石油勘探与开发 >

2025 , Vol. 52 >Issue 2: 374 - 384

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20240289

油气勘探

四川盆地德阳—安岳裂陷槽东西两侧震旦系灯影组天然气地球化学特征差异及其成因

  • 宋泽章 , 1, 2 ,
  • 金世贵 1, 2 ,
  • 罗冰 , 3 ,
  • 罗情勇 1, 2 ,
  • 田兴旺 1, 2, 3 ,
  • 杨岱林 3 ,
  • 张子羽 1, 2 ,
  • 张文锦 3 ,
  • 武鲁亚 3 ,
  • 陶佳丽 3 ,
  • 何家欢 3 ,
  • 李文正 4 ,
  • 葛冰飞 1, 2 ,
  • 王冠 3 ,
  • 高嘉玮 1, 2
展开
  • 1 油气资源与工程全国重点实验室，中国石油大学（北京），北京 102249
  • 2 中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249
  • 3 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，成都 610051
  • 4 中国石油杭州地质研究院，杭州 310023
罗冰（1982-），男，河南漯河人，中国石油西南油气田公司高级工程师，主要从事石油天然气地质研究及部署工作。地址：四川省成都市武侯区天府大道北段12号，中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，邮政编码：610051。E-mail：

宋泽章（1988-），男，福建宁德人，博士，中国石油大学（北京）教授，博士生导师，主要从事（超）深层油气成藏及非常规储层研究。地址：北京市昌平区府学路18号，中国石油大学（北京）地球科学学院，邮政编码：102249。E-mail：

Copy editor: 谷江锐

收稿日期: 2024-05-04

  修回日期: 2025-03-15

  网络出版日期: 2025-04-17

基金资助

国家自然科学基金面上基金项目“深层、超深层热液活动及其对古油藏改造效应定量表征”(42272161)

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“海相碳酸盐岩油气规模增储上产与勘探开发技术研究”(2023ZZ16)

中国石油天然气股份有限公司西南油气田公司勘探开发研究院“四川盆地Xai源岩特征及富Xai潜力评价实验研究”(2024D101-01-06)

收起

Geochemical differences in natural gas of Sinian Dengying Formation on the east and west sides of the Deyang-Anyue rift trough and their genesis, Sichuan Basin, SW China

  • SONG Zezhang , 1, 2 ,
  • JIN Shigui 1, 2 ,
  • LUO Bing , 3 ,
  • LUO Qingyong 1, 2 ,
  • TIAN Xingwang 1, 2, 3 ,
  • YANG Dailin 3 ,
  • ZHANG Ziyu 1, 2 ,
  • ZHANG Wenjin 3 ,
  • WU Luya 3 ,
  • TAO Jiali 3 ,
  • HE Jiahuan 3 ,
  • LI Wenzheng 4 ,
  • GE Bingfei 1, 2 ,
  • WANG Guan 3 ,
  • GAO Jiawei 1, 2
Expand
  • 1 National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
  • 2 College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
  • 3 Exploration and Development Research Institute of PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu 610051, China
  • 4 PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China

Received date: 2024-05-04

  Revised date: 2025-03-15

  Online published: 2025-04-17

Fold

摘要

以四川盆地德阳—安岳裂陷槽两侧（裂陷东侧高石梯—磨溪地区和川中古隆起北斜坡；裂陷西侧威远地区和大探1井区）震旦系灯影组天然气藏为研究对象，在充分对比不同地区灯影组天然气地球化学参数（组分、同位素组成）的基础上，明确裂陷槽两侧灯影组天然气地球化学特征差异及其成因。研究表明：①裂陷槽两侧灯影组气藏以原油裂解气为主，成熟度高，为典型的干气；②受较强的硫酸盐热化学还原反应（TSR）改造，裂陷东侧灯影组气藏的H2S、CO2含量高，δ13C2偏重（平均值大于−29‰）；威远地区灯影组气藏受TSR影响小，遵循水溶气析出成藏模式，δ13C1较裂陷东侧稍重，部分碳同位素组成发生倒转；大探1井灯影组气藏基本不受TSR影响；③裂陷西侧大探1井区及威远地区基底花岗岩广泛发育且断裂垂向输导高效，灯影组气藏He含量显著高于裂陷东侧；④受烃源岩沉积期的古水介质盐度控制，裂陷西侧灯影组气藏的δ2HCH4较东侧稍轻；⑤大探1井区灯影组天然气除了来自寒武系筇竹寺组烃源岩外，还有震旦系灯影组三段及陡山沱组烃源岩的贡献。

关键词： 硫酸盐热化学还原反应（TSR）; 大探1井; 富氦气藏; 震旦系灯影组; 德阳—安岳裂陷槽; 四川盆地

本文引用格式

宋泽章 , 金世贵 , 罗冰 , 罗情勇 , 田兴旺 , 杨岱林 , 张子羽 , 张文锦 , 武鲁亚 , 陶佳丽 , 何家欢 , 李文正 , 葛冰飞 , 王冠 , 高嘉玮 . 四川盆地德阳—安岳裂陷槽东西两侧震旦系灯影组天然气地球化学特征差异及其成因[J]. 石油勘探与开发, 2025 , 52(2) : 374 -384 . DOI: 10.11698/PED.20240289

Abstract

Taking the natural gas reservoirs of the Sinian Dengying Formation on the east and west sides (Gaoshiti-Moxi area and north slope of central Sichuan paleo-uplift on the east; Weiyuan and Well Datan-1 block on the west) of the Deyang-Anyue rift trough in the Sichuan Basin, China, as the research object, the geochemical parameters (component, isotopic composition) of natural gas from the Dengying Formation in different areas are compared, and then the differences in geochemical characteristics of Dengying natural gas on the east and west sides of the Deyang-Anyue rift trough and their genesis are clarified. First, the Dengying gas reservoirs on both sides of the rift trough are predominantly composed of oil-cracking gas with high maturity, which is typical dry gas. Second, severely modified by thermochemical sulfate reduction (TSR) reaction, the Dengying gas reservoirs on the east side exhibit high H2S and CO2 contents, with an elevated δ13C2 value (average value higher than -29‰). The Dengying gas reservoirs in the Weiyuan area are less affected by TSR modification, though the δ13C1 values are slightly greater than that of the reservoirs on the east side with partial reversal of carbon isotope composition, likely due to the water-soluble gas precipitation and accumulation mechanism. The Dengying gas reservoir of Well Datan-1 shows no influence from TSR. Third, the Dengying gas reservoirs reflect high helium contents (significantly higher than that on the east side) in the Weiyuan and Datan-1 areas on the west side, which is supposed to attribute to the widespread granites in basement and efficient vertical transport along faults. Fourth, controlled by the paleo-salinity of water medium in the depositional period of the source rock, the δ2HCH4 values of the Dengying gas reservoirs on the west side are slightly lighter than those on the east side. Fifth, the Dengying natural gas in the Datan-1 area is contributed by the source rocks of the Sinian Doushantuo Formation and the third member of the Dengying Formation, in addition to the Cambrian Qiongzhusi Formation.

Key words： thermochemical sulfate reduction (TSR); Well Datan-1; helium-rich gas reservoir; Sinian Dengying Formation; Deyang-Anyue rift trough; Sichuan Basin

0 引言

四川盆地震旦系灯影组天然气资源量丰富。截至2023年底，灯影组天然气探明储量占四川盆地天然气总探明储量的17.55%、占海相天然气总探明储量的41.15%[1]，是深层—超深层海相天然气勘探的主力层系。
四川盆地震旦系灯影组天然气勘探发现最早可追溯至1964年，德阳—安岳裂陷槽西侧古隆起高部位部署的威基井取得工业气流，发现了威远气田，拉开了震旦系灯影组天然气勘探的序幕。此后40多年间，钻遇灯影组的天然气发现有限。近20年来，随着德阳—安岳裂陷槽的沉积和演化研究不断深入，中国石油西南油气田公司瞄准关键地质问题，强化基础地质研究，取得了一系列重大勘探突破：2011年，在德阳—安岳裂陷槽东侧（简称裂陷东侧）台缘带高石梯—磨溪（简称高—磨）地区探明了超万亿立方米整装海相碳酸盐岩特大气田——安岳气田；2020年，在裂陷槽东侧古隆起斜坡区的蓬探1井获勘探重大突破，灯影组二段（简称灯二段）测试获121.98×104 m3/d高产气流，发现了另一个万亿立方米级大气田——蓬莱气田，展现出裂陷东侧灯影组台缘带巨大的天然气勘探潜力[2]。
相对于裂陷东侧，德阳—安岳裂陷槽西侧（简称裂陷西侧）震旦系天然气勘探进展缓慢。自1964年威远地区取得勘探突破以来，曾于1988年、1991年和2009年分别钻探老龙1井、周公1井及汉深1井，但测试均产水[3]。近5年，在“突出风险勘探、寻找规模资源区带”的思想指导下，西南油气田公司持续深化裂陷西侧震旦系成藏条件研究，于2018年在大兴场地区布署大探1井并取得勘探突破。2023年10月，大探1井获高产工业气流，其中灯二段天然气产量为42.16×104 m3/d，灯影组四段（简称灯四段）天然气产量为81.85×104 m3/d，为裂陷西侧灯影组台缘带首口高产工业气井。
前人对震旦系灯影组天然气藏的研究多集中在裂陷东侧高—磨地区安岳气田、北斜坡蓬莱气田或西侧威远[4⇓⇓⇓-8]等单一地区，而裂陷西侧刚获得突破的大兴场地区（大探1井）灯影组天然气地球化学研究尚处于起步阶段，亟需深化裂陷槽两侧多地区灯影组天然气地球化学特征及同位素组成的系统对比。本文以德阳—安岳裂陷槽两侧灯影组天然气藏为研究对象，在充分对比不同地区灯影组天然气地球化学特征（组分、同位素组成）的基础上，明确裂陷槽两侧灯影组天然气地球化学特征差异及其成因，旨在深化德阳—安岳裂陷槽两侧震旦系灯影组天然气藏的认识，为深层—超深层海相碳酸盐天然气勘探开发提供技术支撑。

1 区域地质概况

1.1 构造沉积地质背景及地层基本特征

德阳—安岳裂陷槽发育于桐湾运动Ⅱ幕末期，是四川盆地震旦纪—早寒武世最重要的构造单元，在盆地范围内面积达6×104 km2，具有北部宽陡，南部窄缓的形态特征[3,9]（见图1a）。根据深度和宽度，将裂陷槽细分为北段、中段和南段。选取裂陷东侧高—磨地区安岳气田、北斜坡蓬莱气田、裂陷西侧威远气田和四川盆地西南部（简称川西南）大兴场地区大探1井区作为研究区（见图1a）。
图1 四川盆地及研究区位置（a）、德阳—安岳裂陷槽与灯影组沉积相带叠合图（据文献[3,9]修改）（b）、研究区震旦系—寒武系柱状简图（据文献[10]修改）（c）
德阳—安岳裂陷槽的形成和演化自震旦系灯影组沉积期开始，到寒武系龙王庙组沉积期结束。灯影组从下到上可进一步分为4段，即灯影组一段—四段（简称灯一段—灯四段），以灯二段和灯四段沉积为主[2]，主要岩性为白云岩；下寒武统从老至新依次可划分为麦地坪组、筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组[10]（见图1b），其中，沧浪铺组与龙王庙组发育优质碳酸盐岩储层（见图1b）。高—磨地区台缘带缺失麦地坪组沉积，灯影组与上覆筇竹寺组呈假整合接触（见图1b），其下部与陡山沱组呈整合接触[11]；而川西南地区灯影组与麦地坪组呈整合接触[3]。

1.2 烃源岩特征

德阳—安岳裂陷槽内及周缘主要发育3套烃源岩：震旦系灯三段、寒武系麦地坪组和筇竹寺组烃源岩。此外，四川盆地局部还发育震旦系陡山沱组烃源岩，主要分布于盆地周缘。
筇竹寺组烃源岩主要由灰黑色泥岩和黑色页岩组成，有机质丰度高，总有机碳含量（TOC）平均值为1.95%，槽内厚度为300~350 m。大探1井钻遇筇竹寺组厚约133 m，相比槽内厚度较薄。麦地坪组为一套以硅质页岩、炭质泥岩为主的烃源岩，有机质丰度高，TOC平均值为1.68%，主要发育于槽内，厚度为50~100 m。震旦系灯三段主要为一套蓝灰色泥岩，有机质丰度相对较低，TOC平均值为0.65%，盆地内厚度为5~30 m，川西南地区灯三段仅厚约10 m。陡山沱组富有机质页岩TOC平均值约为1.51%，在盆地内部仅少量井钻遇，如威117井，已揭示厚度为10~50 m，而在盆地周缘则更为发育，厚度为120~480 m。筇竹寺组已被证实为裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气藏的主力烃源岩，供烃能力强，为油气成藏提供了优质、充足的物质基础。此外，筇竹寺组—麦地坪组还可作为区域性泥页岩盖层，对灯二段与灯四段天然气藏具有较好的封盖作用。

1.3 灯影组储层特征

裂陷槽东、西两侧高部位为灯影组台缘带，发育大面积分布的丘滩体和槽内台缘残丘等优质储集体，纵向叠置、横向连片（见图1a）。其中，裂陷西侧灯二段丘滩体面积约为3 000 km2，灯四段丘滩体面积约4 000 km2；而裂陷东侧遂宁—广元地区灯二段、灯四段丘滩体面积分别约为10 000，5 000 km2。
受德阳—安岳裂陷槽控制，槽内灯一段+灯二段厚度为50~150 m，灯三段+灯四段厚度为50~100 m，槽外灯一段+灯二段厚度为350~800 m，灯三段+灯四段厚度为100~450 m。灯影组岩性主要为藻白云岩、泥晶白云岩夹少量碎屑岩。其中，灯二段储层为典型藻白云岩（见图1b），储集空间以溶洞、藻格架孔、粒间溶孔和裂缝为主；灯四段储层岩性主要为凝块白云岩和砂屑白云岩。

2 德阳—安岳裂陷槽东、西两侧的灯影组气藏地球化学特征

结合实验及相关文献，统计了裂陷槽东、西两侧共158口井的349组天然气测试数据[4⇓-6,12⇓⇓⇓⇓⇓ -18]。德阳—安岳裂陷槽东、西两侧震旦系灯二段和灯四段的天然气均以烃类气体为主。相比于寒武系，震旦系灯影组天然气的CH4、C2H6含量较低，体积分数小于95%，几乎不含C3H8，但非烃如CO2、H2S、N2及He等含量明显较高[6,12⇓ -14,17 -18]（见表1）。此外，裂陷槽东、西两侧灯影组天然气在气体组成及碳、氢同位素组成方面差异明显。
表1 德阳—安岳裂陷槽东、西两侧灯影组天然气组分含量、碳氢同位素组成数据表
区域位置 研究
区		 井号 层位 深度/m 天然气组分含量/% 碳、氢同位素组成/‰ 数据
来源
CH4 C2H6 C3H8 He N2 CO2 H2S H2 δ13CCH4 δ13CC2H6 δ13CCO2 δ2HCH4
裂
陷
东
侧		 北
斜
坡		 ZJ2 灯二段 6 547 76.90 0.04 0 0.05 0.67 15.43 6.80 0 -35.1 -27.4 -1.5 -141 文献[12]
PT1 灯二段 5 726~5 817 94.94 0.08 0 0.06 0.13 2.32 2.46 0.01 -33.9 -29.2 -0.2 -125
PT108 灯二段 5 871~5 913 93.13 0.01 0 0.01 0.50 4.20 2.10 0.05 -33.0 -24.7 -141
PT103 灯二段 5 835 89.47 0.04 0 0.01 0.62 6.54 3.15 0 -33.7 -28.4 -2.8 -144 文献[13]
PT102 灯二段 5 937 89.88 0.06 0 0.02 0.80 5.25 3.71 0 -34.4 -29.1 -0.3 -137 文献[13]
PT101 灯二段 5 990 83.34 0.06 0 0.01 10.24 3.23 3.09 0.03 -34.7 -29.0 -3.5 -143 文献[13]
PS5 灯四段 5 503~5 588 79.28 0.03 0 0.01 0.37 18.20 2.08 0.03 -33.0 -28.0 -151
PS1 灯四段 7 467~7 680 79.64 0.05 0 0.03 0.62 10.44 8.92 0.30 -32.8 -27.8 -0.9 -148
DB1 灯四段 6 312~6 484 86.93 0.06 0 0.02 0.54 10.29 2.15 0.01 -32.8 -27.6 1.9
高—
磨地
区		 MX8 灯二段 5 422~5 459 91.43 0.04 0 0.04 2.45 6.02 0.01 0 -32.2 -27.4 -146 文献[18]
MX8 灯四段 5 102~5 172 91.41 0.03 0 0.06 1.64 5.88 0.95 0 -32.9 -28.4 -148 文献[18]
MX19 灯四段 5 145 92.24 0.03 0 0.03 1.22 5.15 1.30 0.03 -33.5 -28.3 -146
MX18 灯四段 5 095 92.36 0.04 0 0.04 1.42 4.74 1.38 0.02 -33.7 -27.4 -146
MX9 灯二段 5 423-5 459 91.82 0.05 0 0.02 0.96 4.24 2.75 0 -34.4 -2.0 文献[14]
MX11 灯二段 5 455~5 486 90.02 0.03 0 0.05 1.29 7.65 0.94 0 -31.8 -26.7 -147 文献[15]
GS9 灯二段 5 504~5 871 91.40 0.04 0 0.05 2.00 5.65 0.85 0.01 -32.0 -27.5 -152
GS9 灯四段 5 090~5 188 90.41 0.04 0 0.03 0.85 7.77 0.88 0 -33.1 -28.5 -134 文献[15]
GS6 灯四段 4 958~5 210 90.93 0.04 0.01 0.03 0.09 7.91 1.00 0 -32.6 -28.8 -137 文献[15]
GS3 灯二段 5 799~5 810 86.62 0.03 0 0.11 4.56 7.05 0 0 -32.6 -28.0 -149 文献[17]
GS18 灯四段 5 150 92.15 0.04 0 0.03 1.10 6.04 0.60 0.04 -32.8 -29.6 -144
GS122 灯四段 5 556~6 579 90.59 0.04 0 0.02 0.30 8.45 0.59 0.01 -32.5 -26.7 0.4 -134
GS1 灯四段 4 956~5 130 82.65 0.04 0 0.04 2.12 14.19 0.85 0 -32.3 -28.7 文献[14]
裂
陷
西
侧		 威
远
地
区		 W70 灯四段 3 064~3 170 85.95 0.09 0 0.36 8.53 4.03 1.00 0 -32.4 -2.5 文献[14]
W30 灯四段 2 844~2 950 86.16 0.26 0 0.30 8.15 4.13 0.91 0.09 -32.7 -32.0 文献[14]
W100 灯四段 2 959~3 041 86.80 0.13 0 0.30 6.47 5.07 1.18 0.01 -32.5 -31.7 -11.6 -139 文献[6]
W46 灯四段 2 880~2 963 86.26 0.14 0 0.27 7.44 4.55 1.30 0 -32.8 -34.8 文献[14]
W39 灯四段 2 986 86.74 0.12 0 0.27 7.08 4.53 1.22 0 -32.4 -33.9 -14.6 -142 文献[6]
W28 灯四段 2 905 88.30 0.08 0 0.27 7.12 3.30 0.90 0 -32.5 -31.6 -12.5 文献[14]
W2 灯四段 2 836 85.07 0.11 0 0.25 8.33 4.66 1.31 0 -32.5 -31.0 -11.2 -147 文献[6]
W12 灯四段 3 005 85.07 0.11 0 0.25 8.33 4.66 1.31 0 -32.5 -31.0 -11.2 文献[14]
W27 灯四段 2 851~2 995 86.23 0.12 0 0.23 7.12 4.94 1.30 0.01 -32.0 -31.2 文献[14]
大
探
1
井
区		 大探1井 灯二段 6 265~6 309 92.40 0.04 0 0.04 2.34 5.12 0.05 0.01 -31.2 -29.4 -154
大探1井 灯二段 6 265~6 309 91.98 0.06 0 0.11 2.17 5.62 0.05 0.01 -31.2 -29.4 -0.6 -154
大探1井 灯四段 6 040~6 110 91.92 0.06 0 0.11 2.13 5.73 0.04 0.01 -31.1 -28.7 -0.9 -143
大探1井 灯四段 6 040~6 110 92.57 0.04 0 0.11 2.16 5.07 0.05 0 -31.3 -29.2 -0.5 -142
大探1井 灯四段 6 040~6 110 92.77 0.04 0 0.11 2.15 4.88 0.05 0 -31.3 -28.9 -0.6 -148
大探1井 灯四段 6 040~6 110 92.92 0.03 0 0.11 2.14 4.75 0.05 0 -31.5 -29.1 -0.7 -143
大探1井 灯四段 6 040~6 110 92.15 0.05 0 0.11 2.11 5.52 0.06 0 -31.5 -29.1 -1.1 -146
大探1井 灯四段 6 040~6 110 92.02 0.04 0 0.11 2.18 5.59 0.05 0.01 -31.6 -29.3 -0.5 -141

2.1 天然气气体组成

2.1.1 烃类气体组成

裂陷西侧大探1井灯影组天然气CH4含量最高，威远地区和北斜坡灯影组天然气CH4含量相对较低；威远地区天然气C2H6含量最高。整体上，裂陷槽两侧灯影组天然气均为典型干气（见表2）。
表2 德阳—安岳裂陷槽东、西两侧灯影组天然气组分含量表
区域位置 研究区 样本数 CH4含量/% C2H6含量/% N2含量/% He含量/% CO2含量/% H2S含量/% H2含量/% 干燥系数
裂陷东侧 北斜坡 41 64.16~94.94
84.09		 0~0.27
0.05		 0.08~31.85
2.48		 0.00~0.38
0.04		 0.07~34.05
9.78		 0~20.47
3.56		 0~0.58
0.08


平均值
大于0.99
高—磨地区 157 66.42~96.21
90.38		 0.01~0.12
0.04		 0.02~24.95
1.43		 0.01~0.18
0.04		 0.09~26.27
7.07		 0~3.19
1.07		 0~0.68
0.06
裂陷西侧 威远地区 77 83.23~89.82
86.35		 0.02~0.26
0.12		 4.27~10.30
7.51		 0.14~0.38
0.27		 3.30~6.46
4.62		 0.40~1.53
1.08		 0~0.16
0.01
大探1井区 9 91.92~92.92
92.32		 0.03~0.08
0.05		 2.04~2.34
2.16		 0.04~0.11
0.10		 4.75~5.73
5.32		 0.04~0.06
0.05		 平均值
小于0.01

注：分子为数值范围，分母为平均值

CH4含量：裂陷东侧天然气CH4含量变化较大，64.16%~96.21%。北斜坡天然气CH4含量为64.16%~94.94%，平均值为84.09%；高—磨地区CH4含量平均值比北斜坡略高，为90.38%。裂陷西侧威远地区CH4含量为83.23%~89.82%，平均值为86.35%；大探1井CH4含量平均值为92.32%（见表2）。
C2H6含量：裂陷东侧北斜坡天然气C2H6含量平均值为0.05%，与高—磨地区相当。裂陷西侧威远地区灯影组天然气C2H6含量最高，平均值为0.12%，大探1井C2H6含量平均值为0.05%（见表2）。

2.1.2 非烃气体组成

裂陷槽东、西两侧灯影组CO2含量平均值均超过4%；而H2含量普遍较低，平均不足0.1%（见表2）。裂陷东侧CO2和H2S的含量比裂陷西侧高；裂陷西侧表现为高He的特征，He的平均含量大于0.1%；威远地区N2含量明显较高。
He、N2含量：裂陷西侧He平均含量均超过0.1%，皆为富氦天然气藏[19]，且威远地区He含量最高，平均含量为0.27%。威远地区还具有高N2含量的特征，平均值为7.51%，而大探1井N2含量较低。相比裂陷西侧，东侧He含量明显偏低，平均含量小于0.05%；北斜坡N2含量稍高于高—磨地区（见表2）。
CO2、H2S含量：裂陷东侧北斜坡天然气H2S含量和CO2含量均最高。裂陷西侧威远地区CO2最低，其H2S含量与高—磨地区相当；大探1井CO2含量略高于威远地区，但H2S含量较低。整体上裂陷东侧灯影组天然气的CO2和H2S含量高于裂陷西侧（见表2）。

2.2 天然气同位素组成

裂陷西侧δ13C1较裂陷东侧稍重，大探1井δ13C1最重，而裂陷东侧δ13C2（平均值大于−29‰）较裂陷西侧明显偏重。裂陷西侧δ2HCH4较东侧稍轻。
裂陷东侧灯影组天然气δ13C1分布相似，平均值为−32.9‰；裂陷西侧大探1井天然气δ13C1最重，平均值为−31.3‰，威远地区的δ13C1组成明显重于裂陷东侧超半数的样本，平均值为−32.5‰。裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气δ13C2平均值分别为−28.2‰、−28.1‰；而裂陷西侧大探1井δ13C2平均值为−29.1‰，威远地区δ13C2平均值为−32.1‰，较裂陷东侧偏轻。裂陷东侧及大探1井具有明显的正碳同位素组成序列（δ13C1小于δ13C2，未倒转），而威远部分气样的碳同位素组成发生倒转（δ13C1大于δ13C2）（见表1）。
裂陷东侧北斜坡天然气δ2HCH4值为−162‰~−121‰，平均值为−141‰，高—磨地区δ2HCH4平均值为−142‰；相较裂陷东侧，裂陷西侧大探1井δ2HCH4偏轻，平均值为−146‰，威远地区天然气δ2HCH4平均值为−143‰。

2.3 天然气成熟度

天然气δ13C1值可用于计算等效镜质体反射率（Roe）来反映其成熟度，但不同计算方法得到的结果差异很大[20]。前人多采用δ13C1-Ro法[20]来评价四川盆地寒武系龙王庙组天然气的成熟度，效果较好。采用该方法计算得到的结果（见表3）显示：裂陷槽东、西两侧灯影组天然气均为高—过成熟天然气（Roe平均值大于2.0%），且大探1井的天然气成熟度最高。
表3 裂陷槽东、西两侧灯影组天然气成熟度统计表
区域位置 研究区 Roe/% Roe平均值/% 样本数
裂陷东侧 北斜坡 1.84~3.48 2.45 76
高—磨地区 1.98~2.44 2.44 143
裂陷西侧 威远地区 2.42~2.64 2.51 17
大探1井区 2.73~2.91 2.81 12

2.4 天然气成因类型

天然气组分及同位素组成特征能较好地指示其成因类型。δ13C1值可区分有机成因和无机成因的天然气，一般认为，δ13C1值小于−30‰为有机成因；而δ13C2值可区分油型气和煤型气，且常用δ13C2值为−28‰作为二者的界限[21]。然而，在高—过成熟阶段，深埋环境的多种异常热蚀变作用会差异改造天然气，导致其碳同位素值偏重[7]。裂陷西侧灯影组天然气δ13C2均符合油型气特征，而高—磨地区和北斜坡多出现δ13C2值大于−28‰的现象（见表1），反映出煤型气特征，需进一步结合成因判识图版进行分析[21-22]（见图2）。裂陷槽东、西两侧灯影组天然气均为油型裂解气（见图2a）且为原油裂解气（见图2b），即原油的二次裂解，现今处于高—过成熟阶段（Ro值大于2.0%）。
图2 灯影组天然气成因判别图（图版据文献[21-22]）

3 德阳—安岳裂陷槽东、西两侧灯影组天然气特征差异成因

3.1 灯影组天然气组分含量差异成因

3.1.1 He和N2含量差异成因

天然气的3He/4He值与空气的3He/4He值显示，裂陷槽东、西两侧灯影组天然气He均为壳源成因[13,19]，即由地壳中高放射性岩石（如花岗岩、泥质岩和致密砂岩等）的U、Th衰变产生。天然气中N2可由有机质的热氨化作用和花岗岩热变质产生[23]。由于N2和He均可来源于富含U、Th的泥质烃源岩及花岗岩，二者常同源伴生、呈现出明显的正相关关系（见图3）。
图3 灯影组天然气He含量与N2含量的关系
裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气He主要来源于烃源岩[5,12]，含量低（见图3），平均值为0.04%。由于裂陷东侧靠近生烃中心，烃源岩生气强度为（40~200）×108 m3/km2[2]，生成的大量CH4对He富集会起到一定的稀释作用。裂陷东侧灯影组天然气中的N2主要是烃源岩中的有机质经热氨化作用形成[5,12]，含量较威远灯影组气藏低（见图3）。
裂陷西侧大探1井和威远地区灯影组天然气He含量高，平均值大于0.10%。大探1井区筇竹寺组烃源岩厚度相对较薄，但基底发育富U、Th花岗岩，广泛发育的走滑断裂沟通了氦源岩与灯影组气藏[19]，促进了He富集。威远地区除了发育筇竹寺组烃源岩外，深部还发育前震旦系古老花岗岩，二者不仅是重要的氦源岩，也是N2的重要来源[23]。喜马拉雅晚期，威远地区发生了强烈的构造隆升作用，He与N2加速从地层水中脱溶，并沿深大断裂向上运移、富集于灯影组气藏[23]。这种成藏模式使得威远地区灯影组气藏He和N2含量较其他地区灯影组气藏明显偏高（见图3）。

3.1.2 CO2和H2S含量差异成因

震旦系灯影组天然气藏中可见CO2和H2S（见表1）。硫酸盐热化学还原反应（TSR）是唯一能够导致天然气藏中H2S浓度大于10%的因素，常用天然气酸性指数（I，H2S/(H2S+CnH2n+2)）来表征TSR的反应程度[24]。当I值大于0.01时，表明TSR反应已经发生，而当I值大于0.10时，则说明气藏受到了强烈的TSR改造。裂陷西侧大探1井灯影组I值远低于0.01，基本未发生TSR反应，少量的H2S可能来源于干酪根或储层含硫矿物的热裂解。威远地区灯影组气藏的酸性指数约在0.01左右（见图4a），虽发生了TSR反应，但强度不大。相比西侧，裂陷东侧灯影组气藏普遍受到了较强的TSR改造：高—磨地区近一半气样的酸性指数大于0.01，而北斜坡部分样品酸性指数甚至超过0.1，且气藏中H2S含量超过10%（见图4a、图4b）。
图4 裂陷槽东、西两侧灯影组天然气非烃组分分析图（图c图版据文献[21]）
裂陷东侧灯影组天然气CO2含量普遍偏高，平均值大于5%，部分甚至大于10%（见图4b）。该现象可能源于以下两方面因素：①TSR-H2S累积效应。TSR反应会同时产生CO2和H2S。在反应初期，CO2含量随着H2S含量的增加而增加，但在TSR反应后期，积累的H2S逐渐溶解到地层水中，增加了地层水酸性，进而溶蚀碳酸盐岩储层、释放CO2，导致CO2含量增加、而H2S含量减少并在储层形成含硫矿物[15,25]（见图4b）。②碳酸盐岩储层酸化作业会导致CO2含量增高。一般认为，气藏中CO2含量大于8%多是酸化作业导致的[12]，如GS1井灯四段的CO2含量达到了14.19%（见表1）。
此外，碳同位素组成也能指示CO2成因[21]（见图4c）。一般认为，当δ13CCO2值小于−10‰时，CO2为有机成因[21]；而当-4‰<δ13CCO2<4‰时，则为无机成因，源自于碳酸盐岩溶蚀或热变质[26]。威远地区灯影组气藏发生了TSR反应。在TSR反应中，SO42−优先与贫13C的烃类发生反应产生贫13C的CO2，导致CO2的δ13C相对轻，故威远地区天然气CO2表现为有机成因（见图4c）。
裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气的CO2的δ13C平均值分别为−1.3‰和−0.9‰，整体表现为无机成因（见图4c）。与裂陷西侧不一样，裂陷东侧灯影组气藏受TSR改造强烈，在TSR-H2S的累积效应及酸化作业的双重影响下，碳酸盐岩储层发生溶蚀，导致天然气中CO2含量明显增高且CO2的δ13C偏重，表现为无机成因。裂陷西侧大探1井灯影组气藏基本未发生TSR反应，CO2的δ13C平均值为−1.11‰，为无机成因（见图4c）。

3.2 天然气碳同位素组成差异成因

TSR反应会优先消耗富12C的烃类，造成天然气碳同位素组成偏重[24]；同时，还会优先消耗高碳数（C2+）烃类。在裂陷东侧高—磨地区及北斜坡、裂陷西侧威远地区，随着TSR反应程度的增加，C2H6优先被消耗、含量逐渐降低（见图5a），且C2H6的δ13C值逐渐增大（见图5b）。由于裂陷东侧灯影组天然气受TSR影响更为显著，其δ13C2较裂陷西侧偏重。
图5 灯影组天然气碳同位素组成与C2H6含量、I的相关关系图
一般认为，当I值大于0.10时，TSR反应开始消耗CH4[24]；而裂陷槽东、西两侧灯影组气藏I值普遍小于0.10，且I值增大时，δ13C1并没有增重，二者呈现一定的负相关关系，表明灯影组天然气δ13C1基本未受TSR改造（见图5c）。
威远地区灯影组天然气δ13C1分布集中，比裂陷东侧大半数的灯影组气样δ13C1重2‰~3‰（见图5c）。威远气田灯影组天然气脱气成藏[27]模式形成的天然气CH4的δ13C偏重：相较于12CH4，13CH4更容易溶解于地层水中[28]，产生分馏效应；在晚期大规模构造抬升过程中，13CH4脱溶[27]，导致灯影组天然气CH4的δ13C偏重，部分气样天然气碳同位素组成发生倒转。
裂陷东侧灯影组埋深大，储层孔隙内可见含硫矿物[4,7]。盆地深部热液活动强烈[29]，带来了丰富的SO42−，提供了TSR反应所需的硫源；埋深环境（埋深大于5 000 m）所带来的高温进一步促进了TSR反应。因此，天然气的δ13C2值及H2S含量随埋深增加而升高，尤以北斜坡地区最为显著（见图6）。威远地区灯影组现今埋深仅在3 000 m左右，地温未达到TSR反应条件；但在喜马拉雅运动前，其最大埋深曾大于6 000 m、地温高于200 ℃[30]。前人[30]基于威远灯影组天然气中H2S的硫同位素明确了其为TSR成因，但由于深埋时间相对较短，TSR改造受限，δ13C2相对裂陷东侧灯影组天然气偏轻。
图6 裂陷槽东、西两侧灯影组δ13C2值与H2S含量随深度变化图

3.3 天然气氢同位素组成差异成因

天然气CH4的δ2H受烃源岩的成熟度及其沉积期的古水介质盐度等控制[5,17]。一般来说，随着成熟度增高和古水介质盐度增大，δ2HCH4逐渐变重[5]。由于灯影组天然气为高—过成熟天然气，干燥系数极高且源岩成熟度差异小，δ2HCH4受成熟度控制的影响较弱。
相较于成熟度，烃源岩沉积期的古水介质盐度是控制灯影组天然气δ2HCH4更为关键的因素。前人基于黏土矿物中硼、钾元素含量确定了四川盆地震旦系灯三段、陡山沱组和寒武系筇竹寺组沉积期古水介质的盐度：筇竹寺组古水介质盐度最高，灯三段及陡山沱组盐度相对较低[31]。因此，筇竹寺组烃源岩贡献越大，天然气δ2HCH4越重。例如，JT1井寒武系沧浪铺组天然气基本由下部筇竹寺组烃源岩供烃，其天然气δ2HCH4相对较重，达到−134‰；前人常把该值作为源于筇竹寺组烃源岩的天然气CH4的δ2H代表值[5]。
纵向上，天然气δ2HCH4的差异可以反映不同源岩的贡献度。如GS3、GS6、GS9和MX11等井（见图7a、图7b）灯四段天然气δ2HCH4比灯二段重，这可能是由于灯四段天然气中筇竹寺组的贡献大于灯三段造成的。横向上，越靠近裂陷槽，筇竹寺组烃源岩厚度越大，生烃强度越大，筇竹寺组烃源岩相对贡献度越大，δ2HCH4越重。以裂陷东侧高—磨地区灯四段为例，靠近裂陷槽、筇竹寺组烃源岩贡献大的区域，灯影组天然气δ2HCH4普遍大于−140‰，如GS6、GS9、MX102和GS3等井（见图7b）；而远离裂陷槽的区域天然气δ2HCH4整体偏轻、普遍小于−140‰，如GS125、GS18、MX8和MX18等井（见图7b）。总体上，向台内方向δ2HCH4逐渐变轻；如MX23井，灯四段的δ2HCH4值仅为−152‰。值得注意的是，台缘带的部分井天然气δ2HCH4偏低，可能指示灯三段烃源岩贡献强于筇竹寺组；如PS15井虽然在台缘带，但其灯四段天然气δ2HCH4偏轻，仅为−149‰（见图7b）。
图7 灯影组天然气中CH4的δ2HCH4分布
相较裂陷东侧，裂陷西侧大探1井灯影组天然气δ2HCH4较轻（见图7c），为−154‰~−141‰，这是由于大探1井远离裂陷槽、筇竹寺组烃源岩厚度相对薄[3]，下伏灯三段和陡山沱组的贡献相对较大导致的。

3.4 天然气、储层固体沥青和干酪根的碳同位素组成差异成因

灯影组天然气为原油裂解气，储层中除了天然气外，还有古油藏裂解的重要产物——储层固体沥青[32]。裂陷西侧威远地区灯影组气藏受TSR影响相对较小，其储层固体沥青δ13C值（平均值为-36.3‰）与筇竹寺组干酪根δ13C值（平均值为-36.1‰）十分接近（见图8），指示筇竹寺组烃源岩的主要贡献[4]。
图8 四川盆地灯影组天然气-储层固体沥青-源岩干酪根碳同位素组成分布特征（括号内为样品数，部分储层固体沥青及烃源岩干酪根碳同位素组成据文献[7,33⇓⇓-36]；Z2dn3—灯三段）
大探1井灯影组气藏基本未受TSR作用改造，其δ13C2可较好地反映母源信息。然而，大探1井灯影组天然气δ13C2（−29.1‰）比裂陷槽西侧筇竹寺组烃源岩干酪根δ13C（−36.1‰）重的多，指示除筇竹寺组外，还有其他烃源岩的重要贡献。大探1井钻遇的筇竹寺组、灯三段烃源岩厚度均相对较薄。前人在裂陷西侧先锋剖面发现了陡山沱组烃源岩[3]，其干酪根δ13C（−31.3‰）与大探1井灯影组天然气δ13C2十分接近（见图8）。此外，天然气δ2HCH4分析同样验证了下伏灯三段和陡山沱组的重要贡献。因此，大探1井灯影组天然气除有筇竹寺组烃源岩的贡献外，还有灯三段及陡山沱组烃源岩的贡献。
一般情况下，烃类热成熟演化过程中，烃源岩干酪根及其衍生物的碳同位素组成会遵循储层固体沥青、干酪根、原油、烷烃气依次变轻的规律。因此，在同源的情况下，原油裂解产生的固体沥青的碳同位素值比干酪根碳同位素重1‰~2‰[37]。然而，裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组储层固体沥青δ13C明显小于筇竹寺组烃源岩干酪根及灯影组天然气C2H6的13C（见图8），与上述分馏规律矛盾。
首先，裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气δ13C2受TSR作用影响而偏重；同时，TSR反应生成的H2S会继续消耗富12C的C2H6形成富12C的乙硫醇。乙硫醇通过芳构化和聚合作用进一步融入储层固体沥青之中[8]，导致储层固体沥青δ13C逐渐变轻，轻于烃源岩干酪根及天然气C2H6（见图8）。
基于上述认识，在深埋环境进行气源对比需考虑TSR等因素带来的影响。储层固体沥青和天然气碳同位素组成不再是可靠的参数，需借助更多的手段，如微量元素和稀土元素，来建立储层固体沥青与源之间的对应关系来完成气源对比——裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组气藏具有双源（筇竹寺组+灯三段）供烃特征，但二者贡献比还有待更深入的研究。

4 结论

德阳—安岳裂陷槽东西两侧灯影组天然气均以原油裂解气为主，为高—过成熟天然气（干气），裂陷槽两侧天然气的地球化学特征（组分、同位素）差异显著。地球化学特征差异主要受混源、深部无机气源改造、TSR改造程度及烃源岩沉积期的古水介质盐度等因素控制。
裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组天然气中的He主要来源于烃源岩，由于筇竹寺组烃源岩生烃强度大导致He富集受到限制，含量低。此外，裂陷东侧灯影组气藏普遍受TSR改造，导致天然气中H2S、CO2含量高且δ13C2偏重。西侧威远地区灯影组气藏受TSR改造不及裂陷东侧强烈，大探1井灯影组气藏基本未发生TSR改造。
受控于裂陷西侧富U、Th基底花岗岩广泛发育且断裂垂向输导高效，大探1井区灯影组天然气中的He含量高（平均值大于0.10%），威远地区的He（平均值为0.27%）、N2（平均值为7.51%）富集。威远地区灯影组天然气δ13C1偏重与其水溶气析出成藏模式有关，造成部分天然气碳同位素组成发生倒转。
裂陷槽两侧灯影组天然气δ2HCH4差异主要受烃源岩古水介质盐度的控制。此外，大探1井灯影组天然气除有筇竹寺组烃源岩贡献外，还有灯三段及陡山沱组烃源岩的贡献；威远地区灯影组天然气则主要来源于筇竹寺组。裂陷东侧高—磨地区及北斜坡灯影组气藏具有双源（筇竹寺组+灯三段）供烃特征。

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