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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 EN CE

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

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
(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、 沉 积 盖 层、 气藏

(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: l hspsk @ 163. com. 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、 水、 二氧 化碳和少量硫化氢。形成的硫化氢是由干酪根或原
[ 7 8]

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 .

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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、 气、 水部分 ( 1965! 1975) . 1979.

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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

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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、 泥 晶白云岩和膏 [ 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
[ 42] [ 14] [ 1]

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 ! ! !
34

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]

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

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
[ 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

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。

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 , LI AO F eng rong, WU X iao q,i TAO X iao w an
(P etroChina Research Institute of P etro leum Exp loration & D evelopm ent, Beijing 100083, China )

Abstract : A t presen, t S ichuan basin is a petroliferous basin wh ich has the b ig gest number of H 2 S bearing gas reser 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 m ia n , and T riassic . T ransverse ly, the E ast Gas D istrict ( 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. t V ert ic ally , th e con tent o fH 2 S is vario us am ong the dif 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 m at io n is the h ig hes, t follow ed by those in th e P er m ian Changx ing F or m at ion and in the T riassic L eikoupo F or m at io n , and that in the Per m ian M aokou Form ation is the leas. t T he d ifferences of th e H 2 S content a m ong d ifferen tw e lls in the S in ia n Dengy in g For m ation are sligh, t and the si m ilar phenom enon a lso ex ists in Carbon iferous H uang lo ng F or m at io n . S ig n ificantH 2 S content d ifferences have been observed in the natural gas from d iffer ent m e m bers of Jia ling jiang For m 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 conten. t A ccord ing to th e com prehensive ana ly sis of the sedi m entary fac ie s , burial h istory , ther m al history , hom og en izat io n te m 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 gas, it can be concluded tha t the H 2 S of the F eix ianguan Form ation and the Changx ing F or m at io n in EGD, the Jialin g jiang F or m at io n( excep t the first m ember) in EGD and SGD, the D engy ing F or m at ion gas poo l of W e iyuan 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 ma t io n gas poo l o f the M ox i gas reservo ir in MOGD w ere generated by the ther m ochem ical sulfate reduct io n( T SR ), w hile that in the H uang lo ng Form ation in EGD and the M aokou F or m ation in SGD w ere generated by the crack ing o f 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; l D istrib ution characteristics ; G enesis ; Sichuan basin .


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