川東建南地區(qū)頁巖成熟度模擬分析

(長江大學(xué)地球球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

李坤運(yùn)(中石油大港油田分公司開發(fā)事業(yè)部，天津300475）

頁巖成熟度表明有機(jī)質(zhì)的成熟階段，也影響頁巖中吸附在有機(jī)物表面的天然氣量。據(jù)北美地區(qū)實(shí)際勘探情況，反映頁巖成熟度的鏡質(zhì)體反射率（Ro）的變化大致從0．4%到1．9%[1]。低成熟Barnett頁巖的地方，產(chǎn)氣速率就比較低。在許多Barnett頁巖高成熟的井中，產(chǎn)氣速率比較高。在密歇根盆地的Antrim頁巖中，熱成因的頁巖氣含量向成熟度增加的方向不斷增加，含氣頁巖的生氣量和賦存的氣體量與成熟度成正比[2]。因此，成熟度是評價可能的高產(chǎn)頁巖氣的關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)。鏡質(zhì)體反射率隨溫度呈正比變化趨勢且不可逆，故被廣泛用于熱演化史恢復(fù)[3]。筆者利用相關(guān)測井資料對建南地區(qū)重點(diǎn)井太1井進(jìn)行了剝蝕厚度恢復(fù)，結(jié)合四川盆地中生代地?zé)釟v史資料，利用古熱流法反演得到了研究區(qū)上三疊-下侏羅統(tǒng)主要頁巖層段的古地溫演化史，再結(jié)合太1井樣點(diǎn)實(shí)測Ro值，恢復(fù)得到烴源巖的成熟度史。

1 地質(zhì)概況

鄂西渝東地區(qū)的建南構(gòu)造位于鄂西渝東的石柱復(fù)向斜上，屬川東-鄂西基底起伏構(gòu)造帶的次級構(gòu)造單元，在晚三疊世至侏羅紀(jì)時期屬四川盆地的一部分，侏羅紀(jì)以來經(jīng)歷過多期褶皺和斷裂變形，新近紀(jì)形成現(xiàn)今格局[4]。研究區(qū)內(nèi)區(qū)域性不整合面見于志留系與泥盆系之間、石炭系與二疊系之間、上二疊統(tǒng)與下二疊統(tǒng)之間、中三疊統(tǒng)與上三疊統(tǒng)之間和中生界與新生界之間[4]。

石柱復(fù)向斜地層發(fā)育的關(guān)鍵時期為海西-早印支期、晚印支-早燕山期，屬同造山前陸盆地演化階段，以湖泊相、河流相沉積為主，筆者研究的上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)發(fā)育于該時期。下侏羅統(tǒng)以湖泊相沉積為主，泥頁巖相對發(fā)育，自流井組東岳廟段黑色頁巖為區(qū)域上主力烴源巖的最重要發(fā)育層位之一。上三疊統(tǒng)以河流相為主，須家河組暗色泥巖和黑色炭質(zhì)頁巖，為區(qū)域上主力烴源巖的發(fā)育層位?？傮w來看，建南地區(qū)上三疊-下侏羅統(tǒng)主要以湖相沉積為主，生、儲、蓋成藏組合特征較明顯[5]（見圖1）。

2 成熟度史模擬分析

2．1 地層剝蝕量恢復(fù)分析

地層被剝蝕是多期沉積盆地中普遍存在的現(xiàn)象，它對沉積盆地中油氣的生成、運(yùn)移和聚集等都會產(chǎn)生重要影響。目前恢復(fù)剝蝕厚度的方法主要有泥巖聲波時差法、鏡質(zhì)體反射率法、包體測溫法、磷灰石裂變徑跡法、波動分析方法、鄰層厚度比值法、未被剝蝕地層厚度趨勢延伸法以及地質(zhì)類比法、古地溫梯度法、沉積速率比值法等。利用聲波時差資料恢復(fù)剝蝕量的前提是泥質(zhì)巖的壓實(shí)過程不受時間因素影響，而且壓實(shí)作用不可逆。該方法認(rèn)為在有剝蝕的地區(qū)，當(dāng)不整合面以上沉積物的厚度小于剝蝕厚度時，將不整合以下泥巖的壓實(shí)趨勢線上延至地表未固結(jié)泥巖的聲波時差值即為古地表[6]，古地表與不整合面之間的距離即為剝蝕厚度。這種方法依賴于正確地確定地下沉積層的孔隙度-深度和聲波時差-深度的關(guān)系，但當(dāng)剝蝕面再度下沉至大于剝蝕厚度的深度以下時，因壓實(shí)趨勢改變，則無法算出剝蝕量的大小。

圖1 建南地區(qū)上三疊-下侏羅統(tǒng)沉積柱狀示意圖

地表聲波時差根據(jù)實(shí)際鉆井不整合面以上地層的泥巖壓實(shí)的趨勢線延伸至地表來計(jì)算。由于建南地區(qū)不整合面以上缺少聲波時差數(shù)據(jù)，根據(jù)正常的地表聲波時差范圍，結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況，選取635μs／m為該地區(qū)地表聲波時差值。

以典型井太1井作為研究對象，將其中泥質(zhì)巖層段的平均深度與相對應(yīng)的聲波時差值放在半對數(shù)坐標(biāo)系中，除去異常壓實(shí)段和其他非正常點(diǎn)聲波時差數(shù)據(jù)后，得到太1井的聲波時差(AC）-厚度(H）關(guān)系圖及剝蝕厚度(見圖2）。從晚燕山到喜馬拉雅期，建南地區(qū)一直處于抬升剝蝕階段。太1井在沉積上三疊統(tǒng)至下侏羅統(tǒng)之后遭受強(qiáng)烈剝蝕，現(xiàn)今僅保留中下侏羅統(tǒng)，剝蝕強(qiáng)度較大，根據(jù)泥巖聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度，該井的剝蝕量為1486m。

圖2 太1井剝蝕厚度恢復(fù)

2．2 熱演化史恢復(fù)分析

建南所屬的鄂西-渝東地區(qū)古熱流在晚二疊世初期達(dá)到最高78mW／m2，到現(xiàn)今持續(xù)降低，在侏羅紀(jì)末期平均為54mW／m2[3]，考慮到利用古溫標(biāo)只能反演出地層達(dá)到最高古地溫時及其之后的成熟度史[7]，故選用古熱流法[8]對太1井上三疊-下侏羅統(tǒng)進(jìn)行成熟度史恢復(fù)較為適宜。該方法的基本原理確定剝蝕層的剝蝕厚度，將現(xiàn)今地層厚度回剝，恢復(fù)地層埋藏史，模擬該階段的沉積或剝蝕等熱體制變動事件，結(jié)合盆地?zé)崃魇?，重建地層溫度史[3]。反演流程如圖3所示。

圖3 古熱流法熱史恢復(fù)原理流程

太1井熱史反演過程中的地質(zhì)參數(shù)(如巖性，熱流等）及Ro樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于中國石化江漢油田建南地區(qū)鉆井測試數(shù)據(jù)或文獻(xiàn) [9-10]中的相關(guān)數(shù)據(jù)。在熱史恢復(fù)過程中，選用Easy%Ro[11]來進(jìn)行烴類成熟史模擬，恢復(fù)結(jié)果如圖4和圖5所示。

從圖4可以看出，建南地區(qū)上三疊-下侏羅統(tǒng)的最高古地溫曾經(jīng)到達(dá)165℃，現(xiàn)今溫度大概在60～75℃，根據(jù)有機(jī)質(zhì)演化階段和特征，該溫度對應(yīng)的階段為有機(jī)質(zhì)的成熟階段，適合油氣的生成。

從圖5可以看出，上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖進(jìn)入生油門限(Ro=0．5%）的時間大致距今195Ma（早侏羅世），成熟度Ro達(dá)到1．0%的時間大致距今170Ma（中侏羅世），埋深達(dá)到3100m，溫度達(dá)到108℃。下侏羅統(tǒng)烴源巖進(jìn)入生油門限(Ro=0．5%）的時間大致距今180Ma（早-中侏羅世），成熟度Ro達(dá)到1．0%的時間大致距今145Ma（晚侏羅世），埋深達(dá)到3500m，溫度達(dá)到105℃。

綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)上三疊-下侏羅系烴源巖早-中侏羅世開始生烴，以生油為主，其后不久在中-晚侏羅世達(dá)到了生烴高峰，以氣為主。侏羅紀(jì)末期的構(gòu)造活動，有利地配合了烴源巖的排烴過程，同時形成的圈閉，有利于油氣聚集。

通過該區(qū)多個典型井的熱史恢復(fù)可知，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)今頁巖成熟度普遍處于1．0%以上，處于有機(jī)質(zhì)的成熟階段，具有較大的生氣潛力。

圖4 太1井古地溫演化史

圖5 太1井頁巖成熟度演化史

3 結(jié) 論

1）頁巖氣藏中，有機(jī)質(zhì)的成熟度不僅反映烴源巖生烴期次，而且影響著儲層有機(jī)質(zhì)表面的吸附氣含量，北美地區(qū)勘探情況亦證明，成熟度是評價頁巖氣藏的重要參數(shù)。

2）晚燕山到喜馬拉雅期，建南地區(qū)一直處于抬升剝蝕階段。太1井在沉積上三疊統(tǒng)至下侏羅統(tǒng)之后遭受強(qiáng)烈剝蝕，現(xiàn)今僅保留中下侏羅統(tǒng)，剝蝕強(qiáng)度較大，根據(jù)泥巖聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度，該井的剝蝕量為1486m。

3）太1井成熟度史恢復(fù)結(jié)果表明，建南地區(qū)上三疊-下侏羅系烴源巖早-中侏羅世開始生烴，以生油為主，其后不久在中-晚侏羅世達(dá)到了生烴高峰，以生氣為主。侏羅紀(jì)末期的構(gòu)造活動，有利地配合了烴源巖的排烴過程，同時形成的圈閉有利于油氣聚集。

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