伊通地堑莫里青断陷地温场及其应用

吴欣松，江 涛，刘旭武

(1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249； 2.中国石油 吉林油田分公司，吉林 松原 138000)



伊通地堑莫里青断陷地温场及其应用

吴欣松1，江 涛2，刘旭武2

(1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249； 2.中国石油 吉林油田分公司，吉林 松原 138000)

摘要：通过探井地层测温资料收集及地温梯度计算，建立了莫里青断陷基底埋深预测模型，确定了断陷内不同二级构造单元内烃源岩生烃门限深度以及双阳组有效烃源岩的范围。研究表明，莫里青断陷地温场差异性主要受盆地构造背景的控制，推测在断陷西北缘的伊47—伊45—伊8井区的深层是值得进一步钻探的有利目标区，该区发育较大规模的双一段低位扇砂体且其上覆优质烃源岩，成藏条件十分优越。

关键词：地温梯度；油气成藏；莫里青断陷；伊通地堑

吴欣松,江涛,刘旭武.伊通地堑莫里青断陷地温场及其应用[J].西安石油大学学报(自然科学版),2016,31(1):23-28.

WU Xinsong,JIANG Tao,LIU Xuwu.Geothermal field of Moliqing fault depression in Yitong Graben and its application[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):23-28.

引言

沉积盆地的地温场特征不仅包含着盆地成因与演化方面的信息，而且是盆地生烃演化与油气成藏研究不可或缺的内容[1-3]。地温场主要受岩石圈构造演化等地球动力学因素控制，同时与盆地构造背景紧密相关[4]。地温梯度是描述盆地地温场特征和热状态的主要参数，专家学者们开展了大量地温场的研究并取得了重要进展[5-8]。莫里青断陷地温场的分异现象早就被多位学者所关注[9-11]，但是对于其形成的控制因素以及在勘探中的应用还缺乏相应的系统研究。

近年来的勘探实践表明，莫里青断陷的西北缘是潜在的有利成藏区带，但由于该区靠近老山，地震资料品质差，地震解释难度大，在很大程度上制约了对该区的勘探评价。本文试图通过地温场分布特征及其控制因素的系统研究，在建立地温梯度分布与

基岩埋深关系的基础上，达到预测基底埋深，开展有效烃源岩分布评价、评价有利勘探目标之目的。

1区域地质概况

伊通地堑位于吉林省东部，为一狭长断陷盆地，平面呈北东向展布。莫里青断陷位于伊通地堑的南段，面积540 km2。断陷基底岩性为大面积分布的海西期和燕山期花岗岩,少部分为古生代变质岩和中生代火山岩。根据前古近系基底起伏、沉积盖层厚度和断裂特征,莫里青断陷又可进一步划分为靠山凹陷、小孤山斜坡带、马鞍山断阶带和尖山隆起带4个次一级的构造单元(图1)。古近系是油气勘探的主要目的层，自下而上分别为始新统双阳组(E2s)、奢岭组(E2sh)、永吉组(E2y)，渐新统万昌组(E2w)、齐家组(E2q)，中新统岔路河组(Nc)，累计沉积地层厚度2～6 km。具有古近系沉积充填西北厚、东南薄的特征。

图1　伊通地堑莫里青断陷构造位置及构造单元划分Fig.1　Tectonic location and structural units of Moliqing depression,Yitong graben

莫里青断陷勘探目的层为古近系双阳组地层，烃源岩为双阳组深湖—半深湖相暗色泥岩，储集层为扇三角洲、近岸水下扇和浊积扇砂体。油藏类型深部以岩性油藏为主，浅部以构造油气藏、构造-岩性复合型油藏为主。

2数据与计算

2.1地温数据获取

本文所用的地温资料来源于莫里青断陷37口井84个层段的地层温度测试。其中包括尖山隆起带8口井13个测点、马鞍山断阶带11口井25个测点、靠山凹陷17口井46个测点。在这37井口中，有23口井钻达基岩。

2.2地温梯度计算

地温梯度是指恒温层以下地温随深度的增加幅度，常以每百米垂直深度上增加的温度数表示。据前人研究[12]，莫里青断陷恒温带的深度为25 m，恒温带温度为10 ℃。按公式

(1)

可计算出每口井恒温带至测温点的地温梯度。在计算过程中，同一口井的地温梯度数值取本井计算得到的最高值。如果测点位于基岩内部，则此测点的数据不参与计算。反之，利用每口井的地温梯度即可估算出本井在不同深度下的地温值(T，℃)，即

(2)

式中：G为地层梯度，℃/100m；Z和Z0分别为测温点和恒温带的垂直深度，m；T和T0分别为测温点和恒温带的温度，℃。

3结果分析

3.1地温场分布特征

从计算得出的地温梯度随深度的变化图(图2)可以看出，莫里青断陷地层温度和地温梯度分区性比较明显， 不同构造单元存在较大的差别。 特别是在尖山隆起区，由于沉积层厚度小(一般小于2 km)，基底埋深浅，因而表现出低地温、高地温梯度的特征。

图2　莫里青断陷地温及地温梯度随测点深度的分布Fig.2　Distribution of ground temperature and geothermal gradient in Moliqing depression

地温梯度的这一分布特点在平面分布图(图3)上的反映更加清晰，总体具有明显的三分性：靠山凹陷是一个低梯度区，地温梯度一般小于3.5 ℃/100 m，平均值为3.33 ℃/100 m；尖山隆起区属于高梯度区，地温梯度在4.0 ℃/100 m以上，平均4.16 ℃/100 m；马鞍山断阶带地温梯度介于二者之间，平均3.67 ℃/100 m，只是在伊40-伊46井区存在一个相对低值区(图3)。

图3　莫里青凹陷地温梯度平面等值线Fig.3　Contour map of the geothermal gradient in Moliqing depression

3.2地温梯度的影响因素

沉积盖层的地温场主要受局部热源、地下水活动、盆地地质结构三方面因素的控制。

放射性元素的局部富集、新构造活动或岩浆活动的生热作用会形成局部“热点”。在莫里青凹陷，尖山隆起区存在更新世以来的火山活动，但局部热源对整个断陷东南高西北低的地温场分布格局几乎没有影响。

地下水因来源和循环深度不同，可能会引起地温局部异常。渤海湾盆地辽河地区馆陶组就存在因地表冷水沿高渗透性砂砾岩层对流造成的低地温异常[13]。在莫里青断陷，由于双阳组为近物源快速堆积产物，相变快，不存在横贯全区发育的渗透性砂层，因此，地下水的活动影响极小。虽然从钻探资料来看，位于断陷西北缘的伊47井存在地层水矿化度明显偏低的现象，但也只能说明在地质历史时期可能有过地表淡水进入。莫里青断陷西北缘现今的挤压封闭性质可能在一定程度上阻止了地表冷水向地下补给[14]，因此，该区缺乏连续的冷水补给，地温所受的影响非常小。

盆地地质结构对地温分异的影响往往具有普遍性，其影响也更加深远。地下不同岩石热学性质的差别使深部传递来的热量发生再分配，从而引起盖层地温场分异。高导热性的火成岩、变质岩基底起伏决定了地温场基本格局。莫里青断陷也是如此，尖山隆起基底埋深浅，则地温梯度大，靠山凹陷沉积盖层厚，地温梯度小(图3)。从地温梯度与基底埋深的关系也不难得出这一结论(式3，图4)。

图4　莫里青断陷地温梯度与基底埋深关系Fig.4　Crossplot of the basement rock depth with the geothermal gradient in Moliqing depression

Z=21 676e-0.60G。

(3)

式中：Z为基底埋深，m；G为地温梯度，℃/100m。

4油气分布预测

4.1有效烃源岩分布区预测

前人的大量研究均已证实古近系双阳组是莫里青断陷的烃源岩。双阳组沉积时期，靠山凹陷一直处于深湖半深湖环境，普遍发育暗色泥岩，双一段、双三段的有机碳含量较高，平均质量分数在1.2%以上，其中双一段可达1.93%[15]。烃源岩只有达到一定的埋藏深度才能大量生排烃[16-17]，这个深度称为门限深度。研究也发现，在双阳组较浅部位发现的油气与对应深度的暗色泥岩之间彼此没有亲缘关系[18]。根据前人研究的认识，莫里青断陷靠山凹陷门限深度约为2 700 m[19]，据靠山凹陷平均地温梯度3.33 ℃/100 m计算，其对应门限温度为100 ℃左右。马鞍山断阶带地温梯度较高，地温梯度平均为3.67 ℃/100 m，计算得出的门限深度为2 500 m，这一计算结果与原油组分的变化趋势相吻合(图5)。在门限深度以下，烃源岩随埋深的增加演化程度更高，原油物性有变好的趋势，胶质含量逐渐减少；门限深度之上，由于原油在运移过程中色层效应的影响，随运移距离的增加胶质含量有减小的趋势，因而胶质含量最大的深度应与烃源岩大量生排烃的门限深度相对应。

图5　莫里青凹陷原油胶质组分含量随深度的变化Fig.5　Crossplot of the colloid content with the depth of the crude oil in Moliqing depression

尖山隆起区的泥岩由于埋深没有达到此门限温度，因此不能生烃成藏，目前在该区发现的油气藏均是从马鞍山断阶带就近运移而来。断陷南部的小孤山斜坡也主要是因这方面的原因尚无油气发现。由此可见，在莫里青凹陷，靠山凹陷和马鞍山断阶带相应门限深度以下的烃源岩进入生油窗，其余地区的烃源岩对油气成藏几乎没有贡献。

4.2西北缘有利目标区预测

莫里青断陷西北缘是近年来勘探的重点区带，2008年发现了伊59井大型构造-岩性油藏。从目前钻探结果来看，该区的钻探深度不大，一般都小于3 100 m，钻达的主要地层为双阳组中上部，而钻达双一段特别是双一段下部的井极少。有个别探井钻遇花岗岩，但这些花岗岩究竟是逆断层形成的推覆体还是真正的结晶基底，其下是否存在双阳组的沉积地层，目前还存在较大争议。

位于断陷西北缘的伊45、伊59、伊8井区各井均未钻达基底，根据地温梯度计算结果，伊45—伊8一线约为3.03 ℃/100 m，更靠近西北盆地边界的伊47井地温梯度有所增高，为3.14 ℃/100 m。在该井区附近，基本可以排除地层水对流对地温梯度的影响，推测导致地温梯度低异常的主要因素为基底埋深。由于伊45—伊8一线为本区的沉降中心，基底埋深较大，地温梯度表现为低值区，计算基底埋深约3 520 m。伊47井地温梯度有所升高，预示着基地埋深可能有所减小，利用公式(3)计算的基底埋深为3 290 m。但该井从3 045 m到完钻井深3 060 m，钻遇15 m花岗岩。钻遇基岩的深度与预测基岩埋深相差约245 m，与之紧邻且更靠近盆地边界的伊101井却在此深度并未钻遇基岩。对伊47、伊101井地震剖面的Tg重新解释后发现，伊47井完钻深度距基底Tg反射层双程旅行时间约为140 ms(图6)，根据该区双阳组3 200 m/s的平均地震波速估算，还有220 m左右才能钻达基底，与上述245 m较接近。由此推断伊47井3 045 m钻遇的花岗岩很有可能是构造挤压形成的基岩推覆体而并非真正的基底，其下可能还存在双阳组的湖相碎屑沉积岩。

图6　过伊101井—伊47井地震剖面(注：黄色虚线为重新解释的基底Tg反射)Fig.6　Seismic profile crossing well Y101 and well Y47

地震相研究证实了上述推论。在伊47、伊101、伊45和伊8井区，双一段底部发育低位扇(近岸水下扇)砂体，地震剖面上成杂乱前积反射特征(图6)，是本区的优质储集砂体，其上为双一上黑色优质烃源岩所覆盖。推测进一步加深钻探，可以有较好的油气发现。

5结论

(1)莫里青断陷地温梯度主要受基底起伏控制，总体呈东南部的尖山隆起高、靠山凹陷低的特点，马鞍山断阶和小孤山斜坡的地温梯度介于二者之间。

(2)莫里青断陷双阳组烃源岩大量生烃的门限温度约为100 ℃，靠山凹陷和马鞍山断阶带对应的门限深度分别约2 700 m和2 500 m，尖山隆起和小孤山斜坡暗色泥岩未成熟，对油气成藏的贡献不大。

(3)莫里青断陷西北缘的伊47—伊45井—伊8井区发育的双一段低位扇三角洲砂体是有利的勘探目标。

参 考 文 献：

[1]Makhous M,Galushkin Y I.Burial history and thermal evolution of the northern and eastern Saharan Basins[J].AAPG Bulletin,2003,87(10):1623-1651.

[2]Ujiie Y,Sherwood N,Faiz M，et al.Thermal maturity and suppressed vitrinite reflectance for Neogene petroleum source rocks of Japan[J].AAPG Bulletin,2004,88(10):1335-1356.

[3]Zhao H,Givens N B,Curtis B.Thermal maturity of the Barnett shale determined from well-log analysis[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):535-549.

[4]龚育龄,王良书,刘绍文，等.济阳坳陷地温场分布特征[J].地球物理学报，2003，46(5):652-658.

GONG Yuling,WANG Liangshu,LIU Shaowen，et al.Distribution characteristics of geotemperature field in Jiyang depression,Shangdong,north China[J].Chinese Journal of Geophysics,2003,46(5):652-658.

[5]刘震,戴立昌,赵阳，等.济阳坳陷地温：地压系统特征及其对油气藏分布的控制作用[J].地质科学,2005,40(1):1-15.

LIU Zhen,DAI Lichang,ZHAO Yang，et al.Characteristics of geotemperature-pressure systems and their controlling functions on pool distribution in Jiyang depression[J].Chinese Journal of Geology,2005,40(1):1-15.

[6]苗建宇,祝总祺,刘文荣，等.济阳坳陷下第三系温度、压力与深部储层次生孔隙的关系[J].石油学报,2000,21(3):36-40.

MIAO Jianyu,ZHU Zongqi,LIU Wenrong，et al.Relationship between temperature-pressure and secondary pores of deep reservoirs in Eogene at Jiyang Depression[J].Acta Petrolei Sinica,2000,21(3):36-40.

[7]袁玉松,米立军,张功成，等.沉积盆地地温梯度研究中应注意的问题[J].地质论评,2009,55(4):531-535.

YUAN Yusong,MI Lijun,ZHANG Gongcheng，et al.Some remarks about geothermal gradient of sedimentary basins[J].Geological Review,2009,55(4):531-535.

[8]周庆华,冯子辉,门广田.松辽盆地北部徐家围子断陷现今地温特征及其与天然气生成关系研究[J].中国科学：D辑 地球科学,2007,37(S2):177-188.

ZHOU Qinghua,FENG Zihui,MEN Guangtian.Recent geothermal character and its relationship with gas generation in Xujiaweizi Depression,northern part of Songliao Basin[J].Science in China:Seris D Earth Sciences,2007,37(S2):177-188.

[9]曹强,叶加仁.伊通盆地莫里青断陷地温地压系统与油气成藏关系[J].海洋地质与第四纪地质,2007,27(3):99-103.

CAO Qiang,YE Jiaren.Relation between geothermal-geopressure system and petroleum accumulation in Moliqing rift in Yitong Basin[J].Marine Geology & Quaternary Geology,Lithologic Reservoirs,2007,27(3):99-103.

[10] 石兰亭,李本才,巩固，等.断陷型盆地温压系统与油气成藏：以伊通地堑莫里青断陷为例[J].岩性油气藏,2007,19(1):73-76.

SHI Lanting,LI Bencai,GONG Gu，et al.The temperature-pressure systems and the oil and gas accumulation in Moliqing Sag of Yitong Graben[J].Lilhologic Reservoirs,2007,19(1):73-76.

[11] 史朋,叶加仁,张晓宝,等.伊通盆地莫里青断陷温-压系统特征及对油气分布的影响[J].天然气勘探与开发,2008,31(4):1-4.

SHI Peng,YE Jiaren,ZHANG Xiaobao，et al.T-P system characters of Moliqing faulted sag in Yitong Basin and its impacts on hydrocarbon distribution[J].Natural Gas Exploration & Development,2008,31(4):1-4.

[12] 王钧,黄尚瑶,黄歌山,等.中国地温分布的基本特征[M].北京:地震出版社,1990.

[13] 汪集安，熊亮萍，杨淑贞.地热与石油[M].北京:科学出版社,1985.

[14] 江涛,邱玉超,宋立斌,等.伊通盆地西北缘断裂带的性质[J].现代地质,2009(5):860-864.

JIANG Tao,QIU Yuchao,SONG Libin,et al.Fault nature of north-west fault zone in Yitong Basin and its relation with reservoir accumulation[J].Geoscience,2009(5):860-864.

[15] 王永春.伊通地堑含油气系统与油气成藏[M].北京:石油工业出版社,2001.

[16] 庞雄奇,陈冬霞,李丕龙,等.砂岩透镜体成藏门限及控油气作用机理[J].石油学报,2003,24(3):38-41.

PANG Xiongqi,CHEN Dongxia,LI Pilong,et al.Accumulation thresholds of sand lens and controlling mechanism for oil and gas distribution[J].Acta Petrolei Sinaca,2003,24(3):38-41.

[17] 李丕龙,庞雄奇,陈冬霞,等.济阳坳陷砂岩透镜体油藏成因机理与模式[J].中国科学：D辑 地球科学,2004,34(S1):143-149.

LI Pilong,PANG Xiongqi,CHEN Dongxia，et al.Genetic mechanism and model of sand lens reservoir in Jiyang depression[J].Science in China:Series D Earth Sciences,2004,34(S1):143-149.

[18] 黄志龙,高岗.莫里青断陷天然气成因与运聚模式[J].天然气地球科学,2005,16(3):274-277.

HUANG Zhilong,GAO Gang.The natural gas origin and the model of oil-gas migration-accumulation in Moliqing rift[J].Natural Gas Geoscience,2005,16(3):274-277.

[19] 昌建波,吴欣松,姚睿,等.吉林省伊通盆地莫里青断陷古近系双阳组岩性油气藏成藏主控因素[J].特种油气藏,2010，17(2)：48-51.

CHANG Jianbo,WU Xinsong,YAO Rui，et al.Controlling factors of lithologic hydrocarbon reservoirs in Paleogene Shuangyang formation in Moliqing rift[J].Special Oil & Gas Reservoirs，2010，17(2)：48-51.

责任编辑：王辉

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.004中图分类号：TE122

文章编号：1673-064X(2016)01-0023-06

文献标识码：A

收稿日期：2015-06-11

基金项目：国家“973”计划项目(编号：2006CB701406)

作者简介：吴欣松(1969-)，男，博士，副教授，主要从事油气藏形成与分布规律研究。E-mail：wxs@cup.edu.cn

Geothermal Field of Moliqing Fault Depression in Yitong Graben and Its Application

WU Xinsong1,JIANG Tao2,LIU Xuwu2

(1.Faculty of Earth Sciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China；2.Jilin Oilfield Company,CNPC,Songyuan 138000,Jilin,China)

Abstract:Based on the systematical collection of the formation temperature data of exploration wells and the calculation of the geothermal gradient,the burial depth prediction model of the base rock in Moliqing fault depression is constructed,and the hydrocarbon generation threshold depth of hydrocarbon source rock of the secondary tectonic units in the fault depression is calculated,and the distribution range of the effective source rocks is predicted.The research result reveals that the geothermal field is controlled mainly by the tectonic background in Moliqing fault depression,and the deep strata in Y47-Y45-Y18 wellblock which is close to the northwest margin of Moliqing fault depression is a favorable target for the next drilling exploration.There exist large scale lowstand fan sandstones of the first member in Shuangyang formation and high-quality hydrocarbon source rock overlaying on the lowstand fan sandstones.So there are good hydrocarbon accumulation conditions in Moliqing fault depression.

Key words:geothermal gradient；hydrocarbon accumulation；Moliqing fault depression；Yitong graben