塔西南坳陷二疊系烴源巖熱演化及生烴史模擬

鄭濤 （長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院石油資源系，湖北 荊州434020）

徐耀輝 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 （長江大學(xué)），湖北 武漢430100）

王進(jìn) （中石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710018）

塔里木盆地的優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育于下古生界海相的寒武系－奧陶系、上古生界海陸交互相的石炭系－二疊系和中生界陸相的三疊系－侏羅系。在平面上，中、下寒武統(tǒng)烴源分布在盆地的東部和西部；上寒武統(tǒng)－下奧陶統(tǒng)烴源巖分布于滿東 （滿參1井以東）地區(qū)；中－上奧陶統(tǒng)烴源巖分布于盆地中西部臺緣斜坡相和陸源海灣相；石炭系－二疊系僅分布于麥蓋提斜坡和塔西南坳陷；三疊系源巖分布于庫車凹陷及塔北隆起的哈拉哈塘凹陷－輪南低?。莺枷?；侏羅系分布于庫車坳陷、塔西南坳陷2個前陸坳陷和塔東地區(qū)。二疊系烴源巖是塔西南地區(qū)重要的烴源巖層系，且油氣源對比表明柯克亞油氣田凝析油與天然氣都有二疊系烴源巖的貢獻(xiàn)［1］。在塔西南地質(zhì)資料分析基礎(chǔ)上，筆者采用IES Petromod盆地模擬軟件對二疊系烴源巖熱演化史與生烴史進(jìn)行了模擬研究。

圖1 塔西南坳陷二疊系烴源巖等厚圖

1 二疊系烴源巖分布特征

二疊系烴源巖主要發(fā)育在下二疊統(tǒng)，主要為湖相泥質(zhì)烴源巖，厚度較大，在塔西南坳陷廣泛分布，已有地震、鉆井及露頭資料表明其在和田－葉城坳陷最厚大于300m，向東北方向逐漸變薄 （圖1）。

下二疊統(tǒng)烴源巖總有機(jī)碳含量w（TOC）較高，很多樣品w（TOC）大于1．0%，總體為中等－好烴源巖，Ⅱ型有機(jī)質(zhì)。

2 盆地模擬基礎(chǔ)資料的選取

2．1 沉積－埋藏史參數(shù)選取

沉積物在埋藏、成巖過程中，其孔隙度、厚度、結(jié)構(gòu)等的變化對于油氣藏的形成是至關(guān)重要的，利用沉積史和構(gòu)造史的恢復(fù)，可以揭示今天的油氣藏或含油氣區(qū)的地質(zhì)特征在地史過程中的演化。

沉積－埋藏史主要參數(shù)包括：地層沉積厚度／埋藏深度、剝蝕厚度、時間、巖性、孔隙度－深度關(guān)系曲線等。沉積相及巖性分布、埋藏史地層厚度等資料根據(jù)近3年研究成果［2～8］①康志宏，錢一雄，高志前，等．塔里木盆地西南坳陷油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價．國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，2010．，部分借鑒了新一輪資評的資料。Petromod軟件中的模型可以很好地模擬塔西南前陸地區(qū)第三系及第四系地層的高速沉積過程。

圖2 塔西南地區(qū)地層溫度與深度關(guān)系圖

2．2 熱演化史參數(shù)選取

Petromod熱史模擬中主要參數(shù)包括現(xiàn)今地層溫度、巖石熱導(dǎo)率、大地?zé)崃髦?、古水深、古地表溫度、古大地?zé)崃髦档取?/p>

2．2．1 現(xiàn)今地溫場特征

現(xiàn)今地溫場主要依據(jù)鉆孔實測溫度數(shù)據(jù)，塔西南地區(qū)實測地層溫度與深度關(guān)系見圖2。平面上，現(xiàn)今地溫梯度表現(xiàn)出較低的地溫梯度特征。

盆地的熱流分布特征與盆地的性質(zhì)和其自古生代以來的構(gòu)造演化是一致的［9］。塔里木盆地的大地?zé)崃髦刀嘣?0～50mW／m2；其中以盆地中部為最高，可達(dá)65～72．3mW／m2；北部多在40～45mW／m2；西部邊緣及西南部熱流值偏低，分別為35～40mw／m2和30～35mW／m2；盆地的平均熱流值為44．05mW／m2。不同時代地層的巖石熱導(dǎo)率也差異較大。塔里木盆地不同時代地層的巖石熱導(dǎo)率分別為：古近系－中新統(tǒng)為1．8～2．96W／（m·K）；白堊系為1．97W／（m·K）；侏羅系為1．7W／ （m·K）；三疊系為1．88W／ （m·K）；二疊系為1．8～2．2W／ （m·K）；石炭系為2．36～2．7W／ （m·K）；泥盆系為2．82W／ （m·K）；志留系為2．57W／ （m·K）；寒武系－奧陶系為3．28W／（m·K）。古水深值則根據(jù)Watts［10］和Steckler等［11］對地質(zhì)歷史時期全球性海平面變化及古水深值所作的初步估計。

2．2．2 異常熱事件及熱流演化歷史

異常熱事件會改變地溫場特征，極大地影響地層熱演化歷史。早二疊世火山巖的發(fā)育遍及整個塔里木盆地［12］，是盆地形成以后最強(qiáng)烈的一次火山活動，對盆地的油氣生成與演化具有很大的影響，早二疊世大規(guī)模的火山作用改變了當(dāng)時的地溫場，促進(jìn)了盆地生油巖的演化。

一般來講，巖石圈內(nèi)的構(gòu)造過程、熱過程引起的熱異常，如巖石圈拉張、火山噴發(fā)或巖漿侵入引起的熱異常等，當(dāng)構(gòu)造熱過程結(jié)束后，由于熱擴(kuò)散作用，熱異常就不明顯了。研究表明，塔里木盆地巖石圈的熱松弛時間約62Ma［13］。新生代期間，塔里木盆地范圍無巖漿作用，最突出的構(gòu)造過程是受近南北方向的擠壓，南面昆侖山，北面的天山強(qiáng)烈的上升，形成地貌上的塔里木盆地［14］。

該次研究熱史模型是在烴源巖構(gòu)造埋藏史分析的基礎(chǔ)上，采用EASY%Ro化學(xué)動力學(xué)模型，通過實測鏡質(zhì)體反射率與計算數(shù)據(jù)相擬合 （圖3）②王鐵冠，李美俊．塔西南地區(qū)油源與成藏地球化學(xué)研究．中國石化西北油田分公司，2011．，直到模擬值與實測值相符合，使重建的地層埋藏史和地溫史符合地質(zhì)實際。

圖3 BT4井沉積埋藏與熱演化歷史單井模擬

2．3 生烴史參數(shù)的選取

Petromod采用遵循Arrhenius方程的生烴化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)來計算生烴史。由于塔里木盆地古生界地層整體熱演化程度較高，缺乏適合于生烴熱模擬用的低成熟烴源巖樣品。因此，研究對比其他研究程度較高地區(qū)資料，根據(jù)烴源巖有機(jī)相特征，選取世界上比較受認(rèn)可的動力學(xué)參數(shù)以獲得比較可靠的結(jié)果。根據(jù)有機(jī)質(zhì)類型特征采用了結(jié)合有機(jī)相特征的動力學(xué)參數(shù)系列［15］，二疊系烴源巖為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)，筆者采用采用有機(jī)相B（Ⅱ）的動力學(xué)參數(shù)。

3 烴源巖熱演化史與生烴史

在上述研究的基礎(chǔ)上采用Petromod盆地模擬軟件對烴源巖熱演化史與生烴史進(jìn)行了模擬計算。

3．1 二疊系烴源巖熱演化史

二疊系烴源巖在三疊紀(jì)末期至侏羅紀(jì)開始進(jìn)入成熟早期階段，山前凹陷大部分地區(qū)鏡質(zhì)體反射率Ro在0．6%～0．8%，其中喀什凹陷西部成熟度較高，處于成熟晚期階段，Ro在0．8%～1．0%。但從侏羅紀(jì)開始到新近紀(jì)，因構(gòu)造抬升，地層沉積厚度較小及地溫梯度降低的影響，二疊系烴源巖熱演化基本停滯；到新近紀(jì)，二疊系烴源巖再次進(jìn)入快速演化階段，整個塔西南坳陷進(jìn)入成熟－高成熟階段，其中葉城凹陷演化成度最高，凹陷中心Ro＞2．0%，達(dá)到干氣階段 （圖4）。

3．2 二疊系烴源巖生烴史

與熱演化程度相對應(yīng)，二疊系烴源巖在三疊紀(jì)開始 （248Ma）生油，但其范圍相對較小，基本限于葉城凹陷內(nèi)；到三疊紀(jì)末期 （208Ma），二疊系烴源巖開始大量生油，最大生油強(qiáng)度超過2×106t／km2；從侏羅紀(jì)開始直到新近紀(jì)這段時間，受埋藏深度變化小及地溫梯度降低等諸因素的影響，二疊烴源巖生油基本終止；一直到新近紀(jì)以來，開始隨著塔西南地區(qū)進(jìn)入前陸盆地演化階段，新近系及第四系地層的快速沉積，二疊系烴源巖再度活化，生油范圍擴(kuò)大，最大生油強(qiáng)度達(dá)到了3×106t／km2（圖5）。二疊系烴源巖在新近紀(jì)開始進(jìn)入大量生氣階段，葉城凹陷最大生氣強(qiáng)度可達(dá)11．05×108m3／km2，喀什凹陷生氣強(qiáng)度較小，最大只有1．10×108m3／km2。

圖4 二疊系烴源巖三疊紀(jì)末期 （a）、現(xiàn)今 （b）成熟度

圖5 二疊系烴源巖三疊紀(jì)末期 （a）、現(xiàn)今 （b）生油強(qiáng)度圖

3．3 塔西南二疊系烴源巖油氣生排過程重建

烴源巖的生排烴史是油氣成藏過程重建的最重要的一種方法。通過對塔西南地區(qū)二疊系烴源巖生排烴史分析，二疊系烴源巖在三疊紀(jì)末開始大規(guī)模生成并排出油氣，從侏羅紀(jì)開始直到新近紀(jì)生油氣中止，直到新近紀(jì)才再次開始有二疊系烴源巖大規(guī)模的油氣生成和排出，尤其是新近紀(jì)以來，為主要排烴期 （表1）。

表1 塔西南地區(qū)二疊系烴源巖累計生、排油量

4 結(jié)論

1）二疊系烴源巖是塔西南地區(qū)重要的烴源巖層系。二疊系烴源巖在三疊紀(jì)末期至侏羅紀(jì)開始進(jìn)入成熟早期階段，侏羅紀(jì)到新近紀(jì)時期基本維持著三疊紀(jì)末期的熱演化水平；新近紀(jì)以來，二疊系烴源巖快速演化，喀什凹陷－葉城凹陷進(jìn)入成熟－高過成熟階段，麥蓋提斜坡靠近凹陷附近地區(qū)也達(dá)到成熟早期階段。

2）二疊系烴源巖在三疊紀(jì)開始生油，到三疊紀(jì)末期 （208Ma）最大生油強(qiáng)度超過2×106t／km2；侏羅紀(jì)開始直到新近紀(jì)，二疊系烴源巖生油基本終止；新近紀(jì)以來，再次開始有二疊系烴源巖大規(guī)模的油氣生成和排出。

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