大港探區(qū)上古生界烴源巖熱史模擬
——以泊古1井為例

林小云，劉俊峰，魏民生，張文慧，劉雨薇

1油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢2長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢3中石油渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北 任丘

大港探區(qū)上古生界烴源巖熱史模擬
——以泊古1井為例

林小云1,2，劉俊峰1,2，魏民生1,2，張文慧1,2，劉雨薇3

1油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢2長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢3中石油渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北 任丘

泊古1井位于渤海灣盆地中部的大港探區(qū)，滄縣隆起西南側(cè)泊頭市附近。運(yùn)用鏡質(zhì)體反射率(Ro)對(duì)大港探區(qū)上古生界烴源巖進(jìn)行了熱演化模擬并分析其生烴期次。研究表明，大港探區(qū)古生代熱流值較低，到三疊紀(jì)(225 Ma)受印支運(yùn)動(dòng)的影響熱流值持續(xù)升高，后因地層抬升剝蝕，熱流值開始下降，直至漸新世末(25 Ma)，隨后熱流值趨于平穩(wěn)。印支、燕山、喜山3大構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的不整合面上地層剝蝕量分別為3600、1000、300 m。泊古1井上古生界太原組烴源巖在中三疊世末期(239 Ma)進(jìn)入生烴門限，227 Ma達(dá)到生油高峰期，后期地層多次沉降抬升，現(xiàn)今處于成熟早期階段；山西組烴源巖成熟度演化歷程與太原組基本相似，但比太原組的演化程度略低一些。晚三疊世為主要生排烴期。

大港探區(qū)，泊古1井，烴源巖，熱史，生烴史

1.引言

大港探區(qū)石炭系、二疊系普遍發(fā)育，上古生界具有形成工業(yè)油氣藏的潛力[1]。盆地?zé)釟v史是了解其成因、埋藏史、油氣形成條件的重要依據(jù)，盆地?zé)崾返幕謴?fù)對(duì)研究構(gòu)造演化以及油氣勘探與開發(fā)有著重要的意義。在盆地尺度上利用“油氣盆地?zé)崾芳皹?gòu)造-熱演化模擬系統(tǒng)(Thermodel for W indows)”，對(duì)大港探區(qū)上古生界烴源巖進(jìn)行熱演化史恢復(fù)。

2.熱史恢復(fù)的方法與原理

盆地尺度上的熱史模擬是以盆地沉積和構(gòu)造演化史為依據(jù)，以熱演化史(熱流史與地溫史)為目標(biāo)，以古溫標(biāo)反演計(jì)算為基本方法。古溫標(biāo)反演主要是利用能記錄研究對(duì)象所經(jīng)歷溫度的礦物、巖石、包裹體等來(lái)恢復(fù)古地溫[2]。目前，已取得一定應(yīng)用效果的低溫地質(zhì)溫標(biāo)包括：鏡質(zhì)體反射率(Ro)、牙形石色變指數(shù)、自生成巖礦物、礦物流體包裹體和磷灰石裂變徑跡[3]。其中，理論基礎(chǔ)可靠、方法成熟、應(yīng)用廣泛的古溫標(biāo)是Ro和磷灰石裂變徑跡。

常用的熱史恢復(fù)方法有隨機(jī)反演法、古地溫梯度法和古熱流法3類。該次研究根據(jù)大港探區(qū)古溫標(biāo)數(shù)據(jù)狀況和地質(zhì)條件，選用古熱流法進(jìn)行熱史恢復(fù)，以構(gòu)造層為基本單位，從上至下，從新至老，逐層反演，使反演結(jié)果互相制約，克服多解性并提高確定性[4]。在只考慮盆地內(nèi)熱傳導(dǎo)這一最主要傳熱方式的情況下，盆地?zé)崃髅芏群统练e物的導(dǎo)熱率共同決定盆地的地溫梯度變化。地溫梯度又與埋藏史共同控制了盆地中某一深度地層的Ro大小。因此，若已知盆地埋藏史和沉積物熱導(dǎo)率，盆地?zé)崃髅芏鹊淖兓褪强刂颇骋簧疃鹊貙覴o的唯一因素[5]。依據(jù)Ro模型、古地溫模型和古熱流模型，實(shí)測(cè)的Ro數(shù)據(jù)可以反演求得盆地?zé)崃髅芏鹊淖兓?，繼而獲得盆地所經(jīng)歷的古地溫史[6]。該次研究采用的Ro模型為EASY% Ro模型，計(jì)算機(jī)軟件為“油氣盆地?zé)崾芳皹?gòu)造-熱演化模擬系統(tǒng)(Thermodel for W indows)”。

3.熱史反演參數(shù)的選取

基本參數(shù)包括系統(tǒng)參數(shù)和模擬參數(shù)[7]。

系統(tǒng)參數(shù)包括：各類巖石的初始孔隙度(%)、指數(shù)壓實(shí)系數(shù)(1/m)、線性壓實(shí)系數(shù)(1/m)、密度(g/cm3)、導(dǎo)熱率(W/m?K)、比熱(J/g?K)、生熱率(μW/m3)。根據(jù)濟(jì)源凹陷鉆井資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)巖性主要有泥巖、頁(yè)巖、灰?guī)r、白云巖、鹽巖、石膏、砂巖等，各種巖性參數(shù)可以由研究區(qū)鉆井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得，部分參數(shù)則需要查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。地質(zhì)年齡是模擬討論盆地發(fā)展歷史的依據(jù)，該次地質(zhì)年代采用通用的2012版地質(zhì)年代表數(shù)據(jù)，各地層內(nèi)部細(xì)劃的模擬層底界年齡按該層沉積速度內(nèi)插確定。

模擬參數(shù)包括：① 現(xiàn)今熱流(大港探區(qū)現(xiàn)今地表熱流整體變化不大，結(jié)合中國(guó)大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編，區(qū)內(nèi)現(xiàn)今熱流取值54 mW/m2)；② 現(xiàn)今地表溫度(根據(jù)天津氣象站最近十年的年平均氣溫，假定大港探區(qū)常年平均地表溫度為15℃)；③ 現(xiàn)今水深(研究區(qū)現(xiàn)今地表基本在水面以上，故現(xiàn)今水深取值為0)；④ 抬升剝蝕事件及時(shí)間(根據(jù)構(gòu)造演化史分析，大港探區(qū)主要有三次抬升剝蝕事件，分別對(duì)應(yīng)晚三疊世、晚白堊世初期、漸新世末期3次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的不整合面，剝蝕開始的時(shí)間按沉積剝蝕速度插值給出)；⑤ 古熱流約束(大港探區(qū)位于渤海灣盆地，在石炭紀(jì)-二疊紀(jì)為地臺(tái)型沉積，在中、新生代是盆地的主體，地殼活動(dòng)加劇，以不同類型盆地?zé)崃髦档姆秶s束進(jìn)行熱史反演，并最終以與實(shí)測(cè)古溫標(biāo)數(shù)據(jù)最符合的熱史路徑下延值為各時(shí)期的古熱流值)。

成熟度窗設(shè)置：成熟度窗設(shè)置為成熟史模擬器(有機(jī)質(zhì)成熟史和烴源層油氣生成史)提供油氣成熟度階段劃分標(biāo)準(zhǔn)、階段名稱及各階段的填充底色設(shè)定。大港探區(qū)烴源巖成熟度狀態(tài)、生烴階段和對(duì)應(yīng)的Ro劃分為以下階段：未成熟期(Ro＜ 0.5%)、低成熟期(Ro= 0.5%～0.7%)、成熟早期(Ro= 0.7%～1.0%)、成熟晚期(Ro= 1.0%～1.3%)、高成熟期(Ro= 1.3%～2.0%)和過成熟期(Ro＞ 2.0%)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括地質(zhì)數(shù)據(jù)、Ro等。其中，地質(zhì)數(shù)據(jù)包括鉆井綜合錄井剖面各層底界埋深、厚度、各類巖性的百分比等[8]。Ro來(lái)自大港探區(qū)鉆井巖心和巖屑樣品不同單位的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)于來(lái)自不同單位、不同測(cè)試時(shí)間的Ro經(jīng)過篩選，建立其與深度的關(guān)系。泊古1井Ro與深度的關(guān)系表明，兩者相關(guān)性較好，隨深度增加Ro增大。

4.熱史恢復(fù)結(jié)果

根據(jù)大港地區(qū)沉積構(gòu)造演化特征，以及現(xiàn)有測(cè)錄井資料、測(cè)試數(shù)據(jù)等選取代表鉆井泊古1井、東古1井、孔古4井、王古1井、徐13井共5口井進(jìn)行熱史反演，鉆井選擇的標(biāo)準(zhǔn)是最好有全井段且各個(gè)不同構(gòu)造層內(nèi)具有足夠多的Ro測(cè)試數(shù)據(jù)。

泊古1井位于大港探區(qū)，滄縣隆起西南側(cè)泊頭市附近，完鉆井深2105.3 m，完鉆層位為中奧陶統(tǒng)下馬家溝組。泊古1井熱史反演結(jié)果(圖1)表明，古生代熱流值較低，三疊紀(jì)(225 Ma)為47.43 mW/m2，受印支運(yùn)動(dòng)的影響熱流值持續(xù)升高，到晚白堊世初(96 Ma)上升到71.43 mW/m2，后因地層抬升剝蝕，熱流值開始降低，到漸新世末(25 Ma)下降到53.76 mW/m2，隨后熱流值趨于平穩(wěn)，現(xiàn)今為53.69 mW/m2。泊古1井所在地區(qū)晚古生代以來(lái)主要經(jīng)歷過3次抬升剝蝕事件：晚三疊世(225 Ma)印支運(yùn)動(dòng)使該地區(qū)發(fā)生抬升剝蝕，剝蝕量為3600 m；晚白堊世初，也就是在燕山運(yùn)動(dòng)晚期的抬升剝蝕量為1000 m；漸新世末，受喜山運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕褶皺造山運(yùn)動(dòng)的影響，地層抬升剝蝕，剝蝕量為300 m。

Figure 1.The result of thermal history simulation in Well Bogu 1圖1.泊古1井熱史反演結(jié)果

5.烴源巖成熟史

按照大港探區(qū)烴源巖熱演化成熟階段的劃分，分析上古生界主要烴源巖山西組(P1s)和太原組(P1t)的有機(jī)質(zhì)成熟史及生烴史。

成熟史模擬結(jié)果顯示，泊古1井P1t烴源巖在中三疊世末進(jìn)入生烴門限，隨著地層的埋藏，晚三疊世達(dá)到成熟早期階段，228 Ma達(dá)到生油高峰期，225 Ma因地層抬升，生烴中斷，直到現(xiàn)今仍處于成熟早期階段。

P1s烴源巖在中三疊世末進(jìn)入生烴門限，隨著地層的埋藏，晚三疊世達(dá)到成熟早期階段，227 Ma達(dá)到生油高峰期，225 Ma時(shí)因地層抬升，生烴中斷，直到現(xiàn)今仍處于成熟早期階段(圖2)。

P1t和P1s烴源巖成熟演化歷程基本相似，但P1t烴源巖比P1s的演化程度略高一些。研究區(qū)上古生界烴源巖演化程度普遍較低，現(xiàn)今大部分地區(qū)仍處于成熟早期階段。

生烴期次是有機(jī)質(zhì)成熟史在油氣生成階段上的反映，烴源巖處于不同的熱演化階段對(duì)應(yīng)于不同的油氣生成階段，準(zhǔn)確分析含油氣盆地的油氣成藏期次有助于更好地了解油氣藏形成條件和分布規(guī)律[9]。上古生界烴源巖由于受到多期次埋藏-抬升和增溫-降溫作用，導(dǎo)致烴源巖生烴過程的中斷或減緩，具有多期次生烴的特點(diǎn)。至上古生界煤系地層沉積后，經(jīng)歷了印支期、燕山期和喜馬拉雅期的沉降和演化，相應(yīng)形成印支期、燕山期和喜馬拉雅期3期生烴，由于不同構(gòu)造區(qū)域的抬升和沉降幅度不同，烴源巖熱演化也不盡相同。

在恢復(fù)烴源巖成熟史的基礎(chǔ)上，用相對(duì)產(chǎn)烴率和累計(jì)烴轉(zhuǎn)換率來(lái)表示烴源巖的生烴期次。泊古1井P1t和P1s烴源巖早期持續(xù)穩(wěn)定下降，地層埋藏較深，后期抬升剝蝕較大，再次埋藏深度較淺，晚三疊世為其主要生排烴期。因?yàn)樵缙诔掷m(xù)快速沉降，大部分已經(jīng)結(jié)束生烴，后期抬升到再次下降相對(duì)較弱，第一個(gè)生排烴期是其主要的生排烴期(圖3)。

6.結(jié)論

1) 大港探區(qū)以Ro為古溫標(biāo)的泊古1井熱史恢復(fù)結(jié)果表明，古生代熱流值較低，到三疊紀(jì)(225 Ma)受印支運(yùn)動(dòng)的影響熱流值持續(xù)升高，后因地層抬升剝蝕，熱流值開始降低，直到到漸新世末(25 Ma)，隨后熱流值趨于平穩(wěn)，現(xiàn)今約為54 mW/m2。

Figure 2.The maturation history of source rocks in Well Bogu 1圖2.泊古1井烴源巖成熟史

2) 大港探區(qū)上古生界主要烴源巖為P1t和P1s，P1t烴源巖在239 Ma (中三疊世末)進(jìn)入生烴門限，227 Ma達(dá)到生油高峰期，后期地層多次沉降抬升，現(xiàn)今處于成熟早期階段。P1s烴源巖成熟度演化歷程與P1t基本相似，但比P1t的演化程度略低一些。晚三疊世為主要生排烴期。

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Geotherm al History Sim u lation of Upper Paleozonic Source Rocks in Dagang Prospecting Area—A Case Study o f Well Bogu 1

Xiaoyun Lin1,2, Jun feng Liu1,2, Minsheng Wei1,2, Wenhui Zhang1,2, Yuw ei Liu3

1Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources (Yangtze University), M inistry of Education, Wuhan Hubei2School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan Hubei3Downhole Service Company, CNPC Bohai Drilling Engineering Co.Ltd., Renqiu Hebei

Well Bogu 1 w as located in the cen ter of Bohai Bay Basion w here Dagang Prospecting Area w as situated.It w as near the Botou City w hich w as in the southw est of Cangxian Up lift.By taking Roas palaeotem perature scale, the geotherm al history of upper paleozonic source rocks in Dagang Prospecting Area w as sim u lated, and hyd rocarbon generation stages w ere analyzed.The resu lts show ed that the heat flow value in Dagang Prospecting Area w as low er in paleozonic.Affected by Indo-China m ovem en t, the heat flow value in Triassic (225 Ma) w as con tinuously elevated.Because of the strata up lift and erosion, the heat flow value began to decline till the end of Oligocene (25 Ma); then it tended to be steady.The stratigraphic erosion am oun t on the uncon form ity su rface in Indo-China m ovem en t, Yanshan m ovem en t and Him alayan m ovem en t w as 3600, 1000 and 300 m, respectively.The sou rce rock of the Upper Paleozonic Taiyuan Form ation in Well Bogu 1 enters the hyd rocarbon generation threshold in the late period of Midd le Triassic (239 Ma).It reached oil generation peak in 227 Ma.The strata are su ffered by several subsidences and up lifts in the late period.Now adays it is at the early m aturation stage.The m aturity evolution p rocess of Shanxi Form ation sou rce rock is basically sim ilar to Taiyuan Form ation, bu t the evo lu tion degree is slightly low er than that of Taiyuan Form ation.Late Triassic is the m ain period of hyd rocarbon generation and expu lsion.

Dagang Prospecting Area, Well Bogu 1, Source Rock, Therm al History, Hyd rocarbon Generation History

Figure 3.The hydrocarbon generation stages and intensity in Well Bogu 1圖3.泊古1井生烴期次與生烴強(qiáng)度

林小云(1965-)，女，博士，教授，主要從事石油地質(zhì)研究及相關(guān)教學(xué)工作。

2016年4月26日；錄用日期：2016年10月30日；發(fā)布日期：2016年12月15日

文章引用： 林小云, 劉俊峰, 魏民生, 張文慧, 劉雨薇.大港探區(qū)上古生界烴源巖熱史模擬[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2016, 38(4): 10-15.http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.384031

長(zhǎng)江大學(xué)及大港油田聯(lián)合項(xiàng)目(DGYT-2013-JS-477)。