川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖動(dòng)態(tài)演化模擬

江興歌，曾華盛，朱建輝，曹 倩

（中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214151）

川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖動(dòng)態(tài)演化模擬

江興歌，曾華盛，朱建輝，曹 倩

（中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214151）

川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖在須家河組三段沉積時(shí)期開(kāi)始成熟，早侏羅世晚期進(jìn)入高成熟階段，晚侏羅世達(dá)到過(guò)成熟階段。川西坳陷西深東淺的構(gòu)造格局，導(dǎo)致烴源巖演化具有西早東晚、西高東低的特點(diǎn)。須家河組三段沉積末期，成熟度相對(duì)較高的地區(qū)靠近龍門山前;至須家河組五段沉積末，成熟度相對(duì)高的地區(qū)向東擴(kuò)展，最高點(diǎn)向北遷至龍深1井附近。侏羅紀(jì)末，成熟度相對(duì)較高的地區(qū)整體向東遷移。白堊系末到現(xiàn)今，形成以綿陽(yáng)、德陽(yáng)、彭州和大邑一線為核心的高演化區(qū)，以馬深1井和大邑北為最高點(diǎn)。川西坳陷中部須家河組烴源巖總生氣量為1 678 125×108m3。其中，馬鞍塘組—須家河組三段沉積時(shí)期生氣量?jī)H占總生氣量的2.53%，須家河組四段至五段沉積時(shí)期占10.84%，早、中侏羅世占22.79%，晚侏羅世占22.87%，白堊紀(jì)占40.97%。

動(dòng)態(tài)演化;盆地模擬;烴源巖;須家河組;川西坳陷

川西地區(qū)是碎屑巖領(lǐng)域非常重要的天然氣生產(chǎn)基地，上三疊統(tǒng)烴源巖是其主力烴源巖［1－5］。川西地區(qū)盆地發(fā)育演化受大陸邊緣－前陸盆地等盆地原型演化序列控制，熱流演化有一個(gè)從熱盆到冷盆的過(guò)程。盆地構(gòu)造－熱演化控制了烴源巖的發(fā)育形成和成熟演化［6－10］，因此烴源巖的研究應(yīng)當(dāng)以盆地構(gòu)造演化為背景，在盆地分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用TSM盆地模擬方法對(duì)川西凹陷中段埋藏史、熱史進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而對(duì)上三疊統(tǒng)烴源巖的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)態(tài)的成藏分析與資源評(píng)價(jià)。

1 動(dòng)態(tài)模擬方法

1.1 TSM盆地動(dòng)態(tài)模擬方法

根據(jù)朱夏（1983）提出的TSM系統(tǒng)評(píng)價(jià)的思路（圖1），把盆地油氣評(píng)價(jià)方法的系統(tǒng)性和動(dòng)態(tài)性融匯在一起，形成了盆地定量模擬評(píng)價(jià)方法的指導(dǎo)思想［11－12］。盆地模擬要求在盆地原型地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬以洞察原型并列疊加效果，檢驗(yàn)概念、揭示過(guò)程、預(yù)測(cè)未知，以期在勘探進(jìn)程中從盆地整體上進(jìn)行系統(tǒng)地評(píng)價(jià)。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索實(shí)踐，形成了具有原創(chuàng)特色的TSM盆地模擬技術(shù)［13－18］。強(qiáng)調(diào)盆地才是具備邊界和要素的系統(tǒng)，系統(tǒng)中油氣要素包括的生、儲(chǔ)、蓋物質(zhì)及其分布都受盆地沉降性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與充填方式的控制。一切油氣事件都發(fā)生在這一系統(tǒng)中。而盆地組成邊界的構(gòu)造－熱體制起到了盆地地質(zhì)要素、油氣要素與響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)之間相互作用的約束。

TSM盆地模擬采取了確定性的模擬方法，要求用嚴(yán)格的邏輯關(guān)系或函數(shù)關(guān)系來(lái)描述對(duì)象，表述數(shù)值模擬“理應(yīng)如此”的結(jié)果。因此它突出了物理學(xué)和化學(xué)的定理同地質(zhì)原理或規(guī)律的結(jié)合。在地質(zhì)原型建模之后，用數(shù)學(xué)公式或數(shù)理邏輯運(yùn)算形式表達(dá)地質(zhì)規(guī)律或地質(zhì)概念，其結(jié)果是將地質(zhì)事實(shí)抽象為數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，它力圖用物理或化學(xué)的數(shù)理邏輯的方法來(lái)表達(dá)地質(zhì)作用（4S）同油氣響應(yīng)（4M）諸參數(shù)之間的關(guān)系，動(dòng)態(tài)地演繹推論油氣的賦存位置及其數(shù)量。

1.2 烴源巖動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬流程

盆地模擬是為了反映盆地的地質(zhì)演化過(guò)程，計(jì)算的模型必須適應(yīng)這種不同原型并列疊加的作用。因此，盆地模擬的操作流程必須根據(jù)盆地分析得出的概念模型和實(shí)際地質(zhì)資料情況的分析確定，并分別選擇適應(yīng)的計(jì)算模型。

盆地的各個(gè)子系統(tǒng)是互相關(guān)聯(lián)互動(dòng)的，為了模擬烴源巖的動(dòng)態(tài)演化，模擬的流程必須包括埋藏史、熱史和生烴史等互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。

烴源巖的演化與其埋藏演化密切相關(guān)，可以根據(jù)現(xiàn)今地層的埋深，利用回剝法恢復(fù)其埋藏演化過(guò)程。在恢復(fù)的過(guò)程中，必須對(duì)壓實(shí)作用和剝蝕作用進(jìn)行校正。壓實(shí)作用可以根據(jù)孔隙度與深度關(guān)系進(jìn)行校正計(jì)算（圖2）。

熱演化是烴源演化的關(guān)鍵因素之一。盆地原型演化決定了盆地的熱流演化，大陸邊緣盆地一般熱流值較高而類前陸盆地相對(duì)熱流較低。在計(jì)算烴源巖演化過(guò)程中，大地?zé)崃髦凳且粋€(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，因此需要根據(jù)盆地原型，選取相應(yīng)的大地?zé)崃髦怠Ｍㄟ^(guò)大地?zé)崃髦惦S時(shí)間的變化分析古地溫場(chǎng)的演化，根據(jù)溫度場(chǎng)積分計(jì)算時(shí)間與溫度并求取時(shí)間溫度指數(shù)（TTI），根據(jù)典型鉆井的成熟度測(cè)試值（Ro）擬合得到TTI－Ro關(guān)系，從而進(jìn)一步得到各個(gè)地質(zhì)時(shí)期的成熟度Ro。熱演化計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題在于與實(shí)測(cè)資料的擬合。計(jì)算得到的地溫值應(yīng)當(dāng)與有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)包括裂變徑跡、包體測(cè)溫以及井中測(cè)溫等進(jìn)行擬合。根據(jù)積分累計(jì)效應(yīng)，最后計(jì)算得到的Ro應(yīng)當(dāng)與實(shí)測(cè)的Ro值相擬合。

圖1 油氣盆地TSM系統(tǒng)研究程式（朱夏，1983）Fig.1 Pattern of TSM system for petroliferous basin study（from Zhu Xia，1983）

圖2 烴源巖演化模擬流程示意圖Fig.2 Schematic flow chart of source rocks evolution simulation

在埋藏史和熱史模擬的基礎(chǔ)上，根據(jù)烴源巖體積、有機(jī)碳含量、生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)獲得的各類型烴源巖的Ro—烴產(chǎn)率關(guān)系等參數(shù)，就可以計(jì)算得到烴源巖在各個(gè)地質(zhì)時(shí)期的生烴強(qiáng)度和生烴量。

2 烴源巖動(dòng)態(tài)演化

川西坳陷在晚三疊世，經(jīng)歷了馬鞍塘－小塘子大陸邊緣，須家河組二段、三段的邊緣坳陷階段，而須家河組四段、五段龍門山隆起形成前陸盆地，在此之后，還繼續(xù)經(jīng)歷類前陸盆地階段。馬鞍塘－小塘子組為淺海陸棚相和濱岸三角洲相，發(fā)育泥灰?guī)r和暗色泥巖，須家河組二段、三段沉積相為湖相三角洲－濱淺湖相，發(fā)育暗色泥巖。須家河組四段、五段為湖沼相沉積，發(fā)育煤及暗色泥巖。三疊紀(jì)的地層后期經(jīng)歷到侏羅紀(jì)的前陸和類前陸盆地以及后期盆地的疊加，控制了烴源巖的發(fā)育。根據(jù)研究，從三疊紀(jì)到侏羅紀(jì)以及后期晚燕山到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，盆地的熱流總體上趨于下降，熱流總體上演化有一個(gè)從熱盆到冷盆的過(guò)程?？刂茻N源巖成熟的重要因素就是盆地的沉降在平面的變化控制了烴源巖的熱演化。根據(jù)上覆地層的厚度變化，上三疊統(tǒng)烴源巖的成熟度演化相應(yīng)變化。

根據(jù)川西坳陷構(gòu)造和沉積演化，建立了模擬演化的模式和流程。通過(guò)對(duì)川西坳陷中部的數(shù)值模擬，明確了該區(qū)上三疊統(tǒng)烴源巖的成熟度和生烴強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，確定了成烴演化的關(guān)鍵時(shí)期。

2.1 烴源巖熱成熟演化史

運(yùn)用TSM盆地模擬系統(tǒng)的埋藏史和熱演化史的模擬模型，計(jì)算獲得了反映烴源巖熱成熟演化趨勢(shì)的Ro分布圖。

2.1.1 馬鞍塘—小塘子組

須家河組三段沉積末期（T3x3，須下盆沉積末期），安縣、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、新都和溫江一線以東地區(qū)烴源巖Ro小于0.5%，還未成熟。以西地區(qū)烴源巖Ro為0.5% ～0.75%，處于低成熟演化階段。須家河組五段沉積末期（T3x5，須上盆沉積末期），綿陽(yáng)、中江、金堂和成都一線以東地區(qū)烴源巖的Ro為0.5%～0.8%，處于低成熟演化階段。該線以西至什邡、彭州，烴源巖Ro為0.8% ～1.3%，進(jìn)入了成熟演化階段;白鹿場(chǎng)一帶，Ro大于1.3%，達(dá)到了高成熟（濕氣）演化階段。侏羅紀(jì)末，綿竹、什邡、彭州和大邑地區(qū)烴源巖Ro大于2.0%，已達(dá)到過(guò)成熟（干氣）演化階段。其他地區(qū)烴源巖基本上處于高成熟（濕氣）演化階段。現(xiàn)今，除安縣地區(qū)外，川西坳陷中部Ro均大于2.0%，在大邑1井以北至馬深1井一帶，Ro達(dá)到3.0%以上。顯示該層段烴源巖基本都已經(jīng)達(dá)到過(guò)成熟（干氣）演化階段（圖3）。

2.1.2 須家河組三段

須家河組三段沉積末期（須下盆末期），綿陽(yáng)、金堂、新都和崇慶一線以東地區(qū)烴源巖Ro小于0.5%，還未成熟。其以西地區(qū)烴源巖 Ro為0.5%～0.75%，處于低成熟演化階段。侏羅紀(jì)末，綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、彭州和大邑地區(qū)烴源巖Ro大于1.3%，已達(dá)到高成熟（濕氣）演化階段。其他地區(qū)烴源巖基本上處于成熟演化階段。現(xiàn)今，安縣地區(qū)Ro小于1.3%，綿陽(yáng)、新場(chǎng)、中江、成都、都江堰等地區(qū)Ro為1.3% ～2.0%，其他地區(qū)Ro基本都大于2.0%，在大邑以北至馬深1井一帶，Ro達(dá)到2.5%以上（圖4，圖5）。

圖3 川西坳陷中部馬鞍塘—小塘子組烴源巖現(xiàn)今Ro等值線Fig.3 Current Rocontour of source rocks in the Maantang－Xiaotangzi Formation in the central part of western Sichuan Depression

圖4 川西坳陷中部須家河組三段烴源巖侏羅紀(jì)末Ro等值線Fig.4 Rocontour of source rocks in the 3rdmember of Xujiahe Formation in the central part of western Sichuan Depression at the end of the Jurassic

2.1.3 須家河組五段

侏羅紀(jì)末，大部分地區(qū)烴源巖Ro為0.8% ～1.1%，處于成熟演化階段?，F(xiàn)今，安縣、綿竹、隆豐、大邑和洛帶地區(qū)現(xiàn)今Ro小于1.3%，烴源巖處于成熟演化階段。其他地區(qū)Ro為1.3% ～1.8%，烴源巖達(dá)到高成熟（濕氣）演化階段。

圖5 川西坳陷中部須家河組三段烴源巖現(xiàn)今Ro等值線Fig.5 Current Rocontour of source rocks in the 3rdmember of Xujiahe Formation in the central part of western Sichuan Depression

圖6 川西坳陷中部須家河組烴源巖侏羅紀(jì)末累計(jì)生烴強(qiáng)度等值線Fig.6 Accumulative hydrocarbon generation intensity contour of Xujiahe Formation source rocks in the central part of western Sichuan Depression at the end of the Jurassic

2.2 烴源巖生烴演化史

盆地模擬法計(jì)算獲得了川西坳陷上三疊統(tǒng)各層段烴源巖在須家河組三段沉積末期、須家河組五段沉積末期、侏羅紀(jì)末和白堊紀(jì)末期生烴強(qiáng)度圖以及整個(gè)上三疊統(tǒng)烴源巖在上述時(shí)間段的總生烴強(qiáng)度圖（圖6，圖7）。

圖7 川西坳陷中部須家河組烴源巖白堊紀(jì)末累計(jì)生烴強(qiáng)度等值線Fig.7 Accumulative hydrocarbon generation intensity contour of Xujiahe Formation source rocks in the central part of western Sichuan Depression at the end of the Cretaceous

白堊紀(jì)末以來(lái)，川西地區(qū)由于地殼抬升，烴源巖已基本上停止生烴，因此，白堊紀(jì)末期的累計(jì)生氣強(qiáng)度即為現(xiàn)今的累計(jì)生氣強(qiáng)度。根據(jù)生烴強(qiáng)度圖計(jì)算得到了川西中段須家河組各個(gè)烴源層在各個(gè)時(shí)期的累計(jì)生氣量。結(jié)果表明，川西坳陷中部須家河組總生氣量為1 678 125×108m3。

從生烴時(shí)間上來(lái)看，川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖在須三段沉積末生氣量?jī)H占總生氣量的2.53%，須家河組四段至五段沉積時(shí)期生氣量占總生氣量的10.84%，白田壩—沙溪廟組沉積時(shí)期生氣量占總生氣量的22.79%，遂寧組沉積時(shí)期生氣量占總生氣量的3.47%，蓬萊鎮(zhèn)組沉積時(shí)期生氣量占總生氣量的19.40%，白堊紀(jì)生氣量占總生氣量的40.97%。

川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖在須家河組三段沉積末累計(jì)生氣量?jī)H達(dá)總生氣量的2.53%，須家河組五段沉積末累計(jì)生氣量達(dá)總生氣量的13.37%，沙溪廟組沉積末，累計(jì)生氣量達(dá)總生氣量的36.16%，遂寧組沉積末，累計(jì)生氣量達(dá)總生氣量的39.63%，蓬萊鎮(zhèn)組沉積末，累計(jì)生氣量達(dá)總生氣量的59.03%。

從各個(gè)層段來(lái)看，川西坳陷中部馬鞍塘組烴源巖生氣量占總生氣量的35.59%，須家河組二段占11.39%，須家河組三段占22.56%，須家河組四段占7.11%，須家河組五段占6.83%，馬鞍塘組—須家河組三段煤占12.86%，須家河組四段—五段煤占3.66%。

3 結(jié)語(yǔ)

1）川西坳陷中部上三疊統(tǒng)烴源巖在須家河組三段沉積時(shí)期開(kāi)始成熟（Ro≥0.5%），早侏羅世晚期進(jìn)入高成熟（濕氣）演化階段（Ro≥1.3%），晚侏羅世達(dá)到過(guò)成熟（干氣）演化階段（Ro≥2.0%），川西坳陷西深東淺的構(gòu)造格局，導(dǎo)致烴源巖演化具有西早東晚、西高東低的特點(diǎn)。

2）川西坳陷中部須家河組烴源巖總生氣量為1 678 125×108m3。其中，馬鞍塘組—須家河組三段沉積時(shí)期（T3m—T3x3）生氣量?jī)H占總生氣量的2.53%，須家河組四段—五段沉積時(shí)期（T3x4—T3x5）占 10.84%，早、中 侏 羅 世 占22.97%，晚侏羅世占22.86%，白堊紀(jì)占40.97%。

3）川西地區(qū)碎屑巖層系中，強(qiáng)生烴區(qū)廣泛分布，具備了形成大中型氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。

致謝:本研究工作得到了鄭和榮、胡宗全等的指導(dǎo)，參加研究工作的還有王津義、王保華、管宏林、王東燕等，王宜芳幫助清繪圖件，中石化西南局提供了基礎(chǔ)資料，在此一并致謝!

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Dynamic evolution simulation of the Upper Triassic source rocks in central part of western Sichuan Depression

Jiang Xingge，Zeng Huasheng，Zhu Jianhui and Cao Qian

（Wuxi Petroleum Geology Research Institute，SINOPEC PEPRS，Wuxi，Jiangsu214151，China）

The Upper Triassic source rocks in the central of western Sichuan Depression got mature during the deposition of the 3rdmember of Xujiahe Formation，over-mature stag in the late of Early Jurassic and post-mature in the Late Jurassic.The EW-dipping tectonic framework in western Sichuan depression determines that the source rocks in the west got mature earlier and have higher maturity than that in the east.Area with high maturity was near the piedmont of Longmen Mountain at the end of deposition of the 3rdmember of Xujiahe Formation，and it extended eastwards with the highest maturity migrating near to Longshen-1 well at the end of deposition of the 5thmember of Xujiahe Formation.Later it migrated eastwards as a whole at the end of the Jurassic.The area with high maturity has centered in Mianyang-Deyang-Pengzhou-Dayu from the Creataceous to present，with the highest maturity occurring at Mashen-1 well and Dayu North.The whole amount of gas generated from source rocks in the Xujiahe Formation in western Sichuan depression is 167.812 5 tcm.The gas generated during the deposition of the Maantang Formation-3rdmember of Xujiahe Formation accounts for 2.53%of the total，that during the deposition of 4thand 5thmembers of Xujiahe Formation accounts for 10.84%，that in the Early and Middle Jurassic 22.97%，that in the Later Jurassic 22.86%and that in the Early Cretaceous 40.97%.

dynamic evolution，basin modeling，source rock，Xujiahe Formation，western Sichuan Depression

TE112.3

A

0253－9985（2012）04－0545－07

2011－10－04;

2012－07－05。

江興歌（1965—），男，博士、高級(jí)工程師，盆地?cái)?shù)值模擬。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05002－006－002）。

（編輯 高 巖）