四川盆地东北地区古地温梯度模拟

王艳飞，肖贤明

（1中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室）（2中国科学院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地东北地区古地温梯度模拟

王艳飞1，2，3，肖贤明1

（1中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室）（2中国科学院研究生院；3中海石油深圳分公司）

四川盆地东北地区古地温梯度一直缺乏研究。以普光气田已有的实测反射率数据为依据，应用EasyRo模拟计算方法，研究了该区主要生烃期的古地温梯度。结果表明，对川东北地区主要埋藏与生烃期（三叠纪—早白垩世）进行的成熟度模拟计算，应用古地温梯度为3.0℃/100m的古地温模式计算所得的结果与实测结果非常吻合。进一步提出了该区的简化古地温模式为［3.0℃/100 m（＞96 Ma）—2.8℃/100 m（65 Ma）—2.2℃/ 100m（0Ma）］。

川东北地区；古地温梯度；镜质组反射率；EasyRo模拟法

王艳飞

王艳飞1977年生，工程师。2000毕业于中国石油大学（华东），现为中科院广州地球化学研究所在职博士生。主要从事石油地质、油气地球化学研究。通讯地址：510240广州市江南大道中168号海洋石油大厦；电话：（020）84258781

川东北地区是四川盆地非常重要的天然气聚集区。该区天然气地质资源量占全盆地总资源量的43%以上,累计探明储量占全盆地的60%以上。该区也是目前大气田发现最多的地区［1］，发现的大气田有普光、卧龙河、五百梯、沙坪场、罗家寨、渡口河、铁山坡［2］，如普光气田，探明地质储量达到2510.7×108m3［3］。川东北地区发现的天然气产层多，主要包括石炭系黄龙组、上二叠统长兴组、下三叠统飞仙关组和嘉陵江组，其中飞仙关组鲕滩气藏是我国近年来天然气的重要突破。为加快勘探，近年来对川东北地区天然气形成、演化与成藏作了大量的研究［1-9］，取得了一些有价值的成果。然而，这些研究均涉及到的一项基本地质参数——古地温梯度，却一直缺乏研究。含油气盆地古地温梯度不仅直接影响到油气生成、演化与成藏历史，而且还影响到油气生成强度、规模、甚至资源量计算等多个方面。

本文以川东北地区镜质组反射率数据比较系统的普光气田为实例，应用EasyRo模拟计算方法，对关键地质时期古地温梯度进行模拟计算，并进一步结合该区天然气地球化学特征，对所提出的古地温梯度模式的客观性进行讨论。

1 地质模型与反射率数据

1.1 地层埋藏史

从川东北地区普光2井地层埋藏史图（图1）可见，地层埋藏史明显可分为三个阶段：

（1）晚古生代（350—250Ma），缓慢沉降阶段，石炭纪—二叠纪地层厚度在600～1000m；

（2）三叠纪—早白垩世（250—96Ma），快速沉降阶段，所形成的这套地层厚度可达7000～7500m，尤其是在侏罗纪—早白垩世，沉积速度极快，达到40～45m/Ma;

（3）晚白垩世及以后（96—0 Ma），抬升阶段，地层遭受强烈剥蚀，剥蚀了早白垩世—晚侏罗世地层，剥蚀厚度可达3000m以上。

图1 川东北地区普光2井地层埋藏史图

因此，从地层埋藏史分析，影响该区烃源岩成烃演化的关键时期是中生代。

1.2 地层反射率数据

根据秦建中等［12］的资料，普光5井实测沥青反射率（Rb）和镜质组反射率（Ro）的埋深与现埋深有较大的变化。为获取代表性结果，本研究采用其拟合结果，大致相当于其平均值。对普光5井选取了4个点（样品1至样品4）进行了模拟计算，以现埋深3150～6050m为取值范围。

另选取凡元芳［13］的普光2井飞仙关组（T1f）沥青反射率（Rb）资料，根据井段4 828.77～5 104.71 m获得的8个样品数据，其Rb变化范围为3.11%～5.21%，取平均值一个点进行了模拟计算，获平均深度为4968m，平均Rb值为4.05%（样品5）。

以上所用实测反射率数据列于表1。

表1 川东北普光气田实测反射率数据

1.3 油充注时期

川东北地区储层沥青主要为原油裂解成因［2］。根据文献资料报道,原油进入储层的时间主要在晚三叠世—侏罗纪［12］，据此设定原油进入储层开始演化的时间始于175Ma。应当指出，当储层温度在165℃以下时，原油不会发生明显裂解［14］。因此，根据地层埋藏史（图1）,该时间可设定在三叠纪—中侏罗世的任何一个时刻，对模拟计算结果不会有明显影响。

2 成熟度模拟计算方法

2.1 EasyRo模拟

应用EasyRo模型模拟计算有机质成熟度已有大量文献报道［15］，其基本做法是根据地层埋藏史，设定某一古地温梯度模式，应用EasyRo模型软件进行反复计算，直至所设定古地温梯度模拟计算结果与实测结果吻合［15-16］。该古地温梯度模式则被认为可代表所计算地层在某一地质时期的古地温梯度。

在模拟计算时，应注意两个关键问题。其一是所选择实测反射率具有代表性。由于Ro测定具有一定变化范围，会在一定程度上影响古地温梯度模式，因此可采用实测反射率剖面的拟合结果，这样可获得有较好代表性的反射率结果。其二是选择一个剖面进行古地温梯度拟合计算。所得古地温梯度模式应适应于该剖面的不同成熟度样品。如有充分的地质资料，可对相近钻孔剖面进行EasyRo模拟计算，以确保所建立起的古地温梯度模式具有代表性。

2.2 不同类型有机质反射率的转换

因表1中实测反射率是镜质组反射率（Ro）与沥青反射率（Rb），为便于与EasyRo模拟数据对比，应将其换算成REasy数据。换算公式如下：

式中：Ro——实测镜质组反射率，%；

Rb——实测沥青反射率，%；

REasy——对应EasyRo模拟的换算反射率，%；

Lvc——镜质组转化率（vitriniteconversionlevel）。

本研究所选实测反射率数据（表1），经换算后的对应实测REasy值见表2。

2.3 古地温梯度模式设定

据文献报道，川东北地区现地温梯度为2.1℃/100m至2.3℃/100 m，平均2.2℃/100m［13］。古地表温度一般采用15℃［13］。根据埋藏史图，二叠纪—三叠纪地层中有机质热成熟作用的关键时期在三叠纪—早白垩世的快速沉积阶段，而其他两个阶段对有机质热成熟度作用的影响在实测反射率剖面上难以反映出来。根据有机质变质理论，有机质成熟度与其所受最大古地温及在该温度下的持续时间有关。因此，可将三叠纪—早白垩世简化为相同古地温梯度。参考前人在生烃模拟时对三叠纪—早白垩世所设定的古地温梯度为2.6～2.8℃/100m［2，10-11］，本研究设定川东北地区三叠纪—早白垩世古地温梯度为2.8℃/100m、2.9℃/100m、3.0℃/100m和3.1℃/100m；在晚白垩世及以后均衡抬升，古地温梯度逐渐降低，直至现地温梯度2.2℃/100m。由此，本研究设定了四种简化古地温梯度模式，如表3。

表2 川东北普光气田不同古地温梯度条件下的EasyRo模拟计算结果

表3 川东北地区古地温梯度模式

3 模拟结果

普光5井样品模拟计算结果应用本研究所设定的四种古地温梯度模式对普光5井四个样品（样品1至样品4）作了EasyRo模拟计算，模拟计算结果见表2和图2。可见，对于这四个不同成熟度的样品，在设定早白垩世及以前古地温梯度为2.8℃/100 m与2.9℃/100 m条件下，模拟计算REasy值比实测反射率所对应的REasy值低；当早白垩世及以前古地温梯度设定为3.1℃/100 m时，模拟计算结果比实测结果明显高；当早白垩世及以前古地温梯度设定为3.0℃/100 m时，模拟结果与实测结果非常吻合。

普光2井样品模拟计算结果普光2井与普光5井在地理位置上相近，均位于普光构造之上，它们的沉积构造埋藏史非常相似。应用本研究所设定的四种古地温梯度模式对普光2井一个样品（样品5）作了EasyRo模拟计算，模拟计算结果见表2和图3。可见，普光2井样品的计算结果与普光5井的完全相同，应用古地温梯度模式Ⅲ（3.0—2.8—2.2℃/100 m）所得的模拟计算结果与实测结果非常吻合。

4 讨论

如前所叙，前人相关工作一般设定川东北地区中生代古地温梯度在2.6℃/100m至2.8℃/100m之间。而本研究模拟计算结果表明，川东北地区在中生代关键地质时期，古地温梯度为3.0℃/100 m,比前人所采用的古地温梯度要略高。古地温梯度不同，在很大程度上会影响对油气生成演化与成因评价。下面以普光气田飞仙关组储层油气演化为例加以进一步说明。

图2 川东北普光5井四个样品在设定不同古地温梯度模式条件下的EasyRo模拟计算结果

图3 川东北普光2井样品在设定不同古地温梯度模式条件下的EasyRo模拟计算结果

根据大量文献资料报道，普光气田主要为原油裂解气成因，气藏内原油已完全裂解，转变为天然气,且重烃气也基本裂解，天然气为干气,干燥系数一般在0.99以上［1-11］。根据前人的古地温模式，飞仙关组储层所受最高古地温为200～220℃［2，10-11，13］。根据所报道的原油裂解动力学模型，在正常古地温条件下，原油完全裂解为天然气的地质温度为200～210℃，C2+大量裂解形成干气的地质温度在240～260℃［14，18-20］。根据该模型，如按最大古地温200～220℃评价，虽然可认为普光气田飞仙关组储层原油已完全裂解，但刚进入C2+裂解阶段；即使考虑硫酸盐热化学还原作用（TSR）的影响［4，21］，所形成天然气的成熟度应当处于湿气阶段。而根据本研究的古地温梯度模式，飞仙关组储层古地温最高可达245～255℃，原油裂解气已进入干气阶段，如果再考虑TSR作用的影响，可解释川东北地区天然气的较重的δ13C1值与很高的干燥系数。因此，本研究所建立的古地温模式在川东北地区具有更好的代表性。

5 结论

本研究根据EasyRo模拟计算方法，应用已经发表的反射率数据，模拟计算了川东北地区代表钻孔古地温梯度，主要取得了如下成果与认识。

（1）川东北地区沉积埋藏史可明显分为三个阶段：石炭纪—二叠纪的缓慢沉积阶段，三叠纪—早白垩世的快速沉积阶段，晚白垩世以后的抬升剥蚀阶段。其中对油气生成与演化最为重要的时期是中生代的快速沉积阶段。

（2）应用古地温梯度模式3.0—2.8—2.2℃/100m模拟计算所得REasy值与研究剖面实测值结果非常吻合。本研究认为川东北地区在中生代平均古地温梯度为3.0℃/100m。

（3）应用本研究所建立的古地温梯度模式可较好解释川东北地区天然气的地球化学特征，该模式在川东北地区应当具有更好的代表性。

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编辑：赵国宪

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

本文为国家科技重大专项课题（编号2008ZX05008-002）,中国科学院知识创新工程重要方向项目（编号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