，3 908.00 m样品反射光下鉴别出碎屑镜质体；（i）C井，3 908.00 m样品荧光下见透明矿物被油气侵染，发黄色荧光

Fig.2 Maceral identification in T3 x 1 polished thin section

须三段样品成烃生物以高等植物来源的镜质组为主，碎屑镜质体普遍发育，少量样品中观察到富氢镜质体；相较于须一段，须三段样品腐泥组相对含量更高，多以无定型状态存在；能够频繁观察到橙黄色荧光的无定型腐泥体，常与次生组分在同一视域出现；次生组分在样品有机质中也占据较大比重，须三段样品普遍发育充填裂缝的固体沥青（图3）。
图3 须三段光薄片样品显微组分照片

（a）J井，3 433.14 m样品透射光下见碎屑镜质体发育，保留了一定原来的结构；（b）J井，3 433.14 m样品反射光下碎屑镜质体光学特征；（c）J井，3 433.14 m样品荧光下几乎没有荧光，腐泥组含量较低；（d）D井，2 428.00 m样品透射光特征，有机质较丰富；（e）D井，2 428.00 m样品反射光特征，碎屑镜质体含量较少；（f）D井，2 428.00 m样品荧光特征，无定型藻类体发橙黄色荧光，固体沥青较发育

Fig.3 Maceral identification in T3 x 3 polished thin section

须五段样品中镜质组相对含量进一步降低，腐泥组相对含量增加，初步认为高等植物与低等生物同时影响了该层段沉积有机质的形成；腐泥组以无定型为主，几乎所有须五段样品均富集无定型腐泥体，有强烈橙黄色荧光，个别井位中能够观察到层状藻类体发育，是富营养化静水沉积环境的产物［图4（a），图4（b），图4（c）］。
图4 须五段光薄片样品显微组分照片

（a）A井，3 160.00 m样品透射光下有机质丰度高，以层状有机质发育；（b）A井，3 160.00 m样品反射光下见到固体沥青和黄铁矿发育；（c）A井，3 160.00 m样品荧光下有橙黄色荧光的层状藻类体发育；（d）C井，3 432.00 m样品透射光下有机质较为发育；（e）C井，3 432.00 m样品反射光下见到碎屑镜质体发育；（f）C井，3 432.00 m样品荧光下见无定型藻类体发育；（g）G井，2 719.47 m样品透射光下见大块有机质发育，泥质含量较高；（h）G井，2 719.47 m样品反射光下鉴别有机质为均质镜质体；（i）G井，2 719.47 m样品荧光下见橙黄色无定型藻类体发育

Fig.4 Maceral identification in T3 x 5 polished thin section

3.2　碳硫特征与碳同位素结果

须家河组样品碳硫分析实验结果显示，盆地内各层段烃源岩之间TOC含量较为接近，均为很好的烃源岩，在TS含量上有较大差异。须一段样品有机质丰度高，TOC含量为0.40%~75.34%，均值为7.04%，TS含量为0.04%~5.22%，均值为0.81%，C/S值受沉积环境影响较大［31］，SF剖面样品C/S值为0.21~26.14，LHZ剖面样品C/S值为9.82~216.75，可见须一段烃源岩之间存在较大的沉积环境差异；须三段TOC含量为0.42%~31.87%，均值为3.30%，TS含量为0.07%~2.56%，均值为0.48%，C/S值为0.73~87.41；须五段TOC含量为0.61%~45.02%，均值为3.12%，TS含量为0.07%~3.17%，均值为0.37%，C/S值为0.71~33.96。
沉积环境的变化在干酪根碳同位素值上同样可以反映，在三叠纪沉积物中，海相来源有机质碳同位素轻于陆相来源［32］。实验结果显示须家河组各层段烃源岩干酪根碳同位素值存在一定差异，整体上须一段最高，须三段与须五段较低。其中须一段烃源岩干酪根δ13C值在SF剖面样品与LHZ剖面样品之间差异最大，SF剖面样品δ13C值为-25.51‰~-24.03‰，均值为-24.65‰；LHZ剖面样品δ13C值为-24.40‰~-22.49‰，均值为-23.01‰。须三段样品干酪根δ13C值为-27.50‰~-24.63‰，均值为-25.83‰。须五段样品干酪根δ13C值则普遍偏低，为-26.93‰~-25.19‰，均值为-25.79‰。

3.3　生物标志物特征

生物标志物在石油勘探、油藏评价、油源对比、成熟度计算、沉积环境分析等方面具有重要意义，其组成特征可以映射出其前身物分子结构信息［33-34］，如不同异构体的三环萜烷间比值可以指示有机质来源，或与环境氧化性挂钩［35］，C27-29规则甾烷更是有机地球化学手段中最常用来判断烃源岩有机质来源的一组指标。SF剖面与LHZ剖面样品TIC图未发现有明显的基线漂移情况（图5），说明样品未遭受生物降解或降解作用较弱，薄片下观察到部分有机质存在荧光是样品成熟度较低的证据，与实验所得R O值结论一致，从而提高了使用生标指示物反映烃源岩沉积环境等问题的可信度。
图5 须一段SF剖面与LHZ剖面烃源岩总离子流图

Fig.5 Total ion flow diagram of source rocks in SF and LHZ outcrops

须一段LHZ剖面与SF剖面样品存在明显不同的沉积环境差异，LHZ剖面样品大多以C23为主峰碳，以高等植物为主要有机质，其中LHZ-2为双峰型，可能同时接受了高等植物与低等水生生物沉积；SF剖面样品多以C18为主峰碳，呈现细菌及藻类贡献的沉积有机物特点，其中SF-26样品以C24为主峰碳。其余参数见表2。
表2 须一段SF剖面与LHZ剖面生物标志物参数

Table 2 SF and LHZ outcrops biomarker parameters in T3 x 1

样品

编号

 Pr/Ph Pr/C17 Ph/C18 C19TT /C23TT C20TT/C23TT C27/C29 CPI OEP
LFZ-12 2.40 0.68 0.22 1.59 1.69 0.31 0.46 1.11
LFZ-8 2.81 0.19 0.06 1.41 1.22 0.14 0.69 1.32
LFZ-2 3.87 1.13 0.31 0.78 0.92 0.45 0.77 1.09
SF-13 0.59 0.55 0.62 0.11 0.27 1.60 0.43 0.83
SF-26 0.66 0.62 0.67 0.05 0.27 1.58 0.43 1.00
SF-28 0.75 0.55 0.61 0.09 0.34 1.68 0.44 0.82

4 讨论

4.1　烃源岩有机质来源分析

4.1.1　须一段烃源岩有机质来源

须一段烃源岩沉积过程中盆地受到海侵事件的影响，海水带来大量藻类与硫酸盐，受影响的样品出现高硫低碳的特点［31］。SF剖面样品具有典型海相特征，镜下观察到该剖面样品镜质组以碎屑镜质体为主，腐泥组占据一定比例，几乎均为腐泥无定形体，与泥质矿物糅在一起，均无明显荧光［图2（a）—图2（c）］。其中SF-18手标本鉴定为一块有生物扰动痕迹的灰岩，镜下观察到大量方解石结晶，硫含量高达29.4%。SF剖面样品较低的碳同位素值也直观反映了海水带来的低等水生生物的贡献［32］。LHZ剖面样品沉积有机质主要来源于高等植物，该剖面相较其余样品更靠近龙门山物源（图1），丰富的有机质提供大量碳源，硫酸盐的还原作用对碳源的消耗作用有限，导致样品出现极高的C/S值，有机岩石学镜下鉴定LHZ剖面是典型的煤系沉积地层。其中LHZ-8样品C/S值高达138.85，镜下发现其镜质组含量高，以大块煤屑赋存，含有一定量壳质组，几乎均为壳屑体，少部分鉴定为孢粉体，壳质组有明显的橙黄色荧光［图2（d）—图2（f）］。LHZ剖面样品沉积有机质绝大部分源于高等植物，低百分含量腐泥组反映藻类的贡献少，较大的干酪根碳同位素值同样是高等植物贡献的证据。其他受海侵影响的样品高等植物和低等水生生物均有贡献，可能与海水的影响程度有关，远离盆地西南方向的样品镜质组分含量高［图6（b）］。B井、C井与D井样品在沉积相上均属于浅海陆棚，D井样品量较小，低碳高硫的碳硫关系接近SF剖面，显微组分与B井类似，以碎屑镜质体及沥青为主，含一定量腐泥组。C井样品碳硫关系和显微组分特征趋近于LHZ剖面样品，观察到一定量煤屑，蓝色荧光下矿物沥青基质有橙黄色荧光［图2（g）—图2（i）］。
图6 须家河组显微组分类型分布

（a）须家河组不同层段；（b）不同剖面/井位须一段

Fig.6 Distribution map of maceral types in the Xujiahe Formation

4.1.2　须三段烃源岩有机质来源

须三段有机质类型介于须一段与须五段之间，有机显微组分以镜质组为主，腐泥组含量相对须一段增加，部分样品以腐泥组为主要组分。可见须三段沉积有机质同时有陆生高等植物与低等水生生物的贡献，高等植物的优势更大，须一段海侵作用在须三段未完全消失，导致须三段样品显微组分横向上存在较大差异，干酪根碳同位素的波动同样反映出该问题，实验所得须三段干酪根δ13C值最高与最低值之间相差2.88‰。E井样品中观察到有碎屑镜质体与无定型藻类体同样发育，并发育条带状固体沥青［图3（a）—图3（c）］；D井样品无定型藻类体占比更高，荧光特征也更明显，同样发育较高含量的固体沥青［图3（d）—图3（f）］。

4.1.3　须五段烃源岩有机质来源

须五段烃源岩样品中，低等水生生物有机质含量较高，高等植物有机质含量次之，其主要成烃生物来源相对贡献见图7。与前人［36-38］的研究结果不同的是，须家河组在以往研究中被定义为煤系地层，着重于天然气勘探开发方面，并未对其进行细化分层和分析其有机质成因。吴小奇等［15］基于有机地球化学实验结果认为须五段烃源岩主要为混合来源有机质，部分来源于高等植物，符合本文研究的镜下鉴定结果［图8（c）］。其中A井与C井显微组分类型相似，镜质组含量较低，藻类体较为发育，能观察到层状藻类体［图4（a）—图4（f）］；G井样品镜质组含量相对较高，发育均质镜质体，无定型藻类体同样发育，高等植物与低等藻类对该井的沉积有机质均有一定贡献［图4（g）—图4（i）］。
图7 须家河组烃源岩不同层段总有机碳与总硫关系

Fig.7 Relationship between TOC and S in source rocks of the Xujiahe Formation

图8 须家河组有机地球化学分析对比

（a）须家河组δ13C与总有机碳关系；（b）须家河组烃源岩Pr/nC17与Ph/nC18联合分析；（c）须家河组烃源岩C27—C28—C29三角图；注：图8（b），图8（c）中须三段数据源于文献［16］，须五段生物标志物数据源于文献［15］

Fig.8 Organic geochemical analysis and comparison of the Xujiahe Formation

4.2　沉积环境分析

沉积岩中的碳硫元素关系能够反映原始沉积环境特征，前人对正常海陆相沉积物有机质含量与硫含量进行研究后发现，碳与硫的耦合关系是影响全球碳循环与硫循环的重要地球化学过程，尤其是有机质与硫酸盐的氧化还原作用［31，39］。正常海相环境沉积物的C/S值一般分布在2.8±1.5之间［31］，能够影响这一平衡值的因素有很多，最主要的是硫源与碳源含量需足以维持反应持续进行。在有机质含量低于循环所需碳含量阈值的海水中，高SO4 2-含量会导致沉积物C/S值变小，反之该值增大，因此C/S值在对比不同井位烃源岩沉积环境方面有一定的指示意义。
须一段烃源岩从样品C/S值（0.21~216.75）暗示其具有海侵事件影响的可能，海水影响了川西盆地大部分区域［14，28，40］。SF剖面中发现SF-18样品的灰岩沉积，其上覆地层与下伏地层均为泥岩，是什邡地区受海水影响的证据之一。海水最远抵达了LHZ剖面，LHZ-2的δ13C值为-24.40‰，低于LHZ剖面其余样品，是受海水带来的低等水生生物沉积影响。受海侵影响较大的B井和SF剖面样品干酪根δ13C值分别为-24.94‰和-24.85‰，镜下鉴定以镜质组为主，发育碎屑镜质体；石英颗粒磨圆度与分选性较差，泥质含量不高，反映以陆源碎屑物为主，水动力条件较强的浅滨相沉积。未遭受海侵样品，如LHZ剖面上层样品是典型的沼泽相环境，碳同位素值在研究区块内最大，LHZ-12的δ13C值高达-22.49‰，是高等植物大量贡献沉积的结果。
须三段沉积时构造应力相对较弱，山系活动较为平缓，物源供给少，直到须三段沉积末期才完全进入陆相沉积环境［28］。实验C/S值可以观察到海水影响在该段减弱，已有部分样品出现陆相特征，碳同位素值波动幅度较大［图8（a）］，与前人研究结论一致。须三段烃源岩沉积有机质同时有高等植物与低等水生生物贡献，相较须一段δ13C值变低，从-27.50‰到-24.63‰均有分布，低等水生生物贡献增加。E井样品镜下观察到大量无定型藻类体发育，碎屑镜质体含量低；D井样品碎屑镜质体含量较高，无定形藻类体含量低于E井；C井部分样品发现有煤屑，镜质组含量进一步增加。四川盆地在此阶段处于湖盆演化的中期，构造是导致须三段沉积环境出现差异的主要影响因素。
须五段构造活动弱，陆源供给少，盆地大部分被湖泊覆盖，水体深度加深；湖盆的进一步扩大使大量水生生物沉积，δ13C值稳定在-25.79‰附近；各井在显微组分上的差异更多来源于盆地发育过程中隆起区与凹陷区的水动力条件的不同。凹陷区A井发育层状藻类体，隆起区G井有煤系地层特征，可见生物介壳，无定型藻类体同样发育，反映水动力条件较强的浅水环境。
生物标志物同样可以判断烃源岩沉积环境，正构烷烃中姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）常与C17和C18联系建立关系图版，可用来反映沉积环境氧化还原性、干酪根类型和次生演化程度［图8（b）］。C27—C28—C29甾烷是高度专属性的对比指标，主要用来区分不同烃源岩或者同一烃源岩不同有机成因下生成的原油［图8（c）］。结合前人对须三段和须五段及本文研究的实验数据分析［15-16］，须一段烃源岩经历的海侵事件对成烃生物来源具有较大影响，未经历海侵的样品氧化程度及与陆源高等植物相关性更高，经历海侵事件的样品还原性更强，偏向混合物源。须三段和须五段的分析结果也与上述判断相似，以高等植物与低等水生生物混合来源为主，有靠近陆源的浅湖沉积相特点。

4.3　生烃潜力评价

烃源岩生烃潜力评价主要根据有机质丰度、类型和成熟度进行。须一段、须三段与须五段烃源岩TOC均值分别为3.90%、4.04%、3.12%，有机质丰度均较高，是好的烃源岩，须一段的高有机碳含量主要由含煤屑的炭质泥岩贡献，须五段以炭质泥岩与钙质泥岩为主。有机质来源的差异会影响烃源岩的生烃模式［41-42］，前人将须家河组划分为高度富集有机碳的煤系地层，实验反映须一段部分样品TOC含量高，镜质组大量发育，认为其为煤系地层是毋庸置疑的；须三段镜质组百分含量降低，腐泥组百分含量升高，生物标志物反映样品有机质类型从Ⅱ2型至Ⅲ型均有分布，镜下未能发现有明显含煤特征的样品，可能是陆源供给不充足导致的；须五段有机质类型为Ⅱ2型，该层发现有含煤屑的样品但碳同位素值低，与须一段镜质组的赋存形式也有差异。须五段这种与无定型藻类体共同发育的煤屑或许是煤系分散型有机质，在生物标志物上会出现与煤非常类似的特征，但在生油潜力上是煤的3倍［43］，同时在须五段发育大量固体沥青，也可能是须五段生油的证据［44］。
须家河组烃源岩镜下强烈的荧光反映样品成熟度普遍适中，仍有一定的生烃潜力，实测须一段、须三段、须五段的R O均值分别为1.11%、1.04%、0.96%。其中A井的R O值从须一段到须五段升高幅度大，意味着沉积环境地温梯度较高［图9（b）］，关于四川盆地热流研究的结果显示晚三叠世至侏罗纪构造活动剧烈，尤其盆地边缘的地温梯度高于盆地中心，地温模拟与镜质体反射率拟合结果显示盆地边缘地温梯度大于3.5 ℃/hm［45］，与本文实验结果相符。
图9 须家河组R O值各层段对比

（a）须家河组不同层段烃源岩R O值综合分布柱状图；（b）A井R O值与埋深关系图

Fig.9 Comparison of R O values between different layers of the Xujiahe Formation

须家河组各层正处于生烃窗内，有非常高的生烃潜力，郑定业等［38］对须家河组进行热解评估，得到的生烃门限为0.97%，排烃高峰为1.55%，供烃底线为3.40%。本文研究针对须五段测得其生烃潜力S 1+S 2值为4.27 mg/g，由于须家河组烃源岩有一定特殊性，研究区内烃源岩绝大多数样品生烃潜力均在2.00 mg/g以下［46］，须五段高生烃潜量及其R O值仍在生烃门限附近的特征指示了其作为烃源岩的合理性，可以划分为优质烃源岩。但前人的研究多集中在生气角度分析其储集特征［47］，须一段与须三段有机质以镜质组为主，在盆地内针对该层已经取得了较好的勘探结果，但须五段烃源虽然生气强度介于（3~16）×108 m3/km2之间，具备形成中小型气藏的条件，在试采过程出现气水同层且产量较低的问题，认为可能是泥岩品质限制了勘探效果［48］。本文研究中却发现须五段烃源岩品质较好，尤其在盆地西北凹陷区更是有更多水生生物的贡献，从生油角度提供了勘探线索（图10），因此对须五段的勘探开发或许需要针对其有机质富集区域及层段进行更深入的研究。
图10 须家河组烃源岩形成模式示意

（a）须家河组海侵时期沉积模式示意图；（b）须家河组海退后沉积模式示意图

Fig.10 Diagram of the formation mode of hydrocarbon source rocks in the Xujiahe Formation

5 结论

（1）四川盆地在须家河组沉积时构造活动强烈，盆地边缘地温梯度高于中部，导致须家河组同层段烃源岩成熟度的差异；须一段经历了早期海侵事件影响，海水自盆地西南向东北方向进入，影响到广元周缘；须三段沉积时期开始发生海退，但此刻海水尚未完全退出盆地，盆地内同时存在海相与陆相2种特征沉积物，须五段时基本形成了湖盆格架，部分样品可能受滞留的咸水湖影响有一定海相特征，沉积环境的变化是造成须家河组成烃生物差异的重要因素。
（2）须一段烃源岩有机质丰度高，海水遏制了泥炭的继续发育，提供了海相浮游生物有机质，不再具有形成大规模煤层的物质条件；有机显微组分定量分析及有机地球化学指标均指示，遭受海侵事件样品（如什邡剖面）有机质类型为Ⅱ1型，未遭受海侵事件的样品（如老虎嘴剖面）发育大量镜质组和少量壳质组，有机质类型为Ⅲ型；须三段有机质丰度高，有机质类型从Ⅱ2型至Ⅲ型均有分布，未完全退去的海水促进了高等植物进一步发育，两者共同影响下出现这种类似过渡带的特点；须五段有机质丰度高，样品有机质腐泥组百分含量更高，有机质类型为Ⅱ2型，成熟度低，有较好的生烃潜力。
（3）须家河组烃源岩有机质丰度高成熟度低，仍有较好的生烃潜力，尤其须五段作为尚未完全开发的层段，有机质类型中层状藻类体丰度较高，指示其具有较好的生油潜力。现有对须五段岩性致密的研究或许是该层段油气自生自储的证据，进一步结合上覆侏罗系储层油气进行油源对比，可能为须五段烃源岩生油提供更多证据。

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