白家海凸起阜北斜坡區(qū)侏羅系烴源巖熱史、成熟史分析

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

楊海濤 (中原石油勘探局鉆采處，河南 濮陽 457001)

譚思哲 (中海油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

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

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

楊海濤 (中原石油勘探局鉆采處，河南 濮陽 457001)

譚思哲 (中海油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

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

在白家海凸起-阜北斜坡區(qū)侏羅系油氣藏的形成年代研究中，為確定其侏羅系烴源巖的生油氣時(shí)間，在充分結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征的前提下，應(yīng)用PetroMod盆地模擬系統(tǒng)在模擬恢復(fù)白家海凸起-阜北斜坡區(qū)地史和熱史的基礎(chǔ)上，模擬計(jì)算了研究區(qū)侏羅系烴源巖的成熟度史。通過對研究區(qū)內(nèi)重要井的一維單井模擬以及烴源巖成熟度平面演化模擬，分析了研究區(qū)的古地溫、古熱流以及烴源巖演化特征，進(jìn)而分析其成藏機(jī)制。

盆地模擬；準(zhǔn)噶爾盆地；侏羅系；古地溫；古熱流；烴源巖

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地中央隆起帶東段，包括東道海子北凹陷、白家海凸起、阜康凹陷、沙帳斷褶帶、五彩灣凹陷。白家海凸起為中央坳陷東部一個(gè)北東向展布的三級正向構(gòu)造單元。凸起南面為阜康凹陷，北面為東道海子凹陷，東北面為五彩灣凹陷，東南以沙西斷裂為界與沙奇凸起和沙帳斷褶帶相鄰，西面與莫索灣、莫北凸起緊鄰，總面積約4000km2。

2 構(gòu)造和地層特征

白家海凸起-阜北斜坡區(qū)形成于海西運(yùn)動(dòng)末期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷了晚古生代填平補(bǔ)齊和削蝕，在晚二疊世，整體下沉，接受沉積。三疊系發(fā)生了改造東部構(gòu)造格局的印支運(yùn)動(dòng)，地層整體抬升，運(yùn)動(dòng)結(jié)果使三疊系中、上統(tǒng)遭受了強(qiáng)烈剝蝕。進(jìn)入侏羅紀(jì)本區(qū)繼承性地保持為一個(gè)古隆起，后經(jīng)燕山運(yùn)動(dòng)改造，形成了統(tǒng)一的盆地，鼻隆開始下沉并接受沉積，形成了由東向西傾沒的大型寬緩鼻狀構(gòu)造。在白家海凸起-阜北斜坡區(qū)燕山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度較小，侏羅系地層未遭受強(qiáng)烈剝蝕，僅產(chǎn)生一系列雁行排列的張性正斷裂。白堊紀(jì)，該區(qū)再次沉降，由于物源充足，接收了巨厚的河流相沉積。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期，構(gòu)造活動(dòng)表現(xiàn)為西南下降，東北抬升，并最終形成西南傾的單斜構(gòu)造。

白家海凸起-阜北斜坡目前鉆遇地層自下部石炭系地層向上經(jīng)二疊系平地泉組、梧桐溝組，三疊系上倉房溝群、小泉溝群，侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組、石樹溝群，白堊系清水河組、呼圖壁河組、勝金口組、連木沁組、東溝組，下第三系，上第三系直至第四系地層[1]。其中侏羅系地層為油氣勘探的主要目的層，中上侏羅統(tǒng)主要以河流相為主，巖性相對較細(xì)，局部被剝蝕，與吐谷魯群組要為平行不整合接觸。中侏羅統(tǒng)西山窯組以河流沼澤相為主要沉積，中部夾有煤層，底部有厚層細(xì)砂巖，與上部石樹構(gòu)群組為不整合接觸。下侏羅統(tǒng)三工河組底部為辮狀河沉積，辮狀河道砂發(fā)育，上部為湖相沉積。下侏羅統(tǒng)八道灣組主要為沖積扇-河流相沉積，夾沼澤相沉積的煤層；其中中下侏羅統(tǒng)是該區(qū)主力烴源巖。

3 熱史恢復(fù)

熱史恢復(fù)能重建含油氣盆地的古溫度史和古熱流史，并為相應(yīng)的烴源巖成熟史、生排烴史及聚烴史模擬提供溫度場。結(jié)合前人對準(zhǔn)噶爾盆地的相關(guān)研究[2]，根據(jù)有關(guān)的巖石熱導(dǎo)率[3]和溫度數(shù)據(jù)對盆地的大地?zé)崃鞯挠?jì)算，總結(jié)了研究區(qū)熱流的分布特征。筆者采用綜合法即利用Easy%Ro模型來求取古熱流與古地溫的一種正、反演結(jié)合的方法，恢復(fù)了研究區(qū)單井埋藏史、熱史。

3.1模擬參數(shù)

熱史恢復(fù)需要以地層埋藏史的恢復(fù)為前提和計(jì)算熱流值，其所需模擬參數(shù)包括地質(zhì)分層厚度、地層巖性、地層年齡、地層壓力、地層剝蝕厚度、孔滲參數(shù)、巖石熱導(dǎo)率、地層實(shí)測溫度和鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)。在熱史模擬中與古熱流有關(guān)的參數(shù)是未知量。將這些有關(guān)的未知量作為控制變量，通過模擬地層埋藏史和熱歷史，應(yīng)用最優(yōu)化方法來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)極小值的求取和埋藏史、熱史的反演及抬升剝蝕量的計(jì)算。大地?zé)崃髦悼梢愿鶕?jù)巖石熱導(dǎo)率與地溫梯度來求取，計(jì)算出來的熱流值可以使用鏡質(zhì)體反射率等古溫標(biāo)來進(jìn)行驗(yàn)證[4]。

3.2古溫度史與古熱流史

熱史包括古地溫史和古熱流史，是以溫度值、地溫梯度和熱流值的演化過程來表述其各個(gè)地史時(shí)期的演化特征[5]。通過對研究區(qū)30多口單井進(jìn)行的埋藏史、熱史模擬分析，選擇其中6口井為代表，對其不同時(shí)期的地溫梯度和古熱流變化作對比分析(見圖1、圖2)。擬合結(jié)果表明，溫度與深度關(guān)系密切，溫度隨埋深增加具線性變化趨勢。由圖1可以看出，在石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地溫梯度主要在36.2～42.0℃/km,最高可達(dá)45.0℃/km，這是由于該時(shí)期盆地處于裂谷階段，石炭系末巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，對上覆地層影響導(dǎo)致地溫梯度較高，早三疊紀(jì)到三疊紀(jì)末地溫梯度開始緩慢下降，直到侏羅紀(jì)早期，地溫梯度略有上升，經(jīng)歷了侏羅紀(jì)階段，到侏羅紀(jì)末期，地溫梯度下降較快，為26.5～34.0℃/km，白堊紀(jì)以后地溫梯度變化不大。區(qū)域上受基底構(gòu)造控制的影響，東道海子北凹陷和阜康凹陷每個(gè)地質(zhì)時(shí)期的地溫梯度相對白家海凸起-阜北斜坡區(qū)地溫梯度低3.0～7.0℃/km。

圖1 白家海凸起-阜北斜坡區(qū)地溫梯度

圖2 白家海凸起-阜北斜坡區(qū)大地?zé)崃?/p>

基底埋深較淺的隆起區(qū)熱流值高，埋深較大的凹陷區(qū)熱流值相對較低[6]。根據(jù)校正結(jié)果，把研究區(qū)內(nèi)熱流變化(圖2)分為以下3種類型：① 以彩11井、彩參2井、彩16井為代表，從石炭紀(jì)末至侏羅紀(jì)早期熱流值為110～82mW/m2內(nèi)，呈下降趨勢，在侏羅紀(jì)經(jīng)歷了較大的下降，熱流值在80～50mW/m2內(nèi)變化，現(xiàn)今熱流值48～45mW/m2之間；② 以沙12井、阜2井為代表，從石炭紀(jì)末至侏羅紀(jì)早期熱流值為92～73mW/m2，呈下降趨勢，侏羅紀(jì)繼續(xù)下降，熱流值在65～48mW/m2內(nèi)變化，現(xiàn)今熱流值42mW/m2；③ 以阜5井為代表，從石炭紀(jì)末至侏羅紀(jì)早期熱流值為80～65mW/m2，呈下降趨勢，侏羅紀(jì)至今熱流值在55～32mW/m2內(nèi)變化，現(xiàn)今熱流值35mW/m2。

鏡質(zhì)體反射率是反映地?zé)釄鰧N源巖成熟度演化中的作用的可靠參數(shù)之一。在本次恢復(fù)熱史模擬過程中，較好的擬合了實(shí)測鏡質(zhì)體反射率與深度以及時(shí)間的變化關(guān)系，因此認(rèn)為本次模擬所采用的模型和方法來恢復(fù)白家海凸起-阜北斜坡區(qū)熱史較可靠。

4 有機(jī)質(zhì)成熟度史模擬

4.1單井有機(jī)質(zhì)成熟度史

白家海凸起-阜北斜坡區(qū)緊鄰生烴凹陷，為油氣指向區(qū)。筆者選取阜康凹陷內(nèi)阜11井作成熟史模擬，同時(shí)在阜康凹陷和東道海子北凹陷靠近沉積中心部位建立虛擬井阜康1井和虛擬井東道1井來恢復(fù)其有機(jī)質(zhì)成熟史。

圖3 阜11井烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度史

阜11井的烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)成熟度Ro分布在0.62%～0.82%，已部分進(jìn)入成熟階段。利用“PetroMod”軟件對阜11井進(jìn)行模擬，成熟度史模擬采用由Sweeney和Burnham于1990年提出的“Easy%Ro”模型，生烴史模擬采用Tisso于1988年提出的生烴動(dòng)力模型。模擬結(jié)果顯示阜11井中下侏羅統(tǒng)烴源巖進(jìn)入低成熟的門限深度約2450m，其中八道灣組在100Ma左右進(jìn)入低成熟、三工河組在90Ma左右達(dá)到低成熟、西山窯組在75Ma左右進(jìn)入低成熟。整個(gè)中下侏羅統(tǒng)烴源巖于晚第四紀(jì)Ro達(dá)到0.7%，進(jìn)入成熟生烴階段(見圖3)。由于阜11井位于阜康凹陷靠近阜北斜坡區(qū)地帶，其烴源巖還沒有進(jìn)入生烴高峰，所以同時(shí)以虛擬井阜康1井(見圖4)和虛擬井東道1井(見圖5)中下侏羅統(tǒng)烴源巖成熟度史來進(jìn)一步說明凹陷內(nèi)煤、煤系泥巖烴源巖對侏羅系地層已經(jīng)聚集成藏的油氣的重要作用。

圖4 虛擬井阜康1井成熟度史

圖5 虛擬井東道1井成熟度史

阜康1井模擬結(jié)果表明，中下侏羅統(tǒng)沉積有機(jī)質(zhì)在早白堊紀(jì)達(dá)到低成熟，其中八道灣組進(jìn)入低成熟時(shí)間在136Ma左右、埋深約2300m，隨著地層繼續(xù)沉降，到了110Ma左右Ro達(dá)到0.7%，進(jìn)入成熟生烴階段。早中始新世(約47Ma)八道灣組有機(jī)質(zhì)Ro達(dá)到1.3%，進(jìn)入高成熟演化階段。三工河組進(jìn)入低成熟時(shí)間約123Ma、埋深2100m，于95Ma左右進(jìn)入成熟生烴階段，到了早中新世(約20Ma)有機(jī)質(zhì)Ro達(dá)到1.3%，進(jìn)入高成熟階段。西山窯組烴源巖在114Ma左右進(jìn)入生烴門限，門限深度約2000m，有機(jī)質(zhì)于84Ma左右進(jìn)入成熟生烴階段，到了上新世末其有機(jī)質(zhì)進(jìn)入高成熟生油氣階段。

東道1井模擬結(jié)果表明，其中下侏羅統(tǒng)沉積有機(jī)質(zhì)在早白堊紀(jì)時(shí)期進(jìn)入低成熟，八道灣組烴源巖進(jìn)入低成熟時(shí)間在130Ma左右、埋深約2280m，隨著地層埋深增加于83Ma左右達(dá)到成熟生油氣階段。三工河組烴源巖在118Ma左右進(jìn)入低成熟生烴門限，門限深度約2100m，約在68Ma前后其烴源巖Ro值達(dá)到0.7%，進(jìn)入成熟生烴階段。西山窯組烴源巖在105Ma左右進(jìn)入低成熟演化階段，門限深度約2000m，隨著埋深增加，到了早漸新世(約35Ma)有機(jī)質(zhì)Ro值達(dá)到0.7%，進(jìn)入成熟生油氣階段。

4.2中下侏羅統(tǒng)烴源巖成熟度平面分布

圖6 白家海凸起-阜北斜坡區(qū)下侏羅統(tǒng)底部烴源巖成熟度(Ro)演化～現(xiàn)今

通過對白家海凸起-阜北斜坡區(qū)下侏羅統(tǒng)底部烴源巖的平面演化模擬，從整體上認(rèn)識了研究區(qū)下侏羅統(tǒng)有機(jī)質(zhì)成熟度在平面上的分布情況(見圖6)，分區(qū)域來分析現(xiàn)今中下侏羅統(tǒng)底部烴源巖成熟度分布，其中白家海凸起靠近東道海子凹陷和阜北斜坡區(qū)地區(qū)Ro值在0.5%～0.7%之間，處于低成熟階段，除此之外的其余白家海地區(qū)Ro值小于0.5%；東道海子北凹陷Ro值位于0.7%～1.0%之間，為大量生烴階段；阜康凹陷Ro值在1.3%～1.5%之間，處于高成熟階段?？偟膩碚f，平面上侏羅系烴源巖從阜康凹陷到東道海子北凹陷到白家海凸起地區(qū)進(jìn)入相同生油氣階段的時(shí)間相對逐漸滯后。而對于相同的地質(zhì)時(shí)期，則表現(xiàn)為地理位置靠南的阜康凹陷相對地理位置靠北的東道海子北凹陷和白家海凸起地區(qū)的烴源巖熱演化程度高。對比凸起以及斜坡區(qū)，凹陷深處侏羅統(tǒng)烴源巖生烴時(shí)間更早，成熟度更高，生烴能力更強(qiáng)，可為白家海凸起-阜北斜坡區(qū)油氣藏的形成提供充足的油氣源。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.015

P618.13

A

1673-1409(2012)01-N046-04