白家海凸起阜北斜坡区侏罗系烃源岩热史、成熟史分析

王琳霖 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

杨海涛 (中原石油勘探局钻采处，河南 濮阳 457001)

谭思哲 (中海油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030)

龙长俊 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

王琳霖 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

杨海涛 (中原石油勘探局钻采处，河南 濮阳 457001)

谭思哲 (中海油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030)

龙长俊 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

在白家海凸起-阜北斜坡区侏罗系油气藏的形成年代研究中，为确定其侏罗系烃源岩的生油气时间，在充分结合区域构造演化特征的前提下，应用PetroMod盆地模拟系统在模拟恢复白家海凸起-阜北斜坡区地史和热史的基础上，模拟计算了研究区侏罗系烃源岩的成熟度史。通过对研究区内重要井的一维单井模拟以及烃源岩成熟度平面演化模拟，分析了研究区的古地温、古热流以及烃源岩演化特征，进而分析其成藏机制。

盆地模拟；准噶尔盆地；侏罗系；古地温；古热流；烃源岩

1 区域地质概况

研究区位于准噶尔盆地中央隆起带东段，包括东道海子北凹陷、白家海凸起、阜康凹陷、沙帐断褶带、五彩湾凹陷。白家海凸起为中央坳陷东部一个北东向展布的三级正向构造单元。凸起南面为阜康凹陷，北面为东道海子凹陷，东北面为五彩湾凹陷，东南以沙西断裂为界与沙奇凸起和沙帐断褶带相邻，西面与莫索湾、莫北凸起紧邻，总面积约4000km2。

2 构造和地层特征

白家海凸起-阜北斜坡区形成于海西运动末期，构造运动经历了晚古生代填平补齐和削蚀，在晚二叠世，整体下沉，接受沉积。三叠系发生了改造东部构造格局的印支运动，地层整体抬升，运动结果使三叠系中、上统遭受了强烈剥蚀。进入侏罗纪本区继承性地保持为一个古隆起，后经燕山运动改造，形成了统一的盆地，鼻隆开始下沉并接受沉积，形成了由东向西倾没的大型宽缓鼻状构造。在白家海凸起-阜北斜坡区燕山运动的强度较小，侏罗系地层未遭受强烈剥蚀，仅产生一系列雁行排列的张性正断裂。白垩纪，该区再次沉降，由于物源充足，接收了巨厚的河流相沉积。喜马拉雅运动期，构造活动表现为西南下降，东北抬升，并最终形成西南倾的单斜构造。

白家海凸起-阜北斜坡目前钻遇地层自下部石炭系地层向上经二叠系平地泉组、梧桐沟组，三叠系上仓房沟群、小泉沟群，侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组、石树沟群，白垩系清水河组、呼图壁河组、胜金口组、连木沁组、东沟组，下第三系，上第三系直至第四系地层[1]。其中侏罗系地层为油气勘探的主要目的层，中上侏罗统主要以河流相为主，岩性相对较细，局部被剥蚀，与吐谷鲁群组要为平行不整合接触。中侏罗统西山窑组以河流沼泽相为主要沉积，中部夹有煤层，底部有厚层细砂岩，与上部石树构群组为不整合接触。下侏罗统三工河组底部为辫状河沉积，辫状河道砂发育，上部为湖相沉积。下侏罗统八道湾组主要为冲积扇-河流相沉积，夹沼泽相沉积的煤层；其中中下侏罗统是该区主力烃源岩。

3 热史恢复

热史恢复能重建含油气盆地的古温度史和古热流史，并为相应的烃源岩成熟史、生排烃史及聚烃史模拟提供温度场。结合前人对准噶尔盆地的相关研究[2]，根据有关的岩石热导率[3]和温度数据对盆地的大地热流的计算，总结了研究区热流的分布特征。笔者采用综合法即利用Easy%Ro模型来求取古热流与古地温的一种正、反演结合的方法，恢复了研究区单井埋藏史、热史。

3.1模拟参数

热史恢复需要以地层埋藏史的恢复为前提和计算热流值，其所需模拟参数包括地质分层厚度、地层岩性、地层年龄、地层压力、地层剥蚀厚度、孔渗参数、岩石热导率、地层实测温度和镜质体反射率数据。在热史模拟中与古热流有关的参数是未知量。将这些有关的未知量作为控制变量，通过模拟地层埋藏史和热历史，应用最优化方法来实现目标函数极小值的求取和埋藏史、热史的反演及抬升剥蚀量的计算。大地热流值可以根据岩石热导率与地温梯度来求取，计算出来的热流值可以使用镜质体反射率等古温标来进行验证[4]。

3.2古温度史与古热流史

热史包括古地温史和古热流史，是以温度值、地温梯度和热流值的演化过程来表述其各个地史时期的演化特征[5]。通过对研究区30多口单井进行的埋藏史、热史模拟分析，选择其中6口井为代表，对其不同时期的地温梯度和古热流变化作对比分析(见图1、图2)。拟合结果表明，温度与深度关系密切，温度随埋深增加具线性变化趋势。由图1可以看出，在石炭纪和二叠纪地温梯度主要在36.2～42.0℃/km,最高可达45.0℃/km，这是由于该时期盆地处于裂谷阶段，石炭系末岩浆活动强烈，对上覆地层影响导致地温梯度较高，早三叠纪到三叠纪末地温梯度开始缓慢下降，直到侏罗纪早期，地温梯度略有上升，经历了侏罗纪阶段，到侏罗纪末期，地温梯度下降较快，为26.5～34.0℃/km，白垩纪以后地温梯度变化不大。区域上受基底构造控制的影响，东道海子北凹陷和阜康凹陷每个地质时期的地温梯度相对白家海凸起-阜北斜坡区地温梯度低3.0～7.0℃/km。

图1 白家海凸起-阜北斜坡区地温梯度

图2 白家海凸起-阜北斜坡区大地热流

基底埋深较浅的隆起区热流值高，埋深较大的凹陷区热流值相对较低[6]。根据校正结果，把研究区内热流变化(图2)分为以下3种类型：① 以彩11井、彩参2井、彩16井为代表，从石炭纪末至侏罗纪早期热流值为110～82mW/m2内，呈下降趋势，在侏罗纪经历了较大的下降，热流值在80～50mW/m2内变化，现今热流值48～45mW/m2之间；② 以沙12井、阜2井为代表，从石炭纪末至侏罗纪早期热流值为92～73mW/m2，呈下降趋势，侏罗纪继续下降，热流值在65～48mW/m2内变化，现今热流值42mW/m2；③ 以阜5井为代表，从石炭纪末至侏罗纪早期热流值为80～65mW/m2，呈下降趋势，侏罗纪至今热流值在55～32mW/m2内变化，现今热流值35mW/m2。

镜质体反射率是反映地热场对烃源岩成熟度演化中的作用的可靠参数之一。在本次恢复热史模拟过程中，较好的拟合了实测镜质体反射率与深度以及时间的变化关系，因此认为本次模拟所采用的模型和方法来恢复白家海凸起-阜北斜坡区热史较可靠。

4 有机质成熟度史模拟

4.1单井有机质成熟度史

白家海凸起-阜北斜坡区紧邻生烃凹陷，为油气指向区。笔者选取阜康凹陷内阜11井作成熟史模拟，同时在阜康凹陷和东道海子北凹陷靠近沉积中心部位建立虚拟井阜康1井和虚拟井东道1井来恢复其有机质成熟史。

图3 阜11井烃源岩有机质成熟度史

阜11井的烃源岩样品有机质成熟度Ro分布在0.62%～0.82%，已部分进入成熟阶段。利用“PetroMod”软件对阜11井进行模拟，成熟度史模拟采用由Sweeney和Burnham于1990年提出的“Easy%Ro”模型，生烃史模拟采用Tisso于1988年提出的生烃动力模型。模拟结果显示阜11井中下侏罗统烃源岩进入低成熟的门限深度约2450m，其中八道湾组在100Ma左右进入低成熟、三工河组在90Ma左右达到低成熟、西山窑组在75Ma左右进入低成熟。整个中下侏罗统烃源岩于晚第四纪Ro达到0.7%，进入成熟生烃阶段(见图3)。由于阜11井位于阜康凹陷靠近阜北斜坡区地带，其烃源岩还没有进入生烃高峰，所以同时以虚拟井阜康1井(见图4)和虚拟井东道1井(见图5)中下侏罗统烃源岩成熟度史来进一步说明凹陷内煤、煤系泥岩烃源岩对侏罗系地层已经聚集成藏的油气的重要作用。

图4 虚拟井阜康1井成熟度史

图5 虚拟井东道1井成熟度史

阜康1井模拟结果表明，中下侏罗统沉积有机质在早白垩纪达到低成熟，其中八道湾组进入低成熟时间在136Ma左右、埋深约2300m，随着地层继续沉降，到了110Ma左右Ro达到0.7%，进入成熟生烃阶段。早中始新世(约47Ma)八道湾组有机质Ro达到1.3%，进入高成熟演化阶段。三工河组进入低成熟时间约123Ma、埋深2100m，于95Ma左右进入成熟生烃阶段，到了早中新世(约20Ma)有机质Ro达到1.3%，进入高成熟阶段。西山窑组烃源岩在114Ma左右进入生烃门限，门限深度约2000m，有机质于84Ma左右进入成熟生烃阶段，到了上新世末其有机质进入高成熟生油气阶段。

东道1井模拟结果表明，其中下侏罗统沉积有机质在早白垩纪时期进入低成熟，八道湾组烃源岩进入低成熟时间在130Ma左右、埋深约2280m，随着地层埋深增加于83Ma左右达到成熟生油气阶段。三工河组烃源岩在118Ma左右进入低成熟生烃门限，门限深度约2100m，约在68Ma前后其烃源岩Ro值达到0.7%，进入成熟生烃阶段。西山窑组烃源岩在105Ma左右进入低成熟演化阶段，门限深度约2000m，随着埋深增加，到了早渐新世(约35Ma)有机质Ro值达到0.7%，进入成熟生油气阶段。

4.2中下侏罗统烃源岩成熟度平面分布

图6 白家海凸起-阜北斜坡区下侏罗统底部烃源岩成熟度(Ro)演化～现今

通过对白家海凸起-阜北斜坡区下侏罗统底部烃源岩的平面演化模拟，从整体上认识了研究区下侏罗统有机质成熟度在平面上的分布情况(见图6)，分区域来分析现今中下侏罗统底部烃源岩成熟度分布，其中白家海凸起靠近东道海子凹陷和阜北斜坡区地区Ro值在0.5%～0.7%之间，处于低成熟阶段，除此之外的其余白家海地区Ro值小于0.5%；东道海子北凹陷Ro值位于0.7%～1.0%之间，为大量生烃阶段；阜康凹陷Ro值在1.3%～1.5%之间，处于高成熟阶段。总的来说，平面上侏罗系烃源岩从阜康凹陷到东道海子北凹陷到白家海凸起地区进入相同生油气阶段的时间相对逐渐滞后。而对于相同的地质时期，则表现为地理位置靠南的阜康凹陷相对地理位置靠北的东道海子北凹陷和白家海凸起地区的烃源岩热演化程度高。对比凸起以及斜坡区，凹陷深处侏罗统烃源岩生烃时间更早，成熟度更高，生烃能力更强，可为白家海凸起-阜北斜坡区油气藏的形成提供充足的油气源。

[1]况军，唐勇，朱国华，等. 准噶尔盆地侏罗系储集层的基本特征及其主控因素分析[J]. 石油勘探与开发， 2002，29(1)：52-60.

[2]王菁，贺凯，职文栋，等. 准东地区温压场特征[J].新疆石油地质，2010，31(1)：51-53.

[3]潘长春.准噶尔盆地热史分析[J].地球化学，1997，26(6)：1-6.

[4]王社教,胡圣标，李铁军，等. 准噶尔盆地大地热流[J].科学通报，2000， 45(12)：1327-1332.

[5]石广仁. 盆地模拟[M]. 北京：石油工业出版社，1998.

[6]杨梅波，兰文芳，张闻林，等. 准噶尔盆地南缘盆地模拟[J].新疆石油地质，1999， 20(1)：58-61.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.015

P618.13

A

1673-1409(2012)01-N046-04