閬中地區(qū)須家河組烴源巖動態(tài)演化模擬

王東

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都610041）

隨著川北元壩地區(qū)須家河組天然氣勘探取得重大突破，多口井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，使得川北地區(qū)陸相須家河組油氣勘探成為近期的熱點。緊鄰元壩地區(qū)的閬中地區(qū)實鉆揭示須家河組亦見較好油氣顯示，從而引起了研究者的重視。為明確閬中地區(qū)須家河組油氣勘探前景，落實資源潛力，有必要對該區(qū)須家河組烴源巖開展系統(tǒng)性研究。而前期研究主要集中在研究區(qū)及鄰區(qū)烴源巖的基礎特征和烴源演化上［1-6］，涉及研究區(qū)烴源巖生、排烴演化及生、排烴量等方面的研究不多。為此，筆者從地質特征及烴源巖演化的基礎參數(shù)著手，利用三維盆地模擬技術，對研究區(qū)陸相須家河組烴源巖生、排烴演化史進行動態(tài)模擬，以進一步落實研究區(qū)陸相資源潛力，探索下一步油氣勘探的有利方向。

1 地質概況

閬中地區(qū)位于四川盆地川中北部，區(qū)域構造隸屬于川中隆起北部斜坡帶-川中北部平緩構造帶，整體構造為一向北東傾沒的大型鼻狀構造（見圖1）。前人研究認為，閬中地區(qū)構造形變主要受燕山期和喜山期2次構造運動的影響，從晚侏羅世（燕山早中期）開始長期位于川中古隆起與川北坳陷之間的斜坡帶上，是油氣運移的長期指向區(qū)，具備形成大中型油氣田的有利構造條件［7-10］。目前，該地區(qū)共有4 口井鉆遇須家河組（見圖1），油氣顯示頻繁，但均未有工業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)，屬于低勘探程度區(qū)。

圖1 川中北部閬中地區(qū)構造綱要

通過對鉆遇須家河組4 口井的巖心及巖屑觀察分析，并結合區(qū)域沉積背景研究認為：閬中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組以辮狀河三角洲前緣與濱淺湖交替沉積為主（見圖2）；烴源巖主要發(fā)育須一（上部）、須三及須五段，以濱淺湖及沼澤沉積為主，巖性為灰黑色和黑色泥頁巖、薄煤層及泥灰?guī)r；須二段及須四段主要為辮狀河三角洲前緣沉積的大套砂巖夾薄層泥巖，實鉆揭示其油氣顯示較為頻繁，為研究區(qū)陸相主要儲集層之一。須家河組位于梓潼—蒼溪生烴凹陷區(qū)，發(fā)育巨厚的烴源巖，一般在200～280 m（見表1），占整個須家河組地層厚度的29%～35%，具有良好的生烴物質基礎。須家河組烴源巖有機質豐度高，平均有機碳質量分數(shù)為2.702%，屬于好及以上級別烴源巖［11-12］。對閬中地區(qū)川石55 井須家河組所取烴源巖樣品的分析表明，干酪根類型主要為Ⅲ型，其次為Ⅱ2型，干酪根鏡質體反射率（Ro）介于1.23%～1.65%，熱演化程度處于成熟—高成熟階段，以生氣為主。其中，須三段和須五段為主力優(yōu)質烴源巖。

圖2 閬中地區(qū)須家河-千佛崖組綜合柱狀圖

表1 閬中-元壩地區(qū)陸相須家河組烴源巖厚度統(tǒng)計

2 盆地模擬關鍵參數(shù)的選取

本次烴源巖演化模擬主要是將盆地模擬所需的各種參數(shù)輸入PetroMod 三維盆地模擬軟件中，由軟件自動計算并模擬研究區(qū)烴源巖演化過程，最終得到模擬結果。盆地模擬過程中關鍵參數(shù)選取得準確與否，影響著模擬結果的可信度，主要包括以下5 個方面。

2.1 地層剝蝕厚度恢復及剝蝕時間確定

本次模擬的地層為上三疊統(tǒng)須家河組—上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組。在結合地震層位解釋和研究區(qū)內已有4 口實鉆井地層資料的基礎上，綜合研究得到了本次模擬各套地層（包括烴源巖層在內） 在三維區(qū)范圍內的厚度、埋深及展布情況。

構造演化研究表明，閬中地區(qū)陸相須家河組至第四系存在的主要剝蝕（不整合）面為地表不整合面以及須五段與自流井組之間的不整合面。因其剝蝕厚度較大，對沉積埋藏史影響大，因而是本次研究的重點。其他構造運動期所產(chǎn)生的不整合面為次級不整合面，剝蝕厚度較小，對沉積埋藏史的影響相對較小，故本次研究暫不予以考慮。

地表剝蝕厚度采用鉆井實測鏡質體反射率法和測井泥巖聲波時差法進行恢復［13-15］。通過對區(qū)內川石55井實測鏡質體反射率的分析，同時考慮原始沉積環(huán)境差異，擬合出了剝蝕厚度與實測鏡質體反射率之間的趨勢方程，得出川石55 井晚白堊世以來的地層剝蝕厚度為1 519.33 m（見圖3）。

圖3 閬中地區(qū)典型鉆井剝蝕厚度恢復

通過分析區(qū)內閬中1、閬中2、石深1 井測井泥巖聲波時差隨深度的變化規(guī)律，擬合出了剝蝕厚度與泥巖聲波時差之間的趨勢方程，得出這3 口井自晚白堊世以來的地層剝蝕厚度分別為1 478.64，1 519.21，1 524.21 m（見圖3）。對于須五段頂部不整合面地層剝蝕厚度的恢復不能采用上述方法［13-15］，故本次研究主要通過地層對比法來實現(xiàn)地層剝蝕厚度的恢復。區(qū)域地層對比分析表明，須五段頂部剝蝕厚度較小，在200 m 左右，且全區(qū)剝蝕厚度基本一致。較小的剝蝕厚度對于研究區(qū)埋藏史及熱演化史的影響相對于超千米的地表剝蝕來說，明顯要小得多。

研究區(qū)地層沉積時間及剝蝕時間的確定主要是在構造演化階段研究基礎上，參考2004年國際地層表及文獻［16］所提供的時間得到的。

2.2 古水深

古水深研究主要是利用沉積學標志、地球化學標志和生物標志來描述水體深淺變化。本次研究不同時期古水深參數(shù)主要參考前人研究結果［17-18］，結合研究區(qū)沉積環(huán)境及現(xiàn)代沉積研究中陸相沉積水深變化范圍，建立了研究區(qū)不同沉積相（環(huán)境）類型對應的古水深的變化范圍。其中，沖積—河流相古水深0～1 m，辮狀河三角洲相古水深不超過30 m，濱湖亞相古水深小于5 m，半深湖—深湖亞相古水深20～100 m。

2.3 沉積水界面溫度

閬中地區(qū)古沉積水界面溫度，由PetroMod 軟件內部提供的全球統(tǒng)一的沉積水界面溫度-時間模塊結合現(xiàn)今研究區(qū)所處地理位置預測獲取。從所獲取數(shù)據(jù)可以看出，研究區(qū)從須家河組沉積以來，沉積水界面溫度變化范圍不大，總體上介于20～30 ℃。根據(jù)筆者對研究區(qū)現(xiàn)今沉積水界面溫度所作的粗略統(tǒng)計，取平均值為16 ℃。

2.4 古熱流值

古熱流值是熱史恢復的關鍵，目前使用較為廣泛且擬合效果較好的研究古熱流的熱指標是鏡質體反射率。在前人研究成果的基礎上［19-22］，利用研究區(qū)川石55井須家組烴源巖實測Ro（介于1.23%～1.65%），對研究區(qū)熱史進行了恢復。結果表明，閬中地區(qū)古熱流值在255 Ma 達到最高（66.00 mW/m2，井底熱流），之后逐漸降低到現(xiàn)今的48.03 mW/m2。

2.5 烴源巖生烴動力學模型及成熟度史參數(shù)

生物氣階段的生烴動力學模型，主要是在參考前人相關研究成果的基礎上得到的［23］，活化能取值為95.96 kJ/mol。

由于閬中地區(qū)須家河組烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，Ⅱ2型干酪根為輔，因此，本次研究在參考前人相關研究的基礎上［24］，結合川西實測熱解活化能分析數(shù)據(jù)［25］，建立了研究區(qū)陸相Ⅱ，Ⅲ型干酪根裂解成油氣階段所用的模型。原油裂解階段生烴動力學模型采用Pepper 等［26］的活化能數(shù)據(jù)建立相應模型。

成熟度史參數(shù)采用Sweeney 等建立的EASY%Ro化學動力學模型，并結合研究區(qū)實際，取Ro≤0.55%為未成熟，0.55%＜Ro≤0.70%為低成熟，0.70%＜Ro≤1.00%為 成 熟，1.00%＜Ro≤1.30%為 高 成 熟，1.30%＜Ro≤2.00%為過成熟（濕氣階段），Ro＞2.00%為過成熟（干氣階段）。為了保證模擬的準確性，利用單井實測的Ro值約束和重構各單井烴源巖有機質成熟度史演化過程。

3 模擬結果分析

3.1 烴源巖生、排烴演化史

對區(qū)內已有鉆井的單井模擬及各烴源巖層在三維空間上的演化史進行了分析研究（見圖4、圖5）。

圖4 閬中1 井埋藏熱演化史

圖5 閬中地區(qū)須家河組烴源巖Ro 演化史等值分布

研究結果表明：1）研究區(qū)從晚三疊世到早白堊世末期整體主要處于持續(xù)沉積埋深階段，其間僅有短暫的幾次抬升，到早白堊世末期陸相須家河組埋藏深度超過5 000 m，之后全區(qū)轉入全面隆升階段；陸相須家河組烴源巖從中侏羅世早期（174 Ma）開始生烴，一直持續(xù)到早白堊世末期（96 Ma）生烴結束，生、排烴過程基本同時進行和結束。2）中侏羅世早期，閬中地區(qū)須一段（上部）烴源巖埋深在1 700 m 左右，Ro值大部分達0.55%，進入生烴門限，開始生烴；至中侏羅世晚期（155 Ma），Ro值達到0.70%以上，開始大量生烴，烴源巖進入生烴高峰期，排烴作用基本上與生烴同時進行。中侏羅世中期（160 Ma）和中侏羅世晚期（155 Ma），須三段和須五段烴源巖Ro值均達到0.55%，進入生烴門限，開始生烴； 須三段和須五段烴源巖分別于中侏羅世末期（150 Ma）和晚侏羅世中期（145 Ma）Ro值達到0.70%以上，開始大量生烴，烴源巖進入生烴高峰期。須家河組烴源巖生成的油氣在排烴作用下，初次運移進入上三疊統(tǒng)須家河組及上覆相鄰儲層中。3）早白堊世早期（135 Ma），閬中地區(qū)須一段（上部）烴源巖層底面埋深達4 000 m，Ro值達到1.30%，烴源巖層開始進入生成濕氣階段； 而須三段和須五段烴源巖則分別于早白堊世中期（125 Ma）和早白堊世末期（100 Ma）Ro值達到1.30%，開始進入生成濕氣階段。早白堊世末期（96 Ma）以來，研究區(qū)先后受燕山晚幕運動和喜山運動影響［7-10］，發(fā)生全面隆升褶皺造山運動，各烴源巖層生烴基本停止，排烴作用也基本同時結束，生、排烴演化也隨之結束，油氣開始進入散失或調整期。

前已述及，晚侏羅世早期（燕山早中期），由于受川中古隆起抬升的影響，閬中地區(qū)開始長期處于向北東傾沒的斜坡帶較高部位，為一大型鼻狀構造。通過構造形成期與烴源巖生、排烴演化過程對比不難發(fā)現(xiàn)，構造形成期（晚侏羅世早期）與烴源巖的生、排烴高峰期（中侏羅世晚期）基本同時，十分有利于油氣的近源成藏，從而形成原生油氣藏，具備形成大中型油氣田成藏配置的良好基礎條件。

3.2 生、排烴量

須家河組烴源巖生、排烴量大，資源潛力較大。本次生、排烴量模擬面積為包含研究區(qū)在內的1 584 km2的須家河組各套烴源巖層。模擬結果表明，隨著埋藏深度的不斷加深以及時間的推移，須家河組烴源巖的生、排烴范圍從研究區(qū)北東部向南西部不斷擴大，生、排烴量也不斷增大，到早白堊世末期達到峰值。烴源巖生、排烴量統(tǒng)計表明，閬中地區(qū)須家河組烴源巖層總生、排烴量分別高達149 298.18×108m3和142 844.09×108m3（見表3），資源潛力較大。

表3 閬中地區(qū)須家河組烴源巖生、排烴量統(tǒng)計

縱向上表現(xiàn)為須五段生、排烴量最大，須三段次之，須一段（上部）生、排烴量最小。其中：須五段烴源巖層的生烴強度從中侏羅世晚期的15.53×108m3/km2不斷增加到早白堊世末期的52.79×108m3/km2，主排烴期（晚侏羅世晚期至早白堊世）的排烴速率為1 784.68×108m3/Ma，單位面積累計排烴量高達49.57×108m3/km2； 須三段烴源巖層的生烴強度從中侏羅世中期的8.10×108m3/km2不斷增加到早白堊世末期的30.07×108m3/km2，主排烴期（晚侏羅世晚期至早白堊世）的排烴速率為938.76×108m3/Ma，單位面積累計排烴量高達29.04×108m3/km2；而生、排烴量最小的須一段（上部）烴源巖層的生烴強度從中侏羅世早期的2.84×108m3/km2增加到早白堊世末期的11.83×108m3/km2，單位面積累計排烴量為11.57×108m3/km2。

4 討論

模擬結果表明，須五段烴源巖生、排烴量最大，而其生成的油氣則主要向上覆侏羅系運聚，因而侏羅系儲層應具有最好的勘探潛力。前期鉆探揭示，閬中地區(qū)在下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段及中侏羅統(tǒng)千佛崖組二段共獲得高產(chǎn)油氣井11 口，中低產(chǎn)油氣井21 口，先后發(fā)現(xiàn)柏埡、石龍場、老鴉崖、寶馬等8 個油氣藏，原油探明儲量130×104t，天然氣控制與探明儲量24.68×108m3，現(xiàn)已處于油氣滾動開發(fā)階段。實鉆證實了閬中地區(qū)處于侏羅系高產(chǎn)油氣富集帶內，與上述模擬結果相吻合，這也證明了本次研究模擬過程中所選用的參數(shù)及模擬結果具有較高的可信度，對須家河組油氣勘探具有一定的指導作用。

模擬得到的須三段烴源巖生、排烴量次之，其生成的油氣則主要向須三段內部及上覆須四段運聚，因而須三、須四段儲層應具有良好的勘探潛力。研究區(qū)鉆遇須家河組的4 口井在須三段、須四段均見良好油氣顯示，如閬中1 井須四段鉆遇16.7 m/4 層含氣層及34.4 m/2 層微含氣層，川石55 井在須三段鉆遇6.3 m/2 層含氣層；在鄰區(qū)勘探程度較高的元壩地區(qū)，多口鉆井在須三、須四段見工業(yè)油氣流，如元陸3 井在須四段鉆獲14.80×104m3/d 工業(yè)氣流，元陸7 井在須三段 鉆獲30.31×104m3/d 高產(chǎn)工業(yè)氣流。以上諸例均證實了閬中地區(qū)須三段、須四段應具有良好的勘探潛力，而現(xiàn)今研究區(qū)未取得突破的主要原因可能是油氣勘探程度較低，還未較好把握油氣富集規(guī)律。

由于須一段（上部）烴源巖層的生、排烴量相對較小，限制了上覆須二段的供烴能力，因而須二段在本區(qū)勘探潛力相對較低。實鉆揭示，研究區(qū)須二段含氣級別較低，儲層含水特征明顯。如閬中1 井須二段見95.2 m/8 層含氣水層，說明須二段在本區(qū)勘探潛力較低，其原因除與須二段儲層發(fā)育程度及構造位置有較大關系外，也可能與烴源的供烴能力存在一定關系。

綜上所述，閬中地區(qū)須家河組烴源巖生、排烴能力強，資源潛力大，油氣勘探前景良好，在侏羅系業(yè)已成藏并處于滾動開發(fā)情況下，下步油氣勘探方向及接替區(qū)應著重放在烴源供給充足的須三、須四段儲層。

5 結論

1）閬中地區(qū)陸相須家河組烴源巖分布范圍廣、厚度大、處于或鄰近生烴中心、有機質豐度高、熱演化程度高，其中須家河組三段、五段為主力優(yōu)質烴源巖。

2）閬中地區(qū)陸相須家河組烴源巖從中侏羅世早期開始進入生烴門限，到中侏羅世晚期開始進入生烴高峰期，至早白堊世末期生烴結束，之后油氣開始進入散失或調整期；構造形成期（晚侏羅世早期）與烴源巖生、排烴期（中侏羅世晚期）之間匹配關系良好，十分有利于油氣的近源成藏。

3）閬中地區(qū)陸相須家河組烴源巖生、排烴能力強，生、排烴量大。其中，須五段烴源巖生、排烴量最大，須三段次之，單位面積累計生、排烴量分別高達94.25×108和90.18×108m3，資源潛力大，須家河組三段、四段儲層油氣勘探前景良好。

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