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四川盆地含硫化氢气藏分布特征及硫化氢成因探讨


第 21卷 第 5期 2010年 10月

天然气地球科学
NATU RAL GA S GEO SC I CE EN

Vo.l 21 N o 5 . O c. 2010 t

天然气地球化学

四川盆地含硫化氢气藏分布特征及硫化氢成因探讨
黄士鹏, 廖凤蓉, 吴小奇, 陶小晚

r />(中国石油勘探开发研究院, 北京 100083) 摘 要: 目前, 四川盆地是我国发现含硫化氢气藏数目最多、 储量最大的含油气盆地。该盆地产硫化 氢的层位众多, 从老到新分别有震旦系、 石炭系、 二叠系及三叠系等。平面上, 川东气区硫化氢含量 最高, 其次为川西气区和川中油气区, 川南气区硫化氢含量最低。纵向上, 不同层位的含硫化氢气 藏内硫化氢的含量存在较大差异。三叠系飞仙关组硫化氢含量最高, 其次为二叠系长兴组和三叠 系雷口坡组, 二叠系茅口组气藏中硫化氢的含量最低。震旦系灯影组和石炭系黄龙组硫化氢含量 比较稳定。嘉陵江组气藏中不同层段的硫化氢含量差别较大, 其中嘉五段和嘉四段硫化氢含量最 高。通过沉积相、 埋藏史、 热史、 包裹体均一温度、 硫同位素以及天然气组分等的分析, 认为川东气 区飞仙关组和长兴组高硫化氢型气藏、 川东气区和川南气区的嘉陵江组气藏 ( 除了嘉一段 )、 川南 气区威远震旦系灯影组气藏、 川西气区中坝气田雷口坡组气藏以及川中油气区磨溪气田雷口坡组 气藏中的硫化氢为硫酸盐热还原反应 ( T SR )成因; 川东气区石炭系黄龙组气藏和川南气区二叠系 茅口组气藏硫化氢为含硫有机质热解成因。 关键词: 硫化氢; 气藏; 分布特征; 成因探讨; 四川盆地 中图分类号: TE132 文献标识码: A 文章编号: 1672 1926( 2010) 05 0705 10 系、 二叠系及三叠系等。硫化氢为剧毒的酸性气体, 不仅对人体以及环境构成严重威胁, 而且会强烈腐 蚀生产设备。四川盆地含硫化氢气藏是整个盆地天 然气藏的重要组成部分, 储量巨大, 硫化氢气体的产 生伴随含硫化氢天然气藏的成藏过程。因此, 研究 含硫化氢气藏的横向上以及纵向上的分布特征, 探 讨硫化氢气的成因和控制因素, 对预测含硫化氢气 藏的分布以及促进四川盆地天然气的勘探有着重要 的意义。

0 引言
四川盆地是扬子准地台西部的一个呈北东向延 展的菱形含油气盆地, 面积约为 18 10 km 。四川 盆地基底为前震旦系, 局部地区还包 括下震旦统。 沉积盖层发育齐全, 震旦系到中三叠统为海相沉积, 以碳酸盐岩沉积为主, 厚 4 000~ 7 000 m; 上三叠统 至第四系为陆相沉积, 主要为一套碎屑岩, 厚 2 000 ~ 5 000 m
[ 1 2] 4 2

。 根 据 基 底 性 质、 积 盖 层、 藏 沉 气

(田 )特征及天然气类型等, 把四川盆地划分为 4个 油气聚集区 (图 1): 川东气区、 川南气区、 川西气区 和川中油气区。 1958 年四川盆地首次发现含硫化 氢天然气 , 近年来又在川东北地区发现一批大型、 中型的三叠系飞仙关组和二叠系长兴组高含硫化氢 气田, 如普光、 罗家寨、 渡口河、 铁山坡等。到目前为 止, 四川盆地是我国发现含硫化氢气藏数目最多、 储 量最大的含油气盆地 ( 图 1)。四川盆地产含硫化氢 天然气的层位众 多, 从老 到新分别为震旦 系、 石炭

1 含硫化氢气藏的分布特征
1 1 平面分布特征 . 根据天然气中硫化氢气体的百分含量 ( 体积分 数 ) 对 硫 化 氢 气 藏 进 行 分 类。 硫 化 氢 含 量 小 于 0 5 的气藏为微 ( 贫 ) 硫化氢型气藏; 硫化氢含量 . % 为 0 5 ~ 2% 的气藏为含硫化氢型气藏; 硫化氢含 . % 量为 2% ~ 70 的气藏为高硫化氢型气藏; 硫化氢 % 含量在 70 以上的气藏为硫化氢型气藏 %
[ 3]

。根据

收稿日期: 2010 07 15 修回日期: 2010 08 30 ; . 作者简介: 黄士鹏 ( 1984 ) , 男, 山东泰安人, 博士研究生, 主要从事天然气地质学与地球化学研究. E m a i: hspsk 163. com. l @ 樊广锋. 中国硫化氢天然气研究. 中国石油勘探开发研究院, 1991 1 91 : .

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上述分类方案可知, 四川盆地迄今为止发现的天然 气中硫化氢的含量均未超过 70 , 因此均不属于硫 % 化氢型气藏, 属于微 ( 贫 ) ! 高硫化氢型气藏。 图 1展示了四川盆地含硫化氢天然气藏的平面 分布情况。含硫化氢天然气藏在四川盆地 4个分区 单元中均有分布, 但是不同地区气藏的数量以及天 然气中硫化氢的含量有着显著差别。含硫化氢天然 气藏主要分布在川东气区和川南气区, 川西气区和 川中油气区硫化氢天然气藏稀少。 川东气区硫化氢的含量最高。川东北地区是典 型的高硫化氢型气藏的分布区, 尤其是开江 ! 梁平 海槽的东北侧和西南侧发现的三叠系飞仙关组天然 气藏, 其硫化氢平均含量超过 10 。东北侧发现的 % 含硫化氢气藏数量以及储量规模都 要比西南侧的 多。另外, 川东气区的东部硫化氢含量也很高, 如卧 龙河气田嘉陵江组气藏, 高峰场飞仙关组气藏, 大池 干井飞仙关组气藏, 均为高硫化氢型气藏。川东气 区南部的嘉陵江组气藏的硫化氢平均含量在 0 5 . % 以上, 有的将近 2 ( 铁厂沟气田 ), 是一个微 ! 含硫 % 化氢型气藏分布区。川东气区西部硫化氢含量低, 绝大部分为微硫化氢型气藏。 川南气区含硫化氢气藏数量众多, 但是硫化氢 含量低 ( 威远气田除外 ) , 硫化氢的含量小于 1 , 绝 % 大多数气藏的硫化氢含量小于 0 5 。威远气田震 . % 旦 系 灯 影 组气 藏 硫 化 氢 含 量 较 高, 平 均 含量 为 1 1 , 最大值达到 3 44 。因此, 川南气区主要为 . % . % 微 ( 贫 ) 硫化氢型气藏分布区 ( 威远气田震旦系灯影 组气藏为含 ! 高硫化氢型气藏 )。川西气区中坝气 田为高硫化氢型气藏, 川中油气区的磨溪气田为含 硫化氢型气藏。 总体上来看, 川东气区 ( 尤其是川东北地区 ) 是 四川盆地最主要的高硫化氢型气藏的分布区, 硫化 氢含量最高, 其次为川西气区和川中油气区, 川南气 区硫化氢含量最低。 1 2 纵向分布特征 . 四川盆地含硫化氢天然气产出层位从老到新, 分别有震旦系灯 影组, 石 炭系黄龙组, 二叠系茅口 组、 长兴组, 三叠系飞仙关组、 嘉陵江组、 雷口坡组 等。不同层位的含硫化氢气藏在平面上具有不同的 分布特征。如震旦系灯影组气藏、 二叠系茅口组气 藏主要分布在川南气区; 二叠系长兴组气藏和三叠 系飞仙关组气藏则主要分布在川东北地区; 石炭系 黄龙组气藏主要分布在川东气区的中部; 嘉陵江组 气藏分布范围比较广, 在川东气区和川南气区均有

分布。三叠系雷口坡组气藏在川西气区和川中油气 区均有分布。 不同层位的含硫化氢气藏硫化氢含量存在较大 差异, 即使是同一层位, 不同层段内部的硫化氢含量 也存在差异, 这在嘉陵江组硫化氢气藏中表现的尤 为明显 (图 2) 。震旦系灯影组硫化氢含量最大值为 [ 3] 3 44 , 在威远气田威基井 , 平均值为 1 1 ; 石 . % . % 炭系黄龙组 硫化氢含 量最高值 在铁山气 田铁山 2 井, 为 0 93 . % , 平均值为 0 27 ; 二叠系茅口组硫 . % 化氢含量最高值在卧龙河气田卧 67井, 为 0 48 , 平 . % 均值为 0 04 ; 长兴组气藏硫化氢含量最高值在普光 . % 气田普光 2井, 达 16 , 平均值为 9 19 ; 三叠系飞 % . % 仙关组气藏硫化氢含量最高值在普光气田普光 3井, [ 5] 达 58 34 . % , 平均值为 11 17 ; 嘉陵江组气藏硫化 . % 氢含量最大值在卧龙河气田卧 63井, 为 18 83 . %
[ 6] [ 4]

,

平均值为 1 25 ; 雷口坡组硫化氢含量最大值在中坝 . % 气田中 7井, 为 13 3 . % , 平均值为 2 19 。 . % 由图 2可知四川盆地 7个碳酸盐岩产层中, 三 叠系飞仙关组气藏中硫化氢含量最高, 其次为二叠 系长兴组和三叠系雷口坡组, 二叠系茅口组中的硫 化氢含量最低。上述 4个层系相同层位的气藏, 在 不同的分布位置, 硫化氢 的含量存在较大差别 ( 图 2a) 。威远气田震旦系灯影组气藏不同井产出的硫 化氢含量差别不大, 绝大部分分布在 1% 附近; 石炭 系黄龙组气藏硫化氢含量分布范围较窄, 各气藏之 间差别不大 (图 2a) ; 三叠系嘉陵江组气藏中的硫化 氢含量差别较大, 总体上嘉五段的硫化氢含量最高, 其次为嘉四段, 嘉一段的硫化氢含量最低 (图 2b)。

2 油气藏中硫化氢的来源
2 1 硫酸盐还原菌还原硫酸盐生成硫化氢 ( BSR ) . BSR 发生的温度在 0 到 60~ 80? 之间 ,这 一温度范围决定了 BSR只能发生在较浅的地层中。 BSR通常是现代沉积物以及低温油气藏中硫化氢的 [ 9] 来源, 其生成 硫化氢的量一般 小于 5 % , BSR 生 成的硫化氢以及固态硫的硫同位素值偏负, 与硫酸 盐的硫同位素值差别较大, BSR 形成的硫化氢的硫 同位 素 比 相 应 的 硫 酸 盐 硫 同 位 素 值 低 20# ~ [ 10 ] 25# , 即 BSR反应的硫同位素分馏效应明显。 2 2 含硫有机物裂解 ( TDS) . 石油与腐泥型干酪根裂解形成碳残渣、 二氧 水、 化碳和少量硫化氢。形成的硫化氢是由干酪根或原
戴金星, 邹才能, 张水昌, 等. 中国天然 气成因及大气田 形 成机制. 中国石油勘探开发研究院, 2007 .
[ 7 8]

No 5 .

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图 1 四川盆地含硫化氢气藏 (田 ) 分布

图 2 四川盆地不同层位硫化氢含量与干燥系数 ( C1 /C1 + )相互关系 ( 数据来源: 文献

, ? , 文献 [ 3 6 10 14] , 本文 ) ,

戴金星, 邹才能, 张水昌, 等. 中国天然气成因及大气田形成机制. 中国石油勘探开发研究院, 2007.
? 四川省石油管理局地质勘探开发研究院. 四川盆地石油勘探数据汇编: 油、 水部分 ( 1965! 1975) . 1979. 气、

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油中有机硫化物经过受热, 含有硫原子的官能团断裂 形成。原油中硫的存在形式有硫醇、 硫化物、 噻吩类、 苯并噻吩类及二苯并噻吩类等, 主要存在于原油的重 质组分胶质沥青质中
[ 15]

气藏均为高硫化氢型气藏。嘉陵江组含硫化氢气藏 的硫化氢含量变化较大。 3 1 1 石炭系黄龙组气藏 . . 石炭系在四川盆地内部大面积缺失, 中石炭统 黄龙组主要分布在四川盆地东部。川东气区黄龙组 含硫化氢气藏, 如在卧龙河气田、 福成寨气田、 五百 梯气田、 高峰场气田等, 硫化氢含量较低, 含量大多 低于 0. 5 , 只有铁山气田黄龙组 气藏部分井的硫 % 化氢含量稍高, 但也低于 1 。 % 川东地区黄龙组为一套碳酸盐岩沉积, 沉积相 以潮上带 ! 潮间带为主。岩性以灰色白云岩、 角砾 状白云岩、 角砾状灰岩为主, 底部有时含有石膏。黄 龙组角砾状云岩、 角砾状灰岩发育, 二叠系沉积前经 历过较强的溶蚀作用, 膏盐矿物易被溶蚀掉, 形成次 生孔隙。黄龙组一段孔隙不发育, 黄龙组气藏主要 的储集层段为黄龙组二段和三段, 如卧龙河气田黄 龙组气藏的储集层以黄龙组二段为主, 呈层状分布; 福成寨气田黄龙组气藏的主要储集层段为黄龙组三 段, 其次为黄龙组二段
[ 1]

。由于有机物中的硫化物含
[ 7]

量有限, 远不及硫酸盐岩 ! 碳酸盐岩地层组合中的丰 富, 所以此途径生成的硫化氢的量一般小于 3 % 。 该类成因开始 较多释放出硫化氢的温度在 80? 以 上, 硫化氢大量生成在 120~ 150? 之间
[ 16]



2 3 硫酸盐热还原反应 ( TSR ) . TSR 是硫酸盐在烃类或有机质的参与下的高温 化学还原反应, 其反应式概括为
[ 9]

: ( 1)

CaSO4 + % CH & C aCO3 + H 2 S+ H 2 O ? S ? CO2

式 ( 1)中 % CH 为烃类。由式 ( 1) 可知, TSR的发 生必须有膏盐的存在以及烃类的参与, 因此这种还原 反应一般发生在碳酸盐岩 ! 硫酸盐岩地层组合中。另 外相对较高的温度也是 TSR发生的必要条件。 TSR在 地层中发生的温度一般在 100~ 140? 之间, 但在某些 地区可能更高一些 气的唯一途径
[ 7, 17] [ 8]

。TSR是形成高浓度硫化氢天然
[ 3 6, 8 9 12 17 27] , , ,

。世界范围内众多高含硫气藏中的

。黄龙组气藏储集层内缺

硫化氢均是 TSR成因的 。烃类与硫酸盐发 生 TSR反应时, 重烃相对于甲烷与硫酸盐发生 T SR 反应要相对容易一些
[ 5 19, 28 29] ,

乏膏盐沉积, 因此缺乏发生 T SR 反应的物 质基础, 硫化氢不是 T SR成因。 黄龙组储集层不含膏盐沉积, 且现今埋藏深度 较深 ( 大于 3 500 m ) , 排除掉硫化氢的 T SR 成因以 及 BSR成因。黄龙组气藏的气源 主要为志留系暗 色泥岩
[ 30 32]

, 因此发生 TSR 的气

藏一般具有非常高的 干燥系数。随着 T SR 反应的 进行, 剩余重烃的碳同位素由于分馏作用, 其碳同位 素值有变重的趋势
[ 5 6, 11]

。 T SR 反应发生过程中会
[ 9 11 ] ,

, 因此黄龙组气藏中低含量的硫化氢主

伴随次生方解石交代石膏的过程, 由于次生方解石 中的碳来源 于烃类, 所以其 碳同位素 值很轻 。 TSR 反应产生的硫化氢以及单质硫的硫同位素值与 硫酸盐 ( 石膏 )的硫同位素值差别不大, 反应程度越 高, 同位素分馏效应越小。

要是志留系暗色泥岩中含 硫有机质受热分 解的产 物, 即硫化氢是 TDS成因。 3 1 2 川东北地区飞仙关组气藏 . . 近年来在开江 ! 梁平海槽的两侧发现了一批三 叠系飞仙关组高硫化氢型气藏, 如海槽东北侧目前我 国探明储量规模最大的海相气田 ! ! ! 普光气田, 以及 铁山坡气田、 罗家寨气田、 渡口河气田等, 西南侧的龙 门场气田和双家坝气田等。另外, 在开江 ! 梁平海槽 以南地区, 发现有高峰场、 大池干井等气田, 这些气田 的硫化氢含量也很高, 均为高硫化氢型气藏。 开江 ! 梁平海槽形成于晚二叠世期间的峨眉地 裂运动, 消失于早二叠世的飞仙关组沉积晚期
[ 33]

3 四川盆地不同气区硫化氢的成因探讨
四川盆地不同气区的硫化氢含量有着较为明显 的差别, 即使是在同一气区内, 不同层位的气藏含有 的硫化氢的量也有着显著差别。不同气藏的气源、 气藏埋藏史和所受热史、 储层沉积相带等地质因素 的不同是造成这种差别的主要原因。准确地预测硫 化氢在地下的分布需要一个详细的 沉积相展布模 式, 了解盆地尺度上的埋藏史和热演化史, 是用来预 测高含硫化氢气藏的必要条件
[ 23 ]



该海槽的形成与演化对其周边地区, 特别是浅水台 地地区的沉积环境、 成岩作用和储层特征有着明显 的控制作用
[ 34]



。飞一段至飞三段 是飞仙关组的主

3 1 川东气区 . 川东气区是四川盆地硫化氢含量最高的地区。 石炭系黄龙组绝大部分气藏为微硫化氢型气藏。川 东北开江 ! 梁平海槽两侧飞仙关组气藏以及长兴组

要储集层。飞一段中期至飞二段沉积相为台地边缘 暴露浅滩相, 沉积了较厚的鲕粒灰岩、 鲕粒云岩、 颗 粒云岩、 溶孔白云岩等, 粒间孔广泛发育, 海平面的 旋回变化, 也沉积了多层薄层膏盐; 飞二段沉积末期

No 5 .

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至飞三段沉积期沉积相演化为局限台地相, 沉积物 主要为灰质白云 岩、 粉晶 白云岩、 晶白云岩和膏 泥 [ 35 36 ] 盐 。由此可知, 开江 ! 梁平海槽两侧发育的碳 酸盐岩地层中沉积有多层薄层的膏盐。 在早侏罗世以后飞仙关组进入油藏形成期, 在 晚侏罗世 进入气 藏成藏 时期, 大 约在 白垩纪 超过 6 000 m的最大埋深, 推算其埋藏温度达到 200? 左 右
[ 5 11 22 ] , ,

别, 海槽东北侧主体为一孤立台地环境, 海槽西南侧 则为一个连陆台地环境。东北侧鲕粒滩白云岩储层 厚度大, 储层质量好, 而西南侧后期混合水白云石化 和埋藏溶解作用并不强烈, 储层质量较东北侧差, 仅 局部分布有大型透镜状鲕粒云岩储集体
[ 34]

。储集

层的质量差异, 导致开江 ! 梁平海槽两侧发现的飞 仙关组气藏的规模存在较大差别, 因此同样是高硫 化氢型气藏, 东北侧发现的高硫化氢型气藏的数量 和储量规模要大得多。 开江 ! 梁平海槽区及川东腹地飞仙关组沉积时 期主要沉积相为海槽及台地沉积, 暴露较少, 海水盐 度正常, 沉积物为泥晶及粉晶碳酸盐, 石膏类矿物普 遍较少, 这些地区孔隙不发育, 储集性能较差, 因此 [ 37] 硫化氢含量很少 。 3 1 3 二叠系长兴组气藏 . . 二叠系长兴组气藏主要分布在川东气区。普光 气田长兴组气藏中的天然气组分与飞仙关组十分相 似, 天然气异常干, 且都具有很高的硫化氢含量 ( 图 2a) 。普光气田长兴组气藏中的硫化氢平均含量为 15 4 , 为典型的高硫化氢型气藏。其他长兴组气 . % 藏, 如在卧龙河气田、 板东气田及铁山气田等, 硫化

, 如图 3 。储层内方解石中包裹体的均一温
[ 22, 28]

度集中分布在 120~ 180? 之间, 也说明气藏经历了 非常高的温度 。

图 3 四川盆地川东北气区普光 2井埋藏史和热演化史

[ 5]

氢含量很低, 大部分低于 0 5 。 . % 川东北地区长兴组为一套生物礁相和台地边缘 滩相沉积, 沉积有巨厚的白云岩、 云质灰岩、 灰质云 岩、 灰岩, 白云岩孔隙度明显高于灰岩。由于长兴组 储层内部缺乏膏盐的沉积, 因此长兴组气藏内部不 可能发生 TSR 反应, 即普光气田长兴组气藏中高含 量的硫化氢不是长兴组内部发生 TSR 反应的结果。 但是基于长兴组储层内硫化氢含量很高, 其生成途 径应该是 TSR 反应。普光气田飞 仙关组高含量的 硫化氢为 TSR 成因, 飞仙关组的天然气在后期的构 造运动过程中可以通过断层运移到长兴组储层中, 使得长兴组天然气富含硫化氢。因此, 普光气田长 兴组气藏内的硫化氢也是 TSR 成因, 只不过不是原 地成因, 而是由飞仙关组储层运移而来。 对于其他低含硫化氢的长兴组气藏而言, 由于 本身缺乏膏盐沉积, 缺乏发生 TSR 或 BSR反应的条 件。长兴组天然气的气源为上二叠统龙潭组和下志 [ 38] 留统龙马溪组 , 硫化氢应来源于上述 2套烃源岩 含硫有机质 (干酪根或原油 ) 的裂解。 3 1 4 嘉陵江组气藏 . . 川东气区中部的卧龙河气田嘉陵江组气藏硫化 氢含量高, 平均值为 4 3 , 为高硫化氢型气藏。川 . % 东气区南部的气田, 如石油沟气田、 铁厂沟气田、 石

通过上述分析, 四川盆地东北地区飞仙关组储 层 中 发 育 多层 膏 盐 沉 积, 并 且 白 垩 纪 温 度超 过 150? , 具备了发 生 TSR 反应的 2个前 提条件。飞 仙关组气藏中的硫化氢平均含量超过 10 , 这种高 % 浓度的硫化氢含量, 是 T SR 作用的结果。重烃气相 对于甲烷, 与膏盐 发生 TSR 反应相对容易一些, 因 此会造成气藏中甲烷的比例越来越大, 即干燥系数 ( C1 /C1 + ) 变得很高。图 2 中川东北地区飞仙关组 气藏的干燥系数绝大部分超过 0 995 天然气异常 . , 干, 随着硫化氢含量的增 高, 干燥系 数有变大的趋 势。因此, 除了热成熟作用对干燥系数的影响以外, TSR 反应对其也产生了重要的影响。 另外, 不同研究者在飞仙关组储层中发现有次生 方解石, 以及大量的硫磺结晶体、 黄铁矿等; 并且对石 膏、 硫磺晶体、 黄铁矿以及硫化氢等进行了硫同位素 分析, 对碳酸盐岩地层、 次生方解石等进行了碳同位 素分析。对比发现, 硫磺晶体、 硫化氢的硫同位素明 显偏重, 与石膏的硫同位素值 分馏不大 ( 含量 大于 10 的 %
34

S 硫化氢 与

34

S石膏 的差值小于 8# ); 次生方解
[ 11 22 23, 37 ] ,

石的碳同位素显著偏负 , 这些均是飞仙关组 高硫化氢型气藏中发生过 T SR反应的有力证据。 开江 ! 梁平海槽两侧的沉积环境有着较大的区

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龙峡气田以及东溪气田等, 硫化氢含量低于 2 , 为 % 含硫化氢型气藏。 嘉陵江组主要为碳酸盐岩沉积, 在整个盆地均有 分布, 在川东气区内均可分为 5段。嘉一段发育大套 泥晶粉晶灰岩, 无膏盐岩沉积。其他层段膏盐十分发 育, 岩性主要为白云岩、 灰岩, 膏盐或夹于白云岩、 石 灰岩层之中, 或与之呈互层状。嘉四段膏盐最为发 [ 1] 育, 为厚层硬石膏夹岩盐、 灰色白云岩、 石灰岩 。 嘉陵江组在白垩纪前最大埋深超过 5 000 m , 四川盆地早白垩世末期至始新世期间古地温梯度为 [ 39] ( 3 2~ 4 8) ? / 100 . . m , 按此地温梯度计算, 嘉陵江 组的温度在白垩纪超过 150? 。 通过上述分析说明, 嘉陵江组气藏具备 TSR反 应的 2个基本条件。卧龙河气田嘉陵江组膏盐十分 发育, 嘉三段 ! 嘉五段的膏盐比嘉二段发育, 其硫化 氢含量也比嘉二段的高。嘉一段不发育膏盐岩, 卧 龙河气田嘉一段天然气微 ( 不 ) 含硫化氢 ( 硫化氢含 量小于 0 05 ) , 因此硫化氢的含量与膏盐的分布 . % 密切相关。同时, 基于 嘉陵 江组 硫化 氢含量 较高 ( 平均含量超 过 4 ) , 判 断硫 化氢 主要为 T SR 成 % 因。卧龙河气田嘉陵江组天然气中硫化氢的硫同位 [ 6] 素值为 22 2# ~ 31# , 嘉陵江组硫酸盐硫同位素 . [ 40] 值为 26 0# ~ 35 4# , 两者相近, 这也证明卧龙 . . 河气田嘉陵江组储层内部发生过 TSR反应。 川东气区南部铁厂沟、 石油沟、 石龙峡、 东溪等 嘉陵江组气藏, 硫化氢含量较高的层段主要为嘉四 段, 含量超过 0 5 , 最大者为 1 95 ? , 其他层段 . % . % 硫化氢含量较少, 小于 0 2 , 因此, 硫化氢分布与 . % 膏盐岩的分布关系密切。石龙峡、 同福场及铁厂沟 等构造区附近最大埋藏古地温, 都曾经大于 140~ 150? , 这 些 高地 温 地 区 对 应 的硫 化 氢 含 量 也较 [ 41] 高 。基于膏盐分布与硫化氢含量的关系, 以及埋 藏古地温条件, 认为这些气田的嘉陵江组四段硫化 氢主要为 T SR成因。 3 2 川南气区 . 川南气区产硫化氢的层位有震旦系灯影组、 二 叠系茅口组和三叠系嘉陵江组。震旦系储层集中分 布在威远气田, 茅口组和嘉陵江组气藏在川南分布 较为广泛。威远气田震旦系灯影组所产天然气硫化 氢含量较高, 为含 ! 高硫化氢型气藏。嘉陵江组硫 化氢含量很低, 除了少数几个气田, 如圣灯山、 邓井 关、 庙高寺等气田嘉陵江组储层中硫化氢含量较高
李一平, 等. 四川盆地三叠系中下统油气资源评价报告, 1983.
?

以外 ( 最大值超过 1 ) , 其余气田的嘉陵江组储层 % 硫化氢含量都在 0 1 以下。茅口组是四川盆地硫 . % 化氢含量最 低的层 位, 绝 大部 分硫 化氢 含量低 于 0 1 。茅口组气藏为贫硫化氢型气藏, 嘉陵江组气 . % 藏为贫 ! 含硫化氢型气藏。 3 2 1 威远震旦系气藏 . . 威远气田不仅是中国储集层最老 (震旦系灯影 组 ) 和烃源岩最老 ( 寒武系九老洞组 ) 的大气田, 而 [ 14] 且也是世界上地质时代最古老的气藏之一 。威 远气田是川南气区最大的气田, 震旦系灯影组是其 主要产层。灯影组在层位上位于上震旦统, 据区域 沉积相研究, 威远地区的上震旦统属浅海碳酸盐岩 台地的潮坪相沉积, 沉积有粉 ! 细晶白云岩夹藻屑 白云岩、 硅质云岩, 另外还沉积有薄层的硬石膏 。 九老洞组烃源岩有机质开始成熟于志留纪末, 二叠纪末达到生油高峰, 侏罗纪末几乎全部裂解为 天然气 。根据威 2井的埋藏史模拟得知, 威远震 旦系储层在三叠纪温度超过 140? , 侏罗纪末期达 到 180? , 白垩纪末期超过 200? 。威远 气田震 旦系储层中孔洞缝充填的与有机包裹体同期的盐水 包裹体的均一温度, 主要分布在 120~ 150? 、 ~ 160 190? 及 190~ 220? 之间, 运 移时期分别对 应为印 [ 43 ] 支期、 燕山期和燕山 ! 喜马拉雅期 。埋藏史模拟 和包裹体均一温度均表明在燕山期, 威远气田内部 天然气经历了较高的温度 ( > 150? ) 。 通过上述分析可知, 威远气田上震旦统内部有 薄层硬石膏, 而且地质历史时期, 特别是在燕山期经 历了高温, 结合上震旦统隐藻白云岩储层中较高的 硫化氢含量, 认为威远气田上震旦统储层内部的硫 34 化氢是 T SR成因。灯影组硫化氢的 S 值比灯影 组储层中硫酸盐的 S值偏低 8# , 硫同位素分馏 结果与国外著名 T SR 成因的高含硫化氢气藏 ! ! ! 加拿大艾尔贝塔盆地上泥盆统气藏 ( 硫化氢含量达 31 ) 相比硫 同位素 分馏值 ( 7 ) 接近; 黄铁 矿的 % % S值与硫化氢的 S值具有相似性 , 这些均证 明了震旦系灯影组中硫化氢的 TSR成因。 3 2 2 二叠系茅口组气藏 . . 川南气区茅口组储层岩性主要为生屑灰岩、 泥 晶灰岩, 岩性致密, 储集空间主要为岩溶缝洞, 沉积 相主要为碳酸盐岩内生屑滩相和碳酸盐岩台内深缓 [ 44] 坡相 , 生物化石丰富, 缺乏膏盐沉积。 川南气区茅口组硫化氢的含量普遍低于 0 1 , . %
34 34 [ 42] 34 [ 42] [ 14] [ 1]

四川盆地石油勘探数据汇编: 油、 水 ( 1965! 1975) . 四川石油管理局地质勘探开发研究院, 1979 气、 .

No 5 .

黄士鹏等: 四川盆地含硫化氢气藏分布特征及硫化氢成因探讨 3 3 川西气区中坝雷口坡组气藏 .

711

大部分都在 0 05 以下 ( 图 2 )。茅口组储层埋深 . % 普遍超过 2 000 m, 有的甚至达到 5 000 m 以上, 另 外茅口组缺乏硫酸盐岩, 因此排除 T SR和 BSR 生成 硫化氢的可能性。茅口组的气藏主要来源于下二叠 统栖霞组和茅口组碳酸盐岩以及志留系泥岩
[ 45]

中坝气田位于四川江油县 ( 图 1), 属龙门山山 前褶皱带的一个低背斜。主要产气层位有中三叠统 雷口坡组和上三叠统须家河组。雷口坡组由大套白 云岩组成, 顶、 底部含膏质或有硬石膏夹层, 并含泥 质。雷口坡组可分为 5个岩性段, 主要产气层为雷 三下亚段。 川西凹陷自晚三叠世到早白垩世末以稳定的沉 降为主, 在晚侏罗世末或早白垩世达到最大埋深, 此 时除东坡的老关庙地区以外, 大部分地区的底部埋 深超过了 6 000 m
[ 46 ]

,这

种低含量的硫化氢应是下二叠统和志留系烃源岩中 含硫杂原子官能团的干酪根 ( 或后期生成的原油 ) 受热裂解形成的, 即属于 TDS成因。 3 2 3 三叠系嘉陵江组气藏 . . 根据硫化氢的含量可将川南气区三叠系嘉陵江 组气藏分为 2类: 一类是硫化氢含量较高者, 平均值 超过 0 5 , 最大值接近 2 , 如庙高寺、 . % % 圣灯山、 邓 井 关 等 气 藏; 另 一 类 是 硫 化 氢 含 量 甚 微, 低 于 0 05 , 如黄瓜山、 . % 沈公山、 高木顶等气藏。 庙高寺气藏产硫化氢的主要层段为嘉二段, 圣 灯山气藏和邓井关气藏为嘉三段 ! 嘉四段, 根据前 述可知, 嘉陵江组除嘉一段以外, 其余各段膏盐层均 十分发育, 尤其是嘉四段。可知, 这些气藏较高含量 的硫化氢与膏盐分布有着密切关系。川南气区嘉陵 江组白 垩纪温 度 超过 135? , 这 个温 度达 到了 TSR 反应所要求的温度。因此, 这些嘉陵江组气藏 的硫化氢应是 T SR反应生成。 沈公山气田、 高木顶气田、 打鼓场气田以及纳溪 气田等嘉二段 ! 嘉四段气藏中的硫化氢含量大部分 低于 0 05% , 这些气藏中的硫化氢有可能也是 T SR . 反应形成的。嘉陵江组含硫化氢气藏在地质历史时 期, 尤其是在白垩纪埋藏最深, 经历了较高温度, 嘉 陵江组储层 ( 除了嘉一段 ) 中的天然气普遍发生过 TSR反应。但是, 在早喜马拉雅运动时期, 四川盆地 从震旦纪至早第三纪的沉积盖层全面褶皱, 早先形成 的嘉陵江组气藏被次生改造, 天然气重新聚集成藏。 硫化氢具有较强的化学活性, 由 TSR 形成的硫化氢, 由于再次运移时的地层水的溶解作用以及与其他金 属离子发生不同程度的反应, 使得现今不同区域的嘉 陵江组气藏中的硫化氢含量存在较大差异。 黄瓜山气田、 太和场气田、 纳溪气田等嘉一段储 层中的硫化氢, 含量低于 0 05 , 其主要是干酪根 . % ( 原油 ) 裂解形成 的。另外我们注意到, 高木顶、 塘 河、 黄瓜山等构造, 嘉陵江组现今的埋藏深度较浅, 很多井位钻遇嘉陵江组的深度都不到 1 000 m, 如高 木顶构造高 1井嘉陵江组埋深只有 600多米。如此 浅的埋深, 且嘉陵江组硫酸盐岩发育, 为 BSR 反应 创造了条件。因此, 这些埋深较浅的嘉陵江组气藏 中低浓度的硫化氢有可能也有 BSR的贡献。
[ 45]

。四川盆地早白垩世末期至始
[ 39]

新世期间古地温梯度为 ( 3 2~ 4 8) ? /100m . .

,按

照此古地温梯度计算, 雷口坡组气藏在早白垩世的 温度超过了 180? 。 中坝气田雷口坡组气藏硫化氢含量较高, 最大值 为 13 3 , 平均值为 7 10 。雷口坡组雷三下亚段 . % . % 白云岩储层内部沉积有膏盐夹层, 并且早白垩世的温 度超过 180? , 具备了 T SR反应的 2个基本条件。根 据中坝气田雷口坡组高含硫化氢的特征, 认为硫化氢 是储层内部天然气与膏盐发生 T SR反应的结果。 3 4 川中气区磨溪雷口坡组气藏 . 磨溪气田位于四川盆地中部平缓构造区 ( 图 1), 紧邻加里东期形成的龙女寺古隆起。雷口坡组气藏 主要储集层为中三叠统雷口坡组一段。雷一段为灰、 深灰色薄至中厚层泥质白云岩、 白云岩夹页岩、 硬石 膏。包裹体分析资料表明, 寄宿在晶洞、 裂缝和方解 石等矿物中的包裹体温度在 125~ 150? 以上, 表明雷 [ 10] 一段第一小层储层经历过较高的古地温 。 磨溪雷 口坡 组 气藏 硫 化氢 含 量为 0 83 ~ . % 1 32 , 属于含硫化氢型气藏。雷口坡组雷一段的 . % 沉积环境以及埋藏历史说明, 雷一段储层具有发生 T SR反应的基础条件。四川中部地区雷口坡组中石 膏和硬石膏的
34

S 值为 25 0# ~ 30 6# . .
34

[ 40]

, 磨溪

气田雷口坡 组气 藏硫化 氢的 S 值 为 13. 3# ~ [ 6] 17 7# , 两者硫同位素值相差 13# 左右, 差别并 . 不大, 硫同位素分馏值证明磨溪气田雷口坡组内部 发生过 T SR 反应。磨溪雷口坡组 气藏硫化氢含量 明显低于中坝雷口坡组气藏, 原因应该是磨溪气田 雷口坡组埋藏深度较中坝气田浅, 发生 TSR反应程 度较低, 导致硫化氢含量比较低。

4 结论
( 1) 四川盆 地含硫化 氢层位众 多。到目 前为 止, 四川盆地是我国发现含硫化氢气藏数目最多、 储

712












57 .



Vo.l 21

量最大的含油气盆地。 ( 2) 平面上, 川东气区硫化氢含量最高, 其次为 川西气区和川中油气区, 川南气区硫化氢含量最低。 ( 3) 纵向上, 不同层位的含硫化氢气藏内硫化 氢的含量存在较大差异。三叠系飞仙关组硫化氢含 量最高, 其次为二叠系长兴组和三叠系雷口坡组, 二 叠系茅口组中的硫化氢含量最低。震旦系灯影组和 石炭系黄龙组的硫化氢含量差别不大。各嘉陵江组 气藏的硫化氢含量差别较大, 嘉五段和嘉四段的硫 化氢含量最高。 ( 4) 川东气区飞仙关组高硫化氢型气藏、 普光 气田长兴组高硫化氢型气藏、 川东气区和川南气区 的嘉陵江组气藏 ( 除了嘉一段 )、 川南气区威远震旦 系灯影组气藏、 川西气区中坝气田雷口坡组气藏以 及川中油气区磨溪气田雷口坡组气藏中的硫化氢为 硫酸盐热还原反应 ( T SR ) 成因; 川东气区石炭系黄 龙组气藏和川南气区二叠系茅口组气藏硫化氢为含 硫有机质 (或原油 ) 裂解成因 ( TDS)。 致谢: 戴金星院士对本文给予了细心的帮助和指导, 在此表示衷心的感谢。
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D istribu tion Characteristics of H ydrogen Su lphide bearing G as Pools and th e G enesis of H ydrogen Sulph ide in S ichuan Basin
HUANG Shi peng L I O F eng rong, WU X iao q,i TAO X iao w an , A
(P etroChina Research Institute of P etro leum Exp loration & D evelopm ent, Beijing 100083, China )

Abstract A t presen, S ichuan basin is a petroliferous basin wh ich has the b ig gest number of H 2 S bearing gas reser : t vo irs and o f wh ich the H 2 S bear ing gas reserves is also the b ig gest in Ch in a Reservoirs produc ing H 2 S bearing nat . ura l gas are distributed in S in ian Carbon iferous, Per ia n and T riassic T ransverse ly, the E ast Gas D istrict , m , . ( EGD) has the h ig hest content o fH 2 S fo llow ed by theW est Gas D istrict(WGD ) and theM idd le O il Gas D istrict , ( MOGD) , and the South Gas D istr ic t( SGD) has the leas. V ert ic ally th e con tent o fH 2 S is vario us am ong the dif t , ferent reservo irs and even in d ifferent m embers of the sam e strata or w el.l T he H 2 S content o f natura l gas in T riassic F eix ianguan F or at io n is the h ig hes, follow ed by those in th e P er ian Changx ing F or at ion and in the T riassic m t m m L eikoupo F or at io n and that in the Per ian M aokou Form ation is the leas. T he d ifferences of th e H 2 S content a m , m t m ong d ifferen tw e lls in the S in ia n Dengy in g For ation are sligh, and the si ilar phenom enon a lso ex ists in Carbon m t m iferous H uang lo ng F or at io n S ig n ificantH 2 S content d ifferences have been observed in the natural gas from d iffer m . ent m e bers of Jia ling jiang For ation in w h ich the gas from th e fifth and the forth m em bers have the h ig hest H 2 S m m , conten. A ccord ing to th e com prehensive ana ly sis of the sedi entary fac ie s burial h istory ther al history hom og t m , , m , en izat io n te perature of th e fluid in clusions as w e ll as the su lfur isotope ratios and the com ponents o f the natu ra l m , gas, it can be concluded tha t the H 2 S of the F eix ianguan Form ation and the Changx ing F or at io n in EGD, the m Jialin g jiang F or at io n( excep t the first m ember) in EGD and SGD, the D engy ing F or at ion gas poo l of W e iyuan m m gas reservo ir in SGD, the L e ikoupo Form ation gas poo l o f Zhongba gas reservoir in WGD and the L e ikoupo For a m t io n gas poo l o f the M ox i gas reservo ir in MOGD w ere generated by the ther ochem ical sulfate reduct io n( T SR ), m w hile that in the H uang lo ng Form ation in EGD and the M aokou F or ation in SGD w ere generated by the crack ing o f m th e organ ic m atter( kerogen or o il ) w hich contains su lfur . K ey w ord s H ydrogen su lph id e Gas poo; D istrib ution characteristics G enesis Sichuan basin : ; l ; ; .


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