倫坡拉盆地始新統(tǒng)牛堡組烴源巖成熟史

潘　磊，曹　強(qiáng)，劉一茗，李一騰，汪　巖，李智泉

(1.中國石化 勘探分公司，成都　610041； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，武漢　430074)

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倫坡拉盆地始新統(tǒng)牛堡組烴源巖成熟史

潘磊1，曹強(qiáng)2，劉一茗2，李一騰2，汪巖2，李智泉2

(1.中國石化 勘探分公司，成都610041； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，武漢430074)

摘要：倫坡拉盆地自下而上發(fā)育始新統(tǒng)牛堡組牛二中亞段、牛二上亞段及牛三下亞段3套烴源巖?；阢@井測試資料、地震資料及含烴流體包裹體測試分析，利用盆地模擬技術(shù)對倫坡拉盆地?zé)崾芳芭１そM3套烴源巖的成熟史進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究表明，倫坡拉盆地自始新統(tǒng)牛三段沉積以來直至漸新統(tǒng)丁青湖組三段沉積末期，古地溫梯度總體表現(xiàn)為持續(xù)降低，變化介于6.67～4 ℃/hm，為典型熱盆特征，古地溫梯度升高與區(qū)域構(gòu)造隆升作用具有明顯的相關(guān)性。牛二中及牛二上亞段的2套烴源巖成熟較早且熱演化程度高，分別于中—晚始新世(距今約46.4～37.5 Ma)及早漸新世(距今約36.6～33.5 Ma)進(jìn)入生油門限，現(xiàn)今主體皆位于成熟生油階段(Ro=0.7%～1.3%)，是該區(qū)主力烴源巖。西部蔣日阿錯洼陷牛二中及牛二上亞段主力烴源巖現(xiàn)今熱演化程度最高，生供烴條件較中—東部江加錯、爬錯洼陷更為優(yōu)越。

關(guān)鍵詞：熱史；成熟史；烴源巖；牛堡組；始新統(tǒng)；倫坡拉盆地

倫坡拉盆地位于青藏高原北部腹地，大地構(gòu)造上位于班公湖—怒江大斷裂帶中段，呈狹長狀沿班公湖—怒江大斷裂近東西向展布，南北分別以瑪拉炯—蓬錯斷裂與班公湖—怒江大斷裂為界，分布范圍大致為N31°50′-N32°05′，E89°30′-E91°40′。盆地的東西長約220 km，南北寬15～20 km，面積約為0.36×104km2[1]，油氣勘探目的層系為始新統(tǒng)牛堡組的陸相碎屑巖，是西藏地區(qū)眾多新生代陸相盆地中勘探程度最高、已知油氣地質(zhì)條件較好并獲得工業(yè)油氣流的一個盆地[2]。前人研究[3-4]普遍認(rèn)為，倫坡拉盆地具有典型熱盆的特點，現(xiàn)今地溫場具有高熱流、高地溫梯度特征，今地溫梯度多為5.0～7.0 ℃/hm，高地溫中心區(qū)主體位于中央凹陷帶蔣日阿錯洼陷及爬錯洼陷；古地溫梯度則低于今地溫梯度，但仍為異常高特征，普遍高于5.5 ℃/hm。主力源巖牛堡組二段地溫演化為四段式特征：“迅速增溫—穩(wěn)定調(diào)整—增溫—降溫”，古地溫梯度且高地溫場延續(xù)時間長，有利于倫坡拉盆地?zé)N源巖成熟演化與烴類生成[3]。青藏高原隆升導(dǎo)致其地表溫度快速降低，獨特地溫場演化特征則導(dǎo)致了盆地內(nèi)牛堡組烴源巖成熟快、生烴門限淺，有利于油氣生成和排運[5]。

受勘探歷史、程度及資料等的限制，目前研究區(qū)在牛堡組烴源巖熱成熟演化方面尚存在薄弱之處，已有研究主要集中于現(xiàn)今溫度場特征和古溫度場演化的研究，烴源巖熱演化史研究缺乏代表性、整體性和宏觀性，不同凹陷、不同層段烴源巖熱成熟演化歷史的動態(tài)模擬重建及其差異性分析有待進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，前人對于倫坡拉盆地古溫度場的研究成果主要基于盆地模擬計算結(jié)果，需要結(jié)合其他方法進(jìn)一步論證認(rèn)識的可靠性。本文應(yīng)用BasinMod軟件重建倫坡拉盆地中央凹陷帶不同次洼烴源巖熱成熟演化歷史，其中結(jié)合含烴流體包裹體測溫數(shù)據(jù)估算了主成藏期的古地溫梯度，用于約束盆模法恢復(fù)的古地溫梯度演化史，系統(tǒng)分析了牛堡組烴源巖熱成熟演化規(guī)律，不僅有助于本區(qū)主力烴源巖層系的確定，而且可為后續(xù)生排烴史的恢復(fù)及其與構(gòu)造圈閉定型期的時間配置關(guān)系研究奠定基礎(chǔ)。

1區(qū)域地質(zhì)背景

倫坡拉盆地是一個具有走滑特征的斷陷盆地，形似豆莢狀，中間低、南北兩側(cè)高，具有南北分帶、東西分塊的構(gòu)造特點。推測其原型盆地是受北東向構(gòu)造制約的拗陷性質(zhì)湖盆，后在陸內(nèi)匯聚作用的構(gòu)造背景下經(jīng)過強(qiáng)烈改造作用控制形成現(xiàn)今殘留盆地[6]。從現(xiàn)今構(gòu)造單元劃分看，倫坡拉盆地自北向南可以劃分為北部逆沖帶、中央凹陷帶、南部沖斷隆起帶3個構(gòu)造帶(圖1)。盆地北緣表現(xiàn)為由北向南逆沖，地層主要由牛堡組組成，且產(chǎn)狀較陡，巖性較粗；盆地南緣表現(xiàn)為向南尖滅或超覆，地層主要由牛堡組及丁青湖組組成，且區(qū)域地層產(chǎn)狀向北傾[7]；中部為中央凹陷帶，南北分別以倫坡拉—長山正斷層及紅星梁正斷層為邊界，從西至東，可細(xì)分為蔣日阿錯、江加錯及爬錯3個洼陷，中央凹陷帶分布寬，且沉積厚度大，烴源巖較為發(fā)育，地層主要由牛堡組及丁青湖組組成，且平緩展布[8]。從構(gòu)造演化特征上看，倫坡拉盆地經(jīng)歷了拉張—斷陷—擠壓—隆起等多個階段，特別是晚期由于喜馬拉雅運動影響導(dǎo)致盆地持續(xù)擠壓隆升，遭受了嚴(yán)重的破壞與剝蝕。從沉積充填特征來看，區(qū)內(nèi)第三系地層最大沉積厚度超過4 000m[6]，自下而上依次為是始新統(tǒng)牛堡組(E2n)、漸新統(tǒng)丁青湖組(E3d)、中新統(tǒng)(Ng)及第四系(Q)，其中牛堡組和丁青湖組各可細(xì)分為3個亞段[9-10]。倫坡拉盆地?zé)N源巖主要為主斷陷期形成的半深湖相牛堡組二、三段和丁青湖組一段地層[11]，烴源巖母質(zhì)來源以細(xì)菌和藻類等低等水生生物輸入為主，亦有高等植物輸入貢獻(xiàn)，主要形成于具較高的鹽度且缺氧還原的湖相環(huán)境[12]。

圖1　倫坡拉盆地構(gòu)造區(qū)劃及二維模擬測網(wǎng)分布

2成熟史模擬方法

本次采用美國Platte River公司研制的BasinMod數(shù)值模擬軟件，基于鉆井、測井、地震與有機(jī)地化分析等資料，完成倫坡拉盆地中央凹陷帶9口單井(包括3口虛擬井)及3條近南北向主測線的熱成熟史模擬，包括：西部蔣日阿錯洼陷選取了西倫1井、西倫3井、虛擬1井及LN-52.5測線，中部江加錯洼陷選取了西倫2井、旺1井、虛擬2井及LN-72測線，東部爬錯洼陷選取了藏1井、旺2井、虛擬3井及LN-84測線(圖1)。選取的虛擬井及測線都過主要生烴洼陷中心，以現(xiàn)有模擬探井的實測鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，作為熱史及成熟度演化的收斂點進(jìn)行模擬結(jié)果的檢驗與校正。最終，對比分析不同洼陷中3套主要烴源巖系熱成熟演化歷史的差異性，從熱演化程度的角度確定倫坡拉盆地主力烴源巖的層系分布。

2.1模型選取

合理并正確選擇符合研究區(qū)地質(zhì)背景的數(shù)學(xué)模型尤為重要，其關(guān)系到最終模擬結(jié)果的可靠程度。本次研究中不同模塊所計算模型及驗證方法說明如下：(1)埋藏史中孔隙度及滲透率計算分別采用聯(lián)合流體流動壓實模型[14]和改進(jìn)的Kozeny-Carman模型[15]，模擬結(jié)果以實測孔隙度數(shù)據(jù)進(jìn)行約束修正；(2)盆地?zé)崃餮莼嬎氵x取瞬時熱流模型[16]，模擬結(jié)果以實測地溫數(shù)據(jù)(包括DST和試油溫度數(shù)據(jù))進(jìn)行對比驗證；(3)有機(jī)質(zhì)成熟度計算采用Easy %Ro模型[17]，模擬結(jié)果以實測鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗證。

2.2關(guān)鍵參數(shù)賦值過程

烴源巖熱成熟史模擬涉及參數(shù)眾多，參數(shù)選取的有效性及準(zhǔn)確性直接制約模擬的精度。本文主要介紹對倫坡拉盆地?zé)岢墒煅莼咧匾绊懙膸追N關(guān)鍵參數(shù)的賦值。

2.2.1地層剝蝕厚度

地層剝蝕厚度是一維埋藏史、二維地層格架建立的關(guān)鍵參數(shù)之一。倫坡拉盆地曾經(jīng)歷2期強(qiáng)烈的構(gòu)造運動，形成了Tg和T52個重要的不整合面，但對盆地油氣起重要作用的是牛堡組與丁青湖組之間的T5面。T5面屬于局部不整合面，主要發(fā)育于盆地南部和西部地區(qū)，而至盆地沉積中心則逐漸過渡為整合接觸。本次研究利用地質(zhì)對比法結(jié)合單井泥巖聲波時差法，綜合恢復(fù)估算牛三段頂面不整合剝蝕厚度值，剝蝕量較大區(qū)域主要分布在北部逆沖帶及南部沖斷隆起帶附近，剝蝕厚度一般為400～600 m，中央凹陷帶整體剝蝕程度較低，普遍為100～200 m，具有中心小、四周大的特點。

2.2.2巖性及烴源巖屬性

2.2.3邊界條件

邊界條件參數(shù)主要包括古熱流(HF)、古沉積—水界面溫度(SWIT)和古水深(PWD)，其中古熱流參數(shù)最為關(guān)鍵，對模擬結(jié)果的影響程度最大。依據(jù)雷清亮等[7]和艾華國等[9]對倫坡拉盆地構(gòu)造演化史的研究，倫坡拉盆地自始新世以來大致可分為斷陷期、拗陷期和構(gòu)造抬升期。本次研究結(jié)合倫坡拉盆地斷陷期、拗陷期與熱流值變化的對應(yīng)關(guān)系，并采用BasinMod提供的瞬態(tài)熱流模型計算倫坡拉盆地新生代地層底面熱流。由于倫坡拉盆地中央凹陷帶由西向東可分為3個洼陷，不同洼陷邊界條件不可能完全相同，因而本次模擬定義了不同的趨勢值，采用插值的方法使邊界條件的設(shè)置更為合理(圖2)。其中，現(xiàn)今熱流值的確定主要基于區(qū)內(nèi)10口鉆井DST實測地溫和砂泥巖含量資料，借用一般巖石骨架熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，求得倫坡拉盆地現(xiàn)今平均熱流值為69.86 mW/m2，且各洼陷的現(xiàn)今熱流值以蔣日阿錯最高(77 mW/m2)，江加錯次之(70.27 mW/m2)，爬錯最低(66.75 mW/m2)(表2)。

表1　倫坡拉盆地不同沉積相巖性組成及烴源巖屬性統(tǒng)計

注：表中分式的意義為(最小值～最大值)/平均值(樣品數(shù))。

由于倫坡拉盆地主要為陸相沉積，不同沉積環(huán)境水深變化不大且整體偏小(0～30 m)，古水深參數(shù)主要參考了倫坡拉盆地古生物相帶和地層充填序列等資料進(jìn)行估算的成果，半深湖、濱淺湖、三角洲體系和河流—沖積平原水深分別定義為20～30，10，0～5 m。古沉積—水界面溫度參數(shù)主要采用軟件默認(rèn)方案。

3模擬結(jié)果與討論

3.1模擬精度檢驗

單井Ro模擬誤差統(tǒng)計表明，模擬Ro與實測Ro二者間最大相對誤差〔100×(實測值-模擬值)/實測值〕為18.89%，最小相對誤差為0，近80%的Ro預(yù)測結(jié)果模擬誤差低于10%(表3)。

圖2　擬定的倫坡拉盆地中央凹陷不同地區(qū)熱流變化趨勢線

洼陷代表井現(xiàn)今熱流/(mW·m-2)單井值平均值蔣日阿錯江加錯爬錯西倫1井79.00西倫3井75.00旺1井69.00西倫2井68.03西倫8井73.80藏1井64.12西倫4井62.88西倫5井70.00西倫6井70.00西倫7井66.7677.0070.2766.75

3.2熱史及成熟史演化特征

熱史模擬中不同巖性巖石熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)采用軟件默認(rèn)賦值，模擬結(jié)果以實測地溫值為校正依據(jù)，采用前述擬定的倫坡拉盆地中央凹陷不同地區(qū)熱流變化趨勢方案(圖2)，以江加錯洼陷旺1井古地溫梯度演化史為例，綜合分析倫坡拉盆地?zé)崾费莼?guī)律。模擬結(jié)果顯示(圖3)，倫坡拉盆地自牛三段沉積以來直至丁三段沉積末期，古地溫梯度總體表現(xiàn)為持續(xù)降低的規(guī)律，由6.67 ℃/hm降至4 ℃/hm，期間僅于牛三段沉積末期構(gòu)造抬升剝蝕期(36～35 Ma)古溫梯度，分別為4.35℃/hm和4.17℃/hm，與盆模法計算的同期古地溫梯度4.21 ℃/hm和4 ℃/hm較為接近，亦驗證了本次盆模法計算結(jié)果的可靠性。

表3　倫坡拉盆地?zé)崾芳俺墒焓纺M精度評價

圖3　倫坡拉盆地江加錯洼陷旺1井古地溫梯度演化史

層位洼陷井名時間/Ma生油階段Ro=1.0%濕氣階段現(xiàn)今成熟度/Ro/%牛堡組三段下亞段牛堡組二段上亞段牛堡組二段中亞段蔣日阿措江加錯爬錯蔣日阿措江加錯爬錯蔣日阿措江加錯爬錯西倫1井18.5--0.47西倫3井26.1--0.48虛擬4井34.5--0.54旺1井31.2--0.73西倫2井31.3--0.69虛擬5井32.6--0.66藏1井31.7--0.69旺2井28.0--0.62虛擬6井29.4--0.65西倫1井19.5--0.59西倫3井36.0--0.60虛擬4井36.6--0.66旺1井33.3--0.77西倫2井32.5--0.74虛擬5井33.8--0.83藏1井33.5--0.73旺2井29.0--0.65虛擬6井30.9--0.68西倫1井43.9--0.74西倫3井46.0--0.90虛擬4井46.420-1.10旺1井36.617-1.05西倫2井36.1--0.86虛擬5井37.59-1.06藏1井38.0--0.89旺2井31.0--0.92虛擬6井34.210-1.03

注：“-”表示未進(jìn)入該階段。地溫梯度有短暫升高(5.09～5.33℃/hm)。之后，丁三段沉積末期構(gòu)造抬升剝蝕期至今(23～0 Ma)，對應(yīng)于喜馬拉雅運動以來倫坡拉盆地的整體長期擠壓—抬升階段，使之遭受了嚴(yán)重的破壞與剝蝕，此階段古地溫梯度表現(xiàn)為持續(xù)的升高特征，從4 ℃/hm升高至5.4 ℃/hm。總體上倫坡拉盆地自成盆期以來至今古地溫梯度一直處于較高的水平，表現(xiàn)為熱盆的特征。此外，結(jié)合含烴流體包裹體測試分析成果，估算了旺1井主成藏期(25.5～20 Ma)內(nèi)距今約25.3 Ma及23.3 Ma 2個時期的古地

圖4　倫坡拉盆地不同生烴洼陷代表井成熟史

成熟史模擬結(jié)果顯示(表4和圖4，5)：(1)牛二中亞段烴源巖埋深最大，進(jìn)入生油窗最早，各生烴洼陷中心部位普遍于中—晚始新世(距今約46.4～37.5 Ma)開始成熟，于早—中中新世(距今約20～9 Ma)進(jìn)入生烴高峰，現(xiàn)今仍處于生油窗內(nèi)(Ro多介于1.03%～1.1%)；(2)深洼處牛二上亞段烴源巖大致于早漸新世(距今約36.6～33.5 Ma)開始生油，于晚漸新世—早中新世(距今約25～19 Ma)進(jìn)入主生油帶(Ro=0.7%～1.0%)，之后成熟度由于晚期構(gòu)造抬升作用一直無明顯增大，現(xiàn)今Ro主體位于0.73%～0.83%；(3)牛三下亞段烴源巖進(jìn)入生油窗最晚，大致于早—中漸新世(距今約34.5～31.7 Ma)開始成熟，之后僅有中部江加錯洼陷中心處牛三下亞段烴源巖于早中新世(距今約20～12 Ma)進(jìn)入主生油帶(Ro=0.7%～0.73%)，演化至今盆地主體上成熟度不高，仍處于早期生油階段(Ro=0.5%～0.7%)。

圖5　倫坡拉盆地江加錯洼陷代表測線LN-72成熟史

就區(qū)域上不同生烴洼陷內(nèi)同一套烴源巖的成熟度差異而言：(1)牛二中亞段，西部蔣日阿錯洼陷進(jìn)入生油門限早于中—東部江加錯、爬錯洼陷，現(xiàn)今深洼內(nèi)處于生油晚期(Ro=1.0%～1.3%)；(2)牛二上亞段，西部蔣日阿錯洼陷進(jìn)入生油門限早于中—東部江加錯、爬錯洼陷，現(xiàn)今成熟度中部最高，皆進(jìn)入生油主帶(Ro=0.7%～1.0%)；(3)牛三下亞段烴源巖普遍于早—中漸新世進(jìn)入生油門限，現(xiàn)今成熟度中部爬錯洼陷最高，主體位于早期生油階段(Ro=0.5%～0.7%)。

4結(jié)論

(1) 倫坡拉盆地自始新統(tǒng)牛三段沉積以來直至漸新統(tǒng)丁三段沉積末期，古地溫梯度總體表現(xiàn)為持續(xù)降低，期間受到始新世末及漸新世末2次區(qū)域構(gòu)造隆升作用影響，古地溫梯度有明顯增加，表明古地溫梯度升高與構(gòu)造抬升運動具有明顯的相關(guān)性，古地溫梯度變化介于6.67～4 ℃/hm，為熱盆特征。

(2)盆地內(nèi)牛二中及牛二上亞段2套烴源巖成熟早，且區(qū)域上皆位于主生油帶內(nèi)(Ro=0.7%～1.0%)，應(yīng)是主要的生供烴層系。而牛三下亞段烴源巖進(jìn)入生油門限晚且熱演化程度較低(Ro=0.5%～0.7%)，現(xiàn)今主體仍位于早期低熟生油階段，作為主力供烴層系的可能性較低。

(3) 盆地西部蔣日阿錯洼陷生供烴條件較中—東部江加錯、爬錯洼陷更為優(yōu)越。具體表現(xiàn)為西部蔣日阿錯洼陷牛二中及牛二上亞段2套主力源巖進(jìn)入生油門限均早于中—東部江加錯、爬錯洼陷，且現(xiàn)今熱演化程度最高，應(yīng)是主要的生供烴洼陷。

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(編輯徐文明)

Maturity history of source rocks in the Eocene Niubao Formation, Lunpola Basin

Pan Lei1, Cao Qiang2, Liu Yiming2, Li Yiteng2, Wang Yan2, Li Zhiquan2

(1.SINOPECExplorationCompany,Chengdu,Sichuan610041,China;2.FacultyofResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China)

Abstract:Three sets of source rocks developed upwards in the Eocene Niubao Formation in the Lunpola Basin, i.e., the middle part of the second member of Niubao Formation ), the upper part of the second member of Niubao Formation ), and the lower part of the third member of Niubao Formation ). Based on drilling, seismic and hydrocarbon fluid inclusion analyses, the thermal evolution history of the basin and the maturity history of source rocks in the Niubao Formation were systematically analyzed with basin simulation technology. From the E2n3 to the third member of the Oligocene Dingqinghu Formation, the paleogeothermal gradient in the Lunpola Basin consistently decreases from 66.7 to 40 °C/km, showing the characteristics of a typical heating basin. The growth of paleogeothermal gradient is clearly related to regional tectonic uplifting. The source rocks in the and became mature early and have a higher maturity. They entered oil generation thresholds during the middle-late Eocene (46.4-37.5 Ma) and early Oligocene (36.6-33.5 Ma), respectively. At present, they are mature and generating oil (Ro=0.7%-1.3%), and serve as the main source rock in the study area. At present, the thermal evolution extent of and hydrocarbon source rocks in the Jiangriacuo Sag in the west is the highest, and its hydrocarbon forming and supplying ability is superior to the Jiangjiangcuo and Pacuo sags in the center and east.

Keywords:thermal history; maturity history; source rock; Nibao Formation; Eocene; Lunpola Basin

文章編號：1001-6112(2016)03-0382-07

doi：10.11781/sysydz201603382

收稿日期：2016-01-25；

修訂日期：2016-04-05。

作者簡介：潘磊(1984—)，男，工程師，從事石油地質(zhì)綜合研究工作。E-mail:panl.ktnf@sinopec.com。通訊作者：曹強(qiáng)(1983—)，男，博士，講師，從事油氣地化及成藏方面研究。E-mail:qcao@cug.edu.cn。

基金項目：中國石化重大勘探導(dǎo)向項目“西藏中石化探區(qū)油氣勘探潛力評價與勘探部署建議”和中國石化勘探分公司橫向協(xié)作項目(G0800-14-KK-169)資助。

中圖分類號：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A