王艷飛，肖賢明

（1中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室）（2中國科學院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地東北地區(qū)古地溫梯度模擬

王艷飛1，2，3，肖賢明1

（1中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室）（2中國科學院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地東北地區(qū)古地溫梯度一直缺乏研究。以普光氣田已有的實測反射率數據為依據，應用EasyRo模擬計算方法，研究了該區(qū)主要生烴期的古地溫梯度。結果表明，對川東北地區(qū)主要埋藏與生烴期（三疊紀—早白堊世）進行的成熟度模擬計算，應用古地溫梯度為3.0℃/100m的古地溫模式計算所得的結果與實測結果非常吻合。進一步提出了該區(qū)的簡化古地溫模式為［3.0℃/100 m（＞96 Ma）—2.8℃/100 m（65 Ma）—2.2℃/ 100m（0Ma）］。

川東北地區(qū)；古地溫梯度；鏡質組反射率；EasyRo模擬法

王艷飛

王艷飛1977年生，工程師。2000畢業(yè)于中國石油大學（華東），現為中科院廣州地球化學研究所在職博士生。主要從事石油地質、油氣地球化學研究。通訊地址：510240廣州市江南大道中168號海洋石油大廈；電話：（020）84258781

川東北地區(qū)是四川盆地非常重要的天然氣聚集區(qū)。該區(qū)天然氣地質資源量占全盆地總資源量的43%以上,累計探明儲量占全盆地的60%以上。該區(qū)也是目前大氣田發(fā)現最多的地區(qū)［1］，發(fā)現的大氣田有普光、臥龍河、五百梯、沙坪場、羅家寨、渡口河、鐵山坡［2］，如普光氣田，探明地質儲量達到2510.7×108m3［3］。川東北地區(qū)發(fā)現的天然氣產層多，主要包括石炭系黃龍組、上二疊統(tǒng)長興組、下三疊統(tǒng)飛仙關組和嘉陵江組，其中飛仙關組鮞灘氣藏是我國近年來天然氣的重要突破。為加快勘探，近年來對川東北地區(qū)天然氣形成、演化與成藏作了大量的研究［1-9］，取得了一些有價值的成果。然而，這些研究均涉及到的一項基本地質參數——古地溫梯度，卻一直缺乏研究。含油氣盆地古地溫梯度不僅直接影響到油氣生成、演化與成藏歷史，而且還影響到油氣生成強度、規(guī)模、甚至資源量計算等多個方面。

本文以川東北地區(qū)鏡質組反射率數據比較系統(tǒng)的普光氣田為實例，應用EasyRo模擬計算方法，對關鍵地質時期古地溫梯度進行模擬計算，并進一步結合該區(qū)天然氣地球化學特征，對所提出的古地溫梯度模式的客觀性進行討論。

1 地質模型與反射率數據

1.1 地層埋藏史

從川東北地區(qū)普光2井地層埋藏史圖（圖1）可見，地層埋藏史明顯可分為三個階段：

（1）晚古生代（350—250Ma），緩慢沉降階段，石炭紀—二疊紀地層厚度在600～1000m；

（2）三疊紀—早白堊世（250—96Ma），快速沉降階段，所形成的這套地層厚度可達7000～7500m，尤其是在侏羅紀—早白堊世，沉積速度極快，達到40～45m/Ma;

（3）晚白堊世及以后（96—0 Ma），抬升階段，地層遭受強烈剝蝕，剝蝕了早白堊世—晚侏羅世地層，剝蝕厚度可達3000m以上。

圖1 川東北地區(qū)普光2井地層埋藏史圖

因此，從地層埋藏史分析，影響該區(qū)烴源巖成烴演化的關鍵時期是中生代。

1.2 地層反射率數據

根據秦建中等［12］的資料，普光5井實測瀝青反射率（Rb）和鏡質組反射率（Ro）的埋深與現埋深有較大的變化。為獲取代表性結果，本研究采用其擬合結果，大致相當于其平均值。對普光5井選取了4個點（樣品1至樣品4）進行了模擬計算，以現埋深3150～6050m為取值范圍。

另選取凡元芳［13］的普光2井飛仙關組（T1f）瀝青反射率（Rb）資料，根據井段4 828.77～5 104.71 m獲得的8個樣品數據，其Rb變化范圍為3.11%～5.21%，取平均值一個點進行了模擬計算，獲平均深度為4968m，平均Rb值為4.05%（樣品5）。

以上所用實測反射率數據列于表1。

表1 川東北普光氣田實測反射率數據

1.3 油充注時期

川東北地區(qū)儲層瀝青主要為原油裂解成因［2］。根據文獻資料報道,原油進入儲層的時間主要在晚三疊世—侏羅紀［12］，據此設定原油進入儲層開始演化的時間始于175Ma。應當指出，當儲層溫度在165℃以下時，原油不會發(fā)生明顯裂解［14］。因此，根據地層埋藏史（圖1）,該時間可設定在三疊紀—中侏羅世的任何一個時刻，對模擬計算結果不會有明顯影響。

2 成熟度模擬計算方法

2.1 EasyRo模擬

應用EasyRo模型模擬計算有機質成熟度已有大量文獻報道［15］，其基本做法是根據地層埋藏史，設定某一古地溫梯度模式，應用EasyRo模型軟件進行反復計算，直至所設定古地溫梯度模擬計算結果與實測結果吻合［15-16］。該古地溫梯度模式則被認為可代表所計算地層在某一地質時期的古地溫梯度。

在模擬計算時，應注意兩個關鍵問題。其一是所選擇實測反射率具有代表性。由于Ro測定具有一定變化范圍，會在一定程度上影響古地溫梯度模式，因此可采用實測反射率剖面的擬合結果，這樣可獲得有較好代表性的反射率結果。其二是選擇一個剖面進行古地溫梯度擬合計算。所得古地溫梯度模式應適應于該剖面的不同成熟度樣品。如有充分的地質資料，可對相近鉆孔剖面進行EasyRo模擬計算，以確保所建立起的古地溫梯度模式具有代表性。

2.2 不同類型有機質反射率的轉換

因表1中實測反射率是鏡質組反射率（Ro）與瀝青反射率（Rb），為便于與EasyRo模擬數據對比，應將其換算成REasy數據。換算公式如下：

式中：Ro——實測鏡質組反射率，%；

Rb——實測瀝青反射率，%；

REasy——對應EasyRo模擬的換算反射率，%；

Lvc——鏡質組轉化率（vitriniteconversionlevel）。

本研究所選實測反射率數據（表1），經換算后的對應實測REasy值見表2。

2.3 古地溫梯度模式設定

據文獻報道，川東北地區(qū)現地溫梯度為2.1℃/100m至2.3℃/100 m，平均2.2℃/100m［13］。古地表溫度一般采用15℃［13］。根據埋藏史圖，二疊紀—三疊紀地層中有機質熱成熟作用的關鍵時期在三疊紀—早白堊世的快速沉積階段，而其他兩個階段對有機質熱成熟度作用的影響在實測反射率剖面上難以反映出來。根據有機質變質理論，有機質成熟度與其所受最大古地溫及在該溫度下的持續(xù)時間有關。因此，可將三疊紀—早白堊世簡化為相同古地溫梯度。參考前人在生烴模擬時對三疊紀—早白堊世所設定的古地溫梯度為2.6～2.8℃/100m［2，10-11］，本研究設定川東北地區(qū)三疊紀—早白堊世古地溫梯度為2.8℃/100m、2.9℃/100m、3.0℃/100m和3.1℃/100m；在晚白堊世及以后均衡抬升，古地溫梯度逐漸降低，直至現地溫梯度2.2℃/100m。由此，本研究設定了四種簡化古地溫梯度模式，如表3。

表2 川東北普光氣田不同古地溫梯度條件下的EasyRo模擬計算結果

表3 川東北地區(qū)古地溫梯度模式

3 模擬結果

普光5井樣品模擬計算結果應用本研究所設定的四種古地溫梯度模式對普光5井四個樣品（樣品1至樣品4）作了EasyRo模擬計算，模擬計算結果見表2和圖2?？梢?，對于這四個不同成熟度的樣品，在設定早白堊世及以前古地溫梯度為2.8℃/100 m與2.9℃/100 m條件下，模擬計算REasy值比實測反射率所對應的REasy值低；當早白堊世及以前古地溫梯度設定為3.1℃/100 m時，模擬計算結果比實測結果明顯高；當早白堊世及以前古地溫梯度設定為3.0℃/100 m時，模擬結果與實測結果非常吻合。

普光2井樣品模擬計算結果普光2井與普光5井在地理位置上相近，均位于普光構造之上，它們的沉積構造埋藏史非常相似。應用本研究所設定的四種古地溫梯度模式對普光2井一個樣品（樣品5）作了EasyRo模擬計算，模擬計算結果見表2和圖3?？梢姡展?井樣品的計算結果與普光5井的完全相同，應用古地溫梯度模式Ⅲ（3.0—2.8—2.2℃/100 m）所得的模擬計算結果與實測結果非常吻合。

4 討論

如前所敘，前人相關工作一般設定川東北地區(qū)中生代古地溫梯度在2.6℃/100m至2.8℃/100m之間。而本研究模擬計算結果表明，川東北地區(qū)在中生代關鍵地質時期，古地溫梯度為3.0℃/100 m,比前人所采用的古地溫梯度要略高。古地溫梯度不同，在很大程度上會影響對油氣生成演化與成因評價。下面以普光氣田飛仙關組儲層油氣演化為例加以進一步說明。

圖2 川東北普光5井四個樣品在設定不同古地溫梯度模式條件下的EasyRo模擬計算結果

圖3 川東北普光2井樣品在設定不同古地溫梯度模式條件下的EasyRo模擬計算結果

根據大量文獻資料報道，普光氣田主要為原油裂解氣成因，氣藏內原油已完全裂解，轉變?yōu)樘烊粴?且重烴氣也基本裂解，天然氣為干氣,干燥系數一般在0.99以上［1-11］。根據前人的古地溫模式，飛仙關組儲層所受最高古地溫為200～220℃［2，10-11，13］。根據所報道的原油裂解動力學模型，在正常古地溫條件下，原油完全裂解為天然氣的地質溫度為200～210℃，C2+大量裂解形成干氣的地質溫度在240～260℃［14，18-20］。根據該模型，如按最大古地溫200～220℃評價，雖然可認為普光氣田飛仙關組儲層原油已完全裂解，但剛進入C2+裂解階段；即使考慮硫酸鹽熱化學還原作用（TSR）的影響［4，21］，所形成天然氣的成熟度應當處于濕氣階段。而根據本研究的古地溫梯度模式，飛仙關組儲層古地溫最高可達245～255℃，原油裂解氣已進入干氣階段，如果再考慮TSR作用的影響，可解釋川東北地區(qū)天然氣的較重的δ13C1值與很高的干燥系數。因此，本研究所建立的古地溫模式在川東北地區(qū)具有更好的代表性。

5 結論

本研究根據EasyRo模擬計算方法，應用已經發(fā)表的反射率數據，模擬計算了川東北地區(qū)代表鉆孔古地溫梯度，主要取得了如下成果與認識。

（1）川東北地區(qū)沉積埋藏史可明顯分為三個階段：石炭紀—二疊紀的緩慢沉積階段，三疊紀—早白堊世的快速沉積階段，晚白堊世以后的抬升剝蝕階段。其中對油氣生成與演化最為重要的時期是中生代的快速沉積階段。

（2）應用古地溫梯度模式3.0—2.8—2.2℃/100m模擬計算所得REasy值與研究剖面實測值結果非常吻合。本研究認為川東北地區(qū)在中生代平均古地溫梯度為3.0℃/100m。

（3）應用本研究所建立的古地溫梯度模式可較好解釋川東北地區(qū)天然氣的地球化學特征，該模式在川東北地區(qū)應當具有更好的代表性。

［1］王世謙，陳更生，黃先平.四川盆地油氣資源潛力及重點勘探領域［J］.石油學報，2005，26（增刊）：97-102.

［2］趙文智，汪澤成，王一剛.四川盆地東北部飛仙關組高效氣藏形成機理［J］.地質論評，2006，52（5）：708-719.

［3］馬永生.中國海相油氣田勘探實例之六：四川盆地普光氣田的發(fā)現與勘探［J］.海相油氣地質，2006，11（2）：35－40.

［4］謝增業(yè)，田世澄，李劍等.川東北飛仙關組鮞灘儲層天然氣地球化學特征與成因［J］.地球化學，2004，33（6）：567-573.

［5］馬永生，蔡勛育，李國雄.四川盆地普光大型氣藏基本特征及成藏富集規(guī)律［J］.地質學報，2005，79（6）：858-865.

［6］馬永生.普光氣田天然氣地球化學特征及氣源探討［J］.天然氣地球科學，2008，19（1）：1-7.

［7］楊家靜，王一剛，王蘭生，等.四川盆地東部長興組—飛仙關組氣藏地球化學特征及氣源探討［J］.沉積學報，2002，20（2）：349-353.

［8］蔡立國，饒丹，潘文蕾，等.川東北地區(qū)普光氣田成藏模式研究［J］.石油實驗地質，2005，27（5）：462-467.

［9］張水昌，朱光有，梁英波.四川盆地普光大型氣田H2S及優(yōu)質儲層形成機理探討［J］.地質論評，2006，52（2）：230-236.

［10］Ma Yongsheng，Zhang Shuichang，Guo Tonglou，et al.Petroleum geology of the Puguang Sour Gas Field in Sichuan Basin，SW China［J］.Marine and Petroleum Geology，2008，25：357-370.

［11］Hao Fang，Guo Tonglou，Zhu Yangming，et al.Evidence for multiple stages of oil cracking and thermochemical sulfate reduction in the Puguang Gas Field，Sichuan Basin，China［J］. AAPG Bulletin，2008，92（5）：611-637.

［12］秦建中，付小東，騰格爾.川東北宣漢—達縣地區(qū)三疊—志留系海相優(yōu)質烴源層評價［J］.石油實驗地質，2008，30（4）：367-376.

［13］凡元芳.川東北地區(qū)普光氣藏地球化學特征及成藏演化［D］.中國地質大學碩士學位論文，2006，1－73.

［14］Tian Hui，Wang Zhaoming，Xiao Zhaoyao，et al.Oil cracking to gases：Kinetic modeling and geological significance［J］.Chinese Science Bulletin，2006,51（22）：2763-2770.

［15］Sweeney J J，Burnham A K.Evaluation of a simple model of vitrinite reflectance based on chemical kinetics［J］.AAPG Bulletin，1990,74：1559-1570.

［16］Tang,Y，Jenden，P D，Nigrini A，et al.Modeling early methane generation in coal［J］.Energy and Fuels，1996，10：659-671.

［17］劉德漢,史繼楊.高演化碳酸鹽烴源巖非常規(guī)評價方法探討［J］.石油勘探與開發(fā)，1994，21（3）：113－115.

［18］Tian Hui，Xiao Xiangming，Yang Liguo，et al.Pyrolysis of oil at high temperatures：Gas potentials，chemical and carbon isotopic signatures［J］.Chinese Science Bulletin，2009，54 (7)：1217-1224.

［19］Tian Hui，Xiao Xiangming，Wilkins R W T，et al.New insight into the volume and pressure changes during the thermal cracking of oil to gas in reservoirs：Implications for the in-situ accumulation of gas cracked from oils［J］.AAPG Bulletin，2008，92（2）：181-200.

［20］Waples D W.The kinetics of in-reservoir oil destruction and gas formation：Constraints from experimental and empirical data，and from thermodynamics［J］.Org Geochem，2000，31：553-575.

［21］王一剛，竇立榮，文應初，等.四川盆地東北部三疊系飛仙關組高含硫氣藏H2S成因研究［J］.地球化學，2002，31（6）：517-524.

編輯：趙國憲

An Investigation of Paleogeothermal Gradients in the Northeastern Part of Sichuan Basin

Wang Yanfei，Xiao Xianming

Few researches of paleogeothermal gradients in the northeastern area of Sichuan Basin has been reported.The paleogeothermal gradients during the key period of hydrocarbon maturation were investigated by EasyRomodeling in the light of the available measured reflectance data of well samples from Puguang Gas Field in this area.The result shows that among four modeled REasyvalues，the one that modeled with 3.0℃/100m of paleogeothermal gradient during the Triassic-Early Cretaceous period may match well with its measured Roand Rbvalues.Therefore，a simplified model of paleogeothermal gradient，i.e.3.0℃/100（＞96Ma）—2.8℃/100(65Ma)—2.2℃/100 m（0Ma），was suggested for the northeastern part of Sichuan Basin.It was believed that this model can give a good explanation for the geochemical characteristics of natural gas in this area.

Paleogeothermal gradient;Vitrinite reflectance;EasyRomodeling;Northeastern Sichuan Basin

book=57,ebook=73

TE125.3

A

1672-9854(2010)-04-0057-05

2009-11-30；改回日期：2010-04-15

本文為國家科技重大專項課題（編號2008ZX05008-002）,中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（編號KZCX2-YW-Q05-06）

Wang Yanfei：male.Geologist.Doctor degree in progress at Graduate School，Chinese Academy of Science.Add：Shenzhen Branch of CNOOC，Ltd.，Guangzhou，510240 China