天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 5: 831 - 845

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.10.007

天然气地质学

四川盆地中部沙溪庙组天然气成因来源与启示

  • 卢晓林 , 1, 2 ,
  • 刘君龙 1 ,
  • 王小娟 3 ,
  • 李美俊 2 ,
  • 洪海涛 3 ,
  • 黄彦庆 1 ,
  • 唐友军 4
展开
  • 1. 中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 2. 中国石油大学（北京）油气资源与工程全国重点实验室，地球科学学院，北京 102249
  • 3. 中石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041
  • 4. 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，资源与环境学院，湖北 武汉 430100

卢晓林（1992-），男，湖北宜昌人，博士，助理研究员，主要从事油气地球化学、油气成藏研究. E-mail： ； .

收稿日期: 2024-07-25

  修回日期: 2024-10-20

  网络出版日期: 2024-11-20

收起

The origin of natural gas and exploration implication in the Shaximiao Formation in the central Sichuan Basin

  • Xiaolin LU , 1, 2 ,
  • Junlong LIU 1 ,
  • Xiaojuan WANG 3 ,
  • Meijun LI 2 ,
  • Haitao HONG 3 ,
  • Yanqing HUANG 1 ,
  • Youjun TANG 4
Expand
  • 1. Petroleum Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China
  • 2. National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering，College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China
  • 3. Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil & Gasfield Company，PetroChina，Chengdu 610041，China
  • 4. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，College of Resources and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China

Received date: 2024-07-25

  Revised date: 2024-10-20

  Online published: 2024-11-20

Supported by

The Projects of the Science and Technology Department of SINOPEC(P25180)

Fold

摘要

川中秋林—金华、八角场地区中侏罗统沙溪庙组天然气勘探持续获得突破，但对于天然气的来源以及成藏过程的研究仍十分薄弱。上三叠统须家河组泥岩和下侏罗统自流井组大安寨段和凉高山组泥岩是研究区的主力烃源岩。研究表明，上三叠统须家河组泥岩为有机质丰度差—极好、Ⅱ2—Ⅲ型、成熟—高成熟烃源岩，下侏罗统自流井组大安寨段和凉高山组泥岩均为有机质丰度中等—好、Ⅱ1—Ⅱ2型、成熟烃源岩。天然气的组分、碳同位素和轻烃分析表明，临近川西坳陷的秋林—金华地区大部分沙溪庙组气样与川西新场天然气特征相似，为成熟—高成熟的煤成气，来源于须家河组，仅局部有侏罗系烃源岩贡献。八角场地区主要为成熟的煤成气和混合气，来源于须家河组和侏罗系烃源岩。而川中公山庙地区为来源于侏罗系烃源岩的成熟油型气。川西至川中，侏罗系烃源岩对沙溪庙组天然气成藏贡献增加，烃源岩的分布控制着气藏的有序分布。秋林—金华地区沙溪庙组煤成气的成熟度、成藏时间均与川西东坡沙溪庙组气藏相当，该区天然气主要从川西须家河组经断层和河道砂体横向运移聚集。八角场地区沟通沙溪庙组储层与须家河组、侏罗系烃源层的断层发育，且混合气占比明显增加，断层纵向输导可能是该区天然气充注的重要路径。

关键词： 四川盆地; 沙溪庙组; 天然气; 成因和来源; 成藏过程

本文引用格式

卢晓林 , 刘君龙 , 王小娟 , 李美俊 , 洪海涛 , 黄彦庆 , 唐友军 . 四川盆地中部沙溪庙组天然气成因来源与启示[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(5) : 831 -845 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.10.007

Abstract

In recent years， the Middle Jurassic Shaximiao Formation in the Qiulin-Jinhua and Bajiaochang structures in the central Sichuan Basin has become a hot spot of exploration. However， the origin of tight gas in the Shaximiao Formation in the study area remains unclear. In this study， the hydrocarbon generation potential of source rocks was evaluated based on total organic carbon content （TOC） and Rock-Eval pyrolysis of thirty-seven mudstone samples from the Da’anzhai Member of the Lower Jurassic Ziliujing Formation， the Lianggaoshan Formation， and the Upper Triassic Xujiahe Formation. Moreover， nineteen gas samples from the Shaximiao and Xujiahe formations were analyzed using gas chromatography and isotope ratio mass spectrometry to determine their origin. The results show that mudstones from the Da’anzhai Member and Lianggaoshan Formation are good source rocks at the mature stage， with type Ⅱ1-Ⅱ2 kerogen， TOC content ranging from 0.48% to 2.79% （average 1.30%）. In contrast， the mudstones of the Xujiahe Formation are mature–highly mature hydrocarbon source rocks， with type III kerogen and variable organic matter abundance. Most gas samples from the Qiulin-Jinhua areas show similar characteristics to those from the Xinchang Structure in western Sichuan Basin， indicating mature-highly mature coal-type gas sourced from the Xujiahe Formation with minor Jurassic contributions. The Bajiaochang area is dominated by mature coal-type gas and mixed gas sourced from the Xujiahe Formation and Jurassic source rocks， while the Gongshanmiao area produces oil-type gas from Jurassic sources. Regionally， Jurassic source rock contributions to Shaximiao Formation gas increase from west to central Sichuan Basin， controlling gas reservoir distribution. Coal-type gas of the Shaximiao Formation in Qiulin-Jinhua area may be transported laterally primarily from western Sichuan Basin via faults and fluvial sandstone reservoirs， supported by the similar gas maturity of gas and accumulation timing to the Shaximiao Formation reservoirs in western Sichuan Basin. In the Bajiaochang area， faults connecting the Shaximiao Formation reservoir with both the Xujiahe Formation and Jurassic source rocks are well-developed， resulting insignificantly increased proportions of mixed gas. Thus， fault-mediated vertical transmission represents a critical pathway for natural gas charging in this area.

Key words： Sichuan Basin; Shaximiao Formation; Natural gas; Gas genesis; Accumulation process

0 引言

四川盆地油气资源丰富，自下而上发育震旦系至侏罗系总计超过20个油气产层［1］。虽然中侏罗统沙溪庙组储层的发现较早，但是在勘探历史上并未引起足够的重视［2］。1977年，随着大兴场地区大兴2井钻获工业气流，沙溪庙组浅层致密气的潜力才逐渐受到重视［3］。之后，侏罗系浅层致密气的勘探主要围绕川西坳陷须家河组生烃中心开展，发现了平落坝、新场—孝泉等一系列气藏［4］。期间，川中公山庙地区G16井也取得了突破，沙溪庙组测试获产原油144 t/d，天然气8 279 m3/d，并就该区沙溪庙组提交了583×104 t的探明储量［2］。2011年以后，川中八角场地区、川南大塔场以及川东北五宝场地区均获得了勘探突破［3］。这一系列的发现扩展了沙溪庙组致密气的勘探思路，证实了其良好的前景。2018年以来，川中秋林—金华地区QL16、JH5H等多口井测试获得天然气超过30×104 m3/d的工业气流，至2021年底，累计提交了约千亿方探明储量［5-6］。
川中秋林—金华、八角场地区的浅层致密气具有埋藏浅、效益高的特点，是四川盆地增储上产的重要领域。然而，目前对于该区沙溪庙组天然气成因来源以及成藏过程的研究比较薄弱。川中地区侏罗系天然气存在上三叠统须家河组煤系泥岩和侏罗系湖相泥岩2套烃源岩［2，7］。前人［4，8］基于八角场地区天然气样品的同位素特征，提出该区沙溪庙组气为腐泥型气，主要来源于侏罗系湖相烃源岩。秋林—金华地区沙溪庙组气主要来源于须家河组烃源岩［5］。八角场地区气源是仅基于少量几件天然气样品的δ13C2值判识，这些样品的特征较为特殊，δ13C2值偏低普遍小于-31.0‰，而δ13C3值偏高普遍大于-23‰［4，8］。按照一般煤成气和油型气组分碳同位素划分的界限［9］，依据δ13C3和δ13C2值划分的结果是相反的，八角场地区天然气的成因及来源显然还需要进一步明确。另外，须家河组被证明是川中沙溪庙组油气的重要来源，然而须家河组来源的天然气究竟是来自川西还是川中须家河组烃源岩，目前尚不明确［10］。前人基于储层古压力的研究，提出川西至川中沙溪庙组天然气运移的动力充足［5］，川中沙溪庙组天然气可能是从川西运移至川中成藏的。轻烃的研究表明，川中天然气及其伴生油主要为烃源岩成熟阶段的产物［11］。基于流体包裹体均一温度方法恢复的川中沙溪庙组成藏期次主要为2期，分别为晚燕山期和早喜马拉雅期［5，12］。然而，川西坳陷须家河组烃源岩在晚燕山期时埋深较大［13］，如果是川西坳陷来源那么天然气的成熟度会明显较高。因此，非常有必要对川西和川中天然气开展更为系统的地球化学对比研究，以支撑油气成藏过程的分析。如果川中沙溪庙组天然气主要是从川西坳陷经河道砂体横向运移成藏，那么河道展布将是进一步目标部署和研究的重点。如果通过川中地区断裂输导，那么断裂的刻画将是勘探目标部署的重要研究内容。
本文在川中烃源岩评价的基础上，基于川西新场、大兴西、平落坝与川中秋林—金华、八角场以及公山庙地区沙溪庙组天然气组分、碳同位素组成的对比，结合天然气轻烃分析，探讨了秋林—金华、八角场沙溪庙组天然气的成因和来源。通过天然气成熟度的系统计算，结合前人对川西和川中沙溪庙组气藏成藏期次时间的研究，进一步完善了沙溪庙组天然气成藏过程和模式，以期为研究区沙溪庙组的勘探部署提供一定的支撑。

1 地质概况

四川盆地是富含天然气资源的多旋回叠合盆地，位于古扬子板块西缘。川中地区侏罗系除了已经探明的公山庙、中台山、莲池、桂花和金华5个油田（图1），还发现了八角场、秋林等多个含油气构造［14］。公山庙和八角场地区多口井在沙溪庙组获得工业油气流，近年来，多口井在秋林—金华地区沙溪庙组获高产，从而发现了金秋气田，显示出很大的勘探潜力。
图1 四川盆地中西部主要油气田及构造分布

Fig.1 Distribution of the main oil or gas fields and structures in the central and western Sichuan Basin

川中地区上三叠统须家河组以辫状河三角洲和湖相沉积为主，自下而上可以划分为6段，其中须二段、须四段和须六段砂岩发育，是研究区重要的储层，须一段、须二段和须三段烃源岩较为发育（图2）。须家河组烃源岩沉积中心位于川西，烃源岩自川西至川中具有减薄的趋势（图1），研究区须家河组烃源岩厚度总体介于300~500 m之间［15］。侏罗系自下而上发育自流井组、凉高山组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组。自流井组大安寨段和凉高山组湖相泥岩生烃潜力高，分布广，被认为是侏罗系的主力烃源岩。自流井组大安寨段和凉高山组的沉积中心位于川中北部（图1），泥岩厚度自川西至川中具有增厚的趋势［16］。沙溪庙组是侏罗系的重要储层，沙一段为滨浅湖—三角洲沉积，发育超低孔、超低渗储层，平均孔隙度和渗透率分别为4.48%和0.23×10-3 μm2［17］。沙二段主要发育河流相，共识别出23期河道沉积，其中含油气砂组有13期。优质储层发育于分流河道沉积微相，其孔隙度和渗透率分别可达12%和0.5×10-3 μm2以上［18-19］。遂宁组以滨浅湖相沉积为主，发育大面积紫红色泥岩，夹少量细砂—粉砂岩，厚度为500~600 m，构成了研究区良好的盖层。蓬莱镇组在川中地区发育不全，主要为三角洲沉积，发育灰白色砂岩与紫红色泥岩互层，残存厚度为400~600 m。
图2 川中侏罗系和上三叠统地层柱状图

Fig.2 Stratigraphic column of Jurassic and Upper Triassic in the central Sichuan Basin

2 样品与实验

为了明确烃源岩生烃潜力，本文研究采集了川中地区须家河组、大安寨段和凉高山组烃源岩共7口井37件岩心或岩屑样品进行了总有机碳含量（TOC）和热解分析。须家河组烃源岩样品13件，其中PL10井8件、J46-0井3件、GS1井2件；大安寨段12件，其中G1井3件、X9井3件、JN3井1件、PL10井5件；凉高山组11件，其中X9井3件、G17井5件、GS1井2件、PL10井1件。GS1井和PL10井样品为岩屑，其余均为岩心样品。TOC和热解均在长江大学地球化学实验室完成，使用仪器分别为CS-200碳硫分析仪和OGE-Ⅵ油气评价工作站，操作步骤依据国家标准《沉积岩中总有机碳测定》（GB/T 19145—2003）和《岩石热解分析》（GB/T-18602—2012）。
本文研究应用钢瓶采集了川中地区19件天然气样品，其中沙溪庙组气样17件，须家河组气样2件，分布在公山庙地区（3件）、八角场地区（7件）以及秋林—金华地区（9件）。所取得的19件样品完成了天然气碳同位素分析，天然气碳同位素在气相色谱—氧化系统—稳定同位素质谱仪（Trace GC-ISOLINK-MAT 253 IRMS）上完成，检测标准依据石油与天然气行业标准《有机物和碳酸盐岩碳、氧同位素分析方法》（SY/T 5238—2008）。选取了川中典型沙溪庙组气样12件进行了天然气组分分析（表1），天然气组分在Agilent 6890N气相色谱仪上完成，检测标准依据国家标准《天然气组成分析气相色谱法》（GB/T 13610—2014）。另外，为了明确八角场地区天然气成因，选择了11件沙溪庙组天然气样品进行了轻烃分析，该项分析在Agilent 6890A气相色谱仪上进行，检测标准依据石油天然气行业标准《石油和沉积有机质烃类气相色谱分析方法》（SY/T 5779—2008）。天然气分析测试在中国石油大学（北京）油气资源与工程全国重点实验室完成。
表1 四川盆地中部地区侏罗系沙溪庙组典型天然气样品气体组成

Table 1 List of natural gas complsition of Jurassic Shaximiao Formation in the central Sichuan Basin

序号 井号 区域 层位 天然气组成/%
CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 nC4H10 iC5H12 nC5H12 CO2 N2
1 G16 公山庙 J2 s 1 64.06 14.62 11.85 1.74 4.39 1.00 1.46 0.09 0.79
2 GH18 J2 s 1 65.19 12.99 9.77 1.74 5.73 1.50 2.46 0.02 0.61
3 GH16 J2 s 1 78.80 11.15 5.69 0.64 1.72 0.28 0.42 0.04 1.26
4 J62-1 八角场 J2 s 2 85.96 6.18 2.64 0.60 1.07 0.33 0.46 0.01 2.76
5 J60-6H J2 s 2 84.24 7.36 3.46 0.80 1.18 0.35 0.37 0.00 2.23
6 J63-3 J2 s 2 85.11 9.37 2.92 0.57 0.68 0.23 0.20 0.00 0.93
7 J70 J2 s 2 84.48 9.70 3.34 0.73 0.92 0.31 0.29 0.08 0.15
8 J71H J2 s 2 86.77 8.41 2.67 0.58 0.70 0.26 0.22 0.01 0.38
9 JH5 金华—秋林 J2 s 2 87.11 7.75 2.45 0.57 0.67 0.26 0.22 0.01 0.96
10 QL10 J2 s 2 92.08 5.33 1.63 0.24 0.46 0.11 0.15 / /
11 Q8 J2 s 2 87.72 7.38 1.94 0.48 0.52 0.21 0.16 0.01 1.58
12 QL16 J2 s 2 89.49 7.00 1.67 0.41 0.41 0.18 0.12 0.00 0.72

3 烃源岩评价

自流井组大安寨段和凉高山组烃源岩有机质丰度相近［图3（a）］，大安寨段烃源岩TOC值介于0.54%~2.22%之间，平均值为1.29%，凉高山组样品TOC值介于0.48%~2.79%之间，平均值为1.30%，按照石油与天然气行业标准《陆相烃源岩评价》（SY/T 5735—1995）总体属于中等—好的烃源岩。T max—I H图是判识有机质类型的常用方法，如图3（b）所示，大安寨段和凉高山组烃源岩有机质类型为Ⅱ1—Ⅱ2型。大安寨段和凉高山组烃源岩T max值相差不大，分别介于441~460 ℃（平均为448 ℃）和441~466 ℃（平均为444 ℃）之间。按照陆相烃源岩成熟阶段划分标准，成熟阶段烃源岩T max值介于440~450 ℃之间，高成熟阶段烃源岩T max值介于450~580 ℃之间。川中大安寨段和凉高山组烃源岩均处于成熟阶段。
图3 川中烃源岩有机质丰度评价［TOC vs.（S 1+S 2）］（a）和有机质类型评价（T max vs. I H）（b）（图版据文献［21］）

Fig.3 Cross plots of organic matter abundance evoluation TOC vs. （S 1+S 2） （a） and organic matter type evoluation T max vs. I H （b） for source rocks from the central Sichuan Basin（the plate is cited from Ref.［21］）

须家河组泥岩非均质性强，有机质丰度差至极好均有分布，TOC值主要介于0.4%~11.5%之间，部分煤岩或煤系泥岩样品TOC值可达30.0%以上。须家河组烃源岩T max值普遍较高，介于438~489 ℃之间，平均值为472 ℃，主要为高成熟烃源岩。由于须家河组烃源岩成熟度较高，大部分的样品应用T max—I H图难以判识有机质类型，仅少量成熟度较低的样品可以指示其有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型［图3（b）］。并且，川中煤岩的干酪根碳同位素值介于-24.4‰~-24.2‰之间，泥岩以及炭质泥岩干酪根碳同位素值主要介于-27.1‰~-26.0‰［20］之间，同样指示须家河组烃源岩有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型。
大安寨段和凉高山组烃源岩样品氢指数（I H）和生烃潜力（S 1+S 2）相近，均明显高于须家河组烃源岩，显示侏罗系烃源岩具有更高的生烃潜力。总之，川中地区自流井组大安寨段和凉高山组泥岩为有机质丰度中等—好、Ⅱ1—Ⅱ2型、成熟的烃源岩。须家河组烃源岩为有机质丰度差—极好、Ⅱ2—Ⅲ型、成熟—高成熟的烃源岩。

4 天然气成因与来源

4.1　天然气组分

天然气组分分析表明沙溪庙组天然气均以烃类气体为主（含量普遍高于97.0%），含有少量N2和CO2，不含H2S。烃类气体以甲烷为主，甲烷含量介于64.1%~92.1%之间，并且不同区块存在一定的差异（表1）。公山庙地区沙溪庙组天然气甲烷含量最低，介于64.1%~78.8%之间，重烃气（ C 2 +）含量较高，介于19.9%~35.1%之间。八角场地区天然气甲烷含量略低于秋林—金华地区天然气，甲烷含量分别介于84.2%~86.8%和87.1%~92.1%之间，重烃气含量分别介于11.3%~15.3%和7.9%~11.9%之间。
为了对比川西和川中沙溪庙组天然气特征，本文研究参考了前人发表的川西大兴西、平落坝和新场的天然气数据（表2）。川西沙溪庙组天然气干燥系数（C1/C1-5）普遍高于0.94，秋林—金华、八角场和公山庙沙溪庙组天然气样品干燥系数平均值分别为0.91、0.88和0.70。从川西至川中沙溪庙组天然气甲烷含量呈现降低的趋势（图1），重烃气含量增加，可能反映了川西须家河组和川中侏罗系烃源岩对天然气分布的控制。
表2 四川盆地西部与中部沙溪庙组天然气样品不同公式计算的天然气成熟度

Table 2 List of maturity calculated by different formulas for gas samples in the Shaximiao Formation in central and western Sichuan Basin

序号 井号 区域 层位 δ13C1/‰ δ13C2/‰ 成熟度 R O/%
公式（1） 公式（2） 公式（3） 公式（4） 公式（5） 公式（6）
1 G16 公山庙 J2 s 1 -43.3 -34.0 0.70 / / 0.85 / 0.93
2 GH18 J2 s 1 -47.1 -35.3 0.39 / / 0.49 / 0.65
3 GH16 J2 s 1 -47.9 -35.7 0.34 / / 0.44 / 0.61
4 J62-1 八角场 J2 s 2 -39.2 -29.7 1.32 / / 1.55 / 1.36
5 QL18 J2 s 2 -37.9 -27.9 0.07 0.26 0.84 0.56 0.54 0.96
6 J60-6H J2 s 2 -37.7 -28.8 0.07 0.27 0.84 0.58 0.42 0.98
7 J63-3 J2 s 2 -38.9 -26.1 0.05 0.20 0.80 0.48 0.90 0.88
8 J70 J2 s 2 -39.3 -26.2 0.05 0.18 0.78 0.45 0.87 0.85
9 J71H J2 s 2 -38.9 -25.9 0.05 0.20 0.80 0.48 0.95 0.88
10 J53 T3 x -40.1 -26.2 0.04 0.14 0.75 0.39 0.87 0.79
11 QL10 秋林—金华 J2 s 2 -38.6 -27.45 0.06 0.21 0.68 0.50 0.61 0.90
12 JN23 J2 s 2 -36.3 -25.0 0.11 0.39 0.85 0.73 1.22 1.11
13 JH5 J2 s 2 -38.5 -25.4 0.06 0.22 0.68 0.51 1.09 0.91
14 QL17 J2 s 2 -35.7 -23.9 0.13 0.46 0.91 0.81 1.65 1.18
15 QL203-H1 J2 s 2 -34.4 -23.6 0.18 0.65 1.04 0.99 1.81 1.33
16 Q8 J2 s 2 -35.8 -24.2 0.12 0.45 0.90 0.79 1.53 1.17
17 QL16 J2 s 2 -35.1 -24.8 0.15 0.54 0.97 0.89 1.29 1.25
18 QL202 J2 s 2 -35.54 -23.78 0.13 0.48 0.93 0.83 1.72 1.20
19 JN2 T3 x -39.4 -25.3 0.05 0.17 0.62 0.44 1.12 0.84
20 DX2 大兴西 J2 s -34.49 -23.48 0.18 0.64 1.03 0.98 1.88 1.32
21 DX3 J2 s -34.05 -24.21 0.20 0.72 1.08 1.06 1.53 1.37
22 DX4 J2 s -33.54 -22.45 0.23 0.82 1.14 1.15 2.51 1.44
23 DXQ5 J2 s -33.34 -22.47 0.24 0.87 1.16 1.19 2.49 1.47
24 DX5 T3 x -32.67 -20.68 0.29 1.04 1.24 1.32 4.13 1.56
25 PL2 平落坝 J2 s -39.21 -25.45 0.05 0.18 0.64 0.46 1.08 0.85
26 PL1-1 J2 s -38.25 -25.01 0.06 0.23 0.70 0.53 1.22 0.93
27 PQ1 J2 s -38.5 -25 0.06 0.22 0.68 0.51 1.22 0.91
28 PL13 J2 s -36.8 -23.5 0.09 0.34 0.81 0.68 1.87 1.07
29 PQ9 J2 s -34.1 -23.8 0.20 0.71 1.07 1.05 1.71 1.37
30 CX134-2 新场 J2 s -36.7 -24.4 0.10 0.35 0.82 0.69 1.45 1.08
31 CX37 J2 s -36.1 -23 0.11 0.42 0.88 0.76 2.15 1.14
32 CX454 J2 s -35.02 -22.5 0.15 0.55 0.98 0.90 2.47 1.26
33 MS1 J2 s -33.52 -23.84 0.23 0.83 1.14 1.15 1.69 1.44
34 CX132 J2 s -33.66 -21.89 0.22 0.80 1.12 1.13 2.94 1.42
35 CX117 J2 s -34.86 -23.52 0.16 0.58 0.99 0.93 1.86 1.28
36 CX105 J2 s -33.03 -23.11 0.26 0.94 1.20 1.25 2.08 1.51

公式（1）［35］：煤成气：δ13C1=8.6LgR O-28；油型气：δ13C1=14.8LgR O-41。公式（2）［36］：δ13C1=8.64LgR O-32.8。公式（3）［37］：δ13C1≈48.77LgR O-34.1（R O≤0.9%）； δ13C1≈22.42LgR O-34.8（R O>0.9%）。公式（4）［39］：煤成气：δ13C1≈14.12LgR O-34.39；油型气：δ13C1≈15.8LgR O-42.2。公式（5）［39］：δ13C2≈8.16LgR O-25.71。公式（6）［40］：煤成气：δ13C1=25LgR O-37.5；油型气：δ13C1=25LgR O-42.5。样品1—样品4按油型气成熟度公式计算，样品5—样品35按煤成气成熟度公式计算。川西大兴西、平落坝和新场天然气同位素数据据文献［25⁃28，43］

4.2　天然气碳同位素组成及成因类型

川中沙溪庙组天然气样品碳同位素均呈现出δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4的分布特征。公山庙地区沙溪庙组天然气甲烷和乙烷碳同位素值分别介于-47.9‰~-43.3‰和-35.7‰~-34.0‰之间（表2）。八角场天然气甲烷碳同位素值介于-39.2‰~-37.7‰之间，乙烷碳同位素值介于-29.7‰~-25.9‰之间。而秋林—金华地区天然气甲烷和乙烷碳同位素值分别介于-38.6‰~-34.4‰和-27.5‰~-23.6‰之间。川西新场天然气甲烷碳同位素值介于-36.7‰~-33.0‰之间，乙烷碳同位素值介于-24.4‰~-21.9‰之间。显然，从川西至川中沙溪庙组天然气碳同位素呈现出逐渐偏轻的特点，可能表明腐泥型烃源岩贡献的增加。
天然气δ13C1与C1/（C2+C3）关系图显示，川西和川中沙溪庙组天然气均为热成因气（图4），并且川西沙溪庙组气成熟度相对最高，川中公山庙沙溪庙组气成熟度最低，而秋林—金华以及八角场天然气成熟度介于两者之间。相对于甲烷、乙烷和丙烷受成熟度等因素影响较小，能更好地反映母质来源，δ13C2和δ13C3常被用于判识天然气成因［22］。一般认为，煤成气δ13C2>-28.0‰、δ13C3>-25.5‰，油型气δ13C2<-28.5‰、δ13C3<-27‰［23］。
图4 川西和川中侏罗系沙溪庙组天然气样品δ13C1与C1/（C2+C3）相关关系

（图版据文献［24］；大兴西、平落坝和新场天然气数据据文献［25-28］）

Fig.4 Correlation diagram between δ13C1 and C1/（C2+C3） values of gas samples from the Jurassic Shaximiao Formation from wells in the central and western Sichuan Basin

天然气δ13C1—δ13C2—δ13C3成因类型鉴别图版，被广泛地应用于天然气成因的研究［5， 23］。如图5（a），川中公山庙沙溪庙组天然气为油型气，川西大兴西、平落坝和新场沙溪庙组天然气为煤成气，秋林—金华沙溪庙组主要为煤成气，仅QL10井天然气样品点落在了混合气区域。八角场地区沙溪庙组天然气类型较为复杂，煤成气、油型气和混合气均存在。八角场地区10件沙溪庙组天然气样品大体呈现出3种特征。J63-3、J71H和J70井乙烷和丙烷碳同位素值均偏高，样品点均落在煤成气区域。J62-1、J60-6H和QL18井样品点落在油型气—混合气区域。J60、J63-1、J62和J61-4井天然气样品按照δ13C2判识为油型气，而按照δ13C3判识却为煤成气［图5（b）］。
图5 川西和川中地区不同构造单元（a）和八角场地区（b）沙溪庙组δ13C1—δ13C2—δ13C3有机成因烷烃气鉴别

（图版据文献［23］；J60、J63-1、J62和J61-4天然气碳同位素数据据文献［4，8］）

Fig.5 Cross plots of δ13C1， δ13C2 and δ13C3 identification for gas samples from structures in the central and western Sichuan Basin （a）， and from the Bajiaochang structure in the central Sichuan Basin （b）

有机成因天然气碳同位素值一般呈现出δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4的特征。CHUNG等［29］基于同位素动力学分馏效应，提出了烷烃气碳数与其碳同位素值存在理想的相关关系，可以简略地表述为烷烃气碳数的倒数与其碳同位素值呈线性关系。“δ13C—1/n”关系曲线也被称为“天然气曲线”，常被用于判识天然气是否为混合成因，是否受生物降解以及运移效应的影响［30-31］。川西平落坝和新场沙溪庙组天然气δ13C与1/n基本呈线性相关，CX132井样品的天然气曲线发生了弯曲，似乎受到某种因素影响导致乙烷碳同位素值偏高［图6（a）］。生物成因气碳同位素值偏低，生物气的混入会导致天然气同位素值变轻，而运移效应主要会对甲烷同位素值产生影响［32］，因此CX132井样品天然气曲线发生弯曲不可能是生物成因气混入或者运移效应导致的。新场沙溪庙组天然气主要来源于须家河组烃源岩［25］，须一段、须三段和须五段烃源岩生烃潜力高，CX132样品天然气曲线发生弯曲很可能是不同层段来源气混合所致。公山庙地区沙溪庙组油型气碳同位素值偏低，且δ13C与1/n呈线性相关［图6（b）］，表明其来源于大安寨段或凉高山组湖相烃源岩并没有须家河组的贡献。秋林—金华地区大部分样品的天然气曲线与新场沙溪庙组气的天然气曲线相近［图6（c）］。QL10井样品的天然气曲线发生了明显的弯曲，可能是来源于大安寨段或凉高山组的油型气混入导致的。油型气的碳同位素值偏负，且 C 2 +含量高，对QL10井样品的乙烷、丙烷和丁烷碳同位素值产生了明显的影响。八角场地区J63-3、J70、J71H井的天然气曲线与川西和川中须家河组气的天然气（J53和JN2井）曲线均较为相近，表明其具有相似的母质来源。QL18和J62-1井样品的天然气曲线也发生了弯曲，与QL10井样品的特征相近，可能也是须家河组来源气与侏罗系来源的油型气混合所致。J60-6H井天然气曲线发生了弯曲，乙烷同位素值偏低。特别是J61-4、J63-1、J60和J62井样品的乙烷碳同位素值异常偏低，甲烷、丙烷和丁烷碳同位素值与须家河组气（J53）相当，而乙烷碳同位素值达到了油型气的标准［图6（d）］。目前对于这种现象尚难以解释，很可能也是由于混合作用引起的同位素分馏所致。因此，八角场地区的10件样品，除了3件为煤成气，其他7件均或多或少地受到了侏罗系气混入的影响。总之，公山庙地区沙溪庙组气为成熟的油型气，主要来源于大安寨段或凉高山组湖相烃源岩。秋林—金华地区主要为成熟—高成熟的煤成气，存在少量的混合气，其主要来源于须家河组烃源岩，有侏罗系烃源岩的贡献。八角场地区沙溪庙组气主要为成熟的煤成气和混合气，来源于须家河组烃源岩和侏罗系烃源岩。
图6 川西和川中地区不同构造单元沙溪庙组天然气δ13C和碳数倒数（1/n）相关关系

（J60、J63-1、J62和J61-4天然气碳同位素数据据文献［4，8］）

Fig.6 Plots of inverse carbon number of alkanes （1/n） and δ13C n for gas samples from different structures in the central and western Sichuan Basin

4.3　天然气轻烃特征

天然气轻烃含有非常丰富的地球化学信息，被广泛地应用于天然气成因、成熟度等研究。本文研究应用气相色谱，不仅检测到了C1—C4气态烃，还检测到了C5—C7共20个轻烃化合物，主要包括链烷烃和环烷烃（图7）。
图7 川中地区Q8井（a）和J62-1井（b）沙溪庙组天然气轻烃分布特征

注： iC5： 异戊烷； nC5： 正戊烷；2，2-DMC4： 2，2-二甲基丁烷；CyC5： 环戊烷；2-MC5： 2-甲基戊烷；3-MC5： 3-甲基戊烷；nC6： 正己烷；2，2-DMC5： 2，2-二甲基戊烷；MCyC5： 甲基环戊烷；2，4-DMC5 ： 2，4-二甲基戊烷； 3，3-DMC5： 3，3-二甲基戊烷；CyC6： 环己烷；2-MC6： 2-甲基己烷；2，3-DMC5： 2，3-二甲基戊烷；1，1-DMCyC5： 1，1-二甲基环戊烷；3-MC6： 3-甲基己烷；1， c3-DMCyC5： 顺-1，3-二甲基环戊烷；1， t3-DMCyC5： 反-1，3-二甲基环戊烷；nC7：正庚烷；1， t2-DMCyC5： 反-1，2-二甲基环戊烷；MCyC6： 甲基环己烷

Fig.7 Gas chromatogram of nature gas from the Shaximiao Formation from the Wells Q8 （a） and J62-1 （b） in the central Sichuan Basin

轻烃组成中丰富的正构烷烃含量，一般指示腐泥型母质的贡献较高。甲基环己烷（MCyC6）被认为主要来源于高等植物的木质素、纤维素及糖类，常被用于指示腐殖型母质的贡献［33］。秋林—金华地区Q8天然气样品相对富含MCyC6，而八角场地区J62-1井气样的正己烷（nC6）和正庚烷（nC7）的相对含量更高（图7），进一步表明川中沙溪庙组气存在多个来源。
正庚烷、二甲基环戊烷和甲基环己烷三角图显示，秋林—金华地区沙溪庙组天然气富含甲基环己烷呈现出煤成气的特点，公山庙地区天然气样品相对富含正庚烷表现为油型气的特点。八角场地区5件气样中大部分样品的C7轻烃组成特征与秋林—金华天然气相近，为煤成气。而J62-1井天然气C7轻烃组成与公山庙地区的油型气相似［图8（a）］。甲基环戊烷、环己烷和正己烷三角图呈现的结果与正庚烷、二甲基环戊烷和甲基环己烷三角图一致［图8（b）］。J62-1井的碳同位素值和轻烃组成均表现为油型气，但值得注意的是J62-1井天然气轻烃组成基本与公山庙地区典型的油型气无异，而天然气乙烷和丙烷碳同位素值均明显比公山庙油型气偏高，几乎达到了混合气的范围［图5（b）］。很可能是侏罗系来源的成熟油型气轻烃含量较须家河组来源的煤成气轻烃含量显著要高，使得即便发生混合其轻烃组成仍呈现出侏罗系油型气的特点。另外，J62-1井的天然气曲线发生了明显的弯曲，呈现出混合气的特点，综合分析判定J62-1井为混合气。因此，上文通过碳同位素特征得出的八角场地区沙溪庙组天然气主要为煤成气和混合气的结论是可靠的。
图8 川中沙溪庙组天然气正庚烷、二甲基环戊烷和甲基环己烷三角图（a）和甲基环戊烷、环己烷和正己烷三角图（b）（底图据文献［33-34］）

Fig.8 Ternary diagrams of methylcyclohexane （MCyC6）， dimethyl-cyclopentanes （DMCyC5） and n-heptane （nC7） （a）， cyclohexane （CyC6）， methylcyclopentane （MCyC5） and n -hexane （nC6） （b） of gas samples from different strcutures in the central Sichuan Basin（the plate is cited from Refs.［33-34］）

4.4　天然气成熟度

天然气成熟度的厘定对于分析天然气来源和成藏过程具有重要的意义，然而天然气成熟度的计算一直是地球化学研究的难点。按照成因，天然气可以分为有机成因气、无机成因气和混合成因气，而有机成因气按照母质类型可分为煤成气和油型气［9］。前人针对煤成气和油型气的成熟度均进行了研究并提出了多个成熟度计算的公式，本文选取了代表性计算公式对沙溪庙组天然气的成熟度进行了计算，并对计算结果进行了对比评价。SCHOELL［35］基于对美国和西北欧不同类型有机质生气过程的研究提出了煤成气和油型气δ13C1与源岩镜质体反射率（R O）的关系式。然而，按照该计算公式沙溪庙组天然气均为未成熟气（R O<0.5%）（表2），显然与地质认识不符合。可能国外海相盆地的有机质与四川盆地陆源有机质存在较大差异，其生气过程中同位素分馏机理并不相同。沈平等［36］基于我国多个区域天然气的研究，提出了煤成气的计算公式。但是该公式应用的前提条件是研究区地层连续沉积且并未发生大规模的抬升剥蚀。川中侏罗系在晚白垩世发生抬升，现今上侏罗统出露地表遭受了明显的剥蚀，因此该公式也并不适用于研究区（表2）。刘文汇等［37］提出了煤成气δ13C1与R O二阶段分馏模式的关系式。但是，川中沙溪庙组天然气整体处于成熟—高成熟阶段，难以确定应用哪一关系式更适用于本研究区（表2）。戴金星等［38-39］基于我国多个盆地大量样品的研究提出了煤成气和油型气δ13C1与R O的关系式［表2，公式（4）］，以及煤成气δ13C2与R O的关系式［表2，公式（5）］。陈建平等［40］基于准噶尔盆地和吐哈盆地天然气的研究，提出了δ13C1判识天然气成熟度的新公式［表2，公式（6）］。公式（4）的计算结果显示公山庙和八角场地区沙溪庙和须家河组的天然气（J53和JN2井）均为未熟—低熟气（R O<0.7%），这一结果与轻烃参数计算的结果差异显著［5］，与前人［41-42］关于川中须家河组天然气研究的认识也不相符合。公式（5）和公式（6）分别是基于δ13C2和δ13C1与R O的相关关系建立的，公式（5）的计算结果总体略高于公式（6）的计算结果，目前尚难以判定哪个公式对于研究区煤成气成熟度计算更为准确。可以确定的是，当有油型气混入时，由于川中油型气中乙烷含量更高，用公式（5）计算成熟度的结果误差相对较大，如QL18和J60-6H井。然而，无论是公式（5）还是公式（6）均显示秋林—金华地区的沙溪庙组天然气成熟度高于八角场和公山庙地区天然气，秋林—金华地区天然气为成熟—高成熟天然气（R O=0.5%~2.0%），而八角场地区主要为成熟天然气（R O=0.5%~1.3%）。

5 成藏过程探讨与启示

须家河组、自流井组大安寨段和凉高山组烃源岩在研究区分布广泛。须家河组沉积中心位于川西，从川西至川中烃源岩的厚度呈现逐渐减薄的趋势。而大安寨段和凉高山组烃源岩从川西至川中厚度逐渐增加（图1）。对于沙溪庙组天然气而言，川西新场天然气来源于须家河组，金华—秋林地区天然气主要来源于须家河组，有少量侏罗系天然气混入。八角场地区侏罗系烃源岩的贡献明显增大，许多天然气样品呈现出混合气，甚至油型气的特征，而公山庙地区沙溪庙组天然气则主要来源于侏罗系烃源岩。烃源岩的分布明显控制着沙溪庙组气藏的分布。
公山庙地区沙溪庙组气藏主要为近源成藏［17］。秋林—金华地区沙溪庙组天然气主要来源于须家河组，那么存在2种可能的路径：一种是从川西坳陷东斜坡须家河组经断层和河道砂体运移至秋林—金华一带成藏；另一种是从川中须家河组经断层输导进入沙溪庙组成藏。笔者通过分析认为第一种路径更为合理（图9），首先，川西须家河组烃源岩生气强度大，天然气从川西斜坡至川中是从构造低部位向高部位运移，动力充足。张本键等［5］也提出流体驱替压力是致密气从川西坳陷向川中地区运移的主要动力。其次，川西坳陷东坡至川中一带沙溪庙组河道砂体发育，相互叠置［44］，具备形成运移通道的条件。相反，秋林—金华地区大型断裂并不发育［18］，不具备断裂直接输导的条件，并且如果断裂发育势必会如同八角场地区形成大量的混合气藏，而这与勘探现状是不符合的。另外，就成藏时间而言，川西东斜坡沙溪庙组存在3期天然气成藏，分别为141~128 Ma、105~88 Ma、83~68 Ma［13］。秋林—金华地区沙溪庙组存在2期天然气成藏，分别是88~68 Ma和47~38 Ma［5］。秋林—金华地区第二期主要为构造调整引起的天然气二次充注［5］，而第一期正好对应川西东斜坡的第三期的成藏时间。从天然气特征来看，金华—秋林地区沙溪庙组天然气成熟度普遍高于川中须家河组天然气的成熟度（J53和JN2井，见表2），而与川西新场天然气的成熟度相当。因此，综合分析认为秋林—金华地区沙溪庙组的煤成气主要是从川西坳陷东坡经横向运移再聚集成藏的。
图9 川西—川中地区沙溪庙组天然气成藏模式示意（剖面位置见图1A—B线）

Fig.9 Cartoon west-east cross section showing the accumulation of nature gas in the Shaximiao Formation in the central and western Sichuan Basin（the profile position is shown in Fig.1A-B）

对于八角场地区，该区断至须家河组的大型断裂发育，如角1断层［18］。八角场地区沙溪庙组主要为煤成气和混合气，并且煤成气样品的成熟度普遍比秋林—金华地区天然气样品的成熟度低，而与川中须家河组天然气成熟度相近（J53和JN2井，见表2）。八角场地区沙溪庙组的煤成气可能是由下部须家河组烃源岩生成，经过断层纵向疏导进入沙溪庙组的。当然，也可能是从川西沙溪庙组经横向运移至八角场地区的，毕竟天然气运移过程中碳同位素分馏效应可能导致天然气逐渐富集12C，从而导致成熟度计算的结果偏低。考虑到八角场地区沙溪庙组许多天然气样品表现出混合气的特点，并且该地区断裂附近的大安寨段天然气也明显受到了须家河组气混入的影响［14］。八角场地区沙溪庙组煤成气可能主要是由下部须家河组烃源岩生成，经过断层纵向疏导进入沙溪庙组成藏的。
上述2种充注路径对勘探研究的方向以及目标的部署影响显著。对于金华—秋林地区而言，河道砂体的展布、致密砂岩储层的成岩演化以及局部构造是控制甜点分布的重要因素，而小型的断裂可能主要起到的是改善储层的作用。中江气田位于川西坳陷东斜坡带，介于新场与秋林—金华地区之间。中江地区沙溪庙组天然气主要通过断层从须家河组进入沙溪庙组储层，断层和砂体的配置关系是影响气水分布的重要因素［45］。八角场地区较大规模的断层相对发育，这些断层是沟通储层和烃源层的通道。可能与中江地区沙溪庙组气藏类似，断砂配置关系是影响八角场地区致密砂岩天然气富集的重要因素。

6 结论

（1）川中地区须家河组烃源岩生气潜力高，为有机质丰度差—极好、Ⅱ2—Ⅲ型、成熟—高成熟的烃源岩。大安寨段和凉高山组泥岩为有机质丰度中等—好、Ⅱ1—Ⅱ2型、成熟的烃源岩。须家河组烃源岩主要分布在川西，从川西至川中厚度呈现减薄的趋势。而大安寨段和凉高山组烃源岩从川西至川中厚度逐渐增加。
（2）秋林—金华地区天然气特征与川西新场地区天然气特征相似，主要为成熟—高成熟的煤成气，主要来源于须家河组烃源岩。八角场地区沙溪庙组天然气主要为成熟的煤成气和混合气，来源于须家河组烃源岩和侏罗系烃源岩。而公山庙地区沙溪庙组天然气为成熟的油型气，来源于大安寨段和凉高山组烃源岩。须家河组腐殖型烃源岩和侏罗系腐泥—腐殖型烃源岩的分布控制着川西川中地区不同成因天然气的有序分布。
（3）秋林—金华地区沙溪庙组的煤成气主要从川西坳陷东坡须家河组经断层和河道砂体运移聚集成藏。川西至川中河道砂体的展布是影响秋林—金华地区天然气分布的关键因素。相比于秋林—金华地区，八角场地区沟通沙溪庙组储层与须家河组烃源层的断层发育，断层纵向输导可能是八角场地区天然气充注的重要路径。八角场地区断砂配置关系是制约沙溪庙组致密砂岩气富集的一个重要因素。

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