史樹(shù)勇等-IJCG:四川盆地及其周緣構(gòu)造演化對(duì)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖埋藏、熱演化及甲烷生成的影響
四川盆地及其周緣地區(qū)廣泛發(fā)育有五峰—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖,該套頁(yè)巖是我國(guó)目前海相頁(yè)巖氣重要的產(chǎn)出層位。近些年來(lái),相繼在焦石壩、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、丁山、昭通、彭水和正安等地區(qū)取得了重要突破。但值得注意的是,不同地區(qū)五峰—龍馬溪頁(yè)巖的埋深、烴源巖厚度、熱成熟度、頁(yè)巖氣資源量和保存條件存在明顯差異,與其所經(jīng)歷的構(gòu)造演化過(guò)程的差異密切相關(guān)。四川盆地經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),但不同地區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程對(duì)該套頁(yè)巖埋藏、熱演化史及甲烷生成的影響尚不明確,對(duì)頁(yè)巖氣保存和差異性富集的影響也需進(jìn)一步研究。

圖1 四川盆地及其周緣地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造圖及代表性模擬井位分布(圖片改自Feng et al, 2023, MPG)
針對(duì)上述問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的史樹(shù)勇博士后在彭平安院士和王云鵬研究員的指導(dǎo)下,采用PetroMod盆地模擬軟件建立了四川盆地及周緣7個(gè)地區(qū)代表性井位(圖1)的一維地質(zhì)模型,具體包括彭水(彭頁(yè)1井,PY1)、正安(安頁(yè)1井,AY1)、焦石壩(焦頁(yè)1井,JY1)、長(zhǎng)寧(寧201井,N201)、丁山(丁頁(yè)1井,DY1)、習(xí)水(習(xí)科3井,XK3)和威遠(yuǎn)(威201井,W201)(圖2)。另外奧陶—志留紀(jì)是全球海相烴源巖形成的重要時(shí)期,五峰—龍馬溪頁(yè)巖已經(jīng)達(dá)到了高過(guò)成熟階段(等效鏡質(zhì)體反射率Req?> 2.0 %),沒(méi)有合適的低成熟樣品進(jìn)行生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)研究,也無(wú)法用于該套頁(yè)巖的生氣過(guò)程以及頁(yè)巖氣資源量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本研究我們選取了采自波蘭的早志留世低成熟Llandovery海相頁(yè)巖(Req?= 0.44 %),開(kāi)展了基于干酪根的封閉黃金管生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)研究。由于該頁(yè)巖的沉積時(shí)代、沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和五峰—龍馬溪頁(yè)巖相類(lèi)似,可以作為替代樣品進(jìn)行了生烴動(dòng)力學(xué)模擬,所獲得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)也可以用于五峰—龍馬溪頁(yè)巖的生氣過(guò)程和頁(yè)巖氣資源量評(píng)價(jià)。

圖2 四川盆地及其周緣不同地區(qū)代表性井位的埋藏史和熱演化史模型.(a)彭水地區(qū)彭頁(yè)1井,(b)正安地區(qū)安頁(yè)1井,(c)焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井,(d)長(zhǎng)寧地區(qū)寧201井, (e)丁山地區(qū)丁頁(yè)1井,(f)習(xí)水地區(qū)習(xí)科3井和(g)威遠(yuǎn)地區(qū)威201井.

圖3?四川盆地及其周緣不同地區(qū)代表性井位的五峰—龍馬溪頁(yè)巖的埋藏史(a),溫度史(b),熱成熟度演化史(c)和(d)生甲烷史.
研究結(jié)果表明,四川盆地及周緣地區(qū)主要經(jīng)歷了4期抬升剝蝕運(yùn)動(dòng)和1期與峨眉山玄武巖噴發(fā)有關(guān)的熱異常事件,根據(jù)埋藏史的特征可以細(xì)分為五個(gè)階段(圖2和圖3a):(I)早—中志留世快速埋藏階段;(II)加里東期抬升剝蝕階段;(III)二疊—三疊紀(jì)連續(xù)埋深和剝蝕階段;(IV)晚三疊世以來(lái)的持續(xù)埋深階段;和(V)晚白堊世以來(lái)的持續(xù)抬升剝蝕階段。
可以看到:不同地區(qū)鉆井五峰-龍馬溪頁(yè)巖受構(gòu)造演化的影響并不相同。威遠(yuǎn)地區(qū)位于川中古隆起的東南緣,在加里東期受到廣西運(yùn)動(dòng)的影響最為明顯,該時(shí)期威201井的剝蝕量約為900 m,明顯高于其他地區(qū)(100–200 m)。五峰—龍馬溪頁(yè)巖的溫度史和熱成熟度演化史主要受到埋藏過(guò)程和古熱流的協(xié)同演化控制(圖3b和c):在階段III期間,寧201井和焦頁(yè)1井的五峰—龍馬溪頁(yè)巖的埋深較大和古熱流值較高,導(dǎo)致其熱成熟度演化速率明顯高于其他地區(qū)。威201井在階段III的古熱流最高,由于該階段頁(yè)巖的埋藏較淺,古熱流對(duì)其成熟度演化的影響不明顯,其他4口井由于較淺的埋深或較低的古熱流,頁(yè)巖的成熟度在該階段演化較慢。古熱流在階段IV期間恢復(fù)正常(約為55 mW/m2),五峰—龍馬溪頁(yè)巖的成熟度演化主要受到埋深的影響,寧201井、焦頁(yè)1井和彭頁(yè)1井在該階段埋深最大(圖3a),導(dǎo)致其頁(yè)巖現(xiàn)今成熟度高于其他地區(qū)(圖3c)。甲烷史生成的模擬結(jié)果顯示(圖3d):寧201井和焦頁(yè)1井主要存在晚二疊世—早三疊世和中侏羅世—早白堊世2期關(guān)鍵的生甲烷階段,其它5口井主要存在1期生甲烷階段,這也主要受控于埋藏和熱演化過(guò)程差異的影響。寧201井和焦頁(yè)1井現(xiàn)今生甲烷強(qiáng)度分別為9.96和7.39 × 108?m3/km2,彭頁(yè)1井為4.41?× 108?m3/km2,而安頁(yè)1井、丁頁(yè)1井、習(xí)科3井和威201井低于2.73?× 108?m3/km2。
最后,本研究還從構(gòu)造演化過(guò)程差異的角度分析了不同地區(qū)五峰—龍馬溪頁(yè)巖氣保存和差異性富集的主控因素。相比于盆內(nèi)地區(qū),位于齊岳山斷裂以東地區(qū)的彭頁(yè)1井和安頁(yè)1井(圖1),由于過(guò)早地抬升(120–135 Ma,階段V;圖3a),生烴過(guò)程結(jié)束較早,隨后經(jīng)歷了更長(zhǎng)時(shí)間的抬升和頁(yè)巖氣逸散過(guò)程,導(dǎo)致該地區(qū)主要以常壓氣藏為主(壓力系數(shù) < 1.2)。這些常壓氣藏通常位于向斜核部埋深較大的地區(qū),頁(yè)巖氣資源量主要還是受控于埋藏深度。丁頁(yè)1井和習(xí)科3井位于西部靠近齊岳山斷裂的地區(qū),也是以常壓氣藏為主。該地區(qū)頁(yè)巖氣的資源量主要受控于與大斷裂的距離,離齊岳山斷裂較近的丁頁(yè)1井,頁(yè)巖氣更容易發(fā)生垂向和側(cè)向上的逸散。習(xí)科3井位于林灘場(chǎng)穹狀背斜、斷裂不發(fā)育的核部地區(qū),即使現(xiàn)今埋深僅有620 m,但頁(yè)巖的含氣量可達(dá)2.1–6.0 m3/t。保存條件較好,使得習(xí)水地區(qū)有望成為繼昭通之后下一個(gè)淺層頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)(圖1)。威201井也同樣位于威遠(yuǎn)背斜、斷裂不發(fā)育的核部地區(qū)。然而,威201井在廣西運(yùn)動(dòng)期間剝蝕量較大,龍馬溪組的頂部也遭受了嚴(yán)重的剝蝕,直接蓋層的封閉能力變差導(dǎo)致生成的烴類(lèi)物質(zhì)沿著不整合面發(fā)生大規(guī)模的逸散。即便該井現(xiàn)今的埋深(1545 m)高于習(xí)科3井,其日產(chǎn)氣量?jī)H有0.28萬(wàn)方。長(zhǎng)寧和焦石壩地區(qū)是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的主力區(qū),以超壓頁(yè)巖氣藏為主(壓力系數(shù) > 1.2),烴源巖埋藏深,厚度大,抬升晚和斷裂不發(fā)育是控制這兩個(gè)地區(qū)頁(yè)巖氣富集成藏的關(guān)鍵要素。
本研究采用生烴動(dòng)力學(xué)與盆地模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)比較了四川盆地及其周緣構(gòu)造演化對(duì)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖埋藏、熱演化及甲烷生成的影響,研究結(jié)果對(duì)于四川盆地下一步的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒意義。
本研究成果近期發(fā)布于國(guó)際煤地質(zhì)領(lǐng)域重要期刊《International Journal of Coal Geology》上,研究得到了多圈層作用油氣富集理論項(xiàng)目(THEMSIE04010104)和國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 42273053, 42203054)的資助。
論文信息:Shuyong Shi (史樹(shù)勇), Yunpeng Wang (王云鵬), Chengsheng Chen (陳承聲), ?Jinzhong Liu (劉金鐘), Ping’an, Peng(彭平安). Influence of tectonic evolution processes on burial, thermal maturation and gas generation histories of the Wufeng-Longmaxi shale in the Sichuan Basin and adjacent areas. 2024, International Journal of Coal Geology, 295, 104643.
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016651622400199X

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