阆中地区须家河组烃源岩动态演化模拟

王东

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都610041）

随着川北元坝地区须家河组天然气勘探取得重大突破，多口井获得高产工业气流，使得川北地区陆相须家河组油气勘探成为近期的热点。紧邻元坝地区的阆中地区实钻揭示须家河组亦见较好油气显示，从而引起了研究者的重视。为明确阆中地区须家河组油气勘探前景，落实资源潜力，有必要对该区须家河组烃源岩开展系统性研究。而前期研究主要集中在研究区及邻区烃源岩的基础特征和烃源演化上［1-6］，涉及研究区烃源岩生、排烃演化及生、排烃量等方面的研究不多。为此，笔者从地质特征及烃源岩演化的基础参数着手，利用三维盆地模拟技术，对研究区陆相须家河组烃源岩生、排烃演化史进行动态模拟，以进一步落实研究区陆相资源潜力，探索下一步油气勘探的有利方向。

1 地质概况

阆中地区位于四川盆地川中北部，区域构造隶属于川中隆起北部斜坡带-川中北部平缓构造带，整体构造为一向北东倾没的大型鼻状构造（见图1）。前人研究认为，阆中地区构造形变主要受燕山期和喜山期2次构造运动的影响，从晚侏罗世（燕山早中期）开始长期位于川中古隆起与川北坳陷之间的斜坡带上，是油气运移的长期指向区，具备形成大中型油气田的有利构造条件［7-10］。目前，该地区共有4 口井钻遇须家河组（见图1），油气显示频繁，但均未有工业油气发现，属于低勘探程度区。

图1 川中北部阆中地区构造纲要

通过对钻遇须家河组4 口井的岩心及岩屑观察分析，并结合区域沉积背景研究认为：阆中地区上三叠统须家河组以辫状河三角洲前缘与滨浅湖交替沉积为主（见图2）；烃源岩主要发育须一（上部）、须三及须五段，以滨浅湖及沼泽沉积为主，岩性为灰黑色和黑色泥页岩、薄煤层及泥灰岩；须二段及须四段主要为辫状河三角洲前缘沉积的大套砂岩夹薄层泥岩，实钻揭示其油气显示较为频繁，为研究区陆相主要储集层之一。须家河组位于梓潼—苍溪生烃凹陷区，发育巨厚的烃源岩，一般在200～280 m（见表1），占整个须家河组地层厚度的29%～35%，具有良好的生烃物质基础。须家河组烃源岩有机质丰度高，平均有机碳质量分数为2.702%，属于好及以上级别烃源岩［11-12］。对阆中地区川石55 井须家河组所取烃源岩样品的分析表明，干酪根类型主要为Ⅲ型，其次为Ⅱ2型，干酪根镜质体反射率（Ro）介于1.23%～1.65%，热演化程度处于成熟—高成熟阶段，以生气为主。其中，须三段和须五段为主力优质烃源岩。

图2 阆中地区须家河-千佛崖组综合柱状图

表1 阆中-元坝地区陆相须家河组烃源岩厚度统计

2 盆地模拟关键参数的选取

本次烃源岩演化模拟主要是将盆地模拟所需的各种参数输入PetroMod 三维盆地模拟软件中，由软件自动计算并模拟研究区烃源岩演化过程，最终得到模拟结果。盆地模拟过程中关键参数选取得准确与否，影响着模拟结果的可信度，主要包括以下5 个方面。

2.1 地层剥蚀厚度恢复及剥蚀时间确定

本次模拟的地层为上三叠统须家河组—上侏罗统蓬莱镇组。在结合地震层位解释和研究区内已有4 口实钻井地层资料的基础上，综合研究得到了本次模拟各套地层（包括烃源岩层在内） 在三维区范围内的厚度、埋深及展布情况。

构造演化研究表明，阆中地区陆相须家河组至第四系存在的主要剥蚀（不整合）面为地表不整合面以及须五段与自流井组之间的不整合面。因其剥蚀厚度较大，对沉积埋藏史影响大，因而是本次研究的重点。其他构造运动期所产生的不整合面为次级不整合面，剥蚀厚度较小，对沉积埋藏史的影响相对较小，故本次研究暂不予以考虑。

地表剥蚀厚度采用钻井实测镜质体反射率法和测井泥岩声波时差法进行恢复［13-15］。通过对区内川石55井实测镜质体反射率的分析，同时考虑原始沉积环境差异，拟合出了剥蚀厚度与实测镜质体反射率之间的趋势方程，得出川石55 井晚白垩世以来的地层剥蚀厚度为1 519.33 m（见图3）。

图3 阆中地区典型钻井剥蚀厚度恢复

通过分析区内阆中1、阆中2、石深1 井测井泥岩声波时差随深度的变化规律，拟合出了剥蚀厚度与泥岩声波时差之间的趋势方程，得出这3 口井自晚白垩世以来的地层剥蚀厚度分别为1 478.64，1 519.21，1 524.21 m（见图3）。对于须五段顶部不整合面地层剥蚀厚度的恢复不能采用上述方法［13-15］，故本次研究主要通过地层对比法来实现地层剥蚀厚度的恢复。区域地层对比分析表明，须五段顶部剥蚀厚度较小，在200 m 左右，且全区剥蚀厚度基本一致。较小的剥蚀厚度对于研究区埋藏史及热演化史的影响相对于超千米的地表剥蚀来说，明显要小得多。

研究区地层沉积时间及剥蚀时间的确定主要是在构造演化阶段研究基础上，参考2004年国际地层表及文献［16］所提供的时间得到的。

2.2 古水深

古水深研究主要是利用沉积学标志、地球化学标志和生物标志来描述水体深浅变化。本次研究不同时期古水深参数主要参考前人研究结果［17-18］，结合研究区沉积环境及现代沉积研究中陆相沉积水深变化范围，建立了研究区不同沉积相（环境）类型对应的古水深的变化范围。其中，冲积—河流相古水深0～1 m，辫状河三角洲相古水深不超过30 m，滨湖亚相古水深小于5 m，半深湖—深湖亚相古水深20～100 m。

2.3 沉积水界面温度

阆中地区古沉积水界面温度，由PetroMod 软件内部提供的全球统一的沉积水界面温度-时间模块结合现今研究区所处地理位置预测获取。从所获取数据可以看出，研究区从须家河组沉积以来，沉积水界面温度变化范围不大，总体上介于20～30 ℃。根据笔者对研究区现今沉积水界面温度所作的粗略统计，取平均值为16 ℃。

2.4 古热流值

古热流值是热史恢复的关键，目前使用较为广泛且拟合效果较好的研究古热流的热指标是镜质体反射率。在前人研究成果的基础上［19-22］，利用研究区川石55井须家组烃源岩实测Ro（介于1.23%～1.65%），对研究区热史进行了恢复。结果表明，阆中地区古热流值在255 Ma 达到最高（66.00 mW/m2，井底热流），之后逐渐降低到现今的48.03 mW/m2。

2.5 烃源岩生烃动力学模型及成熟度史参数

生物气阶段的生烃动力学模型，主要是在参考前人相关研究成果的基础上得到的［23］，活化能取值为95.96 kJ/mol。

由于阆中地区须家河组烃源岩以Ⅲ型干酪根为主，Ⅱ2型干酪根为辅，因此，本次研究在参考前人相关研究的基础上［24］，结合川西实测热解活化能分析数据［25］，建立了研究区陆相Ⅱ，Ⅲ型干酪根裂解成油气阶段所用的模型。原油裂解阶段生烃动力学模型采用Pepper 等［26］的活化能数据建立相应模型。

成熟度史参数采用Sweeney 等建立的EASY%Ro化学动力学模型，并结合研究区实际，取Ro≤0.55%为未成熟，0.55%＜Ro≤0.70%为低成熟，0.70%＜Ro≤1.00%为 成 熟，1.00%＜Ro≤1.30%为 高 成 熟，1.30%＜Ro≤2.00%为过成熟（湿气阶段），Ro＞2.00%为过成熟（干气阶段）。为了保证模拟的准确性，利用单井实测的Ro值约束和重构各单井烃源岩有机质成熟度史演化过程。

3 模拟结果分析

3.1 烃源岩生、排烃演化史

对区内已有钻井的单井模拟及各烃源岩层在三维空间上的演化史进行了分析研究（见图4、图5）。

图4 阆中1 井埋藏热演化史

图5 阆中地区须家河组烃源岩Ro 演化史等值分布

研究结果表明：1）研究区从晚三叠世到早白垩世末期整体主要处于持续沉积埋深阶段，其间仅有短暂的几次抬升，到早白垩世末期陆相须家河组埋藏深度超过5 000 m，之后全区转入全面隆升阶段；陆相须家河组烃源岩从中侏罗世早期（174 Ma）开始生烃，一直持续到早白垩世末期（96 Ma）生烃结束，生、排烃过程基本同时进行和结束。2）中侏罗世早期，阆中地区须一段（上部）烃源岩埋深在1 700 m 左右，Ro值大部分达0.55%，进入生烃门限，开始生烃；至中侏罗世晚期（155 Ma），Ro值达到0.70%以上，开始大量生烃，烃源岩进入生烃高峰期，排烃作用基本上与生烃同时进行。中侏罗世中期（160 Ma）和中侏罗世晚期（155 Ma），须三段和须五段烃源岩Ro值均达到0.55%，进入生烃门限，开始生烃； 须三段和须五段烃源岩分别于中侏罗世末期（150 Ma）和晚侏罗世中期（145 Ma）Ro值达到0.70%以上，开始大量生烃，烃源岩进入生烃高峰期。须家河组烃源岩生成的油气在排烃作用下，初次运移进入上三叠统须家河组及上覆相邻储层中。3）早白垩世早期（135 Ma），阆中地区须一段（上部）烃源岩层底面埋深达4 000 m，Ro值达到1.30%，烃源岩层开始进入生成湿气阶段； 而须三段和须五段烃源岩则分别于早白垩世中期（125 Ma）和早白垩世末期（100 Ma）Ro值达到1.30%，开始进入生成湿气阶段。早白垩世末期（96 Ma）以来，研究区先后受燕山晚幕运动和喜山运动影响［7-10］，发生全面隆升褶皱造山运动，各烃源岩层生烃基本停止，排烃作用也基本同时结束，生、排烃演化也随之结束，油气开始进入散失或调整期。

前已述及，晚侏罗世早期（燕山早中期），由于受川中古隆起抬升的影响，阆中地区开始长期处于向北东倾没的斜坡带较高部位，为一大型鼻状构造。通过构造形成期与烃源岩生、排烃演化过程对比不难发现，构造形成期（晚侏罗世早期）与烃源岩的生、排烃高峰期（中侏罗世晚期）基本同时，十分有利于油气的近源成藏，从而形成原生油气藏，具备形成大中型油气田成藏配置的良好基础条件。

3.2 生、排烃量

须家河组烃源岩生、排烃量大，资源潜力较大。本次生、排烃量模拟面积为包含研究区在内的1 584 km2的须家河组各套烃源岩层。模拟结果表明，随着埋藏深度的不断加深以及时间的推移，须家河组烃源岩的生、排烃范围从研究区北东部向南西部不断扩大，生、排烃量也不断增大，到早白垩世末期达到峰值。烃源岩生、排烃量统计表明，阆中地区须家河组烃源岩层总生、排烃量分别高达149 298.18×108m3和142 844.09×108m3（见表3），资源潜力较大。

表3 阆中地区须家河组烃源岩生、排烃量统计

纵向上表现为须五段生、排烃量最大，须三段次之，须一段（上部）生、排烃量最小。其中：须五段烃源岩层的生烃强度从中侏罗世晚期的15.53×108m3/km2不断增加到早白垩世末期的52.79×108m3/km2，主排烃期（晚侏罗世晚期至早白垩世）的排烃速率为1 784.68×108m3/Ma，单位面积累计排烃量高达49.57×108m3/km2； 须三段烃源岩层的生烃强度从中侏罗世中期的8.10×108m3/km2不断增加到早白垩世末期的30.07×108m3/km2，主排烃期（晚侏罗世晚期至早白垩世）的排烃速率为938.76×108m3/Ma，单位面积累计排烃量高达29.04×108m3/km2；而生、排烃量最小的须一段（上部）烃源岩层的生烃强度从中侏罗世早期的2.84×108m3/km2增加到早白垩世末期的11.83×108m3/km2，单位面积累计排烃量为11.57×108m3/km2。

4 讨论

模拟结果表明，须五段烃源岩生、排烃量最大，而其生成的油气则主要向上覆侏罗系运聚，因而侏罗系储层应具有最好的勘探潜力。前期钻探揭示，阆中地区在下侏罗统自流井组大安寨段及中侏罗统千佛崖组二段共获得高产油气井11 口，中低产油气井21 口，先后发现柏垭、石龙场、老鸦崖、宝马等8 个油气藏，原油探明储量130×104t，天然气控制与探明储量24.68×108m3，现已处于油气滚动开发阶段。实钻证实了阆中地区处于侏罗系高产油气富集带内，与上述模拟结果相吻合，这也证明了本次研究模拟过程中所选用的参数及模拟结果具有较高的可信度，对须家河组油气勘探具有一定的指导作用。

模拟得到的须三段烃源岩生、排烃量次之，其生成的油气则主要向须三段内部及上覆须四段运聚，因而须三、须四段储层应具有良好的勘探潜力。研究区钻遇须家河组的4 口井在须三段、须四段均见良好油气显示，如阆中1 井须四段钻遇16.7 m/4 层含气层及34.4 m/2 层微含气层，川石55 井在须三段钻遇6.3 m/2 层含气层；在邻区勘探程度较高的元坝地区，多口钻井在须三、须四段见工业油气流，如元陆3 井在须四段钻获14.80×104m3/d 工业气流，元陆7 井在须三段 钻获30.31×104m3/d 高产工业气流。以上诸例均证实了阆中地区须三段、须四段应具有良好的勘探潜力，而现今研究区未取得突破的主要原因可能是油气勘探程度较低，还未较好把握油气富集规律。

由于须一段（上部）烃源岩层的生、排烃量相对较小，限制了上覆须二段的供烃能力，因而须二段在本区勘探潜力相对较低。实钻揭示，研究区须二段含气级别较低，储层含水特征明显。如阆中1 井须二段见95.2 m/8 层含气水层，说明须二段在本区勘探潜力较低，其原因除与须二段储层发育程度及构造位置有较大关系外，也可能与烃源的供烃能力存在一定关系。

综上所述，阆中地区须家河组烃源岩生、排烃能力强，资源潜力大，油气勘探前景良好，在侏罗系业已成藏并处于滚动开发情况下，下步油气勘探方向及接替区应着重放在烃源供给充足的须三、须四段储层。

5 结论

1）阆中地区陆相须家河组烃源岩分布范围广、厚度大、处于或邻近生烃中心、有机质丰度高、热演化程度高，其中须家河组三段、五段为主力优质烃源岩。

2）阆中地区陆相须家河组烃源岩从中侏罗世早期开始进入生烃门限，到中侏罗世晚期开始进入生烃高峰期，至早白垩世末期生烃结束，之后油气开始进入散失或调整期；构造形成期（晚侏罗世早期）与烃源岩生、排烃期（中侏罗世晚期）之间匹配关系良好，十分有利于油气的近源成藏。

3）阆中地区陆相须家河组烃源岩生、排烃能力强，生、排烃量大。其中，须五段烃源岩生、排烃量最大，须三段次之，单位面积累计生、排烃量分别高达94.25×108和90.18×108m3，资源潜力大，须家河组三段、四段储层油气勘探前景良好。

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